Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e de Computação

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Aplicação de superfície seletiva de frequência como refletor reconfigurável para otimização do desempenho de antena de microfita para aplicações em 5G
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2024-11-29) Sousa, Thayuan Rolim de; Silva Neto, Valdemir Praxedes da; https://orcid.org/0000-0003-3867-3297; http://lattes.cnpq.br/4160231554601828; http://lattes.cnpq.br/3138846318611230; D'Assunção, Adaildo Gomes; Mendonça, Laercio Martins de; Gomes Neto, Alfredo; Silva, Jefferson Costa e
Este trabalho apresenta o desenvolvimento de estruturas reconfiguráveis de superfícies seletivas de frequência (Reconfigurable Frequency-Selective Surface – RFSS) como refletor para otimizar o desempenho de antena de microfita para aplicações 5G. As superfícies seletivas de frequência (Frequency-Selective Surface – FSS) são estruturas amplamente utilizadas nos sistemas de comunicação, com aplicações na faixa de microondas até terahertz. A pesquisa inclui simulações computacionais e experimentos práticos para avaliar a eficácia da RFSS em diferentes cenários de propagação. A análise inicial é realizada com a caracterização da FSS em sua forma ideal para prever o comportamento da estrutura reconfigurável. Em seguida a RFSS proposta é projetada e avaliada. A estrutura proposta consiste em um único substrato dielétrico com uma superfície condutora. A célula unitária da RFSS é baseada em elemento em forma de V e um único diodo PIN é utilizado como dispositivo ativo por célula unitária. O diodo PIN em cada linha da RFSS é conectado em paralelo pela rede de alimentação. Essas estruturas foram projetadas, otimizadas, fabricadas e caracterizadas experimentalmente para validar os resultados numéricos, sendo observada uma boa concordância entre eles. Três configurações de estado de alimentação são analisadas: estado desligado, estado ligado e estado intermediário. Dependendo do estado de alimentação, a RFSS pode exibir frequência de ressonância em banda única ou múltipla. A RFSS proposta exibe características comutáveis de forma independente que a torna adequada para uma variedade de aplicações, em sua configuração de banda única ou multibanda. Após essa análise, as RFSS foram aplicadas em um sistema com uma antena de microfita retangular de banda dupla reconfigurável. O sistema consiste em colocar a RFSS na frente da antena de microfita, atuando como refletor. A antena utilizada é do tipo microfita com elemento retangular, que é modificado pela inserção de duas fendas em forma de T para fornecer resposta de banda dupla em 1,7 GHz e 3,7 GHz. Os resultados numéricos foram obtidos através de simulações usando o software comercial ANSYS HFSS. Ao mudar o estado do diodo PIN, o sistema aumenta o ganho da antena e reconfigura seu padrão de radiação, atingindo os valores de 5,6 dB e 5,5 dB de aumento de ganho para a primeira e segunda frequência de ressonância, respectivamente. Os resultados finais demonstram que a implementação de RFSS pode aumentar significativamente o ganho e a capacidade de direcionamento das antenas de microfita. Conclui-se que a abordagem proposta é viável e oferece melhorias substanciais no desempenho das antenas, tornando-se uma solução promissora e contribuindo para a evolução das redes 5G.
Estudo de metamaterial têxtil para aplicação em substrato de antenas planares para tecnologia WBAN
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2021-06-30) Holanda, Samanta Mesquita de; Silva, José Patrocínio da; Queiroz Júnior, Idalmir de Souza; 63510731468; http://lattes.cnpq.br/8047604543096116; http://lattes.cnpq.br/5753289728835624; http://lattes.cnpq.br/0063049048462929; Campos, Antônio Luiz Pereira de Siqueira; http://lattes.cnpq.br/1982228057731254; Aquino, Marcos Silva de; http://lattes.cnpq.br/8780485157382325; Andrade, Humberto Dionísio de; http://lattes.cnpq.br/1253785596446469
O desenvolvimento dos sensores biométricos implantados ou vestíveis, proporcionaram o crescimento da tecnologia WBAN (Wireless Body Area Network). Uma WBAN pode ser usada para muitas aplicações, como monitoramento de sinais fisiológicos e aplicativos de comunicação industrial. Neste contexto, a antena têxtil é um elemento importante na comunicação sem fio em tecidos inteligentes, sendo objeto de pesquisas recorrentes em aplicações industriais, militares e médicas. Essas antenas são flexíveis e, por esse motivo, tornase conveniente em aplicações onde a rigidez das antenas tradicionais é considerada um entrave. A utilização de metamaterias em antenas pode proporcionar entre outras características redução de SAR (Specific Absorption Rate) e miniaturização do dispositivo, parâmetros importantes para aplicações médicas. Este trabalho apresenta o desenvolvimento de antenas planares com substrato metamaterial têxtil na faixa de frequência 5G para aplicações WBAN, mostrando desde confecção dos substratos até a fabricação e testes das antenas. Foram selecionados três tipos de substrato têxtil com estrutura e composição diferentes, e em cada um deles foi inserido um fio condutivo através de técnicas distintas (inserção manual, malharia e costura automática). A caracterização dos materiais foi realizada através de simulações no HFSS® e do método da sonda coaxial, para obtenção dos parâmetros elétricos. Posteriormente a etapa de caracterização, as antenas foram projetadas e simuladas para operar em 2,45GHz e 3,5 GHz, sendo os melhores resultados fabricados e testados em um Analisador de Redes Vetorial (ARV). Os resultados obtidos nas simulações e testes, foram analisados e constatou-se a presença de característica metamaterial nas geometrias de laçada e ponto reto. As antenas com substrato metamaterial têxtil apresentaram frequência de ressonância menor em relação as que possuíam substrato têxtil dielétrico, indicando a possibilidade de redução das dimensões do dispositivo. Além disso, após serem curvadas e alocadas próximas ao corpo, as antenas apresentaram um bom desempenho, ressoando abaixo de -10 dB com largura de banda acima de 2%.
