Projeto de antenas impressas com técnicas de otimização e método FDTD para recepção de energia sem fio

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dc.contributor.advisorGonçalves, Sandro Trindade Mordente
dc.contributor.advisor-coGonçalves, Eduardo Nunes
dc.contributor.advisor-coLatteshttp://lattes.cnpq.br/4167566933927576
dc.contributor.advisorLatteshttp://lattes.cnpq.br/9879076086228404
dc.contributor.authorMilagre, Ludmila Rodrigues
dc.contributor.referee1Sandro Trindade Mordente Gonçalves
dc.contributor.referee2Eduardo Nunes Gonçalves
dc.date.accessioned2023-08-03T14:40:16Z
dc.date.available2023-08-03T14:40:16Z
dc.date.issued2018
dc.description.abstractCom o desenvolvimento tecnológico, o uso de sistemas sem fio tornou-se comum e uma grande quantidade de ondas eletromagnéticas são espalhadas no ambiente. Grande parte dessas ondas não alcançam o receptor e tornam-se inutilizáveis, gerando desperdício de energia. Dessa forma, a rectenna surge como um sistema promissor para coleta de energia de radiofrequência e conversão em energia elétrica de corrente contínua. Sendo a rectenna composta por uma antena associada a um retificador, o projeto da antena é de extrema importância para obter um sistema com alta eficiência na conversão de sinais harmônicos em corrente contínua. Neste contexto, este trabalho tem como objetivo projetar uma antena impressa com plaqueta retangular, alimentada via microfita para integrar um sistema rectenna. Para isso, realizou-se uma otimização empregando o algoritmo de Evolução Diferencial, que tem sido aplicado na resolução de problemas que envolvem antenas, apresentando melhor desempenho que outros algoritmos evolucionários clássicos. Tal algoritmo teve a etapa de seleção modificada baseada no algoritmo NSGA-II para o tratamento dos multiobjetivos. Para o cálculo da função objetivo é necessário a utilização de métodos computacionais que analisem os campos no entorno da antena continuamente, sempre que a geometria da antena for modificada. Dessa forma, verifica-se que o método das Diferenças Finitas no Domínio do Tempo é adequado para a simulação da antena proposta, além de realizar a análise no tempo e para diversas frequências em um única simulação. A associação deste método com uma condição de fronteira absorvente, simula um espaço ilimitado absorvendo os campos que alcançam a fronteira do domínio computacional, assegurando assim a precisão dos resultados. No projeto as dimensões da antena – largura e comprimento da plaqueta e comprimento da reentrância – são utilizadas como variáveis de otimização para alcançar os alvos definidos para o projeto da antena - frequência de ressonância de 2,45 𝐺𝐻𝑧, largura de banda entre 2,4 − 2,5 𝐺𝐻𝑧, perda de retorno menor que −15 𝑑𝐵, resistência igual a 50 Ω e a reatância nula. Os alvos foram alcançados para as variáveis de otimização utilizadas e os resultados das simulações apresentaram concordância com as respostas fornecidas por softwares comerciais.
dc.description.abstractotherWith the technological development, the use of wireless systems has become common usual and a great number of electromagnetic waves have been scattered in the environment. A large part of these waves does not achieve the receiver and become unusable, create energy waste. Thus, the rectenna arise how a promising system to radiofrequency energy harvesting and conversion into electric energy of direct current. Since the rectenna is composed of an antenna associated with a rectifier, the antenna design is of utmost importance to obtain a system with high efficiency in the conversion of harmonic signals into direct current. In this context, the aim of this work is to design a printed antenna with rectangular patch, fed by a microstrip to integrate a system rectenna. For this, an optimization was carried out employing the Differential Evolution Algorithm, which has been applied in the resolution of problems involving antennas, presenting better performance than other classic evolutionary algorithms. The selection step in this algorithm was modified, based on the NSGA-II algorithm for the treatment of the multi-objectives. For calculating of the objective function it is necessary to use computational methods that analyze the fields around the antenna continuously, whenever the antenna geometry is modified. Thus, it can be observed that the Finite-Difference Time-Domain Method is appropriate for the simulation of the proposed antenna, besides carrying out the analysis in the time and for several frequencies in a single simulation. The association of this method with an absorbing boundary condition simulates an unlimited space, absorbing the fields that reach the boundary of the computational domain, thus ensuring the accuracy of the results. In the design the antenna dimensions - patch width and length and inset-fed length - are used as optimization variables to reach the goals defined for the antenna design - resonance frequency of 2,45 𝐺𝐻𝑧, bandwidth in the range of 2,4 − 2,5 𝐺𝐻𝑧, return loss less than −15 𝑑𝐵, resistance of 50 Ω and zero reactance. The optimization goals were reached for the input variables used and the simulation results showed agreement with the answers given by commercial softwares.
dc.identifier.urihttps://repositorio.cefetmg.br/handle/123456789/345
dc.language.isopt
dc.publisherCentro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais / Universidade Federal de São João del-Rei
dc.publisher.countryBrasil
dc.publisher.initialsCEFET-MG / UFSJ
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica
dc.subjectAntenas de microfita (Eletrônica)
dc.subjectSistema rectenna
dc.subjectMétodo numérico computacional
dc.subjectAlgoritmos
dc.titleProjeto de antenas impressas com técnicas de otimização e método FDTD para recepção de energia sem fio
dc.typeThesis
dspace.entity.type

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