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2016-11-23

Projeto de Antenas Bioinspiradas em Plantas para Sistemas de Comunicação Sem Fio

As soluções biologicamente inspiradas têm despertado o interesse de pesquisadores para soluções de problemas em várias tecnologias. A partir da inspiração na natureza, observação do comportamento e funções realizadas pelos seres vivos (que usam os recursos naturais de forma sustentável e otimizada ao longo de milhões de anos de evolução), várias instituições de renome mundial têm financiado centros de pesquisa para o desenvolvimento da engenharia biologicamente inspirada. Nos últimos anos os conceitos bioinspirados também têm sido usados em projetos de dispositivos de micro-ondas inovadores. A proposta desta pesquisa é verificar o uso de geometrias bioinspiradas em plantas (folhas e flores) para o desenvolvimento de antenas tipo patch e monopolo impresso para aplicação em sistemas de comunicação de quarta geração e de banda ultralarga . As antenas são fabricadas com materiais de baixo custo: laminados de fibra de vidro e tecido jeans. As propriedades ressonantes e de irradiação das antenas bioinspiradas propostas são caracterizadas através de análises numéricas e experimentais. Os resultados obtidos são comparados com aqueles apresentados por antenas patch e monopolo impresso convencionais. Os softwares comerciais Ansoft DesignerTM e HFSS foram usados nas simulações das antenas. Os resultados experimentais foram obtidos através de medição dos protótipos fabricados nos laboratórios do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia da Paraíba, utilizando um analisador de redes vetorial, modelo N5230A-Agilent Technologies. Para as antenas tipo monopolo impresso, o uso da geometria bioinspirada possibilitou um projeto mais compacto com a redução das dimensões das antenas.

2014-04

Dissertação

CARACTERIZAÇÃO DE FSS COM GEOMETRIA EM FORMA DE U

Nos últimos anos, com a diversidade das comunicações sem fio, principalmente em dispositivos como telefone móvel, TV digital, tablets, RFID, etc., nos quais um único equipamento pode operar em diferentes bandas de frequência, um contínuo desafio é imposto aos engenheiros no projeto de antenas em micro-ondas. Uma das estruturas que tem recebido considerável atenção são as superfícies seletivas em frequência (Frequency Selective Surface - FSS), devido às diversas aplicações no espectro de frequência, incluindo micro-ondas e ondas milimétricas. A fim de se obter dimensões reduzidas e resposta em frequência específica, diversas geometrias são estudadas, incluindo elementos simples ou uma combinação dos mesmos. Recentemente, as FSS têm sido empregadas em redes sem fio como sensores passivos e sistemas de identifação por rádio frequência sem chip (chipless). Neste trabalho é apresentada a análise da geometria em forma de U para FSS. Trata-se de uma geometria geralmente usada em antenas planares. A ideia principal é averiguar como as respostas em frequência das FSS variam em função da geometria em forma de U, seja como fenda, slot, ou como metalização. Para a análise numérica das FSS, um dos métodos adotados foi o Método das Ondas, mais conhecido na literatura como WCIP (Wave Concept Iterative Procedure). As FSS apresentaram boas características de miniaturização e multibanda, verificando-se na redução da frequência de ressonância, e no surgimento de novas ressonâncias, sem alteração dos limites da célula unitária. São propostas equações aproximadas de projeto e apresentados resultados numéricos e experimentais. Pretende-se a partir destas análises, colocar tal investigação como potencial recurso no desenvolvimento de dispositivos para aplicações que necessitem de elementos compactos, e de operação multibanda, a exemplo da tecnologia RFID sem chip e antenas inteligentes.

