Prof. Fernando Massa Fernandes https://www.fermassa.com/microondas-i.php Sala 5017 E fermassa@lee.uerj.br Aula 1 1
Introdução Programa 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 2
Introdução Programa Avaliação: Média de provas (MP) e Média de trabalhos (MT) MP= P 1+ P 2+ P 3 3 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. 3
Alta frequência Sinal com comprimento de onda (λ) comparável com as dimensões do circuito (L). Exemplos: L ~ λ Leis de Kirchhoff falham! Sistemas de telecomunicação TV por satélite Telefonia celular Bluetooth Radares GPS Sensores 4
Alta frequência Sinal com comprimento de onda (λ) comparável com as dimensões do circuito (L). 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) 5
Aspectos de sistemas de microondas 1. Antenas VHF (30MHz 300MHz) UHF (300MHz 3GHz) Radar (Banda X) (f) (λ) onda (D) antena 100MHz 300MHz 10GHz 3m 1m 3cm 84m 28m 84cm 2. Comunicação sem fio Celulares (GSM) Banda 900MHz P (dbm)=10. log10 (1000. P ) W Potência no receptor (Rx) 6,3.10-14 W (-102 dbm) Bluetooth Banda S (2GHz 4GHz) Potência no transmissor (Tx) 10mW (10dBm) 6
Aspectos de sistemas de microondas 2. Comunicação sem fio P (dbm)=10. log10 (1000. Celulares (GSM) Banda 900MHz P ) W 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 7
Aspectos de sistemas de microondas 3. Radar Diversas bandas (Doppler Meteorológico) Banda X (8 12GHz) Banda militar Potência > ~ MW Alcance ~2000 Km Antena 384 m2 Sensor radar automobilístico Banda ISM (24GHz) (FMCW, frequency modulated continuous wave) Distância (~100m), velocidade e direção do obstáculo. Antena de escaneamento passivo. 8
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 9
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. 10
Aspectos de sistemas de micro-ondas Circuito convencional (leis de Kirchhoff) até ~500kHz Cabo coaxial (intervalo de aplicação) 500kHz até 5GHz L λ L λ Guias de onda (aborda os campos eletromagnéticos) 5GHz até 100GHz L λ 11 https://workshopwaveguides.wordpress.com/
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). 12