Teses em Engenharia Elétrica (Doutorado) - PPGEE/ITEC

URI Permanente para esta coleçãohttps://repositorio.ufpa.br/handle/2011/2317

O Doutorado Acadêmico inicio-se em 1998 e pertence ao Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica (PPGEE) do Instituto de Tecnologia (ITEC) da Universidade Federal do Pará (UFPA).

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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/7932708321834647
Nesta 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.
Acesso aberto (Open Access)
Análise e modelagem em larga escala para as frequências 8, 9, 10 e 11 ghz em ambientes indoor
(Universidade Federal do Pará, 2019-12-06) BATALHA, Iury da Silva; BARROS, Fabrício José Brito; http://lattes.cnpq.br/9758585938727609; CAVALCANTE, Gervásio Protásio dos Santos; http://lattes.cnpq.br/2265948982068382
Dentro do contexto de estudos relacionados a radio propagação, esta tese apresenta uma proposta de modelagem em larga-escala da perda de propagação para as bandas 8, 9, 10 e 11 GHz em relação ao número de paredes, distância e polarização. Foram feitas campanhas de medições no corredor do Anexo II e em laboratório de ensino localizados na Universidade Federal do Pará. A campanha de medições foi realizada utilizando antenas cornetas direcionais co-polarizadas em V-V e H-H e com polarização cruzada V-H em condições de Linha de visada (LoS - Line-of-sight) e sem Linha de Visada (NLoS - non-line-of-sight), o transmissor foi fixado dentro do ambiente com potência de transmissão de 0 dBm com disposição de antenas em V-V e H-H e 15 dBm para V-H. Foram utilizadas antenas direcionais para transmissor e receptor com elevação de 29.3∘ e azimute de 29∘ para as frequências 8, 9, 10 e 11 GHz. Foi aplicada a técnica Mínimos Quadrados Lineares (Minimum Mean Square Error - MMSE) para determinar os valores dos parâmetros das equações como: PLE, XPD, HHPD e OPLE. O modelo proposto para perda de propagação apresentou resultados satisfatórios em comparação com os dados medidos apresentando um desvio padrão baixo. Também é apresentada uma análise de desvio padrão pontoa- ponto dentro dos dois ambientes para as frequências estudadas. Para o corredor os valores de desvio padrão utilizando antenas polarizadas V-V foram de 7, 7.5, 5.6 e 5 dB e para antenas com polarização cruzada V-H foram de 5, 6.2, 2.3 e 3.5 dB para as frequências 8, 9, 10 e 11 GHz respectivamente. Para o laboratório os valores de desvio padrão para antenas V-V obteve 7, 7, 6.5 e 7.3 dB e para antenas com polarização H-H resultaram os valores de 9.3, 6.1, 6.1 e 6 dB. O fator de perda por polarização (XPD) apresentado na extensão do modelo CIX para o corredor apresentaram valores de 19.3, 28.7, 21.3 e 14.3 para as frequências de 8, 9, 10 e 11 GHz, respectivamente.
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Análise numérica de estruturas planares baseadas em cristais fotônicos para aplicações em circuitos integra
(Universidade Federal do Pará, 2025-02-10) ALMEIDA, Léo César Parente de; COSTA, Marcos Benedito Caldas; http://lattes.cnpq.br/7636226766852440; ******; COSTA, Karlo Queiroz da; SILVA, Rômulo Luiz Oliveira da; SOUSA, Fábio Barros de; OLIVEIRA, Lélis Araújo de; http://lattes.cnpq.br/7932708321834647; http://lattes.cnpq.br/8265719000886842; http://lattes.cnpq.br/3498127081933118; http://lattes.cnpq.br/9001133154793053; https://orcid.org/0000-0003-4393-3217; https://orcid.org/0000-0001-6255-8016; https://orcid.org/0000-0003-4170-5261; https://orcid.org/0000-0001-6577-2800
Neste trabalho, utilizou-se o conceito de cristais fotônicos bidimensionais para o design, as simulações numéricas e para a análise das estruturas planares propostas para aplicações em circuitos integrados fotônicos. Os dispositivos propostos consistem em: uma porta lógica totalmente óptica (NAND gate), além dos dois roteadores de comprimento de onda baseados em grafeno, do tipo 2 × 2 (2×2 λ-router) e 4×4 (4×4 λ-router). Estas estruturas totalmente ópticas são compostas por anéis ressoadores de cristais fotônicos, constituídos de hastes dielétricas de silício em ar. O método da expansão em ondas planas e o método das diferenças finitas no domínio do tempo são utilizados para analisar as estruturas. O método da expansão em ondas planas é utilizado para calcular o intervalo de banda fotônica para as estruturas, que é de 0,320267−0,3924 (a/λ) para a porta lógica totalmente óptica, e de 0,330944−0,396419 (a/λ) para os roteadores totalmente ópticos. As duas estruturas periódicas propostas são implementadas utilizando-se de comprimentos de onda operacionais abrangendo as bandas C, L e U. A performance das estruturas propostas é analisada por meio dos seguintes parâmetros: footprint, potência de saída, razão de contraste, perda de inserção, fator de qualidade, tempo de resposta, taxa de bits e diafonia. Os resultados numéricos das simulações evidenciam que as estruturas propostas são adequadas para a concepção de circuitos ópticos digitais ultrarrápidos, apresentando uma alta potência de transmissão, um consumo de energia reduzido, um claro princípio de funcionamento e um simples design. Além do mais, as estruturas propostas possuem um tamanho menor quando comparadas com outras estruturas, apresentando um footprint de cerca de 119,58 µm2, contribuindo assim para aumentar a densidade de integração de componentes miniaturizados e de alto desempenho para diversas aplicações em circuitos integrados fotônicos.
