Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/1843/36374
Type: Tese
Title: Aplicação de óptica geométrica na síntese de antenas duplo-refletoras offset e de lentes dielétricas sem simetria circular
Authors: Aline Rocha de Assis
First Advisor: Fernando José da Silva Moreira
First Co-advisor: José Ricardo Bergmann
First Referee: Úrsula do Carmo Resende
Second Referee: Sandro Trindade Mordente Gonçalves
Third Referee: Guilherme Simon da Rosa
metadata.dc.contributor.referee4: Cássio Gonçalves do Rego
metadata.dc.contributor.referee5: Elson José da Silva
Abstract: O presente trabalho investiga um procedimento numérico alternativo para a solução de uma formulação exata baseada nos princípios de Óptica Geométrica (GO) para a síntese de antenas duplo-refletoras offset e de lentes dielétricas sem simetria circular. A solução do problema de síntese consiste em avaliar uma equação diferencial parcial não-linear de segunda ordem do tipo Monge-Ampère como um problema de valor de contorno em coordenadas complexas. Para isso, foram desenvolvidos algoritmos iterativos baseados no método de Newton que utilizam superfícies quádricas confocais com eixos deslocados para representar localmente as superfícies sintetizadas. Desta forma, as derivadas parciais envolvidas na formulação podem ser expressas analiticamente. Para ilustrar o método numérico, antenas duplo-refletoras offset foram sintetizadas para prover distribuição Gaussiana para a densidade de potência na abertura, em situações com fase uniforme e não-uniforme, e para contornos circular, elíptico e super-elíptico, a fim de gerar diagramas de radiação com feixes modelados. As superfícies sintetizadas foram posteriormente interpoladas por pseudo-splines de quinta ordem e analisadas via aproximações da Óptica Física (PO) com correções das correntes de borda, considerando os sistemas duplo-refletores offset operando em 11,725 GHz e 30 GHz. O algoritmo de síntese conseguiu projetar duplo-refletores offset com eficiência de iluminação de até 86,46% para uma abertura circular uniforme. Visto a robustez da técnica de solução numérica empregada na síntese de duplo-refletores offset, o procedimento numérico foi posteriormente aplicado para modelar lentes dielétricas sem simetria circular, visando controlar a largura de feixe transmitido, bem como a densidade de potência na região de cobertura da lente. Para isso, a formulação matemática exata, baseada nos princípios da GO, foi desenvolvida para o problema de síntese de uma lente dielétrica sem simetria circular em coordenadas complexas. As superfícies das lentes foram posteriormente interpoladas por splines cúbicas e analisadas por um método híbrido clássico, combinando os princípios da GO e da PO, que calcula o diagrama de radiação em campo distante das lentes dielétricas modeladas, operando em 30 GHz, 60 GHz e 120 GHz.
Abstract: This work investigates an alternative numerical procedure for the solution of an exact formulation based on Geometrical Optics (GO) principles to the synthesis of offset dual reflector antennas and dielectric lenses without circular symmetry. The solution to synthesis problem consists in to evaluate a second-order nonlinear partial differential equation of the Monge-Ampère type as a boundary value problem in complex coordinates. For such, iterative algorithms based on Newton method were developed, using axis-displaced confocal quadrics to locally represent the synthesized surfaces, so that partial derivatives involved in the formulation were analytically expressed. To illustrate the numerical method, offset dual reflector antennas were synthesized to provide an aperture Gaussian power density distribution with uniform and non-uniform phase distributions, within circular, elliptical and super-elliptical contours, to yield radiation patterns with shaped beams. The synthesized reflector surfaces were further interpolated by quintic pseudo-splines and analyzed by Physical Optics (PO) with equivalent edge currents, at 11,725 GHz and 30 GHz. The algorithm synthesized offset dual reflectors with illumination efficiency up to 86.46% for a uniform circular aperture. Verif ied the robustness of the numerical technique employed in the synthesis of dual offset reflectors, the procedure was further applied to design dielectric lenses without circular symmetry, aiming to control beam width as well as the power density in the coverage region of a lens. For this, an exact mathematical formulation, based on GO principles, was developed for the synthesis problem of dielectric lenses without circular symmetry in complex coordinates. The synthesized surfaces were further interpolated by cubic splines and analyzed by a classical hybrid method, combining GO and PO principles, to compute the far- field radiation patterns of the designed dielectric lenses, at 30 GHz, 60 GHz and 120 GHz.
Subject: Engenharia elétrica
Antenas refletoras
Óptica geométrica
Monge-Ampere, Equações de
language: por
metadata.dc.publisher.country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
metadata.dc.publisher.department: ENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica
Rights: Acesso Restrito
metadata.dc.rights.uri: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/pt/
URI: http://hdl.handle.net/1843/36374
Issue Date: 29-May-2020
metadata.dc.description.embargo: 29-May-2022
Appears in Collections:Teses de Doutorado

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