Análise do espalhamento espectral em superfícies de estruturas complexas para comunicações móveis

In this work, the transmission line method is explored on the study of the propagation phenomenon in nonhomogeneous walls with finite thickness. It is evaluated the efficiency and applicability of the method, considering materials like gypsum, wood and brick, found in the composition of the structures of walls in question. The results obtained in this work are compared to those available in the literature, for several particular cases. A good agreement is observed, showing that the performed analysis is accurate and efficient in modeling, for instance, the wave propagation through building walls and integrated circuit layers in mobile communication and radar system applications. Later, simulations of resistive sheets devices such as Salisbury screens and Jaumann absorbers and of transmission lines made of metal-insulator-semiconductor (MIS) are made. Thereafter, it is described a study on frequency surface selective structures (FSS). It is proposed the development of devices and microwave integrated circuits (MIC) of such structures, for the accomplishment of experiments. Finally, future works are suggested, for instance, on the development of reflectarrays, frequency selective surfaces with dissimilar elements, and coupled frequency selective surfaces with elements located on different layers

Blast-wave absorption capacity of sandwich structures incorporating cellular materials

A incorporação de materiais absorsores de energia (AE) em sistemas de protecção é uma clara possibilidade de melhoraria do seu desempenho, devido à elevada relação entre a sua resistência e o seu peso, e a excelente capacidade para absorverem energia quando solicitados dinamicamente. As propriedades mecânicas da cortiça (e.g. a baixa densidade e a elevada rigidez e resistência específicas) sugerem que este material — assim como os seus derivados — podem apresentar propriedades excelentes quando aplicados como núcleos em sistemas AE do tipo estrutura sanduíche. Esta dissertação engloba trabalho experimental e numérico. O primeiro conjunto de testes experimentais consistiu na caracterização experimental dinâmica (ondas de choque de explosivos) do comportamento de dois micra aglomerados de cortiça (MAC), NL20 e TB40. Um pendulo balístico de 4 cabos foi usado para a medição do impulso transmitido a uma amostra de MAC impactada por uma onda de choque com origem na detonação de um explosivo energético. Foi registado o movimento do pêndulo e os valores de força resultantes. Um modelo numérico do problema recorrendo ao método dos elementos finitos (MEF) foi também desenvolvido, apresentando uma elevada correlação com a análise experimental, permitindo assim o desenvolvimento de um modelo constitutivo adequado à modelação do comportamento dinâmico dos MAC neste tipo de solicitações. Na segunda fase de testes experimentais, os MAC testados anteriormente são incorporados como núcleos em estruturas sanduíche com faces de alumínio (liga 5754-H22). Foram medidos os valores de defleção e o impulso transmitido ao pêndulo através do movimento oscilatório. São determinados os efeitos da densidade e da espessura dos núcleos na resposta estrutural do sistema. Também neste caso foi desenvolvido um modelo recorrendo ao MEF e posteriormente validado com resultados experimentais.

Síntese e caracterização estrutural de filmes finos Bi4Ti3O12

Pós-graduação em Ciência dos Materiais - FEIS

Relações entre produção de biogás em aterro sanitário e variações no potencial elétrico natural

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Interacção entre estruturas intervalares e estruturas espectrais, na música instrumental/vocal