2017-05-06

Dissertação

Implementação de filtros Planares Baseados na Geometria Matrioska

Os filtros desempenham um papel fundamental nos sistemas de telecomunicações. Embora seja uma das tecnologias mais consolidadas na Engenharia de micro-ondas, o intenso crescimento das aplicações dos sistemas de telecomunicações impõe um desafio constante, requerendo o estudo de novas configurações de filtros e uma melhor compreensão do funcionamento dessas estruturas, em face aos requisitos de miniaturização, baixo custo, largura de banda e seletividade em frequência. Neste contexto, propõe-se neste trabalho a implementação de filtros planares utilizando a geometria matrioska com uma e duas seções. Como exemplos de filtros de uma seção são apresentados os resultados numéricos e experimentais de filtros utilizando a geometria matrioska, com um, dois e três anéis matrioska, observandose uma boa concordância entre esses resultados. São apresentados os resultados numéricos e experimentais de filtros com duas seções, tanto com as mesmas dimensões, como com seções de dimensões diferentes. Além disto, são propostas equações iniciais para as duas primeiras frequências de ressonância, que podem auxiliar no processo de otimização do filtro, fornecendo os valores inicias de projeto. Dentre as características obtidas, destacam-se: dimensões reduzidas, rápida transição da banda passante para a banda de rejeição e ajuste da largura de banda, o que incentiva a continuidade das pesquisas do filtro proposto.

2016-11-25

Dissertação

Implementação de uma Superfície Seletiva em Frequência Reconfigurável Baseada na Geometria Estrela de Quatro Braços

As superfícies seletivas em frequência reconfiguráveis, RFSS, vêm despertando a atenção de diversos grupos de pesquisa por suas inúmeras aplicações. Entre essas aplicações, as edificações inteligentes, ou a arquitetura eletromagnética das edificações, tem recebido uma especial atenção, principalmente nos ambientes com uma grande densidade de usuários e uma elevada quantidade de espaços de uso comum. Neste trabalho é proposta uma RFSS baseada na geometria estrela de quatro braços tipo fenda com bordas, tendo como elemento de comutação o diodo PIN. São apresentados resultados numéricos obtidos utilizando o programa WCIPAGA10, baseado no método iterativo das ondas, e resultados experimentais, observando-se uma concordância muito boa entre os mesmos. Apesar da dependência da polarização, a simplicidade do circuito de polarização dos diodos, sem uso de capacitores ou indutores, assim como a diferença de atenuação de pelo menos 20 dB entre os estados ligado e desligado, tornam a RFSS proposta potencialmente atrativa, incentivando a continuidade deste trabalho, buscando novas configurações e aplicações.

2017-05-06

Dissertação

Avaliação de Acidente Vascular Cerebral em Tomografia Computadorizada Utilizando Algoritmo de Otimização de Formigas

