Studio e realizzazione di un filtro passa-banda a componenti parassiti per ricetrasmissioni wireless UWB di biosegnali

Questa tesi si occupa della progettazione, simulazione via software, caratterizzazione e realizzazione con microfresatrice di una tipologia di filtri passivi. Questo trattato si inserisce su una linea di ricerca già avanzata, che si occupa di studio e realizzazione di sistemi di ricetrasmissione wireless UWB di segnali provenienti da sensori per applicazioni biologiche. Lo scopo dello studio di questa tesi è l'ottimizzazione dell'efficienza del filtro, ovvero il miglioramento del rapporto segnale rumore R/S.

Sicurezza nelle reti di sensori wireless UWB: generazione di chiavi simmetriche da parametri fisici

Le reti di oggetti intelligenti costituiscono una realtà che si sta affermando nel mondo quotidiano. Dispositivi capaci di comunicare tra loro, oltre che svolgere la propria funzione primaria, possono comporre una nuvola che faccia riferimento al legittimo proprietario. Un aspetto fondamentale di questo scenario riguarda la sicurezza, in particolar modo per garantire una comunicazione protetta. Il soddisfacimento di questo requisito è fondamentale anche per altri punti come l'integrità dell'informazione condivisa e l'autenticazione. Lo strumento più antico e tutt'ora adatto alla riservatezza di una comunicazione è costituito dalla crittografia. Una tecnica crittografica è schematicamente composta da un algoritmo che, a seconda di una chiave e del messaggio in ingresso, restituisce in uscita un messaggio cifrato, il crittogramma. Questo viene poi inviato e al legittimo destinatario che, essendo in possesso della chiave e dell'algoritmo, lo converte nel messaggio originale. L'obiettivo è rendere impossibile ad un utente malevolo - non dotato di chiave - la ricostruzione del messaggio. L'assunzione che l'algoritmo possa essere noto anche a terze parti concentra l'attenzione sul tema della chiave. La chiave deve essere sufficientemente lunga e casuale, ma soprattutto deve essere nota ai due utenti che intendono instaurare la comunicazione. Quest'ultimo problema, noto come distribuzione della chiave, è stato risolto con il sistema RSA a chiave pubblica. Il costo computazionale di questa tecnica, specialmente in un contesto di dispositivi non caratterizzati da grandi potenze di calcolo, suggerisce però la ricerca di strade alternative e meno onerose. Una soluzione promettente ed attualmente oggetto di studio sembra essere costituita dalle proprietà del canale wireless. Un ponte radio è caratterizzato da una funzione di trasferimento che dipende dall'ambiente in cui ci si trova e, per il teorema di reciprocità, risulta essere lo stesso per i due utenti che l'hanno instaurato. Oggetto della tesi è lo studio ed il confronto di alcune delle tecniche possibili per estrarre una chiave segreta da un mezzo condiviso, come quello del canale wireless. Si presenterà il contesto in cui verrà sviluppato l'elaborato. Si affronteranno in particolare due casi di interesse, costituiti dalla attuale tecnologia di propagazione del segnale a banda stretta (impiegata per la maggior parte delle trasmissioni senza fili) per passare a quella relativamente più recente della banda Ultra-larga (UWB). Verranno poi illustrate delle tecniche per ottenere stringhe di bit dai segnali acquisiti, e saranno proposti dei metodi per la loro correzione da eventuali discordanze. Saranno infine riportate le conclusioni sul lavoro svolto e le possibili strade future.

Disseny de filtres passa banda en l'ordre dels GHz mitjançant acobladors ressonants

L’objectiu d’aquest projecte es basa en l’obtenció de filtres passa banda mitjançant acobladors ressonants en l’ordre dels GHz, amb un ampla de banda fraccional del 30%. En un primer disseny es presentarà l’estudi del coeficient d’acoblament entre partícules ressonants i tot seguit s’introduirà una capacitat interdigital per a augmentar l’acoblament. Mitjançant el nou disseny es demostrarà que es pot arribar a resultats òptims tant en simulacions com a l’hora de fabricar el dispositiu.

Antenas compactas de microondas de banda larga e banda ultra-larga (UWB)