A presente tese apresenta-se num formato bipartido, sendo a primeira parte uma investigação teórica e a segunda parte um conjunto de composições originais que procuram estabelecer, directa e indirectamente, uma relação com a temática investigada. A investigação incide sobre as diferentes relações que se podem estabelecer entre estruturas intervalares e estruturas espectrais, a partir de um conjunto representativo de obras de diferentes compositores. As obras originais da segunda parte configuram um objecto final de análise e reflexão. As composições que integram a segunda parte da tese são: Inês – sete miniaturas sobre A Castro, para soprano e orquestra, sobre excertos de “Castro”, de António Ferreira; Um sino contra o tempo, para flauta, clarinete, percussão e piano; Terra, para orquestra de cordas; Dor e Amor, para voz, flauta, clarinete, percussão, harpa, piano, violino, viola e violoncelo, sobre poemas de Nuno Júdice; e Ode a Gaia, para soprano solo, coro misto e electrónica, a partir de textos de diversos autores e épocas, desde Homero a Fernando Pessoa. Esta investigação surge a partir da convicção de que é possível e enriquecedor para a composição a coexistência e o estabelecimento de uma relação entre estruturas que valorizam as qualidades dos intervalos que as constituem e estruturas de tipo espectral. Se o pensamento intervalar pode ser relacionado com princípios de estruturação ligados a toda uma tradição musical, desde a música modal, à tonal e à atonal, o pensamento espectral relaciona-se com o estudo do fenómeno sonoro e do timbre e é integrado mais tardiamente no séc. XX como um possível modelo estruturante na composição. A investigação sobre as obras seleccionadas, sobretudo de compositores que colocam o fenómeno da percepção num plano central, procura diferentes interacções entre os dois tipos de estrutura, interrogando-se sobre em que medida é que essa interacção influencia ou é mesmo determinante para o resultado musical final. São analisadas diferentes aplicações, tais como: a procura de qualidades acústicas na criação de estruturas intervalares, a criação de timbres particulares para linhas estruturantes, a manipulação tímbrica de estruturas verticais, a inter-relação de camadas intervalares e espectrais na textura musical de forma sincrónica e diacrónica, e o surgimento de material intervalar a partir de estruturas espectrais. Os principais resultados passam pela confirmação de que o pensamento intervalar é compatível com o pensamento espectral e vice-versa, podendo-se concluir que são essenciais diferentes funções para os dois tipos de estrutura na textura musical e que quer as estruturas intervalares quer as espectrais se relacionam com diferentes aspectos da percepção, tendo, assim, uma influência determinante no resultado musical final, na eficácia da escuta e na sua fruição.

Modelo da ligação entre concreto e armadura na análise de estruturas de concreto pelo método dos elementos finitos

Este trabalho apresenta um modelo computacional para análise tridimensional de peças de concreto armado, utilizando o método dos elementos finitos. São utilizados modelos constitutivos elasto-viscoplásticos para representar o comportamento dos materiais, quando submetidos a cargas de curta ou longa duração. Se a estrutura está submetida a cargas de curta duração, o modelo desenvolvido fornece, quando alcançado o estado estável, a solução do problema elastoplástico. Em contrapartida, se a estrutura está submetida a cargas de longa duração, o modelo pode representar o comportamento viscoelástico com envelhecimento do concreto. Foi utilizado um modelo de camadas superpostas para assegurar uma representação adequada do comportamento real do concreto ao longo do tempo. Deste modo, admite-se que o concreto é constituído por um número conveniente de camadas, que apresentam a mesma deformação. Para a fissuração do concreto, utilizou-se um modelo de fissuras distribuídas, que leva em consideração a contribuição do concreto entre fissuras O objetivo deste estudo é a modelagem da armadura e do reforço nas peças de concreto armado, através de um modelo de aderência entre o concreto e o material adjacente. A armadura é introduzida no modelo como uma linha de material mais rígido dentro do elemento de concreto. E, a consideração da degradação da aderência é realizada através de um modelo onde os efeitos da aderência imperfeita são incluídos pela introdução de graus de liberdade para os deslocamentos relativos entre os materiais. Os resultados obtidos com este programa computacional são comparados com valores experimentais disponíveis na literatura, visando validar o modelo matemático e a metodologia numérica.

Nanoestruturas luminescentes de Ge e Sn em camadas de SiO/sub 2/ implantadas com íons

Neste trabalho estudam-se as propriedades de nanoestruturas de Ge e Sn formadas em amostras de SiO2/Si(100) através dos processos de implantação iônica e tratamento térmico. A formação de nanocristais de Ge foi investigada em função de tratamentos térmicos em ambiente de N2. Os resultados obtidos foram correlacionados com as propriedades de luminescência das amostras, sendo feita uma discussão sobre os mecanismos atômicos envolvidos no processo de crescimento dos nanocristais de Ge, bem como seus efeitos na criação de centros luminescentes no interior da camada de SiO2, que são responsáveis por intensas bandas de fotoluminescência (PL) nas regiões espectrais do azul-violeta (≈ 3,2 eV) e ultravioleta (≈ 4,2 eV). Além disso, experimentos de irradiação com diferentes íons (He+, Si+, Kr++, Au+) foram realizados antes da implantação do Ge com o objetivo de estudar o efeito de memória que os danos criados pela irradiação apresentam sobre as propriedades estruturais e luminescentes das amostras de SiO2/Si(100) No estudo das amostras de SiO2/Si(100) implantadas com Sn, a síntese de nanopartículas de Sn foi estudada em função da temperatura e do ambiente de tratamento térmico (N2 e vácuo). De maneira pioneira mostrou-se que através da manipulação desses parâmetros é possível formar desde grandes nanocristais bi-fásicos de Sn (≈ 12 a 25 nm) em estruturas concêntricas com núcleo de β-Sn e camada externa de SnOx, até pequenas nanopartículas de Sn com diâmetros de ≈ 2 nm e uniformemente distribuídas ao longo da camada de SiO2. Além disso, observou-se que a evolução estrutural do sistema de nanopartículas de Sn influencia diretamente as características das emissões de PL azul-violeta e UV. Por fim, um outro aspecto das nanoestruturas de Sn foi estudado: a formação de um denso arranjo de ilhas epitaxiais de β-Sn na região de interface SiO2/Si. Este sistema de nano-ilhas, que cresce epitaxialmente, é uniformemente distribuído sobre a superfície do Si, apresentando uma pequena dispersão em tamanho e tendência a se auto-organizar. A criação desse sistema de nano-ilhas epitaxiais através da utilização da implantação iônica é um processo inédito, sendo discutida aqui com base nas propriedades de equilíbrio do sistema Sn-Si.