Acesso aberto (Open Access)
Aprovisionamento dinâmico de recursos em redes ópticas elásticas multiplexadas por divisão de espaço considerando limitações de camada física
(Universidade Federal do Pará, 2019-06-07) LOBATO, Fabricio Rossy de Lima; CARTAXO, Adolfo da Visitação Tregeira; COSTA, João Crisóstomo Weyl Albuquerque; http://lattes.cnpq.br/9622051867672434
Em redes ópticas elásticas (EONs), empregando fibra multi-núcleo (MCF) com núcleos monomodo fracamente acoplados, a diafonia entre os núcleos (XT) pode afetar significativamente o desempenho da rede, particularmente com o aumento do número de núcleos e o comprimento da rota. Portanto, em nível de rede, o problema de roteamento e atribuição de núcleo e espectro (RSCA) consciente de limitações de camada física (IA) é um importante desafio de pesquisa de MCF-EONs. Nesta tese, uma metodologia de aprovisionamento dinâmico é proposta para resolver de forma independente o problema IARSCA levando em conta limitações de camada física. Para obter a minimização do impacto da XT, decompõe-se o problema IA-RSCA em dois subproblemas: o subproblema de roteamento IA e o subproblema de atribuição de núcleo e espectro (IA-SCA). Para a solução de roteamento, um método de pré-computação baseado no k caminhos mais curtos é usado, e uma fase de verificação de limitação de camada física é realizada levando em consideração a relação sinal ruído óptica requerida. Para o subproblema IA-SCA, o novo algoritmo guloso XT-aware é proposto para minimizar o impacto da XT no desempenho das MCF-EONs da seguinte maneira: para cada nova conexão, o nível de potência da XT detectada da nova conexão e conexões interferentes em relação ao limite de potência da XT de cada conexão é minimizado na média sobre todas essas conexões. Essa minimização é obtida escolhendo o núcleo e o intervalo de frequência da nova conexão. De modo a ter em conta a extensão de sobreposição espectral das conexões novas e interferentes na potência da XT detectada, um novo índice de sobreposição de intervalos de frequência é introduzido. O desempenho do algoritmo proposto é avaliado por meio de simulações computacionais. Os resultados mostram que a probabilidade de bloqueio total e a utilização média da rede obtida pelo algoritmo proposto são melhores que as obtidas pelas estratégias de priorização de núcleo, aleatória e first-fit, para diferentes cenários de nível da XT e fragmentação do espectro.
Acesso aberto (Open Access)
Avaliação de técnica semi-supervisionada de análise de vetor comprimido (C2VA) em imagens de satélites para detecção de mudanças de uso e cobertura da terra
(Universidade Federal do Pará, 2017-12-15) SIRAVENHA, Ana Carolina Quintão; PELAES, Evaldo Gonçalves; http://lattes.cnpq.br/0255430734381362
Imagens de sensores remotos e sistemas de informação geográfica são poderosas ferramentas para o monitoramento do meio ambiente. A região de Carajás é um importante depósito de minerais no Brasil e, como as leis ambientais protegem uma grande parte dessa cadeia de montanhas, a região Sul/Sudeste do Pará tem estado no meio de um intenso conflito envolvendo interesses econômicos e da natureza. O maior projeto de mineração brasileiro, o projeto Carajás, ativo na região desde a década de 70 nessa região e sua influência direta e indireta atinge vários municípios, entre eles, Parauapebas, Canaã dos Carajás, Ourilândia do Norte, São Félix do Xingu e Tucumã. Os dados utilizados nesta tese são baseados na coleta informações de uso e cobertura de terra desses municípios, abrangendo uma área de aproximadamente 111.000 km2, com o objetivo de observar a intervenção da paisagem a partir de uma perspectiva em grande escala. Assim, por meio da técnica de análise de vetores de mudanças comprimido em conjunto com o método de clusterização fuzzy c-means, foram analisadas as mudanças ambientais em cada um dos municípios citados. Os resultados foram avaliados a partir de métricas comuns ao campo de processamento se imagens, tais quais, erro médio quadrático normalizado, entropia cruzada e índice de similaridade; além disso, foram extraídos valores de avaliação a partir da matriz de confusão, a saber razão kappa e acurácia total. Sob o ponto de vista da aplicabilidade das ferramentas propostas, percebeu-se que a combinação da análise de vetores comprimido com a clusterização fuzzy é suficientemente eficiente para a detecção e análise de mudanças no uso e cobertura da terra. As métricas de avaliação quantitativa e qualitativa mostram boa acurácia em comparação com as imagens de referência manualmente obtidas. Os resultados mostram que, em geral, a cobertura vegetativa foi substituída por pastagens, que por sua vez foram substituídas por áreas urbanas. A comparação com as estatísticas oficiais e a avaliação visual indicam boa precisão do presente estudo na estimativa da cobertura vegetal. Sob a perspectiva da preservação do meio ambiente, a presença de áreas ambientalmente protegidas impediu o aumento do desmatamento nessa região,onde as taxas de mudança observadas foram pelo menos 15% menores do que as regiões não protegidas.