Nos últimos anos, com o surgimento de novos serviços e equipamentos para o sistema de comunicação móvel com maiores larguras de banda de operação e ocupando espaços cada vez menores, o desenvolvimento de novas antenas de bandas largas e com dimensões pequenas se tornou um dos principais desafios das pesquisas na área de antenas. Neste trabalho, duas estruturas de antenas de bandas largas e dimensões reduzidas foram analisadas e otimizadas. Na primeira parte, a antena filamentar monopolo dobrado (Wire Built-in Folded Monopole Antenna, W-BFMA) foi investigada e teve sua largura de banda otimizada, conectada a linha de alimentação em diferentes impedâncias. Para modelar a estrutura da antena W-BFMA foi usado o método numérico dos momentos (Method of Moments - MoM), e para sua otimização os métodos: paramétrico, hill climbing e algoritmo genético (AG). Programas computacionais baseados na linguagem Matlab foram desenvolvidos para modelagem, otimização e cálculos das principais curvas características da antena W-BFMA. Na segunda parte, duas diferentes configurações de antenas monopolos planos usando a tecnologia de banda ultra-larga (Ultra- Wideband Antenna, UWB) foram investigadas e otimizadas com a ajuda do programa comercial Computer Simulation Technology (CST) Microwave Studio. Ambas as antenas UWB foram alimentadas por uma linha de microfita (microstrip line) na impedância de 50Ω. A antena UWB que apresentou melhor resultado teve o seu protótipo construído, as principais curvas características, tais como: perda de retorno, ganho, distribuição de corrente e diagrama de radiação foram analisadas. Os resultados simulados foram comparados com resultados obtidos experimentalmente.

Metodologia TRIZ aplicada ao desenvolvimento do conforto acústico em aeronaves comerciais

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Mecânica

Diseño e implementación de un filtro paso banda de banda estrecha con topología interdigital a frecuencias UHF y microondas

Desde el área de Ingeniería de RF del consorcio CELLS y en el marco de un convenio de colaboración firmado con el grupo de antenas y sistemas de microondas del Departamento de Telecomunicación e Ingeniería de sistemas de la ETSE (UAB), se ha planteado la evaluación y construcción de un filtro que formará parte del lazo de control en el módulo de RF. El objetivo es eliminar una señal espuria que se encuentra a la salida de un mezclador en banda lateral única, que por limitaciones en los inbalanceos de ganancia y fase, no termina de cancelar suficientemente la banda rechazada. Por lo tanto, el trabajo surge de la necesidad de diseñar un filtro capaz de obtener una respuesta paso banda centrada a 520 MHz, para atenuar un espurio existente a una frecuencia cercana (530 MHz). En consecuencia, estas especificaciones proporcionarán al filtro la característica de banda estrecha.

Antenas monopolo planar com patch em anel circular para sistemas UWB

The microstrip antennas are largely used in wireless communication systems due to their low cost, weight, less complex construction and manufacturing, in addition to its versatility. UWB systems have emerged as an alternative to wireless communications over short distances because they offer of higher capacity and lower multipath distortion than other systems with the same purpose. Combining the advantages of microstrip antennas to the characteristics of UWB, it is possible to develop more and more smaller devices, with diverse geometries to operate satisfactorily in these systems. This paper aims to propose alternatives to microstrip antennas for UWB systems operate in the range between 3.1 and 10.6 GHz, with a patch on circular ring. Some techniques are analyzed and employed to increase the bandwidth of proposed antenna: the insertion of a parasitic elements and a rectangular slit in the displaced ground plane. For this, key issues are presented as the basic principles of UWB systems, the fundamental theory of antennas and microstrip antennas. The simulations and experimental characterization of constructed antennas are presented, as well as analysis of parameters such as bandwidth and radiation pattern

Propriocepção e respostas musculares do tornozelo de atletas universitários de futebol

Pós-graduação em Desenvolvimento Humano e Tecnologias - IBRC

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.

Diseño e implementación de un receptor multifrecuencia basado en muestreo paso banda aplicado al sistema Galileo

Este trabajo tiene como objetivo diseñar e implementar un receptor multifrecuencia requerido para aplicaciones Galileo centradas a realizar correcciones de errores y estudios de la ionosfera. Estas características obligan a buscar alternativas respecto los receptores superheterodinos convencionales dado que para éstos los retardos de propagación entre las diferentes bandas de interés son inaceptables. Por ello, se presenta un receptor basado en la técnica de muestreo paso banda, que permite trasladar el espectro mediante el conversor ADC a través de un aliasing intencionado, eliminando así los retardos de propagación entre bandas de interés, dado que todas se albergan en un mismo canal. En este trabajo nos hemos centrado únicamente en las etapas críticas del receptor presentado, siendo éstas la etapa de filtrado y conversión digital. La etapa de filtrado requerirá filtros muy selectivos, ya que el ruido existente fuera de banda se solapará a nuestra banda de interés, degradando la SNR del sistema a medida que tenga más potencia. Esta etapa se ha realizado mediante una estructura duplexora conjuntamente con dos filtros de líneas acopladas. La etapa de conversión se ha realizado fabricando el layout de un conversor comercial, del cual se ha validado el correcto funcionamiento para la aplicación requerida.

