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Microondas I

Prof. Fernando Massa Fernandeshttps://www.fermassa.com/microondas-i.php

Sala 5017 Efermassa@lee.uerj.br

Aula 1

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Microondas I

1. Introdução

2. Conceitos fundamentais do eletromagnetismo

3. Teoria geral da onda plana

4. Teoria geral da onda guiada

5. Linhas de transmissão e guias de onda

6. Redes de micro-ondas

Bibliografia:

Microwave Engineering, David M. Pozar (4ed)

Suplementar:

Foundations for Microwave Engineering, Robert E. Collin (2ed)

Fundamentos da Teoria Eletromagnética, Reitz, Milford Chrysty

Introdução – Programa

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Microondas I

Avaliação:

→ Média de provas (MP) e Média de trabalhos (MT)

→ Média Final, MF = (0,7.MP + 0,3.MT) ≥ 5 → Aprovado!

* Será oferecida uma prova de reposição (Pr), ao final do período, para aqueles que perderem qualquer uma das três provas.

Introdução – Programa

MP=P1+P2+P3

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→ Engenharia de sistemas que lidam com informação entre 1 GHz e 100 GHz (30 cm – 3mm).

→ Alta frequência

Sinal com comprimento de onda (λ) comparável com as dimensões do circuito (L).

Exemplos:

→ Sistemas de telecomunicaçãoTV por satéliteTelefonia celularBluetooth

→ Radares

→ GPS

→ Sensores

Introdução – Engenharia de Microondas

L~λ → Leis de Kirchhoff falham!

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Microondas I

→ Engenharia de sistemas que lidam com informação entre 1 GHz e 100 GHz (30 cm – 3mm).

→ Alta frequência

Sinal com comprimento de onda (λ) comparável com as dimensões do circuito (L).

Introdução – Engenharia de Microondas

AM → 540kHz – 1,63 MHz (556m – 184m)

Ondas Curtas → 3MHz – 30MHz (100m – 10m)

FM → 88MHz – 108MHz (3,4m – 2,78m)

RF → 100MHz – 1GHZ (3m – 30cm)

Microondas → 1GHz – 300GHz (30cm – 1mm)

Infravermelho → 300GHz – 100THz (1mm – 3μm)

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→ Engenharia de sistemas que lidam com informação entre 1 GHz e 100 GHz (30 cm – 3mm).

→ Aspectos de sistemas de microondas

1. Antenas (f) (λ) onda (D) antena

VHF (30MHz – 300MHz) 100MHz 3m 84mUHF (300MHz – 3GHz) 300MHz 1m 28mRadar (Banda X) 10GHz 3cm 84cm

2. Comunicação sem fio

Celulares (GSM) – Banda 900MHz

→ Potência no receptor (Rx) 6,3.10-14 W (-102 dBm)

Bluetooth – Banda S (2GHz – 4GHz) → Potência no transmissor (Tx) 10mW (10dBm)

Introdução – Engenharia de Microondas

P (dBm)=10. log10(1000.PW

)

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Microondas I

→ Engenharia de sistemas que lidam com informação entre 1 GHz e 100 GHz (30 cm – 3mm).

→ Aspectos de sistemas de microondas

2. Comunicação sem fio

Celulares (GSM) – Banda 900MHz

→ Potência no receptor (Rx) 6,3.10-14 W (-102 dBm)

Bluetooth – Banda S (2GHz – 4GHz) → Potência no transmissor (Tx) 10mW (10dBm)

GPS → L1 (1,6GHz) e L2 (1,2GHz) - ~25,6W (Tx)

TV Digital

→ Banda C (3,7GHz – 6,4GHz)→ Banda Ku (10,9GHz – 14,5GHz)

Potência do satélite → ~120W

Introdução – Engenharia de Microondas

P (dBm)=10. log10(1000.PW

)

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Microondas I

→ Engenharia de sistemas que lidam com informação entre 1 GHz e 100 GHz (30 cm – 3mm).

→ Aspectos de sistemas de microondas

3. Radar

Diversas bandas (Doppler Meteorológico)Banda X (8 – 12GHz) – Banda militar

→ Potência > ~ MWAlcance ~2000 KmAntena 384 m2

Sensor radar automobilístico – Banda ISM (24GHz)(FMCW, frequency modulated continuous wave)

→ Distância (~100m), velocidade e direção do obstáculo.→ Antena de escaneamento passivo.

Introdução – Engenharia de Microondas

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Microondas I

→ Engenharia de sistemas que lidam com informação entre 1 GHz e 100 GHz (30 cm – 3mm).

→ Aspectos de sistemas de microondas

4. Propagação de microondas

→ Reflexão, transmissão, refração, polarização...

5. Aquecimento por micro-ondas

→Forno microondas (2,45GHz)

→ Fonte convencional – Cavidade Magnetron

→ Potência 500W – 1000W

→ Perda dielétrica em água (molécula polar), gorduras e açucares

Energia cinética (Vibração/Rotação de moléculas) = agitação térmica

Introdução – Engenharia de Microondas

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→ Engenharia de sistemas que lidam com informação entre 1 GHz e 100 GHz (30 cm – 3mm).

→ Aspectos de sistemas de microondas

6. Efeitos biológicos

→ Influência em células cancerosas

→ Afeta a produção de certas proteínas do sistema imunológico.

→ Efeito sobre funções cerebrais e gastrointestinais.

Introdução – Engenharia de Microondas

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→ Engenharia de sistemas que lidam com informação entre 1 GHz e 100 GHz (30 cm – 3mm).

→ Aspectos de sistemas de micro-ondas

→Circuito convencional (leis de Kirchhoff) – até ~500kHz

→Cabo coaxial (intervalo de aplicação) – 500kHz até 5GHz

→Guias de onda (aborda os campos eletromagnéticos) – 5GHz até 100GHz

Introdução – Engenharia de Microondas

L≪λ

L≈λ

https://workshopwaveguides.wordpress.com/

L≫λ

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→ Engenharia de sistemas que lidam com informação entre 1 GHz e 100 GHz (30 cm – 3mm).

→ Aspectos de sistemas de micro-ondas

Vantagens

→Maior largura de banda (densidade de informação no sinal)→Sistemas mais compactos→Redução de interferência→Maior resolução para radares→Alto ganho de antena para sistemas compactos

Desvantagens

→Susceptibilidade a capacitâncias e indutâncias parasíticas.→Perda maior por espalhamento→ Componentes mais caros (GaAs, GaN).→ Guias de onda ocos são volumosos.→ Projeto deve ser feito em software CAD com simulação EM (FEM).

Introdução – Engenharia de Microondas