Acesso aberto (Open Access)
Cell-free massive multiple antenna systems: estimation techniques, scalability challenges, and aerial access point deployments
(Universidade Federal do Pará, 2026-09-26) SOUZA, Daynara Dias; NARDELLI, Pedro Henrique Juliano; http://lattes.cnpq.br/3953769758774581; https://orcid.org/0000-0002-7398-1802; COSTA, João Crisóstomo Weyl Albuquerque; http://lattes.cnpq.br/9622051867672434; ******; BORGES, Gilvan Soares; CARDOSO, Diego Lisboa; RODRIGUES, Roberto Menezes; CAVALCANTE, André Mendes; DINIS, Rui Miguel Henriques Dias Morgado; http://lattes.cnpq.br/7696860178450119; http://lattes.cnpq.br/0507944343674734; http://lattes.cnpq.br/0848357090195263; http://lattes.cnpq.br/3939185965976929; ******; https://orcid.org/0000-0002-0667-663X; https://orcid.org/0000-0002-5971-3668; ******; ******; https://orcid.org/0000-0002-8520-7267
As redes cell-free (CF) massive multiple-input multiple-output (MIMO) são apontadas como uma das tecnologias promissoras para redes sem fio de próxima geração. Estas redes se destacam pela alta eficiência espectral, menor suscetibilidade a bloqueios e sombreamento, e desempenho uniforme entre os usuários. Como o cenário CF massive MIMO espalha um grande número de pontos de acesso (APs- access points) em uma grande área atendendo a um número muito menor de equipamentos dos usuários (UE- user equipment), problemas relacionadas ao controle de energia, pré-codificação de sinal, alocação de recursos, estratégias decodificação e gerenciamento de interferência serão questões-chave. Além disso, para obter um sistema CF massive MIMO escalável e eficiente, usa-se uma abordagem centrada nos usuários (UC- user-centric) para definir o subconjunto de APs que servem a cada UE, de modo que a complexidade e os requisitos de recursos para cada AP devem permanecer finitos quando o número de UE tende ao infinito. Nesse sentido, esta tese de doutorado objetiva apresentar metodologias escaláveis adequadas para alcançar uma implementação eficiente de redes UC CF massive MIMO. Especificamente, são desenvolvidos métodos de alocação de recursos de rádio e atribuição piloto, e esquemas de estimação de canal efetivo de DL cega e baseada em pilotos de DL. Também propõe-se uma estratégia dinâmica e adaptável às condições dos UE para escolher o melhor método de estimação de canal para cada um. Os resultados mostram que as soluções propostas podem melhorar a eficiência espectral dos 50%-likely UE em até 91% comparado com as soluções da literatura. Nesta tese de doutorado, também apresenta-se propostas de avanços relacionados à implantação de uma rede CF massive MIMO habilitado através de APs aéreos, que são úteis para melhorar a conectividade sem fio em ambientes ultra-densos ou para estender a cobertura em áreas mais isolados de uma maneira flexível. Para isto, é proposto uma otimização de trajetória de umenxame de veículos aéreos não tripulados (VANTs) cooperativos. Os resultados mostram que é possível otimizar a localização e trajetória dos VANTs sem a necessidade do conhecimento das posições do UE, alcançando um aumento de até 47% na média da eficiência espectral. Por fim, também foram investigados sistemas UC CF massive MIMO com capacidade de processamento limitada. Mais especificamente, são propostos métodos para ajustar o grupos de APs de forma que a complexidade computacional (CC) para processamento de sinais não aumente com o número de APs. Os resultados mostram que é possível reduzir a CC em 96% sem causar grandes degradações na eficiência espectral.
Acesso aberto (Open Access)
Circuladores de grafeno de banda ultralarga para região THz
(Universidade Federal do Pará, 2019-06-07) SILVA, Samara Leandro Matos da; DMITRIEV, Victor Alexandrovich; http://lattes.cnpq.br/3139536479960191
Componentes não recíprocos são partes indispensáveis de muitos sistemas de micro-ondas e ópticos. No futuro, sistemas de comunicação THz também exigirá esses componentes. As publicações existentes mostram que a largura de banda dos circuladores baseados em grafeno na região THz pode ser de 10% a 20% com o uso de estruturas bastante complicadas. Os circuladores sugeridos são formados por uma junção de grafeno com padrão côncavo conectada aos guias de onda. O grafeno é suportado por camadas de SiO2/Si. O comportamento de circulação é baseado na não-simetria do tensor de condutividade do grafeno que aparece devido à magnetização por um campo magnético DC aplicado normalmente ao plano do grafeno. Discutimos os principais parâmetros que definem a largura de banda e sua influência na mesma. Os circuladores possuem largura de banda recorde que é duas vezes mais do que os publicados. Demonstramos que o circulador Y pode ter a largura de banda de 42% na faixa de frequência (2,75 ÷ 4,2) THz, com o isolamento melhor que −15 dB e as perdas de inserção maiores que −2 dB, proporcionadas pela polarização campo magnético DC 1,5 T e o potencial químico de 0,15 eV. Para os dois circuladores de 4 portas conseguimos uma largura de banda de 44% para os mesmos parâmetros físicos.