O acidente vascular cerebral (AVC) é uma das maiores causas de morte e de incapacidades neurológicas do mundo, sendo a doença neurológica mais comum e potencialmente mais devastadora, e por essa razão é responsável por um grande número de pesquisas e inovações na área de imagens médicas. No Brasil há uma distribuição extremamente desigual de recursos médicos de boa qualidade em decorrência de sua grande extensão territorial. Dessa forma, existem inúmeros locais e serviços de saúde em que não há a presença de um especialista em radiologia para observar as imagens de tomografia computadorizada (TC). Por essa razão há uma motivação para o desenvolvimento de sistemas computadorizados para o auxílio ao diagnóstico de doenças utilizando técnicas de processamento de imagens. Técnicas de processamento digital de imagens podem ser utilizadas para auxiliar o diagnóstico médico dessa patologia, possibilitando um diagnóstico mais rápido, bem como um acompanhamento da área de extensão das lesões isquêmicas e hemorrágicas causadas pelo AVCi (isquêmico) ou AVCh (hemorrágico). Então, os algoritmos desenvolvidos para detecção de AVC poderiam ser utilizados para auxiliar clínicos, ou outros profissionais de saúde, para que esses possam ou encaminhar para algum centro especializado próximo ou iniciar o tratamento adequado o mais rápido possível melhorando o prognóstico dos pacientes acometidos pela patologia. Neste trabalho foram desenvolvidos e implementados cinco algoritmos para detectar e realçar as áreas de AVCi e AVCh em imagens de TC de crânio, dos quais três foram utilizados para detecção de AVCi agudo/subagudo (nos estágios iniciais) e dois para detecção de AVCh. Inicialmente, foram implementados os algoritmos para a detecção dessas duas patologias baseados em limiarização, e em seguida foi implementado o algoritmo de segmentação de imagens baseado em ACO (Ant Colony Optimization) e k-means. Baseado nessa segmentação com ACO foi desenvolvido um algoritmo de detecção de AVCh, um algoritmo de detecção dos ventrículos cerebrais e posterior detecção do AVCi utilizando a limiarização e um algoritmo de detecção de AVCi agudo/subagudo. Em seguida, foram calculados e analisados os resultados estatísticos para cada um dos algoritmos implementados, analisando a detecção por paciente, por cortes e por pixels. Assim, sendo realizada uma avaliação da detecção dos dois tipos de AVC em relação a cada um dos algoritmos desenvolvidos. Os melhores resultados obtidos para a detecção do AVCh foram com o algoritmo de segmentação baseado no ACO que apresenta uma sensibilidade, uma especificidade e uma acurácia na detecção por paciente de 100%, por corte apresenta uma sensibilidade de 51%, uma especificidade de 100% e uma acurácia de 99%, e por pixel possui uma sensibilidade de 34%, uma especificidade de 99% e uma acurácia de 99%. O processamento do conjunto das 22 imagens de cada paciente foi realizado em 1 minuto e 15 segundos por esse algoritmo. De forma semelhante, os melhores resultados para a detecção do AVCi foram obtidos com o algoritmo ACO para a detecção da área de isquemia, que apresenta uma sensibilidade de 72%, uma especificidade de 88% e uma acurácia na detecção por paciente de 88%, por corte apresenta uma sensibilidade de 27%, uma especificidade de 98% e uma acurácia de 98%, e por pixel possui uma sensibilidade de 12%, uma especificidade de 99% e uma acurácia de 99%. Esse algoritmo possui um tempo de processamento para o conjunto de 20 imagens de um paciente de 1 minuto e 5 segundos.

2016-12-06

Dissertação

Cacacterização da Cobertura de Sinais na faixa de 700 MHZ em Ambientes Internos considerando os Efeitos da Polarização e do Azimute da Antena Diretiva

Com o aparecimento dos sistemas de comunicação pessoal, tornou-se importante a caracterização da propagação em ambientes fechados. A atenuação no espaço livre, a propagação por multipercurso e as interações que a onda mantém com obstáculos são fenômenos mais relevantes associados à propagação em ambientes interiores. Entretanto, se o canal indoor for bem caracterizado os efeitos das perdas de propagação eletromagnéticas podem ser minimizadas, através da variação angular da antena do transmissor, a fim de encontrar a posição adequada para a localização do transmissor. No contexto de uma rede sem fio, um ambiente interno difere de um ambiente externo em dois aspectos: menor raio de cobertura e maior variabilidade no ambiente. Constata-se, na prática, que a propagação dentro de edificações é influenciada por aspectos específicos, tais como sua arquitetura e pelos materiais usados na construção. Nas últimas décadas foram desenvolvidos e aperfeiçoados vários modelos de predição que consideram as características do ambiente interno. O presente trabalho tem por objetivo estabelecer a caracterização da cobertura de sinais de comunicação sem fio em ambientes interiores na faixa de frequência em torno de 700 MHz. Essa banda foi escolhida devido a sua destinação para ser utilizada pelos sistemas de comunicação em banda larga 4G/LTE no Brasil. Os resultados simulados foram obtidos utilizando o programa comercial WinProp®, com base no método do Traçado de Raios. Durante as simulações foi proposto um método simplificado de predição de cobertura, onde foram considerados transmissores virtuais, posicionados próximos às paredes de início de cada corredor transversal (situação sem visada entre transmissor e receptor), que consideraram como potências de saídas as mesmas potências aferidas naqueles pontos ou locais, a partir do transmissor real. As campanhas de medições para a caracterização experimental da cobertura de sinal foram realizadas, obtendo-se valores médios do sinal em intervalos regularmente espaçados, de modo a se garantir uma menor influência do fenômeno de desvanecimento rápido e uma maior espacialidade entre elas. Deste modo, os resultados obtidos mostraram uma boa concordância entre os valores simulados, medidos e teóricos, calculados a partir da fórmula de Friis, nas situações com visada e sem visada direta.

