RF Receiver Front End for 28.5 GHz Applications on a 70 GHz F-T SiGe BiCMOS Process

This article presents the design and test of a receiver front end aimed at LMDS applications at 28.5 GHz. It presents a system-level design after which the receiver was designed. The receiver comprises an LNA, quadrature mixer and quadrature local oscillator. Experimental results at 24 GHz center frequency show a conversion voltage gain of 15 dB and conversion noise figure of 14 5 dB. The receiver operates from a 2 5 V power supply with a total current consumption of 31 mA.

Ferromagnetic order in aged Co-doped TiO2 anatase nanopowders

Oxide based diluted magnetic semiconductor (DMS) materials have been a subject of increasing interest due to reports of room temperature ferromagnetism in several systems and their potential use in the development of spintronic devices. However, concerns on the stability of the magnetic properties of different DMS systems have been raised. Their magnetic moment is often unstable, vanishing with a characteristic decay time of weeks or months, which precludes the development of real applications. This paper reports on the ferromagnetic properties of two-year-aged Ti1-xCoxO2-δ reduced anatase nanopowders with different Co contents (0.03≤x≤0.10). Aged samples retain rather high values of magnetization, remanence and coercivity which provide strong evidence for a quite preserved long-range ferromagnetic order. In what concern Co segregation, some degree of metastability of the diluted Co doped anatase structure could be inferred in the case of the sample with the higher Co content.

A new chemical route to synthesise TM-doped (TM = Co, Fe) TiO2 nanoparticles

Since the discovery of ferromagnetism well above room temperature in the Co-doped TiO2 system, diluted magnetic semiconductors based on TiO2 doped with transition metals have generated great interest because of their potential use in the development of spintronic devices. The purpose of this paper is to report on a new and swift chemical route to synthesise highly stable anatase single-phase Co- and Fe-doped TiO2 nanoparticles, with dopant concentrations of up to 10 at.-% and grain sizes that range between 20 and 30 nm. Complementary structural, microstructural and chemical analyses of the different nanopowders synthesised strongly support the hypothesis that a homogeneous distribution of the dopant element in the substitutional sites of the anatase structure has been achieved. Moreover, UV/Vis diffuse reflectance spectra of powder samples show redshifts to lower energies and decreasing bandgap energies with increasing Co or Fe concentration, which is consistent with n-type doping of the TiO2 anatase matrix. Films of Co-doped TiO2 were successfully deposited onto Si (100) substrates by the dip-coating method, with suspensions of Ti1-xCOxO2 nanoparticles in ethylene glycol. ((C)Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 69451 Weinheim, Germany, 2008).

Analisador de espectro de baixo custo com frequência de operação entre 2 e 3 GHz

Com o surgimento de novos sistemas de telecomunicações sem fios, que necessitam de maiores potências de emissão e largura de banda disponível, surgem os regulamentos que controlam as emissões rádio. Só assim estas tecnologias podem coexistir em bandas próximas, com o máximo desempenho e com a garantia que os níveis de poluição electromagnética não são ultrapassados. Cada vez mais, regulamentos que limitam a potência da transmissão têm em vista questões de saúde pública e por isso devem ser estritamente respeitados. Para se poder controlar as emissões rádio é necessário um dispositivo que consiga analisar o espectro rádio. Um dos instrumentos fundamentais na metrologia de radiofrequência é o analisador de espectros, que tem como principal função apresentar a potência de porções do espectro em função da frequência. Existem vários tipos de analisadores espectrais, que se baseiam em arquitecturas de recepção distintas. O tipo de analisador define a sua complexidade e o tipo de análises que consegue fazer. Com esta dissertação pretende-se mostrar a implementação de um analisador de espectro portátil, de baixo custo, baseado num receptor heteródino e com uma frequência de operação compreendida entre os 2 e os 3 GHz. Este projecto abrange diversas áreas, desde o hardware de recepção rádio, passando pelo microcontrolador que faz a aquisição de dados e comunicação com o computador, acabando na aplicação que foi desenvolvida em Java para permitir ao utilizador uma interface de utilização simples e funcional. Foi também desenvolvida com sucesso uma antena impressa adequada à banda de frequência referida. Embora tenham existidos problemas simples, um na localização do filtro passa-banda e o outro na resposta do filtro intermédio, os objectivos foram alcançados obtendo-se um analisador de espectro portátil, funcional e de baixo custo, conforme pretendido. O analisador tem um erro máximo na detecção de potência de 2,5 dB e o tempo de varrimento máximo é cerca de 16 segundos com 500 pontos de resolução. Foram realizadas várias medições e uma comparação com um analisador de espectros comercial, para demonstrar o funcionamento e desempenho do analisador desenvolvido, tendo os resultados sido bastante promissores. A funcionalidade deste analisador medir a potência do sinal ao longo do tempo é uma mais-valia face ao analisador comercial utilizado para a comparação.

