Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica - PPGEE/ITEC
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O Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica (PPGEE) do Instituto de Tecnologia (ITEC) da Universidade Federal do Pará (UFPA) foi o primeiro e é considerado o melhor programa de pós-graduação em Engenharia Elétrica da Região Amazônica. As atividades acadêmicas regulares dos cursos de mestrado e doutorado são desenvolvidas principalmente nas Faculdades de Engenharia Elétrica e Engenharia de Computação, supervisionadas pela Coordenação do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica (CPPGEE).
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Navegando Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica - PPGEE/ITEC por Orientadores "COSTA, Karlo Queiroz da"
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Dissertação Acesso aberto (Open Access) Análise comparativa de nanoantenas plasmônicas no modo de recepção para a aplicação em nanocircuito óptico.(Universidade Federal do Pará, 2020-01-30) LOPES, Patrik Coelho; COSTA, Karlo Queiroz da; http://lattes.cnpq.br/7932708321834647; https://orcid.org/0000-0003-4393-3217Neste trabalho, é feito um estudo teórico para diferentes casos de nanoantenas ópticas. As análises numérica são realizadas pelo Método dos Elementos Finitos (FEM – Finite Element Method). A primeira parte da análise será feita com as nanoantenas isoladas consideradas: dipolo, dipolo-espira, espira e bastão-espira. Inicialmente é feita para o modo de transmissão para a obtenção de parâmetros importantes para o estudo das nanoantenas, como impedância de entrada, coeficiente de reflexão, eficiência de radiação e diagrama de ganho. Posteriormente no modo de recepção, excitadas por uma onda plana linearmente polarizada, variando a direção de polarização. Onde a potência recebida pela carga versus frequência e o campo elétrico próximo são investigados para antenas. Os resultados mostram que o caso da nanoantena dipolo-espira é o mais eficiente (atingindo até er = 81.25%) além de uma melhor banda de recepção. Já a segunda parte, é apresentado a aplicação de um nanocircuito óptico, composto pela espira de recepção conectado a uma linha de transmissão óptica bifilar (OTL – Optical Transmission Line) com um dipolo no terminal da linha. São investigados também, o campo próximo e a potência recebida para os nanocircuitos analisados separadamente, com uma carga no terminal da linha de transmissão. Por fim, a excitação do nanocircuito é feita através de uma sonda de abertura modelado por um feixe gaussiano, focalizado na espira receptora, transferindo energia para o dipolo emissor, com um padrão de onda estacionária, o acoplamento eletromagnético do nanocircuito espira com o feixe gaussiano, mostrou melhores resultados (com valor máximo atingido de PZC = −103 dBm) em comparação com a onda plana (com valor máximo de PZC = −125 dBm), com a potencia recebida na carga de ZC = 50Ω.Dissertação Acesso aberto (Open Access) Análise de nanoenlaces ópticos sem fio compostos por nanoantenas plasmônicas yagi-uda e dipolo(Universidade Federal do Pará, 2019-12-17) GARCIA, Tiago dos Santos; COSTA, Karlo Queiroz da; http://lattes.cnpq.br/7932708321834647Neste trabalho foi feita uma análise teórica comparativa de nanoenlaces ópticos sem fio formados por nanoantenas plasmônicas Yagi-Uda e dipolo. Os resultados da análise das antenas isoladas no modo de transmissão, tais como impedância de entrada, diretividade, ganho, eficiência de radiação, coeficiente de reflexão e diagrama de radiação foram obtidos pelo Método dos Momementos linear, além da análise do efeito de um substrato de dióxido de silício nas propriedades ressonantes da antena que foi obtido do Método dos Elementos Finitos através do software COMSOL Multiphysics. A análise numérica do nanoenlace foi realizada pelo Método dos Momentos linear, onde a potência de transmissão e o campo elétrico próximo são investigados e otimizados para os nanoenlaces dos tipos Yagi-Uda/Yagi-Uda, Yagi-Uda/dipolo e dipolo/dipolo. Os resultados mostram que o nanoenlace Yagi-Uda/Yagi-Uda oferece uma melhora na transmissão de potência, em alguns pontos de frequência, em relação aos nanoenlaces dipolo/dipolo e Yagi-Uda/dipolo. Além disso, os resultados demonstram que todos os três enlaces podem operar com boas potências de transmissão em diferentes pontos