Particionamento adaptativo de banda em Sistemas 5G NR utilizando solução de aprendizado de máquina
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2023-02-13) Luna, Daniel Rodrigues de; Sousa Júnior, Vicente Ângelo de; https://orcid.org/0000-0003-2859-6136; http://lattes.cnpq.br/6358312955522220; http://lattes.cnpq.br/5084446763958238; Cavalcante, André Mendes; Fernandes, Marcelo Augusto Costa; https://orcid.org/0000-0001-7536-2506; http://lattes.cnpq.br/3475337353676349; Rodrigues, Marcio Eduardo da Costa; Freitas Júnior, Walter da Cruz
A quinta geração (5G NR) da rede de comunicação do 3GPP propõe uma variedade de casos de uso, que vão desde as comunicações móveis em banda larga melhoradas (eMBB) até comunicações ultra confiáveis e de baixíssimo atraso (URLLC), além das comunicações massivas entre máquinas (mMTC). A flexibilização na utilização da largura de banda é um dos requisitos críticos das tecnologias 5G. Como tal, o conceito de partições de banda, Bandwidth Parts (BWPs), foi introduzido para dar flexibilidade, mudanças rápidas de configurações e economia de energia para os User Equipments (UEs) que não precisam de toda a largura de banda disponível para suas aplicações, usando assim apenas uma parte dela. O caso de uso que mais pode se beneficiar desse recurso é o mMTC, caracterizado por seu grande número de dispositivos e pela necessidade de baixo consumo de energia. Este trabalho propõe uma solução de aprendizado por reforço (RL) para adaptação de BWPs em cenários mMTC para economizar energia e melhorar o desempenho do sistema. Este documento traz a contextualização do trabalho, seguida da apresentação dos trabalhos mais recentes relacionados ao problema de adaptação de largura de banda, destacando a lacuna nesta área de pesquisa e a hipótese desta tese de doutorado. Em seguida, o modelo do sistema mMTc e seus principais parâmetros são descritos, juntamente com a ferramenta de simulação utilizada, o ns-3 NR 5G-LENA, e campanhas de calibração para validar o seu uso. O problema alvo da tese é caracterizado por meio de simulações, demonstrando a oportunidade de melhoria ao aplicar uma solução baseada na abordagem de aprendizado por reforço. Soluções descentralizadas e centralizadas são propostas, bem como novas campanhas de simulação para demonstrar seus valores agregados em termos de economia de energia e desempenho do sistema. A solução proposta promove ganhos de 48,32% para o 10º percentil da eficiência energética e 30,9% considerando todos os dados. Por fim, os artigos publicados e as principais discussões desta tese são reunidos ao final.
Simulação e projeto de antenas MIMO para aplicações nas tecnologias UWB, 5G e em smartphones
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2023-05-23) Paiva, Samuel Belarmino de; D’Assunção, Adaildo Gomes; Silva Neto , Valdemir Praxedes da; https://orcid.org/0000-0003-3867-3297; http://lattes.cnpq.br/4160231554601828; http://lattes.cnpq.br/4159638862269940; https://orcid.org/0000-0002-4914-1803; http://lattes.cnpq.br/6498243690382060; Mendonça., Laércio Martins de; https://orcid.org/0000-0001-7861-3761; http://lattes.cnpq.br/1853488415531363; D’Assunção Junior, Adaildo Gomes; http://lattes.cnpq.br/7359899329008024; Serres, Alexandre Jean René; https://orcid.org/0000-0002-2912-5769; http://lattes.cnpq.br/5988817460788034; Peixeiro, Custódio José de Oliveira; http://lattes.cnpq.br/7635975069148170
Este trabalho apresenta três antenas MIMO (multiple-input multiple-output) para aplicações em sistemas modernos de comunicações sem fio. A primeira antena MIMO proposta possui dimensões compactas, alta isolação entre as portas e pode ser utilizada para aplicações em wireless local area network (WLAN); a segunda antena MIMO proposta é uma antena MIMO miniaturizada, com alta isolação entre as portas e que pode ser utilizada em aplicações de ultra-wideband (UWB); a terceira antena MIMO proposta pode ser utilizada para aplicações em smartphones e dão suporte às bandas inferior e superior do WLAN, assim como também do 5G. Dentre as vantagens que o 5G oferece, pode-se destacar velocidades ultrarrápidas, baixa latência, grande capacidade de canal, alta eficiência espectral e densidade de conexão massiva. Com isso, as antenas MIMO vêm sendo bastante estudadas para aplicações nessa tecnologia, pois elas podem aumentar consideravelmente a taxa de transmissão de dados e a capacidade de canal, devido a capacidade de canal ser proporcional ao número de antenas utilizadas na transmissão e recepção, assim como também pode melhorar a confiabilidade do link de sistemas de comunicações wireless através da transmissão e recepção de dados em múltiplos percursos. As antenas MIMO propostas foram projetadas usando o software ANSYS HFSS para caracterização numérica, e os protótipos foram fabricados com dielétrico FR-4 e medidos, apresentando boa concordância entre os resultados simulados e medidos. Um parâmetro chave de desempenho de antenas MIMO, o envelope correlation coefficient (ECC), é analisado e apresenta bons resultados para as três antenas MIMO propostas. Além disso, para a antena proposta para aplicações em smartphones, o efeito causado pela proximidade das mãos do usuário é investigado, que é um parâmetro de desempenho extremamente importante

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