Phase growth control in low temperature PLD Co: TiO2 films by pressure

This paper reports on the structural and optical properties of Co-doped TiO2 thin films grown onto (0001)Al2O3 substrates by non-reactive pulsed laser deposition (PLD) using argon as buffer gas. It is shown that by keeping constant the substrate temperature at as low as 310 degrees C and varying only the background gas pressure between 7 Pa and 70 Pa, it is possible to grow either epitaxial rutile or pure anatase thin films, as well as films with a mixture of both polymorphs. The optical band gaps of the films are red shifted in comparison with the values usually reported for undoped TiO2, which is consistent with n-type doping of the TiO2 matrix. Such band gap red shift brings the absorption edge of the Co-doped TiO2 films into the visible region, which might favour their photocatalytic activity. Furthermore, the band gap red shift depends on the films' phase composition, increasing with the increase of the Urbach energy for increasing rutile content. (C) 2012 Elsevier B.V. All rights reserved.

Experimental study of the mechanical properties and durability of self-compacting mortars with nano materials (SiO2 and TiO2)

Resumo: Cement, as well as the remaining constituents of self-compacting mortars, must be carefully selected, in order to obtain an adequate composition with a granular mix as compact as possible and a good performance in the fresh state (self-compacting effect) and the hardened state (mechanical and durability-related behavior). Therefore in this work the possibility of incorporating nano particles in self-compacting mortars was studied. Nano materials are very reactive due mostly to their high specific surface and show a great potential to improve the properties of these mortars, both in mechanical and durability terms. In this work two nano materials were used, nano silica (nano SiO2) in colloidal state and nano titanium (nano TiO2) in amorphous state, in two types of self-compacting mortars (ratio binder:sand of 1:1 and 1:2). The self-compacting mortar mixes have the same water/cement ratio and 30% of replacement of cement with fly ashes. The influence of nano materials nano-SiO2 and nano-TiO2 on the fresh and hardened state properties of these self-compacting mortars was studied. The results show that the use of nano materials in repair and rehabilitation mortars has significant potential but still needs to be optimized. (C) 2015 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Antena para sistema de localização interior

Dissertação para obtenção do grau de Mestre em Engenharia de Electrónica e Telecomunicações

Síntese e fotosensibilização de nanotubos de titanatos

Nesta tese é descrita a preparação de nanotubos de titanatos (TNT) via síntese hidrotérmica alcalina, usando uma nova metodologia que evita a utilização de TiO2 cristalino como precursor. Foi estudada a influência da substituição sódio/protão na estrutura, morfologia e propriedades ópticas dos materiais preparados. Os resultados mostraram que a substituição Na+ → H+ resulta numa redução na distância intercamadas dos TNTs, tendo sido medidos valores entre 1.13±0.03 nm e 0.70±0.02 nm para aquele parâmetro. O comportamento óptico dos TNTs foi estudado na região UV-vis, estimando-se um hiato óptico de energia 3.27±0.03 eV para a amostra com maior teor de sódio enquanto que para a amostra protonada foi determinado um valor de 2.81±0.02 eV. Estes valores mostram que a troca iónica Na+ → H+ teve influência no desvio da banda de absorção dos TNTs para a região do visível próximo. A actividade fotocatalítica dos TNTs na degradação do corante rodamina 6G (R6G) foi posteriormente estudada. Verificou-se que, apesar de a amostra com maior teor de sódio ter sido a que exibiu maior capacidade para adsorver o R6G, foi a amostra protonada que apresentou a actividade catalítica mais elevada na fotodegradação deste corante. Numa segunda fase, e com o objectivo de preparar novos materiais nanoestruturados fotosensíveis, procedeu-se à decoração dos TNTs protonados com semicondutores (SC) nanocristalinos usando um método novo. Para o efeito os TNTs foram decorados com nanocristalites de ZnS, CdS e Bi2S3. Foi estudada a influência do tipo de semicondutor na estrutura, morfologia e propriedades ópticas dos SC/TNTs obtidos. Verificou-se que, para qualquer dos semicondutores usados no processo de decoração, a estrutura dos TNTs é preservada e não ocorre segregação do SC. Verificou-se ainda que a morfologia dos nanocompósitos preparados depende fortemente da natureza do semicondutor. No que respeita ao comportamento óptico destes materiais, foram determinados hiatos ópticos de energia 3.67±0.03 eV, 2.47±0.03 eV e 1.35±0.01 eV para as amostras ZnS/TNT, CdS/TNT e Bi2S3/TNT, respectivamente. Estes resultados mostram que através do processo de decoração de TNTs com semicondutores podem ser preparados materiais nanocompósitos inovadores, com propriedades ópticas novas e/ou pré-definidas numa gama alargada do espectro electromagnético.