Estudo do estabelecimento de configurações em estruturas celulares

Esta dissertação investiga os processos que levam células a se organizarem em certas configurações, focando propriedades topológicas, geométricas e aquelas originadas na sua dinâmica. Para tanto, começamos revisando propriedades de topologia de equilíbrio de sistemas que minimizam áreas de contato entre células. Prosseguimos com o estudo de estruturas de células biológicas, incorporando as devidas modificações provenientes das propriedades biológicas, sendo introduzida, por exemplo, a Hipótese da Adesão Diferenciada formulada por Steinberg (1975). Suas implicações são estudadas utilizando o Modelo Celular de Potts ao realizar simulações de Monte Carlo. Mostramos resultados das dinâmicas de reagrupamento celular que é um dos processos que ocorre na embriogênese e morfogênese, em que células se redistribuem de modo a formar padrões típicos. É feita uma análise, tanto teórica quanto por simulações, de como interações adesivas entre tipos diferentes de células, e estas com o meio, influenciam a evolução destas configurações. A seguir, tornamos evidente analogias entre tecidos e fluidos imiscíveis, de modo a explorar não apenas a influência de coesões e adesões celulares, como também propriedades viscoelásticas e de tensões superficiais apresentadas pelos agregados - estruturas macroscópicas constituídas por muitas subunidades celulares. Acompanhando os resultados teóricos, apresentamos observações experimentais de reorganização celular a partir de agregados aleatórios de células de hidras. A reorganização celular destes agregados é estudada a partir das configurações iniciais aleatórias até o momento em que se estabelece uma esfera com cavidade formada por duas camadas epiteliais, endoderme e ectoderme Neste estágio ocorrem os bursts, eventos de ruptura reversíveis do tecido superficial do agregado com expulsão do conteúdo contido na cavidade. É proposto um estudo via simulações deste fenômeno a fim de elucidar as propriedades básicas de deformações, adesões e movimentos de células num tecido. Ainda no contexto experimental, realizamos outras medidas nos agregados de hidra, como a obtenção de tensões superficiais e registro da dinâmica de arredondamento. Finalmente, unimos as considerações sobre topologias de estruturas celulares com as propriedades emergentes de interações de adesão com mais um elemento, mitose. Apresentamos modelos de crescimento celular e discutimos suas características para a dinâmica populacional de células. Ao introduzir dados sobre comportamentos regulatórios de proliferação celular, colocamos ênfase no estudo das patologias ao estudar câncer utilizando o Modelo de Gompertz como descrição da proliferação. Realizamos experiências utilizando 6 linhagens cancerígenas diferentes e propomos uma interpretação biológica dos parâmetros matemáticos que descrevem o crescimento. A hipótese por nós levantada é de que a forma da célula influencia no seu comportamento. Verificamos a viabilidade de tal hipótese através de uma série de simulações por Modelo Celular de Potts. Os resultados gerados se assemelham aos dados experimentais, de maneira que chegamos a conclusão final que processos intrínsecos regulatórios de uma célula (no caso o ciclo mitótico), propriedades adesivas de células, características fenotípicas e distribuições topológicas de um tecido, são intimamente interligados.