de frequência, variando a impedância da carga da antena receptora.Dissertação Acesso aberto (Open Access) Análise de sensor plasmônico na configuração emissão acoplada via função de Green 3D(Universidade Federal do Pará, 2018-09-28) CRUZ, André Felipe Souza da; DMITRIEV, Victor Alexandrovich; http://lattes.cnpq.br/3139536479960191; COSTA, Karlo Queiroz da; http://lattes.cnpq.br/7932708321834647No presente trabalho, é apresentado um estudo teórico sobre um sensor de ressonância plasmônica na configuração de Emissão Acoplada por Plasma de Superfície (SPCE). Acoplado à estrutura do sensor, está um canal microfluídico contendo em suspensão partículas-alvo (nanopartículas de ouro funcionalizadas para atrair moléculas fluorescentes), que quando excitadas e imobilizadas sobre a estrutura do sensor, podem ser eficientemente modeladas como um arranjo planar de dipolos induzidos. A modelagem eletromagnética do dispositivo foi realizada através do potencial magnético, definido por meio da Função de Green Periódica (PGF) 3D. Os campos eletromagnéticos são apresentados em termos da representação espectral discreta através da série complexa dupla de Fourier, e para reduzir o número de termos nas séries, é proposto utilizar-se a identidade de Euler. Primeiramente, são apresentados resultados paramétricos de campo na estrutura do sensor e, em seguida, é feita a análise espectral do campo potencial magnético, onde se verificou o surgimento dos polos SPP e SW no domínio espectral. Para validação do método, foram realizadas análises do caso limite, em que as partículas se encontram distantes umas das outras, sendo comparadas com trabalhos publicados. Por fim, são apresentados resultados e discussões sobre a convergência das séries na PGF cossenoidal. Os resultados apresentam boa concordância, demonstrando que o método teórico da PGF 3D é eficiente, e pode ser utilizado como ferramenta no projeto deste dispositivo de sensoriamento.Tese Acesso aberto (Open Access) Análise de sensores plasmônicos baseados em Nano estruturas estratificadas utilizando o Método das imagens complexas discretas(Universidade Federal do Pará, 2018-05-11) SOUZA, Nadson Welkson Pereira de; COSTA, Karlo Queiroz da; http://lattes.cnpq.br/7932708321834647Nesta tese, apresenta-se a análise teórica de um sensor de ressonância plasmônica de superfície (SPR) acoplado a nanopartículas metálicas. O sensor é considerado na configuração de Emissão Acoplada de Plasmon de Superfície (SPCE), onde as nanopartículas metálicas (ou analitos) são modeladas por dipolos equivalentes localizados acima do sensor. Um conjunto completo de funções diádicas de Green para o campo elétrico é derivado para meios planares, multicamadas e uniaxiais em uma forma computacionalmente eficiente e conveniente para aplicações que utilizem-se do Método das Imagens Complexas Discreta (DCIM) com a utilização do Generalized Pencil of Function Method (GPOF). O princípio da deformação do caminho complexo em um contorno de dois níveis é empregado para expressar uma integral original como uma soma de imagens complexas. Apresenta-se resultados de ressonância plasmônica de superfície, reflexão, campo próximo e distante de sensores planares e descreve-se como estas nanopartículas influenciam na capacidade de aumentar a intensidade de campo próximo e alterar a resposta de sensibilidade destes sensores ópticos. Além disso, para comparação, alguns resultados são calculados por métodos numéricos e experimentais. Os resultados mostram uma boa concordância, o que prova que o DCIM é um método teórico eficiente e poderoso para analisar sensores SPR na configuração SPCE.Dissertação Acesso aberto (Open Access) Análise de um sensor baseado em ressonância de superfície de plasma acoplado a um arranjo periódico de nanopartículas metálicas(Universidade Federal do Pará, 2016-07-05) COSTA, Jefferson Souza; COSTA, Karlo Queiroz da; http://lattes.cnpq.br/7932708321834647Sensores SPR são dispositivos fotônicos baseados na ressonância de superfície de plasma (SPR), que consiste na oscilação longitudinal coletiva do gás de elétrons livres na interface entre um metal e um dielétrico. Devido sua sensível resposta a estímulos superficiais, o uso de sensores SPR tem sido relatado para diversas aplicações. Neste trabalho, avalia-se um sensor SPR acoplado a um arranjo periódico de nanopartículas metálicas, o que pode representar a imobilização