Structural and optical studies of Au doped titanium oxide films

Thin films of TiO2 were doped with Au by ion implantation and in situ during the deposition. The films were grown by reactive magnetron sputtering and deposited in silicon and glass substrates at a temperature around 150 degrees C. The undoped films were implanted with Au fiuences in the range of 5 x 10(15) Au/cm(2)-1 x 10(17) Au/cm(2) with a energy of 150 keV. At a fluence of 5 x 10(16) Au/cm(2) the formation of Au nanoclusters in the films is observed during the implantation at room temperature. The clustering process starts to occur during the implantation where XRD estimates the presence of 3-5 nm precipitates. After annealing in a reducing atmosphere, the small precipitates coalesce into larger ones following an Ostwald ripening mechanism. In situ XRD studies reveal that Au atoms start to coalesce at 350 degrees C, reaching the precipitates dimensions larger than 40 nm at 600 degrees C. Annealing above 700 degrees C promotes drastic changes in the Au profile of in situ doped films with the formation of two Au rich regions at the interface and surface respectively. The optical properties reveal the presence of a broad band centered at 550 nm related to the plasmon resonance of gold particles visible in AFM maps. (C) 2011 Elsevier B.V. All rights reserved.

Reconfigurable antenna for mobile devices

O trabalho descrito nesta dissertação de mestrado foca-se em geral na investigação de antenas impressas. São apresentados conceitos básicos, em conjunto com alguns exemplos desenvolvidos. No entanto, o principal foco prende-se com técnicas de miniaturização e reconfigurabilidade de antenas. A miniaturização de antenas é um tema de investigação de longa data, no entanto, novas técnicas e soluções são apresentadas regularmente. Nesta tese, é aplicada uma técnica recente, baseada na introdução de indutores encapsulados no elemento ressonante de uma antena, que permite miniaturizar um monopólio impresso com uma frequência de ressonância de 2.5 GHz. Outro assunto abordado neste trabalho é a reconfigurabilidade de antenas. Algumas das técnicas mais comuns na investigação actual são apresentadas e debatidas. Uma solução com recurso a díodos PIN é usada para estudar esta capacidade. Os conceitos e características deste tipo de componentes são apresentadas sendo feito o desenho e fabrico de um possível monopólio impresso reconfigurável para operação em dupla banda. Por fim, são combinadas as técnicas de miniaturização com inductor encapsulado e reconfigurabilidade através de díodos PIN, por forma a projectar uma antena reconfigurável muito pequena, para operação em duas bandas distintas. Os resultados são discutidos e com base nestes, algumas possíveis otimizações são propostas. The work reported in this dissertation is focused in the printed antenna research. Basic concepts of printed antennas are presented, along with a few examples that were developed. The main focus however, is around miniaturization and reconfigurability of antennas. Antenna miniaturization is a long time research subject, however, new techniques and solutions are presented everyday. In this thesis, a recent technique based on the introduction of chip inductors in the resonating element of a printed antenna is used in order to miniaturize a monopole with a resonating frequency at 2.5 GHz. Another issue approached in this work is antenna reconfigurability. Some common techniques used in antenna reconfiguration are presented and debated. A solution with PIN diodes is used to study this capability. The concepts and characteristics of this type of components are presented and an example of a reconfigurable printed monopole for dual-band operation is designed and fabricated. At last, miniaturization with chip inductor and reconfigurability through PIN diodes are used together to create a very small antenna for dual-band operation. The simulated and measured results are discussed and upon these, some possible optimizations are proposed.