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Compressão de sinais em sistemas de rádio sobre fibra digital para redes fronthaul
(Universidade Federal do Pará, 2019-07-23) MATE, Dércio Manuel; TEIXEIRA, António Luis de Jesus; OLIVEIRA, Rosinei de Sousa; http://lattes.cnpq.br/3853897074036715; COSTA, João Crisóstomo Weyl Albuquerque; http://lattes.cnpq.br/9622051867672434
A introdução de tecnologias como Carrier Aggregation (CA), Massive Multiple Input Multiple Output (MIMO) e Coordinated Multipoint (CoMP), visando melhorar a capacidade dos sistemas móveis de banda larga, aumenta o desafio para implantação do Mobile fronthaul devido à limitação da capacidade da infraestrutura para suportar altas taxas de transmissão. Uma abordagem usada para lidar com a limitação da capacidade do fronthaul é a compressão do sinal transmitido. Várias técnicas vêm sendo desenvolvidas para compressão do sinal no fronthaul e a maioria dessas técnicas comprime o sinal transmitido em banda base. Neste trabalho é desenvolvida uma técnica de compressão, para cenários específicos dos sistemas Rádio-sobre-Fibra digital, configurados para transmissão do sinal em frequência intermediária. Esta técnica usa informações sobre o estado de canal de rádio (Channel state information) para controlar a compressão do sinal no fronthaul. Os resultados das simulações, com a técnica desenvolvida, demonstram a sua capacidade para reduzir o volume de dados transmitidos na rede em cerca de 45,05%. Além disso, esta técnica permite a transmissão de sinais com modulação de 64 QAM, usando uma resolução menor (até 4 bits por amostra) no quantizador, mantendo o EVM abaixo do limiar recomendado pelo 3GPP (8%). Por fim, o desempenho da rede fronthaul é avaliado experimentalmente em um enlace óptico de 20-km, considerando cenários com compressão e sem compressão do sinal.
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Dispositivos de estruturas planares periódicas baseadas em ressonadores de fosforeno na faixa de infravermelho
(Universidade Federal do Pará, 2025-02-27) DUARTE, Gildenilson Mendes; OLIVEIRA, Cristiano Braga de; http://lattes.cnpq.br/2012907724305086; https://orcid.org/0000-0003-1946-0771; DMITRIEV, Victor Alexandrovich; http://lattes.cnpq.br/3139536479960191; https://orcid.org/0000-0002-7715-7300; OLIVEIRA, Rodrigo Melo e Silva de; RODRIGUES, Nilton Rodolfo Nascimento Melo; ALCANTARA, Licinius Dimitri Sá de; ALCÂNTARA NETO, Licinius Dimitri Sá de Alcantara; http://lattes.cnpq.br/4768904697900863; http://lattes.cnpq.br/0573600283391294; http://lattes.cnpq.br/9588130677160311
As propriedades anisotrópicas do fosforeno podem ser exploradas para o desenvolvimento de dispositivos optoeletrônicos para as mais variadas aplicações. Este trabalho apresenta modelagem de dispositivos que consistem em estruturas periódicas planares baseadas em fosforeno na faixa de infravermelho. Com a modelagem dessas estruturas realizamos estudos relacionados à verificação de níveis de transmitância e de ressonâncias. Analisamos a eficácia da geometria de ressonadores de fosforeno e também o controle das ressonâncias por meio da dopagem eletrônica do material. A primeira estrutura proposta consiste em um filtro, cuja célula unitária possui uma camada de fosforeno, em forma de disco, sobre um substrato dielétrico de SiO2, com funcionamento dependente dependente da polarização da onda. A segunda estrutura possui uma célula unitária que consiste em duas folhas de fosforeno, também em forma de disco, acopladas, em sanduíche, a um substrato dielétrico de SiO2, com funcionamento de filtro. A terceira estrutura consiste em duas folhas quadradas de fosforeno, com dimensões diferentes, também acopladas a um sustrato dielétrico de SiO2, com função de um filtro de banda dupla. A quarta estrutura é um filtro cuja célula unitária consiste em duas folhas quadradas idênticas de fosforeno, em sanduíche com uma fina folha dielétrica de h-BN. Nesse filtro, folha quadrada inferior foi rotacionada em 90◦ em relação à de cima. Tal estrutura fornece uma curva de transmitância com uma frequência de ressonância dipolar, independentemente da polarização da onda incidente. Os resultados numéricos estão em bom acordo com os resultados analíticos obtidos pela teoria dos modos acoplados temporal (TCMT). Além da independência da polarização, esse dispositivo possui uma baixa dependência do ângulo de incidência da onda. Essa quarta estrutura pode ser usada como filtro, interruptor, modulador e sensor. Verificamos que essas quatro estruturas propostas, por serem baseadas em fosforeno, pode ser dinamicamente ajustável em faixas de frequências maiores do que as que são feitas baseadas em grafeno. Todos os resultados foram obtidos por meio de simulações eletromagnéticas que utilizam o método de elementos finitos.
