Microondas I - Fermassa1...2 Microondas I 1. Introdução 2. Conceitos fundamentais do...
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Microondas I
Prof. Fernando Massa Fernandeshttps://www.fermassa.com/microondas-i.php
Sala 5017 [email protected]
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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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).
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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Microondas I
→ 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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Microondas I
→ 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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Microondas I
→ 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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Microondas I
→ 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