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Título: Cálculo de parâmetros otimizados para superfícies seletivas de frequência por meio do método de otimização Taguchi
Autor(es): Filgueira, Jannayna Domingues Barros
Palavras-chave: Método Taguchi;Arranjo ortogonal;Otimização de parâmetros;Método do circuito equivalente;FSS
Data do documento: 18-Jul-2016
Citação: FILGUEIRA, Jannayna Domingues Barros. Cálculo de parâmetros otimizados para superfícies seletivas de frequência por meio do método de otimização Taguchi. 2016. 110f. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica e de Computação) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2016.
Resumo: Frequency Selective Surfaces (FSS) belong to a subclass of metamaterial consisting of two-dimensional metallic patches. By presenting a selective frequency behavior, these structures have been applied in the microwave and communication systems fields, in addition it is a research topic by scholars. The literature defines basically the Frequency Selective Surface as a periodic arrangement of patches that displays a certain frequency filtering and it may present characteristics of a band-stop or band-pass filter, which allows the reflection or the transmission of signals in a given frequency range. The FSS are used in diverse applications ranging from microwave and antennas systems to applications in radomes and satellite communications. Researchers have studied FSS structures with appropriate electromagnetic behavior. However, the analysis of spectral characteristics of these structures requires technique with high computational complexity. In order to reduce the computational effort related to the time of processing, it may be used optimization techniques. Concerning to it, this study proposes the use of an optimization method in the FSS design. Optimization methods are intended to get the best results of a system by tuning of the input parameters, that is, when these parameters are adjusted, the optimization methods seek a better output result so that the system performance, in terms of quality, cost and efficiency can be improved. These methods can be applied in various areas. Currently, in the Electromagnetism area, the microwave circuits and antennas have applied various optimization techniques like genetic algorithms (GA), Artificial Neural Networks (ANN) and Particle Swarm Optimization (PSO). The optimization method described in this research was developed based on the concept of the Orthogonal Arrangement, Taguchi Method. This method provides an efficient way to choose the project parameters in a process of optimization and it effectively reduces the number of experiments required in the application. Taguchi method is successfully applied in the chemical engineering and mechanical engineering fields and recently, there have been applications in the Abstract Electromagnetism area, however, its application in FSS is unprecedented. In this study, it was applied the Taguchi Method in three structures of FSS: Square FSS, Square with grid FSS and Cross Dipole. The purpose of the method is to obtain the best values for physical parameters of the FSS, so that is operating in a satisfactory manner, in accordance with certain specifications in the project. It was also used in this research the Equivalent Circuit Method. The accuracy of Taguchi Method is verified experimentally and it is compared to the simulations performed in the ANSYS Designer ®. Then, the prototypes are built and measured in order to validate the experimental results.
metadata.dc.description.resumo: As superfícies seletivas em frequência (FSS) pertencem a uma subclasse dos metamateriais composto por patchs metálicos bidimensionais. Por apresentar um comportamento seletivo de frequência, essas estruturas têm sido aplicadas nas áreas de micro-ondas e sistemas de comunicação, além de ser tema de pesquisa por parte de estudiosos. A literatura define basicamente uma superfície seletiva de frequência como um arranjo periódico de patches que exibe um determinado comportamento de filtragem de frequência podendo apresentar características de filtro rejeita-faixa ou passa-faixa que permite a reflexão ou a transmissão de sinais em uma determinada faixa de frequência. As FSS são utilizadas em diversas aplicações que vão desde sistemas de micro-ondas e antenas até aplicações em radomes e comunicações via satélite. Estruturas de FSS com comportamento Eletromagnético adequado têm sido estudadas por pesquisadores da área. Porém, a análise das características espectrais dessas estruturas requer técnica com elevada complexidade computacional. Para reduzir o esforço computacional relacionado ao tempo de processamento, podem ser utilizadas técnicas de otimização. Neste aspecto, esta pesquisa propõe a utilização de um método de otimização no projeto de FSS. Os métodos de otimização têm como objetivo obter os resultados de um sistema por meio do ajuste dos parâmetros de entrada, ou seja, ao ajustar estes parâmetros os métodos de otimização procuram um melhor resultado de saída de modo que o desempenho do sistema, em termos de qualidade, custo e eficiência, possam ser otimizados. Esses métodos podem ser aplicados em diversas áreas. Atualmente, na área do Eletromagnetismo, os circuitos de micro-ondas e antenas têm aplicado diversas técnicas de otimização como Algoritmos Genéticos (AG), Redes Neurais Artificiais (RNA) e Otimização com Enxame de Partículas (PSO). O método de otimização descrito nesta pesquisa foi desenvolvido com base no conceito do arranjo ortogonal, o Método Taguchi. Este método fornece uma maneira eficiente para escolher os parâmetros do projeto em um processo de Resumo otimização e reduz efetivamente o número de experimentos requerido na aplicação. O Método Taguchi é aplicado com sucesso nas áreas de Engenharia Química e Engenharia Mecânica e mais recentemente têm-se aplicações na área de Eletromagnetismo, porém, sua aplicação em FSS é inédita. Neste estudo aplicamos o Método Taguchi em três estruturas de FSS: FSS quadrada, FSS quadrada com grade e dipolo cruzado. O objetivo do método é obter os melhores valores para parâmetros físicos da FSS, de modo que esta opere de forma satisfatória, de acordo com especificações determinadas no projeto. Utilizamos também nesta pesquisa o Método do Circuito Equivalente. A precisão do método Taguchi é verificada experimentalmente e comparada com as simulações realizadas no ANSYS Designer. Em seguida os protótipos são construídos e caracterizados experimentalmente.
URI: https://repositorio.ufrn.br/jspui/handle/123456789/22046
Aparece nas coleções:PPGEE - Doutorado em Engenharia Elétrica e de Computação

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