Acesso aberto (Open Access)
Dispositivos não-recíprocos baseados em grafeno na região de THz
(Universidade Federal do Pará, 2019-02-28) CASTRO, Wagner Ormanes Palheta; DMITRIEV, Victor Alexandrovich; http://lattes.cnpq.br/3139536479960191
Quatro novos tipos de dispositivos não-recíprocos baseados em grafeno operando na região de Terahertz (THz) são sugeridos e analisados teoricamente neste trabalho, sendo dois circuladores de três portas com geometrias tipo Y e tipo W, e dois divisores de potência de quatro portas com diferentes geometrias. A seção transversal dos componentes apresenta uma estrutura com três camadas, compostas de grafeno, sílica (SiO2) e silício (Si), os planos das figuras desses componentes consistem de um ressonador circular de grafeno e guias de ondas conectados a ele. O ressonador de grafeno é magnetizado normalmente em seu plano por um campo magnético DC externo, e o princípio físico de funcionamento dos dispositivos é baseado na ressonância dipolar do ressonador. Utilizando a Teoria de Grupos Magnéticos, analisamos as matrizes de espalhamento dos componentes simétricos dos dispositivos. Além disso, para análise dos circuladores, a Teoria de Modos Acoplados Temporal também foi usada. Simulações numéricas foram realizadas por um programa computacional de onda completa e os cálculos demonstram níveis de isolamentos melhores que – 15 dB, tanto para os circuladores, como para os divisores de potência. O circulador tipo Y apresentou perdas de inserção em torno de - 2,6 dB, largura de banda de 7,4% na frequência central de 5,38 THz, enquanto que o circulador tipo W demostrou perdas de inserção de – 2 dB, largura de banda de 4,25% na frequência central de 7,5 THz; os campos magnéticos DC de polarização nos dois casos foram de 0,45 T e 0,56 T, respectivamente. Os divisores de potência demostraram que a divisão do sinal entre as duas portas de saída é de – 4,4 dB com banda de frequência de 4,5% e 3,4% e polarização magnética de 0,8 T. A influência de parâmetros geométricos e físicos sobre as características dos circuladores é discutida. As bandas de frequência dos dispositivos podem ser controladas dinamicamente alterando a tensão de polarização aplicada entre a camada de grafeno e o substrato.
Acesso aberto (Open Access)
Efeitos de Faraday e Kerr em estruturas periódicas metálicas: Grafeno na faixa de THz e Ouro-Dielétrico-Bi:YIG na faixa do infravermelho
(Universidade Federal do Pará, 2018-10-05) SANTOS, Carlos Rafael Marques dos; DMITRIEV, Victor Alexandrovich; http://lattes.cnpq.br/3139536479960191
A fotônica é um campo de pesquisa cuja finalidade reside na utilização da luz (fótons) ao invés de elétrons (eletrônica) na realização de determinadas funções como, por exemplo, o armazenamento, a transferência e o processamento de sinais. Dentro desse contexto, abre-se a possibilidade de desenvolvimento e produção de dispositivos cuja capacidade de armazenamento supera as dos dispositivos eletrônicos. Para tanto, é preciso controlar os fótons semelhantemente ao que é feito na eletrônica com os elétrons. O controle da radiação dentro da fotônica pode ser realizado através dos efeitos magneto-ópticos, como por exemplo, os efeitos de Faraday e de Kerr. O efeito de Faraday é utilizado como base de funcionamento de dispositivos tais como isoladores ópticos, sensores de corrente e outros. Por sua vez, o efeito de Kerr pode constituir a base de funcionamento de dispositivos de armazenamento de dados (memória magneto-óptica). No presente trabalho são estudados os efeitos magneto-ópticos de Faraday e Kerr, bem como a transmissão da radiação eletromagnética nas regiões do terahertz e infravermelho. Na faixa de frequência que corresponde ao THz são analisados o efeito de Faraday, o efeito de Kerr e a transmitância da radiação em estruturas periódicas de grafeno com diferentes geometrias. As estruturas analisadas neste trabalho podem apresentar, para campos magnéticos fracos (B = 1 por exemplo), rotação de Faraday maior que 3_ dependendo da escolha da geometria que podem ser círculos, quadrados, quadrados com pequenos cortes nos cantos e fitas. A rotação de Faraday nestes sistemas pode ser explicada por meio de um modelo simples de circuito onde a introdução de periodicidade no grafeno altera a impedância do sistema e consequentemente muda as propriedades magneto-ópticas do mesmo melhorando a rotação de Faraday em altas frequências (maiores que 7 THz) ainda com valores de campos magnéticos tidos como fracos. Tal característica não é possível se obter em uma folha uniforme de grafeno, uma vez que para esta só é possível obter forte rotação de Faraday em altas frequências com campos magnéticos fortes (10 T, por exemplo). Adicionalmente, para as três estruturas periódicas foi calculada a rotação de Kerr que pode chegar ao valor 3,96_ dependendo da geometria escolhida. Para todos os casos, a máxima rotação de Faraday e Kerr ocorrem para frequências maiores que 8 THz. Estes resultados são melhores do que a resultados já publicados. Na região do infravermelho são estudos os efeitos de Faraday e Kerr, bem como a transmissão óptica extraordinária em uma estrutura plasmônica híbrida composta por quatro camadas. Para esta, a rotação de Faraday é de 7,9_ e 0,25 de transmitância para o comprimento de onda 945 nm. Adicionalmente, o efeito de Kerr pode chegar a 23_. Estes resultados são melhores do que a resultados já publicados. Na estrutura proposta, a melhora da rotação de Faraday deve-se ao aumento do fator Q das ressonâncias na camada de material magneto-óptico.
