Projeto de mantos metamateriais para redução de espalhamento eletromagnético na faixa de micro-ondas
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Autor(es)
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Editor
Universidade Federal de Minas Gerais
Descrição
Tipo
Tese de doutorado
Título alternativo
Primeiro orientador
Membros da banca
Ricardo Luiz da Silva Adriano
Luiz Guilherme Costa Melo
Marcio Matias Afonso
Rodney Rezende Saldanha
Renato Cardoso Mesquita
Luiz Guilherme Costa Melo
Marcio Matias Afonso
Rodney Rezende Saldanha
Renato Cardoso Mesquita
Resumo
O projeto de um manto eletromagnético envolve fundamentalmente a determinação dos seus materiais. Nesta linha, a técnica de transformação de coordenadas é flexível por se aplicar a diferentes geometrias. Entretanto, o material obtido é desafiador mesmo sob a perspectiva dos metamateriais, uma vez que é não-homogêneo, anisotrópico e singular. Na verdade, invisibilidade e simplicidade nos materiais são atributos conflitantes. Em geometrias arbitrárias, o problema fica ainda mais complexo. Esta tese considera diferentes modelos de mantos e busca ajustar suas características visando um melhor desempenho. A primeira abordagem estudada envolve modelos com camadas puramente dielétricas, para os quais se contribui com a modelagem do alargamento da largura de banda através de uma otimização multi-objetivo. Devido às limitações dos mantos dielétricos em termos de desempenho e geometria, o mapeamento numérico fornecido pela Equação de Laplace se mostra interessante para gerar os materiais de mantos arbitrários. Assim, no intuito de se obter um desempenho satisfatório com mantos mais simples, desenvolveu-se a otimização da técnica de transformação fora do plano do manto, uma vez que esta consegue controlar os materiais do manto em qualquer geometria. Ainda na linha da obtenção de materiais mais simples, contribui-se com o desenvolvimento de um estudo sobre o mapeamento a partir de uma área pequena, com posterior otimização nos materiais discretizados. Para o desenvolvimento desta tese foram modelados mantos com diferentes geometrias e níveis de complexidade.
Abstract
The design of electromagnetic cloaks fundamentally involves the determination of their materials. In this context, the coordinate transformation technique is flexible to be applied in different geometries. However, the resulting material is challenging even for metamaterials, since it is non-homogeneous, anisotropic and singular. In fact, invisibility and simplicity in materials are conflicting attributes. In arbitrary geometries, the problem becomes even more complex. This thesis considers different cloak models and aims to adjust their characteristics to provide a better performance. The first studied models have all-dielectric layers and contributions on the enlargement of the bandwidth were achieved by a multi-objective optimization. Because of the limitations in the dielectric cloaks in terms of performance and geometry, the numerical mapping provided by Laplace's equation becomes interesting to generate the materials for an arbitrary cloak. Thus, in order to obtain a satisfactory performance with simpler cloaks, here the optimization of the out-of-plane transformation is performed, since it can control the cloak materials for any geometry. This thesis also contributes with the study of small area mappings, with further optimization in the discretized materials. Cloaks with different geometries and levels of complexity were used for the development of this thesis.
Assunto
Ondas eletromagneticas Espalhamento, Engenharia elétrica, Metamateriais, Otimização multiobjetivo
Palavras-chave
Espalhamento eletromagnético, Metamateriais, Mantos eletromagnéticos, Otimização