2016-12-06

Dissertação

Segmentação de Regiões de AVC Isquêmicos em Imagens de TC por meio da Classificação de Textura

Imagens de Tomografia Computadorizada (TC) são utilizadas como instrumentos de auxílio ao diagnóstico médico, possibilitando a detecção precoce, bem como o acompanhamento, de diversas doenças tais como o Acidente Vascular Cerebral (AVC), cuja análise da imagem do crânio é realizada pelo médico de forma visual, o qual localiza a lesão, diferencia o AVC isquêmico do hemorrágico e realiza a demarcação manualmente. Técnicas de análise computacional dessas imagens, podem ampliar a quantidade de informação adquirida e contribuir para o diagnóstico correto em um procedimento médico. Tal razão motiva o desenvolvimento de sistemas computadorizados para o auxílio à detecção e ao diagnóstico (Computer-Aided Detection and Diagnosis- CADDx) para doenças, empregando técnicas de Processamento Digital de Imagens e Visão Computacional. Neste contexto, são utilizados vários métodos com a finalidade de segmentar, reconhecer e identificar detalhes da região de interesse na imagem de TC analisada. Esta pesquisa centraliza seus esforços em estabelecer um método de segmentação da região das áreas isquêmicas, no acidente vascular cerebral, em imagens de Tomografia Computadorizada. Ao final do processo de segmentação, um contorno é delineado automaticamente em volta da região segmentada sem a necessidade de uma intervenção humana. Para tanto, é feita a classificação de informações de textura extraídas da imagem, obtidas com os descritores de Haralick. Duas investigações foram realizadas: a determinação do melhor conjunto de descritores de Harlick usados como medidas de textura e análise de desempenho dos descritores selecionados para segmentação. Em ambas foram empregadas Redes Neurais Artificiais MLP (Multilayer Perceptron) para a classificação de áreas de textura com e sem Acidente Vascular Cerebral Isquêmico (AVCi). Para a análise dos descritores de Haralick foram feitos testes de significância estatística e testes de classificação com a RNA para 1, 2 e 3 descritores de Haralick combinados entre si. Os resultados obtidos foram comparados com o padrão ouro, dado p ela segmentação manual das regiões isquêmicas. Nos testes realizados o sistema obteve bons resultados com o conjunto de descritores Correlação, Homogeneidade e Soma das Médias, que mostrou-se capaz de promover a classificação necessária para segmentar a região cerebral atingida pelo AVC com precisão.

2016-12-06

Dissertação

Aplicação da Transformada Wavelet em Análise de Texturas de Gráficos de Recorrência para Detecção de Patologias Laríngeas

A análise acústica do sinal de voz, devido à sua natureza não invasiva e ao baixo custo, tem se mostrado uma eficiente ferramenta para auxílio ao diagnóstico das desordens vocais provocadas por patologias na laringe. Os gráficos apresentam padrões de larga e pequena escala, cujas variações em sua textura representam o comportamento do sinal de voz, proporcionando informações acerca do estado de normalidade ou de alteração na qualidade vocal. Os padrões de pequena escala podem ser vistos como características de textura e servem como base para uma análise quantitativa dos gráficos de recorrência. Técnicas de Processamento Digital de Imagens são empregadas para a análise da textura contida nos gráficos de recorrência, baseada na transformada wavelet bidimensional. A fim de discriminar sinais saudáveis de sinais patológicos, são extraídos diversos descritores de texturas dos coeficientes de cada sub-banda obtida pela decomposição wavelet bidimensional. Nesta pesquisa, duas abordagens foram aplicadas, as quais se diferenciam pela forma de extração dos padrões representativos dos sinais: extração dos descritores de textura diretamente das sub-bandas da transformada wavelet; e extração dos descritores de Haralick, a partir da matriz de co-ocorrência. Os sinais de voz foram classificados como saudáveis ou patológicos, como também foi realizada a discriminação entre patologias. Paralisia, edema de Reinke e nódulos nas pregas vocais foram as patologias laríngeas consideradas na pesquisa. Os melhores resultados foram obtidos com os descritores de Haralick, empregando redes neurais MLP (Multilayer Perceptron) na classificação, em conjunto com o algoritmo de otimização por enxame de partículas PSO (Particle Swarm Optimization) empregado na seleção das características mais representativas. O sistema proposto melhorou significativamente a acurácia na discriminação entre patologias, com resultados superiores aos encontrados na literatura, que empregam a análise de recorrência.

