doctoralThesis
Método do circuito equivalente aplicado em geometrias anelares para projetos de superfícies complementares seletivas em frequência
Registro en:
SILVA, Bruno Sátiro da. Método do circuito equivalente aplicado em geometrias anelares para projetos de superfícies complementares seletivas em frequência. Orientador: Antônio Luiz Pereira de Siqueira Campos. 2022. 117f. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica e de Computação) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2022.
Autor
Silva, Bruno Sátiro da
Resumen
Frequency selective control of the flow of electromagnetic waves makes frequency selective
surfaces (FSS) an object of study by scientists in the continuous field of applied
electromagnetism. With several possibilities of use in engineering contexts, such FSS is used
as a tool to improve the efficiency of antennas, going through selective selective shielding of
environments, and even concrete structures, in the detection of variations in bridges, in
addition to many others applications. A specific class of FSS are the complementary surfaces,
CFSS ( Complementary frequency Selective Surface) that have together very interesting
characteristics such as: high angular stability, possibility of combining transmission and/or
reflection bands and the application of miniaturization technique in their design. This work
achieved the optimization of the ECM when applied to aperture type frequency selective
surfaces formed by rings (single and double), promoting, in an unprecedented way in the
literature, models for such geometries. The genetic algorithm technique was used in order to
obtain greater efficiency in the frequency response, focusing on the characterization of the
effective relative electric permittivity of the substrate. The choice of ring geometries for CFSS
presented a structure that unites the interesting characteristics of both the cascade structure and
the geometry itself. The study was developed in parallel with techniques coming from the
theory of transmission lines, such as the ABCD Matrix, for greater effectiveness of the method. A análise e o projeto desse tipo estrutura são comumente realizados por meio de
softwares comerciais que implementam os chamados métodos de onda completa (FWM, Full
wave method) que, apesar de apresentarem respostas confiáveis e precisas, demandam um alto
esforço computacional, impactando em um maior tempo para a obtenção dos resultados, além
de exigirem licença para uso. O modelo do circuito equivalente (ECM, Equivalent circuit
model) traz equações aproximadas que, por meio do cálculo de impedâncias relacionadas à
geometria da célula unitária, modelam o comportamento de uma FSS no domínio da frequência
de forma mais rápida devido à simplicidade das fórmulas que podem ser implementadas em
softwares livres em diversas linguagens de programação, exibindo respostas com uma boa
concordância quando comparado aos métodos de onda completa. Este trabalho alcançou a
otimização do ECM quando aplicado a superfícies seletivas em frequência do tipo abertura
formadas por anéis (Simples e duplos), promovendo, de forma inédita na literatura, modelos
para tais geometrias. A técnica de algoritmo genético foi utilizada a fim de se obter uma maior
eficácia na resposta em frequência, com foco na caracterização da permissividade elétrica
relativa efetiva do substrato.Em seguida, foi feita a aplicação do modelo do circuito equivalente
para projeto de CFSS, fazendo uso dos modelos propostos de circuito equivalente paras as
geometrias em abertura. A escolha de geometrias anelares para CFSS apresentou uma estrutura
que une as interessantes características tanto da estrutura cascateada quanto da geometria em
si. O estudo se desenvolveu paralelamente com técnicas vindas da teoria de linhas de
transmissão, como a Matriz ABCD, para maior eficácia do método.