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http://hdl.handle.net/1843/30270| Tipo: | Tese |
| Título: | Influência da geometria dos elementos metálicos na miniaturização de condutores magnéticos artificiais com aplicações em antenas |
| Autor(es): | Welyson Tiano dos Santos Ramos |
| Primeiro Orientador: | Elson José da Silva |
| Primeiro Coorientador: | Renato Cardoso Mesquita |
| Primeiro membro da banca : | Elson José da Silva |
| Segundo membro da banca: | Renato Cardoso Mesquita |
| Terceiro membro da banca: | Úrsula do Carmo Resende |
| Quarto membro da banca: | Glaucio Lopes Ramos |
| Quinto membro da banca: | Fábio Júlio Fonseca Gonçalves |
| Resumo: | Neste trabalho apresenta-se o estudo de condutores magnéticos artificiais (AMC) sem vias para aplicação em antenas. O método de elementos finitos foi utilizado, por meio do software comercial COMSOL MULTIPHYSICS, para obter os resultados desta tese. A realização deste trabalho foi dividida em duas etapas que avaliam no primeiro momento como a geometria das inclusões metálicas modifica a frequência de ressonância do AMC, seguida de estudos sobre o acoplamento entre antena e o AMC devido às diferentes formas geométricas das inclusões metálicas. Na primeira etapa deste trabalho, diferentes formas geométricas foram analisadas. Como contribuição, observou-se que a redução na frequência de ressonância do AMC está associada ao aumento no comprimento efetivo das inclusões metálicas, desde que esse aumento no comprimento efetivo ocorra na mesma direção de polarização da onda incidente. Pautado nessa observação, a geometria meander line foi estudada e comparada a um patch quadrado utilizado como referência. Nesse contexto, outra contribuição refere-se à observação de uma redução na razão entre a primeira e a segunda frequência de ressonância do AMC e o aparecimento de diferentes bandas de operação, dependendo do número de meandros utilizados. De modo semelhante, ao utilizar a geometria meander line em elementos condutores de superfícies seletivas em frequência a miniaturização e o surgimento de diferentes bandas de operação também foram observados. Na segunda parte deste trabalho é desenvolvido um estudo sobre a interação entre antenas e AMC. Duas antenas são avaliadas, um dipolo e uma bowtie. Para os planos terra AMC, quatro geometrias são analisadas, incluindo a quadrada, circular, bowtie e a forma em U. As células unitárias são projetadas para a mesma frequência de operação. Nesta etapa, como contribuição, observou-se que, devido à forma do remendo metálico, a direção do ganho máximo no plano H pode ser rotacionada. Além disso, uma melhoria na largura de feixe de meia potência (HPBW) da antena é reportada. Ainda, o ganho, HPBW e a relação frente-costa dependem da posição da antena sobre o AMC e do número de células unitárias presente na matriz AMC. Os resultados sugerem que uma escolha cuidadosa da geometria do elemento condutor em um AMC, para aplicações de antena, é de fundamental importância. Palavras-chaves: Antenas, condutores magnéticos artificiais, metamateriais, metassuperfícies, superfície seletivas em frequência. |
| Abstract: | This thesis addresses the study of artificial magnetic conductors (AMC) without vias for antennas applications. The results are supported by the commercial program COMSOL MULTIPHYSICS, a finite element software. This work is divided into two steps: first, it is evaluated how the metal inclusions geometry modify the AMC resonant frequency; and second, coupling effects between the antenna and AMC due to different geometric shapes for AMC metallic inclusions are studied. In the first stage, different geometric forms were analyzed. As a contribution, it was observed that the reduction in the resonant frequency of the AMC is associated with the increase in the effective length of the metallic inclusions, provided that this increase in effective length occurs in the same direction of incidente wave polarization. Based on this observation, the meander line geometry was studied and compared to a square patch, used as a reference. In this context, another contribution refers to the observation of a reduction in the ratio between the first and second AMC resonant frequency and the appearance of different operating bands, depending on the number of meanders used. Similarly, when using meander line geometry in a frequency selective surfaces metallic patch, the miniaturization and the appearance of different operating bands were also observed. In the second part of this work, a study on the interaction between antennas and AMC is developed. Two antennas are evaluated, a dipole and a bowtie. For the AMC ground plane, four geometries are analyzed, including the square, circular, bowtie and the U-shape. The unit cells are designed for the same operating frequency. In this step, as contribution, it was observed that, due to the shape of the metallic patch, the direction of the maximum gain in the H plane can be rotated. In addition, an improvement in the half-power beam (HPBW) of the antenna is reported. Further, the gain, HPBW and the front-back ratio depend on the antenna position over the AMC and the number of unit cells present in the AMC array. The results suggest that a careful choice of conductor element geometry in an AMC for antenna applications is of paramount importance. Keywords: Antennas, artificial magnetic conductors, metamaterials, metasurfaces, surface selectives frequency. |
| Assunto: | Engenharia elétrica Antenas Metamateriais |
| Idioma: | por |
| País: | Brasil |
| Editor: | Universidade Federal de Minas Gerais |
| Sigla da Instituição: | UFMG |
| Departamento: | ENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA |
| Curso: | Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica |
| Tipo de Acesso: | Acesso Aberto |
| URI: | http://hdl.handle.net/1843/30270 |
| Data do documento: | 14-Jun-2019 |
| Aparece nas coleções: | Teses de Doutorado |
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