2016-12

Dissertação

ENSAIO ELETROMAGNÉTICO PARA ACOMPANHAMENTO DA FRAGILIZAÇÃO A 475°C EM AÇOS INOXIDÁVEIS DUPLEX

Os aços inoxidáveis duplex (AID), em razão de suas excelentes propriedades relativas à resistência mecânica e à corrosão, encontram importante aplicação no setor industrial, principalmente em ambientes severamente agressivos. Porém, quando são submetidos a temperaturas superiores a 300°C, esses aços têm sua resistência à corrosão e tenacidade comprometidas devido à formação de fases fragilizantes em sua microestrutura. Dentre essas fases, destaca-se a ’ que se forma na faixa de temperatura compreendida entre 300 e 550°C e que é responsável pela conhecida “fragilização a 475°C”, por apresentar maior cinética de precipitação nesta temperatura. Essa fase se caracteriza por ter tamanho nanométrico e composição química rica em cromo. A precipitação de ’ já foi acompanhada por técnicas não destrutivas baseadas em propriedades magnéticas do AID, como a susceptibilidade magnética e a permeabilidade magnética. Contudo, neste trabalho buscou-se desenvolver uma técnica de ensaio não destrutivo (END), baseada na interação entre densidades de linhas de campo magnético e material, que seja capaz de acompanhar a fragilização a 475°C em um AID. O material escolhido para a realização dos testes foi o AID UNS-S31803 envelhecido nas temperaturas de 390, 425 e 475°C com tempos de envelhecimento de até 100 horas. As medidas de campo magnético induzido, utilizadas para o acompanhamento da formação da fase ’,foram capturadas por um sensor de efeito Hall a partir da aplicação de um campo magnético externo considerado ideal. Os resultados mostraram que o parâmetro magnético estudado foi sensível às mudanças ocorridas na microestrutura das amostras envelhecidas, podendo a presente técnica ser utilizada para o acompanhamento da fragilização em aços inoxidáveis duplex.

2015-01-01

Dissertação

Análise e Simulação de Filtros de Microfita Utilizando o Método FDTD Laio Lucas de Souza Orientador: Prof. Dr. Paulo Henrique da Fonseca Silva JOÃO PESSOA 2015

Esta Dissertação descreve a aplicação do método das Diferenças Finitas no Domínio do Tempo (FDTD  Finite Difference Time Domain) para a análise de filtros fabricados em linhas de microfita para a faixa de micro-ondas. O método FDTD 3-D, desenvolvido em linguagem C, implementa condições de contorno com o uso da técnica PML (Perfect Matched Layer), permitindo a determinação numérica dos campos eletromagnéticos com uma menor interferência das reflexões indesejáveis nos limites da malha FDTD. A fim de comparar os resultados obtidos com o método FDTD, o software comercial Ansoft DesignerTM também é usado para simulação dos filtros abordados. Cinco protótipos foram construídos e caracterizados experimentalmente com o uso de um analisador de redes vetorial, Agilent N5230A. Estes resultados numéricos e experimentais são usados para a comparação do método FDTD 3-D desenvolvido. O método FDTD foi aplicado para análise de um filtro passa-baixa em linha de microfita, de filtros DGS (Defected Ground Structure) unitários e periódicos e de um filtro spur-line. Os resultados de simulação foram concordantes com os experimentos realizados com um erro máximo de 4,8% para os filtros abordados. Através de variações na malha FDTD, uma análise de desempenho do método FDTD foi realizada em termos de precisão e esforço computacional.