Acesso aberto (Open Access)
Estados ligados de Majorana em nanodispositivo com ponto quântico acoplado à cadeia de átomos em zigue zague sobre supercondutor topológico.
(Universidade Federal do Pará, 2018-10-11) BEIRÃO, Antonio Thiago Madeira; SILVA, Shirsley Joany dos Santos da; http://lattes.cnpq.br/6060351208361634; DEL NERO, Jordan; http://lattes.cnpq.br/5168545718455899
A pesquisa em física da matéria condensada com isolantes e supercondutores topológicos tem contribuído muito para a caracterização das propriedades de superfície e de modos zero em nanofios. Investigamos teoricamente o transporte de elétrons através do ponto quântico em forma de T (PQ) com um único nível e spinless, conectado a uma cadeia em zigue zague e acoplado a um supercondutor p-wave, utilizando o método analítico recursivo de funções de green no equilíbrio. Este modelo é uma extensão da cadeia de Kitaev para uma rede triangular de tamanho finito com três, quatro e cinco sitios. Observamos que modos zero de Majorana podem ser sintonizados através dos parâmetros de acoplamento do dispositivo e a condutância linear mostra ambos os Estados Ligados de Majorana (MBS) na fase topológica e na fase topológica geral maximamente robusta. Este modelo mais realista permite a detecção de MBS através do controle dos parâmetros que governam o tunelamento eletrônico e pode ser útil para experimentos relevantes.
Acesso aberto (Open Access)
Estruturas photonic band gap em antena de microfita com aplicações em microondas e terahertz
(Universidade Federal do Pará, 2019-08-16) OLIVEIRA, Jorge Everaldo de; COSTA, Marcos Benedito Caldas; http://lattes.cnpq.br/7636226766852440
Neste trabalho estamos analisando as simulações de duas antenas de microfita. A primeira é uma antena utiliza o material cerâmico Niobato de Bismuto (BiNbO4) dopado com Pentóxido de Vanádio (V2O5) no substrato. O patch da antena foi projetado com linha de alimentação indentada para facilitar o casamento de impedâncias e o substrato com furos de ar foi colocado apenas por baixo do patch para diminuir ainda mais as perdas. A segunda é uma nanoantena com Patch de Grafeno na faixa de Terahertaz e substrato PBG (Photonic Band Gap), com rede triangular, e furos nas seguintes configurações de altura h1, h2 e h3. Na altura h1 o substrato é perfurado totalmente, enquanto que nas alturas h2 os furos serão feitos de cima para baixo até a metade do substrato e a altura h3 é a antena com substrato perfurado de baixo para cima até a metade do substrato. Portanto são criadas três antenas nessas geometrias utilizando uma rede de furos triangular. A disposição dos furos no substrato dielétrico, constituem a estrutura PBG, para aumentar o desempenho e a eficiência dessas antenas, extinguindo ondas de superfície no substrato de antenas de microfita. A geometria adotada melhora ainda parâmetros das antenas como por exemplo a eficiência e a largura de banda. Os Softwares Comerciais HFSS e CST foram utilizados para as simulações das antenas. Após as etapas da simulação numérica foram obtidos os resultados dos parâmetros desses dispositivos. A primeira antena (rede periódica com substrato cerâmico) obteve perda de retorno de -36,21 dB, para uma frequência de ressonância de 10,26 GHz, com largura de banda de 2,18 GHz . Nas simulações das antenas de microfita com Patch de Grafeno a antena h3 obteve dupla banda de transmissão com potencial químico do grafeno de 0,3 eV.
