Aplicação de óptica geométrica na síntese de antenas duplo-refletoras offset e de lentes dielétricas sem simetria circular

dc.creatorAline Rocha de Assis
dc.date.accessioned2021-06-07T17:22:05Z
dc.date.accessioned2025-09-09T00:32:51Z
dc.date.issued2020-05-29
dc.description.abstractThis 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.
dc.description.sponsorshipCAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/1843/36374
dc.languagepor
dc.publisherUniversidade Federal de Minas Gerais
dc.rightsAcesso Restrito
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/pt/
dc.subjectEngenharia elétrica
dc.subjectAntenas refletoras
dc.subjectÓptica geométrica
dc.subjectMonge-Ampere, Equações de
dc.subject.otherAntenas duplo-refletoras offset
dc.subject.otherLentes dielétricas
dc.subject.otherÓptica geométrica
dc.subject.otherCoordenadas complexas
dc.subject.otherSuperfície quádrica confocal com eixo deslocado
dc.subject.otherEquação de Monge-Ampère
dc.titleAplicação de óptica geométrica na síntese de antenas duplo-refletoras offset e de lentes dielétricas sem simetria circular
dc.typeTese de doutorado
local.contributor.advisor-co1José Ricardo Bergmann
local.contributor.advisor1Fernando José da Silva Moreira
local.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/3339235404578187
local.contributor.referee1Úrsula do Carmo Resende
local.contributor.referee1Sandro Trindade Mordente Gonçalves
local.contributor.referee1Guilherme Simon da Rosa
local.contributor.referee1Cássio Gonçalves do Rego
local.contributor.referee1Elson José da Silva
local.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/1661743402532336
local.description.embargo2022-05-29
local.description.resumoO 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.
local.identifier.orcidhttps://orcid.org/0000-0002-8048-4679
local.publisher.countryBrasil
local.publisher.departmentENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
local.publisher.initialsUFMG
local.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica

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