Diseño de filtros de onda acústica basados en estructuras "half lattice"

En los últimos tiempos la telefonía móvil ha experimentado una reducción de los terminales gracias a la miniaturización de los filtros a frecuencias de microondas. Los filtros pasa banda más utilizados son los basados en la tecnología SAW, sin embargo son incompatibles con tecnologías de silicio y su comportamiento se degrada a frecuencias superiores de 3 GHz, por ello los estudios actuales se centran en la tecnología BAW. Las dos arquitecturas convencionales de filtros basados en resonadores BAW unidos eléctricamente son el ladder y lattice. Sin embargo, en este proyecto se estudiará la topología half lattice, la cual presenta un mejor comportamiento y unas dimensiones más reducidas. Para ello se obtendrán las ecuaciones de diseño del filtro, y con ellas se realizará la implementación a partir de la frecuencia central y el ancho de banda relativo.

Diseño de filtros transversales mediante el híbrido de 90º

Los filtros de microondas son uno de los elementos clave en el diseño de la mayoría de sistemas de RF que soportan servicios de telecomunicaciones modernos. Algunas de las aplicaciones actuales son, por ejemplo, los nuevos sistemas radar de banda ultra ancha (UWB – Ultra Wide Band) y sistemas de transmisión de servicios multimedia, donde se requieren dimensiones pequeñas del circuito, bajas pérdidas de inserción y una alta selectividad. Una de las tendencias que ha surgido como alternativa a las teorías clásicas de diseño de filtros, es el diseño de filtros basados en técnicas de señales interferentes, conocidos como filtros transversales. En esta memoria es muestra como diseñar un filtro transversal mediante el Híbrido de 90º y mediante el Híbrido de 90º con líneas acopladas, planteando 3 posibles soluciones de la ubicación de las líneas acopladas.

Otimização dos parâmetros de monopolos planares de microfita para aplicações em sistemas de banda ultra larga

This work presents a theoretical and experimental investigation about the properties of microstrip antennas for ultra-wideband systems. Configurations of elliptic monopoles with different eccentricities and circular monopoles are considered. Two prototypes for each antenna configuration were built, one with the typical microstrip configuration and the other is similar to the first, except for a small aperture in the ground plane. Therefore, this work proposes to modify the configuration of the ground plane of the monopoles designed adding a rectangular stub, in order to optimize and improve the performance of such structures. The obtained results show that the introduction of that rectangular aperture in the ground plane allows an improvement of the frequency response for the considered antenna propotypes. It is observed a good agreement between the measured and simulated results. Finally, some proposals for future works are presented

Modelagem em SystemC-AMS de uma plataforma compatível com o sistema de coleta de dados brasileiro

This work presents simulation results of an identification platform compatible with the INPE Brazilian Data Collection System, modeled with SystemC-AMS. SystemC-AMS that is a library of C++ classes dedicated to the simulation of heterogeneous systems, offering a powerful resource to describe models in digital, analog and RF domains, as well as mechanical and optic. The designed model was divided in four parts. The first block takes into account the satellite s orbit, necessary to correctly model the propagation channel, including Doppler effect, attenuation and thermal noise. The identification block detects the satellite presence. It is composed by low noise amplifier, band pass filter, power detector and logic comparator. The controller block is responsible for enabling the RF transmitter when the presence of the satellite is detected. The controller was modeled as a Petri net, due to the asynchronous nature of the system. The fourth block is the RF transmitter unit, which performs the modulation of the information in BPSK ±60o. This block is composed by oscillator, mixer, adder and amplifier. The whole system was simulated simultaneously. The results are being used to specify system components and to elaborate testbenchs for design verification

Aplicação de filtro harmônico em sistemas elétricos de baixa tensão utilizando Lógica Fuzzy

Em um sistema elétrico existem vários circuitos e equipamentos industriais que se comportam como dispositivos não-lineares. Esse comportamento geram sinais que causam distorções dentro desse sistema. Essas distorções são chamadas de Harmônicas, que calculada de forma ampla nos fornece o valor do THD (do inglês Total Harmonic Distortion ou Distorção Harmônica Total). Este trabalho apresenta uma das várias soluções para minimizar esse indicador através da detecção por um algoritmo computacional instalado no medidor de THD apropriado e pela utilização de filtros harmônicos passivos. Este algoritmo computacional detecta e calcula em quais frequências o valor do THD está elevado em comparação a um índice normativo definido utilizando para isso a Lógica Fuzzy. Uma vez definido a necessidade da aplicação do filtro harmônico esse será projetado pelo algoritmo computacional. O filtro harmônico entregado neste trabalho será o filtro passivo devido a sua fácil instalação e ao seu baixo custo. Dessa forma, o algoritmo computacional proposto funciona no início da medição do THD, no equipamento medidor, indicando uma faixa classificatória de THD medido, utilizando para isso a Lógica Fuzzy, identifica a necessidade ou não da instalação do filtro harmônico passivo e seu projeto, e finaliza efetuando um novo cálculo de THD.