Acesso aberto (Open Access)
Investigação sistemática de um alótropo de grafeno em forma de nanofita metálica quadrilátera para aplicação em nanoeletrônica
(Universidade Federal do Pará, 2025-05-23) DUARTE, Jonas Marinho; SILVA JÚNIOR, Carlos Alberto Brito da; http://lattes.cnpq.br/5067093267673117; https://orcid.org/0000-0002-7084-8491; DEL NERO, Jordan; http://lattes.cnpq.br/5168545718455899; https://orcid.org/0000-0001-8087-8427; OLIVEIRA, Rodrigo Melo e Silva de; COSTA, Marcos Benedito Caldas; SILVA, Shirsley Joany dos Santos da; NAGATA, Khayth Marrony Rabelo; SOUZA, Fabrício Macedo de; http://lattes.cnpq.br/4768904697900863; http://lattes.cnpq.br/7636226766852440; http://lattes.cnpq.br/6060351208361634; http://lattes.cnpq.br/4397824781057067; http://lattes.cnpq.br/4863464442817340; ******; ******; ******; https://orcid.org/0000-0002-4532-0679; ******
Abusca por moléculas para a criação de dispositivos eletrônicos está em constante evolução, impulsionada pela necessidade de miniaturização. Neste contexto, este estudo explora as propriedades de um alótropo bidimensional, semelhante ao grafeno, composto por anéis de 4, 5, 6, 8 e 10 átomos de carbono, denominado Net τ. Através de cortes estratégicos e hidrogenação das bordas, foram obtidas duas nanofitas de Net τ para investigação: hybridτNR-P2D e hybridτNR-P. Para otimizar as estruturas afim de investigar propriedades eletrônicas e estruturais dessas nanofitas, utilizamos a Teoria do Funcional da Densidade (DFT) e para a análise do transporte eletrônico nos dispositivos propostos, utilizamos a DFT combinada com as Funções de Green de Não-Equilíbrio (NEGF). Nossos resultados mostram que o Ne t τ apresenta comportamento metálico, com bandas de valência e condução cruzando o nível de Fermi, confirmado pela densidade de estados não nula nessa região. As nanofitas também exibem elevada estabilidade energética, com energias de coesão entre–7.25 eV/átomo e–8.64 eV/átomo , dependendo da configuração estrutural. No que concerne às propriedades de transporte, o dispositivo (1,5)hybridτNR-P2D apresentou comportamento de transistor de efeito de campo (FET) entre 0.0V e 0.4V, e resposta linear para tensões superiores. Os dispositivos (2,5), (4,5) e (5,5)hybridτNR-P2D, exibiram características de diodo túnel ressonante (RTD), enquanto o dispositivo (3,5)hybridτNR-P2D mostrou comportamento quase linear. Todos os dispositivos hybridτNR-P- (1,5) a (5,5) apresentaram comportamento FET com duas janelas de operação. Em resumo, este estudo demonstra o potencial das nanofitas de Net τ como alternativas promissoras para o desenvolvimento de nanodispositivos aplicáveis na eletrônica molecular.
Acesso aberto (Open Access)
Mapeamento de bits para adaptação rápida a variações de canal de sistemas QAM codificados com LDPC
(Universidade Federal do Pará, 2017-09-29) CORRÊA, Fernanda Regina Smith Neves; UCHÔA-FILHO, Bartolomeu Ferreira; http://lattes.cnpq.br/7752341440632617; PELAES, Evaldo Gonçalves; http://lattes.cnpq.br/0255430734381362
Os codigos com matriz de vericação de paridade de baixa densidade (LDPC) tem sido adotados como estrategia de correção de erros em diversos padrões de sistemas de comunicação, como nos sistemas G.hn (padrão que unifica as redes domesticas) e IEEE 802.11n (padrão para redes sem o locais). Nestes sistemas com modulação de amplitude em quadratura (QAM) codicados com LDPC, mapear propriamente os bits codificados para os diferentes sub-canais, considerando o fato de os sub-canais terem diferentes qualidades, garante uma melhora no desempenho geral do sistema. Nesse sentido, esta Tese apresenta uma nova técnica de mapeamento de bits, baseada na suposição de que bits transmitidos em sub-canais \bons" ajudam bits transmitidos em sub-canais \ruins". Isto e possível através de algumas restrições impostas ao grafo de Tanner associado, semelhantes aos códigos Root-LDPC. A otimização deste mapeamento de bits utilizando curvas de transferência de informação extrínseca (EXIT charts) também e apresentada. Observa-se que esse mapeamento tem a vantagem de um espaço de busca de otimização reduzido quando aplicado ao sistema com modo de transmissão de portadora única. Além disso, em situações nas quais o espaço de busca não e tão reduzido, como em aplicações baseadas em multiplexação por divisão de frequência ortogonal (OFDM), chegou-se a uma simples regra pratica associada as restrições do mapeamento de bits que praticamente elimina a necessidade de uma otimização. Por fim, um estudo do impacto do nível de desequilíbrio de contabilidade através dos sub-canais sobre o desempenho do mapeamento de bits e apresentado. Os resultados das simulações mostram que a estratégia de mapeamento de bits melhora o desempenho do sistema, e que, na presença de variações do canal, o sistema pode, adaptativamente, aplicar um novo mapeamento de bits sem a necessidade de recorrer a uma otimização complexa, podendo ser muito útil em sistemas práticos.
