Plano de Pesquisa

PLANO DE PESQUISA

1. Nome completo do candidato: Michel Bernardo Fernandes da Silva

Número USP: 3167795   -   E-Mail: [e-mail] 

1. Título do plano de pesquisa: ANTENAS RECONFIGURÁVEIS PLANARES
2. Período e ano do processo de seleção ao ingresso na Pós-Graduação da Engenharia Elétrica: 1º período de 2014
3. Objetivo, tópicos de interesse que pretende estudar, assunto previsto para  Tese, relevância do assunto de interesse para a área específica, onde pretende aplicar o estudo.

1. Objetivos: Este plano de pesquisa tem como objetivos a modelagem e o projeto de antenas impressas planares reconfiguráveis. Essas antenas representam uma excelente opção para sistemas MIMO, Multiple Input / Multiple Output, e Rádios Cognitivos, em geral.  
2. Tópicos de estudo: Antenas planares; redes de antenas; antenas reconfiguráveis.
3. Assunto previsto para a Tese:

Sistemas MIMO e Rádios Cognitivos demandam o uso de softistados sistemas de radiação composto de uma única antena ou de uma rede de antenas para operação ótima. Cada tipo de antena ou de rede antenas possui benefícios e limitações que o tornam mais apropriado para uma determinada aplicação. Como as características do sistema radiante são fixas, a escolha das antenas impõe restrições de desempenho ao sistema. Nesse sentido, antenas reconfiguráveis representam uma excelente escolha para os sistemas citados, uma vez que seu comportamento é adaptável e pode reduzir ou eliminar certas restrições de desempenho provendo ainda níveis adicionais de funcionalidade aos mesmos.

Reconfiguração de antenas refere-se ao problema de coordenar a interligação de certas partes das mesmas de modo que elas apresentem determinada característica requerida para operação ótima.

Antenas reconfiguráveis permitem modificar, por exemplo, sua frequencia de operação, a polarização, o diagrama de radiação, etc. Isso é possível através da alteração da densidade de corrente superficial na estrutura radiante. Para isso, as antenas podem utilizar partes mecânicas móveis, deslocadores de fase, diodos, chaves MEMS RF, materiais sintonizáveis, dispositivos ativos, etc no processo de  reconfiguração. Na prática, uma antena reconfigurável pode ser constituída por uma única antena a serem interligadas com diversas partes ou por uma rede de antenas.

O estudo dessas antenas passou a ser de fundamental importância com o crescente interesse dos departamentos de defesa em rádios cognitivos em nível mundial e com a escassez do espectro de RF advinda do surgimento de novos serviços de comunicação.

O problema de coordenar a interligação de partes da antena pode ser resolvido empregando-se técnicas de gramática de gráficos. Essas técnicas que normalmente vinham sendo empregadas em sistemas de controle mecânico, mais recentemente, foram aplicadas a antenas reconfiguráveis, objetivando a redução de partes redundantes da estrutura.

Na pesquisa a ser realizada serão analisados os problemas abordados acima, visando determinar as estrutura para reconfiguração de antenas para otimização do desempenho do sistema.Vários tipos de antenas serão investigados durante a realização da pesquisa.

4.4 Aplicações do estudo: Os resultados da pesquisa terão vasta aplicação nos mais modernos sistemas de telecomunicações. Além de Sistemas MIMO e Rádio Cognitivo, em geral, antenas reconfiguráveis podem ser aplicadas à TV digital. Antenas reconfiguráveis podem conferir extrema versatilidade e portabilidade aos modernos receptores de TV empregados atualmente. Também a crescente demanda por sistemas de comunicação sem fio de banda larga em geral, caracteriza esses sistemas como fortes candidatos ao emprego de antenas reconfiguráveis, especialmente quando a aplicação envolver antenas inteligentes.

O emprego das antenas reconfiguráveis podem levar à redução do número de antenas necessárias para determinadas funcionalidades sistêmicas, até mesmo para realizar tarefas mais complexas incluindo elementos de controle programável com realimentação para aumentar o throughput do sistema ou reduzir ruídos e a taxa de erros.

1. Metodologia: Inicialmente será realizada uma extensa revisão bibliográfica sobre antenas reconfiguráveis e suas aplicações. A seguir, será realizado um estudo de antenas e redes de antenas planares. Serão realizadas simulações visando determinar as estruturas ótimas para reconfiguração. Os resultados obtidos serão  analisados, visando a determinação de estruturas ótimas.  

Será feito uso intensivo de ferramentas computacionais de simulação eletromagnética. Eventualmente, serão desenvolvidos códigos computacionais específicos para antenas reconfiguráveis. Os resultados da pesquisa serão disseminados através de publicações nacionais e internacionais.

1. Recursos que se pretende utilizar: Serão utilizados os software HFSS, IE3D, Momentum, Sonnet, CST Studio e/ou HOBBIES que são empregados internacionalmente para projetos de estruturas radiantes e dispositivos de alta frequencia. Essas ferramentas foram escolhidas com base em trabalhos científicos disponíveis na literatura técnica.
2. Cronograma previsto:

	1º Per. 2014	2º Per. 2014	3º Per. 2014	1º Per. 2015	2º Per. 2015	3º Per. 2015	1º Per. 2016	2º Per. 2016	3º Per. 2016	1º Per. 2017	2º Per. 2017
Disciplinas
Revisão Bibliográfica
Estudo de antenas planares
Aplicação de chaves MEMS de RF a antenas
Simulações de Ante-nas Reconfiguráveis
Exame de Qualificação
Aplicações de Antenas a Radios Cognitivos
Elaboração da Tese
Defesa da Tese

1. Principais Referências bibliográficas a serem utilizadas:

[1]   BALANIS, C., Antenna Theory, Analysis and Design, Third Edition, New York, John Wiley & Sons, Inc., 2005.

[2] COSTANTINE, J. M. ; TAWK, Y. ; CHRISTODOULOU, C. G. ; LYKE, J. ; DE FLAVIS, F ; BESOLI, A. G. ; BARBIN, S. E. Analyzing the Complexity and Reliability of Switch-Frequency-Reconfigurable Antennas Using Graph Models. IEEE Transactions on Antennas and Propagation, v. 60, p. 811-820, 2012.