superficial de nanopoluentes metálicos gerados, por exemplo, a partir do processo de fabricação de nanocomponentes. A estrutura multicamada do sensor SPR é composta por um prisma, um filme fino de ouro e uma camada de SiO2. Analisa-se teoricamente a resposta do sensor a variações no arranjo de nanopartículas por um modelo analítico, baseado na permissividade efetiva de Maxwell Garnett e no coeficiente de reflexão generalizado para estrutura multicamadas planares. O modelo analítico é validado pela comparação com resultados experimentais e numéricos, mostrando grande precisão para determinada faixa de valores dos parâmetros do arranjo periódico. Avaliar os modos de onda permitidos na estrutura do sensor e otimizar a estrutura multicamada para detecção e caracterização de parâmetros estáticos das nanopartículas metálicas, constituem os principais objetivos das análises teóricas desenvolvidas neste trabalho.Dissertação Acesso aberto (Open Access) Análise numérica de sensor de ressonância plasmônica de superfície baseado em grafeno na faixa de terahertz(Universidade Federal do Pará, 2022-06-24) SILVA, Wêndria Cunha da; COSTA, Karlo Queiroz da; http://lattes.cnpq.br/7932708321834647Este trabalho propõe um sensor de índice de refração plasmônico em Terahertz baseado em Single-Layer Graphene operando como refratômetro na faixa de Terahertz. A configuração utilizada é Kretschmann, onde uma das variáveis que monitora a refletividade é o potencial químico. O sensor foi analisado através do método dos elementos finitos (FEM), utilizando o modelo baseado em estruturas bidimensionais. Foram calculadas as refletividades e as distribuições do campo magnético para diferentes parâmetros, tais como a espessura da amostra, frequência de operação, ângulo de incidência, variação do potência químico e da permissividade elétrica. Primeiramente foi feito um estudo para determinar a melhor frequência de operação, ângulo de incidência do sensor e espessura mínima que a amostra deveria possuir. Posteriormente comparou-se o modelo numérico com o analítico obtido através de duas literaturas. A partir dos resultados numéricos foram feitas análises paramétricas para verificar as variações na sensibilidade, largura a meia altura (FWHM) e resolução, todos parâmetros de qualidade do dispositivo. Os resultados numéricos são comparados com conceitos teóricos disponíveis na literatura e em trabalhos publicados recentemente.Dissertação Acesso aberto (Open Access) Antena de grafeno composta de dipolo-espira para aumento da largura de banda(Universidade Federal do Pará, 2017-02-17) AZEVEDO, Rodrigo Guimarães de; COSTA, Karlo Queiroz da; http://lattes.cnpq.br/7932708321834647Neste trabalho é apresentada uma antena de grafeno composta por um dipolo planar e uma espira circular para aumento da largura de banda na faixa do terahertz. O dipolo é alimentado por uma fonte de tensão no seu gap e a espira circular é uma antena parasita sem alimentação via conexão física com o dipolo. É utilizado o método dos momentos bidimensional (MoM-2D) com impedância superficial para análise numérica dessa antena composta. São investigadas a influência da geometria e do potencial químico da antena parasita sobre a impedância de entrada e a largura de banda, com o objetivo de se obter operação em banda larga.Dissertação Acesso aberto (Open Access) Combinação de antenas dipolo e espira para aplicações em banda larga em nanocircuito óptico(Universidade Federal do Pará, 2015-12-18) SOUZA, Janilson Leão de; COSTA, Karlo Queiroz da; http://lattes.cnpq.br/7932708321834647Neste trabalho é investigado teoricamente o efeito de nanoantenas cilíndricas de banda larga em um nanocircuito óptico plasmônico. O circuito é composto por uma nanoantena formada pela combinação de antenas dipolo e espira conectada a uma linha de transmissão óptica de dois fios, onde apenas o dipolo é conectado a linha. A análise numérica do nanocircuito é feita pelo Método dos Momentos linear (MoM), sendo os condutores cilíndricos de ouro modelados por uma dada impedância superficial. A análise é dividida em duas partes. Na primeira parte é discutido apenas a nanoantena isolada, onde são investigadas a impedância de entrada, distribuição de corrente, coeficiente de reflexão, largura de banda percentual e eficiência de radiação. Em seguida, na segunda parte, é analisado o casamento de impedância do nanocircuito, onde são