PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA E DE COMPUTAÇÃO
Abstract
Modern wireless communication systems use various types of devices such as
antennas, modulators, filters, detectors, absorbers and many other types. In particular,
electromagnetic wave absorbers have become critical components in security, detection
and imaging systems. The fundamentals of the absorbers are based on configurations that
allow the control of the electromagnetic waves. They attracted considerable attention
from researchers due to increased microwave absorption performance requirements, good
performance in civilian applications and the emergence of new types of microwave
absorbing materials, resulting in considerable progress. In this sense, the full-wave
methods and numerical methods are usually used for the analysis of several parameters.
They are used in many cases in the core of commercial software as well as in hybrid
methods. The use of simpler numerical techniques allows an analysis of reflection and
transmission behavior in a suitable way with good approximation mainly in cascade
structures. In this work the absorber structure is composed of a conductive frequency
selective surface (FSS) and a resistive FSS in which there is a d spacing between the FSS.
The conductive FSS is formed by a FR4 dielectric with an electric permittivity of 4.4 and
the geometries formed by conductive copper strips. Resistive FSS have an FR4 dielectric
with an electrical permittivity of 4.4 and the geometries are formed by OhmegaPly
1A50PT (35 micron - 50 ohms / sq) resistive materials. In this thesis, a numerical
technique for analyzing microwave absorbers integrated with frequency selective
surfaces was developed. Conductive FSS and resistive FSS modeling were used, both
using the equivalent circuit technique based on Marcuvitz equations. For the analysis of
the set or cascade of the structures, the scattering matrix technique was used. Internal
parameters of the method such as the coefficients of inductance and susceptance
equations, resistance, inductive and capacitive reactances of the structures were analyzed
in order to allow a better approximation to the simulations and measurements. The
designed absorbers used cross-dipole geometry and square loop both designed and
measured in the laboratory. The numerical analysis technique showed good agreement
with the measured and simulated results of the structures proposed in this work as well as
with other measured and simulated absorbers presented in the literature. Improvements and modifications can be adjusted for other applications, use with optimization techniques, hybrid algorithms and other periodic structure designs.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)Os sistemas modernos de comunicação sem fio utilizam diversos tipos de
dispositivos como antenas, moduladores, filtros, detectores, absorvedores e diversos
outros tipos. Em particular, os absorvedores de ondas eletromagnéticas tornaram-se
componentes críticos em sistemas de segurança, detecção e imagem. Os fundamentos dos
absorvedores baseiam-se em configurações que permitem o controle da absorção de
ondas eletromagnéticas. Atraíram considerável atenção dos pesquisadores devido o
aumento dos requisitos de desempenho de absorção de micro-ondas, bom desempenho
em aplicações civis e surgimento de novos tipos de materiais absorvedores de microondas, resultando em consideráveis progressos. Nesse sentido, diversos parâmetros são
usualmente analisados por meio de métodos de onda completa e métodos numéricos.
Ambos são utilizados em muitos casos no núcleo de softwares comercicais como também
em métodos híbridos. A utilização de técnicas numéricas mais simples permite uma
análise de comportamentos de reflexão e de transmissão de maneira adequada com boa
aproximação principalmente em estruturas cascateadas. Nesse trabalho a estrutura do
absorvedor é composta com uma superfície seletiva em frequência (FSS – frequency
selective surface) condutiva e uma FSS resistiva na qual há um espaçamento d entre as
FSS. A FSS condutiva é formada por um dielétrico FR-4 com permissividade elétrica de
4,4 e as geometrias formadas por fitas condutivas de cobre. As FSS resistivas apresentam
um dielétrico FR-4 com permissividade elétrica de 4,4 e as geometrias são formadas por
materiais resistivos OhmegaPly 1A50PT (35 micron – 50 ohms/sq). Nesta Tese foi
desenvolvida uma técnica numérica para análise de absorvedores de micro-ondas
integrados a superfícies seletivas em frequência. Utilizou-se uma modelagem para a FSS
condutiva e outra para a FSS resistiva, ambas utilizando a técnica dos circuitos
equivalentes baseadas nas equações de Marcuvitz. Já para a análise do conjunto ou
cascateamento das estruturas utilizou-se a técnica da matriz de espalhamento. Parâmetros
internos do método como os coeficientes das equações da indutância e da susceptância,
resistência, reatâncias indutivas e capacitivas das estruturas foram analisados com o
objetivo de permitir uma melhor aproximação com relação às simulações e medições. Os
absorvedores projetados utilizaram a geometria dipolo cruzado e geometria espira quadrada, ambos projetados e medidos em laboratório. A técnica numérica de análise
apresentou boa concordância com os resultados medidos e simulados das estruturas
propostas nesse trabalho como também com outros absorvedores medidos e simulados
apresentados na literatura. Melhorias e modificações podem ser ajustadas para outras
aplicações, utilização com técnicas de otimização, algoritmos híbridos e outros projetos
de estruturas periódicas