Performance of microstrip antennas in the presence of EBG in an indoor localization system

Indoor localization systems in nowadays is a huge area of interest not only at academic but also at industry and commercial level. The correct location in these systems is strongly influenced by antennas performance which can provide several gains, bandwidths, polarizations and radiation patterns, due to large variety of antennas types and formats. This paper presents the design, manufacture and measurement of a compact microstrip antenna, for a 2.4 GHZ frequency band, enhanced with the use of Electromagnetic Band-Gap (EBG) structures, which improve the electromagnetic behavior of the conventional antennas. The microstrip antenna with an EBG structure integrated allows an improvement of the location system performance in about 25% to 30% relatively to a conventional microstrip antenna.

Bending effects on a textile microstrip antenna

This paper describes the design of a textile microstrip antenna for 2.4 GHz. Two different fabrics are used: one for the dielectric part and another one for the conductor part. The dielectric constant of the dielectric fabric is determined experimentally. The input matching is studied by electromagnetic simulation and experimentally. Since the antenna is meant to be incorporated in the user's clothe, the effect that the antenna bending has on the matching level is also investigated both theoretically and experimentally.

Análise de desempenho em redes móveis Long Term Evolution (Parceria CELFINET)

A rede móvel Long Term Evolution (LTE) é uma tecnologia que está a ser fortemente implementada, não só em Portugal mas no resto do mundo. A adoção do LTE deve-se em grande parte à maior capacidade e à baixa latência oferecidas, para além de ser expansível ao LTE-Advanced. O trabalho apresentado tem por objetivo a análise do desempenho de uma rede LTE piloto e comparar os resultados com o teoricamente expectável. Foi adotada uma metodologia de planeamento em LTE e comprovada através das medidas empíricas realizadas. Dessas medições são também sugeridos dois novos modelos de propagação para LTE nos 2,6 GHz. Para distâncias inferiores a 1 km sugere-se o modelo LTE-PL. Para distâncias superiores a 1 km foi feita uma adaptação ao modelo Okumura-Hata para que se aproximasse aos resultados obtidos. Das medições efetuadas observou-se que em boas condições rádio, os débitos bináriossão bastante próximos dos máximos teóricos. Além disso foi obtido o desvio padrão em LTE de uma área Urbano Denso de 12 dB. Foi ainda possível definir uma margem para as perdas de penetração in-car de 2,7 dB. Efetuou-se uma análise de vários Key Performance Indicators que permitem avaliar o desempenho do LTE, tendo também sido definidas categorias de qualidade de serviço. Por último foi avaliado o impacto da velocidade e da distância, pelas medidas realizadas.

Microstrip antenna array for multiband dedicated short range communications systems

Dedicated Short Range Communications (DSRC) is the key enabling technology for the present and future vehicular communication for various applications, such as safety improvement and traffic jam mitigation. This paper describes the development of a microstrip antenna array for the roadside equipment of a DSRC system, whose characteristics are according with the vehicular communications standards. The proposed antenna, with circular polarization, has a wide bandwidth, enough to cover the current European DSRC 5.8 GHz band and the future 5.9 GHz band for next generation DSRC communications. (C) 2011 Wiley Periodicals, Inc. Microwave Opt Technol Lett 53: 2794-2796, 2011; View this article online at wileyonlinelibrary.com. DOI 10.1002/mop.26394

Formation of oriented nickel aggregates in rutile single crystals by Ni implantation

The magnetic and electrical properties of Ni implanted single crystalline TiO2 rutile were studied for nominal implanted fluences between 0.5 x 10(17) cm(-2) and 2.0 x 10(17) cm(-2) with 150 keV energy, corresponding to maximum atomic concentrations between 9 at% and 27 at% at 65 nm depth, in order to study the formation of metallic oriented aggregates. The results indicate that the as implanted crystals exhibit superparamagnetic behavior for the two higher fluences, which is attributed to the formation of nanosized nickel clusters with an average size related with the implanted concentration, while only paramagnetic behavior is observed for the lowest fluence. Annealing at 1073 K induces the aggregation of the implanted nickel and enhances the magnetization in all samples. The associated anisotropic behavior indicates preferred orientations of the nickel aggregates in the rutile lattice consistent with Rutherford backscattering spectrometry-channelling results. Electrical conductivity displays anisotropic behavior but no magnetoresistive effects were detected. (C) 2013 Elsevier B.V. All rights reserved.