apresentados resultados da variação da corrente, distribuição planar do campo próximo e o coeficiente de reflexão de tensão para diferentes parâmetros geométricos. Os resultados mostram que a espira inserida no circuito aumenta a largura de banda da nanoantena (com largura de banda de até 42%) e diminui, no geral, o coeficiente de reflexão de tensão do nanocircuito óptico (atingindo até -25dB).Dissertação Acesso aberto (Open Access) Controle do diagrama de radiação de dipolo de grafeno pelo potencial químico(Universidade Federal do Pará, 2018-12-13) PINTO, Gabriel Silva; COSTA, Karlo Queiroz da; http://lattes.cnpq.br/7932708321834647Este trabalho apresenta um estudo do controle do diagrama de radiação de um dipolo de grafeno através do potencial químico. O dipolo analisado possui geometria retangular com alimentação por fonte de tensão no centro, onde cada braço do dipolo é mantido a um potencial químico diferente. A geometria é analisada pelo método dos momentos bidimensional (MoM-2D), com uma impedância superficial equivalente. São apresentados cálculos das principais propriedades radiativas da antena em função dos potenciais químicos. Os resultados mostram que quanto maior a diferença entre os potenciais químicos, maior será o deslocamento do lóbulo principal do diagrama de radiação.Dissertação Acesso aberto (Open Access) Desenvolvimento de um algoritmo computacional MoM 3D aplicado em nanoplasmônica(Universidade Federal do Pará, 2012-12-13) SOUZA, Nadson Welkson Pereira de; COSTA, Karlo Queiroz da; http://lattes.cnpq.br/7932708321834647Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um algoritmo computacional para análise do espalhamento eletromagnético de nanoestruturas plasmônicas isoladas. O Método dos Momentos tridimensional (MoM-3D) foi utilizado para resolver numericamente a equação integral do campo elétrico, e o modelo de Lorentz-Drude foi usado para representar a permissividade complexa das nanoestruturas metálicas. Baseado nesta modelagem matemática, um algoritmo computacional escrito em linguagem C foi desenvolvido. Como exemplo de aplicação e validação do código, dois problemas clássicos de espalhamento eletromagnético de nanopartículas metálicas foram analisados: nanoesfera e nanobarra, onde foram calculadas a resposta espectral e a distribuição do campo próximo. Os resultados obtidos foram comparados com resultados calculados por outros modelos e observou-se uma boa concordância e convergência entre eles.Dissertação Acesso aberto (Open Access) Espalhamento eletromagnético no grafeno através de transformadas de impedância(Universidade Federal do Pará, 2019-02-22) PIRES, Andrey Viana; COSTA, Karlo Queiroz da; http://lattes.cnpq.br/7932708321834647Este trabalho apresenta uma análise alternativa do problema de espalhamento de uma folha de grafeno através da Transformada de Impedância. São demonstradas as funções Green, os campos eletromagnéticos e as propriedades da onda superficial plasmônica sobre o grafeno. Os resultados numéricos mostram as distribuições espaciais de campo e análise espectral da onda plasmônica em função das propriedades dos meios, frequência e potencial químico. Os resultados obtidos mostram que a transformada de impedância é adequada para análise de espalhamento em folhas de grafeno devido esta utilizar as autofunções naturais do problema.Dissertação Acesso aberto (Open Access) Modelagem por MOM de um dipolo de grafeno com múltiplos potenciais químicos(Universidade Federal do Pará, 2023-10-27) JESUS, Luiz Eduardo Moreira de; COSTA, Karlo Queiroz da; http://lattes.cnpq.br/7932708321834647Nesta dissertação, explorou-se o potencial do grafeno na faixa de frequência dos terahertz, especialmente sua capacidade de controlar o diagrama de radiação e a impedância de uma antena dipolo de grafeno, através da variação do potencial químico em múltiplos segmentos controláveis. Foram analisadas duas antenas dipolo, uma com quatro segmentos de grafeno e outra com seis segmentos de grafeno, onde cada segmento pode ter seu potencial químico controlado diretamente.O estudo utilizou o Método dos Momentos com valores de impedância superficial de grafeno para o calculo da impedância de entrada, ganho, distribuição superficial de corrente e diagrama de radiação. As variações dos potenciais químicos foram divididos em grupos simétricos e assimétricos, que permitem ajusta segunda ressonância e o ângulo