Análise de estruturas compostas por aduelas pré-moldadas de concreto com protenção externa, sob estado plano de tensão, através do método dos elementos finitos

Aduelas protendidas externamente utilizadas em pontes contrastam com as clássicas construções monolíticas, consistindo de “pequenos” segmentos pré-moldados protendidos por cordoalhas externas. Há muitas vantagens na utilização deste tipo de composição, como rapidez e versatilidade na construção, alto controle de qualidade e economia. No presente trabalho, discute-se uma formulação, baseada no método dos elementos finitos, para simular o comportamento de estruturas compostas por aduelas externamente protendidas. Esta formulação permite tanto a análise de situações de serviço, onde as seções permanecem completamente comprimidas, como também de situações últimas, onde se considera a abertura das juntas e a transferência de esforços através das mesmas. O modelo computacional utiliza dois procedimentos distintos, baseados em um modelo elasto-viscoplástico. No primeiro, determina-se a resposta da estrutura ao longo do tempo, considerando-se, nesta etapa, que o material possui comportamento viscoelástico. No segundo, busca-se a resposta da estrutura para um carregamento instantâneo, considerando-se o material com um comportamento elastoplástico. As juntas entre as aduelas são representadas através de elementos de contato unidimensionais. Os nós de cada elemento de contato coincidem com os nós do elemento de concreto que a ele foi associado.Um modelo de camadas superpostas é utilizado para representar o comportamento viscoelástico do concreto e da armadura protendida Para representar o concreto fissurado, utiliza-se um modelo de fissuras distribuídas, que leva em conta a contribuição do concreto entre fissuras. A armadura passiva é introduzida na análise através de um modelo incorporado e a armadura de protensão não aderente é disposta em elementos fictícios, paralelos aos elementos reais da estrutura. Para verificar a adequação do modelo computacional, compararam-se resultados numéricos com valores experimentais disponíveis na literatura.

Desenvolvimento de um ressoador retangular de fenda com múltiplas camadas de substrato e com utilização de material PBG para sistema de comunicação sem fio

In the globalized world modern telecommunications have assumed key role within the company, causing a large increase in demand for the wireless technology of communication, which has been happening in recent years have greatly increased the number of applications using this technology. Due to this demand, new materials are developed to enable new control mechanisms and propagation of electromagnetic waves. The research to develop new technologies for wireless communication presents a multidisciplinary study that covers from the new geometries for passive antennas, active up to the development of materials for devices that improve the performance at the frequency range of operation. Recently, planar antennas have attracted interest due to their characteristics and advantages when compared with other types of antennas. In the area of mobile communications the need for antennas of this type has become increasingly used, due to intensive development, which needs to operate in multifrequency antennas and broadband. The microstrip antennas have narrow bandwidth due to the dielectric losses generated by irradiation. Another limitation is the degradation of the radiation pattern due to the generation of surface waves in the substrate. Some techniques have been developed to minimize this limitation of bandwidth, such as the study of type materials PBG - Photonic Band Gap, to form the dielectric material. This work has as main objective the development project of a slot resonator with multiple layers and use the type PBG substrate, which carried out the optimization from the numerical analysis and then designed the device initially proposed for the band electromagnetic spectrum between 3-9 GHz, which basically includes the band S to X. Was used as the dielectric material RT/Duroid 5870 and RT/Duroid 6010.LM where both are laminated ceramic-filled PTFE dielectric constants 2.33 and 10.2, respectively. Through an experimental investigation was conducted an analysis of the simulated versus measured by observing the behavior of the radiation characteristics from the height variation of the dielectric multilayer substrates. We also used the LTT method resonators structures rectangular slot with multiple layers of material photonic PBG in order to obtain the resonance frequency and the entire theory involving the electromagnetic parameters of the structure under consideration. xviii The analysis developed in this work was performed using the method LTT - Transverse Transmission Line, in the field of Fourier transform that uses a component propagating in the y direction (transverse to the real direction of propagation z), thus treating the general equations of the fields electric and magnetic and function. The PBG theory is applied to obtain the relative permittivity of the polarizations for the sep photonic composite substrates material. The results are obtained with the commercial software Ansoft HFSS, used for accurate analysis of the electromagnetic behavior of the planar device under study through the Finite Element Method (FEM). Numerical computational results are presented in graphical form in two and three dimensions, playing in the parameters of return loss, frequency of radiation and radiation diagram, radiation efficiency and surface current for the device under study, and have as substrates, photonic materials and had been simulated in an appropriate computational tool. With respect to the planar device design study are presented in the simulated and measured results that show good agreement with measurements made. These results are mainly in the identification of resonance modes and determining the characteristics of the designed device, such as resonant frequency, return loss and radiation pattern

