Análise e projeto de estruturas ultraminiaturizadas de FSS para aplicações em sistemas de sensoriamento de temperatura

dc.contributor.advisorSilva Neto, Valdemir Praxedes da
dc.contributor.advisorIDhttps://orcid.org/0000-0003-3867-3297pt_BR
dc.contributor.advisorLatteshttp://lattes.cnpq.br/4160231554601828pt_BR
dc.contributor.authorDuarte, Mychael Jales
dc.contributor.authorLatteshttp://lattes.cnpq.br/8024589667882755pt_BR
dc.contributor.referees1D'Assunção, Adaildo Gomes
dc.contributor.referees1Latteshttp://lattes.cnpq.br/4159638862269940pt_BR
dc.contributor.referees2D'Assunção Júnior, Adaildo Gomes
dc.contributor.referees3Gomes Neto, Alfredo
dc.contributor.referees4Mendonça, Laercio Martins de
dc.contributor.referees5Rodrigues, Márcio Eduardo da Costa
dc.date.accessioned2024-04-22T22:08:33Z
dc.date.available2024-04-22T22:08:33Z
dc.date.issued2023-12-21
dc.description.abstractThis paper presents the design and proposal of new configurations of ultra-miniaturized Frequency Selective Surfaces (FSS) for applications in temperature sensing systems. Two 2.5D FSS are proposed with elements inspired by convoluted metal lines with metal vias inserted and printed on a dielectric FR4 substrate. The vias contribute to the capacitive and inductive effects in the structure, providing ultraminiaturization of the unit cell dimensions. The size of the unit cells of the proposed FSS is equal to 4.42 % and 6.80 % of the wavelengths in free space for the frequencies of 2.21 GHz and 2.72 GHz (resonance frequencies), respectively, with one of the proposed structures exhibiting dual-band behavior. The principle of operation of the FSS is evaluated using the equivalent circuit models proposed in this work. A new application for ultra-miniaturized FSS based on convoluted geometries as non-contact temperature sensors is analyzed in this thesis. According to the literature, the electrical permittivity of the dielectric material used as the FSS substrate changes with the change in temperature of the environment in which the circuit is inserted, thus altering its frequency response. Numerical analyses were carried out and found that the FSS showed a linear relationship between resonance frequency and temperature. The numerical results simulated for the prototypes designed were obtained using the ANSYS HFSS software and the equivalent circuit model. The prototype sensors were built and the transmission coefficients, bandwidth and resonance frequency were experimentally characterized. The two proposed sensors were experimentally analyzed from room temperature up to 120 °C and both showed excellent sensitivity to temperature changes when compared to other sensors in the literature. The values obtained in the experiments were compared and discussed with the results of the simulations, which showed good agreement.pt_BR
dc.description.resumoEste trabalho apresenta projeto e proposição de novas configurações de superfícies seletivas de frequência (FSS) ultraminiaturizadas, para aplicações em sistemas de sensoriamento de temperatura. São propostas duas FSS 2,5D com elementos inspirados em linhas metálicas convolucionadas com vias metálicas inseridas e impressas em um substrato dielétrico de FR4. As vias contribuem com os efeitos capacitivos e indutivos na estrutura, proporcionando a ultraminiaturização das dimensões das células unitárias. O tamanho das células unitárias das FSS propostas é igual a 4,42 % e 6,80 % dos comprimentos de ondas no espaço livre para as frequências de 2,21 GHz e 2,72 GHz (frequências de ressonância), respectivamente, tendo uma das estruturas propostas, apresentado comportamento em banda dupla. O princípio de funcionamento e operação das FSS é avaliado utilizando-se modelos de circuito equivalente propostos neste trabalho. Uma nova aplicação para FSS ultraminiaturizadas baseadas em geometrias convolucionadas como sensores de temperatura sem contato é analisada nesta tese. De acordo com a literatura, a permissividade elétrica do material dielétrico utilizado como substrato da FSS, sofre alteração com a mudança da temperatura do ambiente em que o circuito está inserido, alterando desta forma sua resposta em frequência. Análises numéricas foram realizadas, constatando-se que as FSS apresentaram uma relação linear entre a frequência de ressonância e temperatura. Os resultados numéricos simulados para os protótipos projetados foram obtidos pelo software ANSYS HFSS e pelo modelo de circuito equivalente. Os protótipos dos sensores foram construídos e foi realizada a caracterização experimental dos coeficientes de transmissão, largura de banda e frequência de ressonância. Os dois sensores propostos foram analisados experimentalmente desde a temperatura ambiente até 120 °C e ambos apresentaram uma excelente sensibilidade às mudanças de temperatura, quando comparados a outros sensores da literatura. Os valores obtidos nos experimentos foram comparados e discutidos com os resultados das simulações, apresentando boa concordância.pt_BR
dc.description.sponsorshipCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESpt_BR
dc.identifier.citationDUARTE, Mychael Jales. Análise e projeto de estruturas ultraminiaturizadas de FSS para aplicações em sistemas de sensoriamento de temperatura. Orientador: Dr. Valdemir Praxedes da Silva Neto. 2023. 88f. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica e de Computação) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2023.pt_BR
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/58212
dc.languagept_BRpt_BR
dc.publisherUniversidade Federal do Rio Grande do Nortept_BR
dc.publisher.countryBrasilpt_BR
dc.publisher.initialsUFRNpt_BR
dc.publisher.programPROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA E DE COMPUTAÇÃOpt_BR
dc.rightsAcesso Abertopt_BR
dc.subjectSuperfícies seletivas de frequênciapt_BR
dc.subjectUltraminiaturizaçãopt_BR
dc.subjectCircuito equivalentept_BR
dc.subjectSensoriamento de temperaturapt_BR
dc.subject.cnpqCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICApt_BR
dc.titleAnálise e projeto de estruturas ultraminiaturizadas de FSS para aplicações em sistemas de sensoriamento de temperaturapt_BR
dc.typedoctoralThesispt_BR

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