de ganho máximo do diagrama de radiação, respectivamente. Comparado a antenas de quatro segmentos, a antena de seis segmentos apresentou um ganho no grupo das antenas simétricas com pouca variação na segunda ressonância. Além disso, o ganho das antenas de seis segmentos teve um notável aumento no ponto de maior desvio, mantendo o deslocamento angular praticamente constante. Esse estudo abre caminho para antenas de grafeno altamente ajustáveis e eficientes, com aplicações promissoras na tecnologia de comunicação e radiação. Trabalhos futuros podem explorar potenciais químicos variados, outras geometrias de antenas e técnicas de otimização na simulação.Tese Acesso aberto (Open Access) Nanoantena Óptica Plasmônica Dipolo-Espira de Banda Larga(Universidade Federal do Pará, 2018-10-11) SOUZA, Janilson Leão de; COSTA, Karlo Queiroz da; http://lattes.cnpq.br/7932708321834647Neste trabalho é analisado um novo modelo de nanoantena óptica plasmônica. A nanoantena denominada dipolo-espira é obtida pela combinação de uma antena dipolo cilíndrica e uma espira parasita cilíndrica. Este novo modelo de antena é investigado e aplicado em nanocircuito óptico plasmônico e em nanoenlace óptico sem fio. A modelagem da antena e de suas aplicações são feitas pelo Método dos Momentos (MoM) linear. Para a nanoantena, são investigadas a impedância de entrada, coeficiente de reflexão, largura de banda, eficiência de radiação, ganho, campo elétrico próximo, diagrama de radiação e o efeito de um substrato de dióxido de silício nas propriedades ressonantes da antena. Contudo, o foco principal é a largura de banda. Para o nanocircuito, é investigado o casamento de impedância, aplicando o conceito de casamento de impedância em analogia com a teoria de radiofrequência, variando os parâmetros da antena emissora. Para o nanoenlace, é analisada a potência recebida na carga em função da frequência e distância entre transmissor e receptor. Além disso, é feita uma comparação da perda com a distância do nanoenlace com uma linha de transmissão óptica bifilar. Os resultados mostram que a antena dipolo-espira apresenta característica evidente de largura de banda larga, com valores de até 45.4 % e, no geral, esta largura de banda esteve entre 36.7 e 45.4 %. Esta antena aplicada a nanocircuito pode melhorar o grau de casamento de impedância (coeficiente de reflexão de tensão mínimo de −25 dB) em relação às antenas dipolo. Além disso, ao utilizá-la em nanoenlace óptico sem fio pode-se aumentar a largura de banda operacional na faixa de 179.1 a 202.5 THz, em comparação com nanoenlace convencional baseado apenas em antenas dipolo. Além do mais, os nanoenlaces sem fio, baseados em antenas dipolo-espira ou dipolo, são mais adequados do que nanoenlace com fio para distâncias acima de aproximadamente 22 μm.Dissertação Acesso aberto (Open Access) Otimização de nanoantenas plasmônicas para células solares orgânicas(Universidade Federal do Pará, 2016-01-18) SILVA JÚNIOR, Marcelino Lopes Corrêa da; DMITRIEV, Victor Alexandrovich; http://lattes.cnpq.br/0684541646225359; COSTA, Karlo Queiroz da; http://lattes.cnpq.br/7932708321834647Neste trabalho é apresentado um estudo teórico de nanoantenas sobre células solares orgânicas de filmes finos, ocasionando no aumento da eficiência de absorção da luz. A célula solar orgânica unitária é constituída por um bloco refletor de prata, uma camada ativa formada pelo semicondutor P3HT:PCBM e uma nanoantena também de prata. A análise numérica do dispositivo é feita pelo Método dos Elementos Finitos, sendo que os materiais são analisados a partir da permissividade relativa. Primeiramente, realizamos a validação da nanoestrutura no método numérico. Para então aplicarmos o processo de otimização geométrica para os outros modelos de nanoantenas. Esse processo de otimização foi baseado nos parâmetros geométricos das nanoestruturas conservando sua área superficial. Sendo que foram considerados quatro novos modelos de nanoantenas com diferentes parâmetros geométricos, ou seja, nanoantena cônica, tronco de cone, e tronco de cone exponencial 1 e 2. E foi observado, a partir da eficiência de absorção integrada para diferentes ângulos de incidência e polarizações da luz, da densidade de corrente e do decaimento plasmônico que as nanoantenas tronco de cone e tronco de cone exponencial 2 proporcionaram melhor desempenho em comparação com os outros modelos.