Análise de linhas de fita não-homogêneas com camadas dielétricas anisotrópicas

Abstract

Ressoador retangular defenda com quatro camadas fotônicas

Recently, planar antennas have attracted interest due to its characteristics as well as the advantages they offer compared to other types of antennas. In the area of mobile communications the need for such antennas has become increasingly intense due to development, which requires antennas that operate in multifrequency and broadband. The microstrip antennas have narrow bandwidth due to losses in the dielectric caused by irradiation. Another limitation is the radiation pattern degradation due to generation of surface waves in the substrate. Some techniques are being developed to minimize this bandwidth limitation, as is the case in the study of type materials PBG - Photonic Band Gap, to compose the dielectric material. The analysis developed in this work were performed with use of the method LTT - Transverse Transmission Line, in the field of Fourier transform that uses a component propagating in the y direction (transerve real direction of propagation z), thus treating the general equations of the fields electric and magnetic fields as a functions of y E and Hy . This work has as main objective the method LTT structures resonator line slot with four layers of material photonic PBG, for obtaining the complex resonant frequency and efficiency of this structure. PBG theory is applied to obtain the relative permittivity for the substrate biases sep compounds photonic material. Numerical-computational results in graph form in two dimensions for all the analysis are presented for the proposed structures that have photonic materials, as substrates

Análise espectral de reflectarrays com substratos de duas camadas dielétricas anisotrópicas uniaxiais

Recently, an amazing development has been observed in telecommunication systems. Two good examples of this development are observed in mobile communication and aerospace systems. This impressive development is related to the increasing need for receiving and transmitting communication signals. Particularly, this development has required the study of new antennas and filters. This work presents a fullwave analysis of reflectarrays. The considered structures are composed by arrays of rectangular conducting patches printed on multilayer dieletric substrates, that are mounted on a ground plane. The analysis is developed in the spectral domain, using an equivalent transmission line method in combination with Galerkin method. Results for the reflection coefficient of these structures are presented and compared to those available in the literature. A good agreement was observed. Particularly, the developed analysis uses the transmission lines theory in combination with the incident potentials and the field continuity equations, at the structures interfaces, for obtaining the scattered field components expressions as function of the patch surface currents and of the incident field. Galerkin method is used to determine the unknown coefficients in the boundary value problem. Curves for the reflection coefficient of several reflectarray geometries are presented as function of frequency and of the structural parameters

Antenas de microfita com patch em anel e múltiplas camadas dielétricas anisotrópicas uniaxiais

This work presents an analysis of the annular ring microstrip antennas printed on uniaxial anisotropic substrates and with superstrate.The analysis uses the full-wave formulation by means of the Hertz vector potentials method, in the Hankel transform domain. The definition of the Hertz vector potentials and the application of the appropriate boundary conditions to the structure allow determining the dyadic Green functions, relating the current densities in the conducting patch to the transforms of the tangential electric field components. Galerkin s method is then used to obtain the matrix equation whose nontrivial solution gives the complex resonant frequency of the antenna. From the modeling, it is possible to obtain results for the resonant frequency, bandwidth and quality factor, as a function of several parameters of the antenna, for different configurations. We have considered annular ring microstrip antennas on a single dielectric layer, antennas with two anisotropic dielectric layers, and annular ring microstrip antennas on suspended substrates. Numerical results for the resonant frequency of the these structures printed on isotropic substrates are also presented and compared with those published by other authors, showing a good agreement

Análise espectral de reflectarrays com substrato de duas camadas dielétricas anisotrópicas uniaxiais

Recently, an amazing development has been observed in telecommunication systems. Two good examples of this development are observed in mobile communication and aerospace systems. This impressive development is related to the increasing need for receiving and transmitting communication signals. Particularly, this development has required the study of new antennas and filters. This work presents a fullwave analysis of reflectarrays. The considered structures are composed by arrays of rectangular conducting patches printed on multilayer dieletric substrates, that are mounted on a ground plane. The analysis is developed in the spectral domain, using an equivalent transmission line method in combination with Galerkin method. Results for the reflection coefficient of these structures are presented and compared to those available in the literature. A good agreement was observed. Particularly, the developed analysis uses the transmission lines theory in combination with the incident potentials and the field continuity equations, at the structures interfaces, for obtaining the scattered field components expressions as function of the patch surface currents and of the incident field. Galerkin method is used to determine the unknown coefficients in the boundary value problem. Curves for the reflection coefficient of several reflectarray geometries are presented as function of frequency and of the structural parameters