Acesso aberto (Open Access)
Metasuperfícies Dielétricas Baseadas em Quadrúmeros com Modo Dipolo Toroidal
(Universidade Federal do Pará, 2024-03-26) BARROS, Gabriel Felipe da Silva; DMITRIEV, Victor Alexandrovich; http://lattes.cnpq.br/3139536479960191; https://orcid.org/0000-0002-7715-7300; OLIVEIRA, Rodrigo Melo e Silva de; RODRIGUES, Nilton Rodolfo Nascimento Melo; OLIVEIRA, Cristiano Braga de; ALCÂNTARA, Licínius Dimitri Sá de; ALCÂNTARA NETO, Licínius Dimitri Sá de Alcântara; http://lattes.cnpq.br/4768904697900863; http://lattes.cnpq.br/057360028339129; http://lattes.cnpq.br/2012907724305086; http://lattes.cnpq.br/9588130677160311; xxx; xxx; https://orcid.org/0000-0003-1946-0771; xxx
Neste trabalho, propomos e investigamos uma nova metasuperfície plana, baseada em discos dielétricos. A célula unitária dessa metasuperfície é composta por um quadrúmero de discos, ou seja, um agrupamento de quatro discos que possibilita a excitação de modos quase escuros, caracterizados por uma emissão de radiação muito reduzida, associada às ressonâncias de dipolo toroidal. Esses quadrúmeros são organizados em agrupamentos maiores, denominados supercélulas, projetadas com a mais alta simetria geométrica possível, correspondente ao grupo de simetria C4v. Para tornar acessíveis os modos toroidais na metasuperfície, utilizamos a teoria da representação de grupos e o método de combinação linear adaptada à simetria, demonstrando que é necessário, primeiramente, quebrar a simetria do quadrúmero e, posteriormente, a simetria da supercélula. Apresentamos e discutimos, de forma detalhada, diferentes mecanismos para a redução de simetria, processo pelo qual se modifica a simetria geométrica da estrutura para ativar modos eletromagnéticos específicos. Quando a simetria da supercélula, originalmente do tipo C4v, é reduzida para o grupo Cs, a metasuperfície passa a apresentar, simultaneamente, ressonâncias toroidais e antitoroidais, estas últimas associadas a distribuições de campo com topologia oposta à dos dipolos toroidais convencionais. As previsões teóricas foram validadas por meio de simulações eletromagnéticas de campo completo full-wave, considerando a incidência de uma onda plana sobre a estrutura, confirmando o comportamento esperado. Por fim, discutimos as potenciais aplicações das estruturas analisadas, destacando seu uso em dispositivos ópticos avançados e sistemas fotônicos.
Acesso aberto (Open Access)
Uma metodologia temporal para avaliação do desempenho de códigos concatenados em sistemas OFDM para transmissão de vídeo 4K-UHD
(Universidade Federal do Pará, 2024-08-16) COSTA, Thiago de Araújo; CASTRO, Bruno Souza Lyra; http://lattes.cnpq.br/1897829604434609; BARROS, Fabrício José Brito; http://lattes.cnpq.br/9758585938727609
O canal de comunicação é uma parte crítica do processo de degradação da informação. No domínio da transmissão de vídeo de ultra-resolução 4K, o canal de comunicação é uma parte crucial onde ocorre a degradação da informação, levando inevitavelmente a erros durante a recepção. Para melhorar o processo de transmissão em termos de fidelidade, tecnologias avançadas como digital video broadcasting terrestrial (DVB-T) e seu sucessor evolutivo, digital video broadcasting terrestrial second generation (DVBT2), são utilizadas para mitigar os efeitos dos erros de transmissão de dados. Dentre as mudanças realizadas com esta transição, destaca-se a troca dos pares concatenados da codificação de canal. Dentro deste cenário, esta pesquisa apresenta uma metodologia inovadora para a análise temporal da qualidade de vídeo de ultra-resolução 4K sob a influência de ruído gaussiano branco aditivo (AWGN) e canais Rayleigh. Este esforço analítico é facilitado pela aplicação de esquemas de codificação concatenados, especificamente, Bose-Chaudhuri-Hocquenghem concatenado com lowdensity parity check (BCH-LDPC) e Reed-Solomon concatenado com códigos covolucionais (RS-CONV). Uma compreensão mais abrangente da qualidade do vídeo pode ser alcançada considerando as suas variações temporais, um aspecto crucial da evolução contínua dos paradigmas tecnológicos. Neste estudo, o Structural Similarity Index (SSIM) serve como principal métrica para avaliação da qualidade durante as simulações. Além disso, os valores simulados da Peak Signal-to-Noise Ratio (PSNR) validam essas descobertas, exibindo alinhamento consistente com as avaliações baseadas em SSIM. Além disso, o desempenho do BCH-LDPC supera significativamente o do RS-CONV sob o esquema de modulação 64-QAM, produzindo níveis de qualidade de vídeo superiores que se aproximam ou superam aqueles alcançados pelo RS-CONV sob a modulação QPSK (Quadrature Phase Shift Keying), levando para um aumento na eficiência espectral. Esta melhoria é evidenciada pelos ganhos do SSIM superiores a 78%, em média. O cálculo dos ganhos médios entre tecnologias distintas na análise da qualidade de vídeo fornece uma estrutura de avaliação robusta e abrangente, capacitando as partes interessadas a tomar decisões informadas neste domínio.
Acesso aberto (Open Access)
Metodologias de discretização espacial sem malha baseadas nos potenciais de Coulomb e Lennard-Jones para o método radial de interpolação por pontos (RPIM) aplicadas para solução numérica das equações de Maxwell
(Universidade Federal do Pará, 2017-12-04) SOUSA, Washington César Braga de; RABELO, Wilson Ricardo Matos; http://lattes.cnpq.br/7978676206209168; OLIVEIRA, Rodrigo Melo e Silva de; http://lattes.cnpq.br/4768904697900863
Neste trabalho, três novos métodos de interação entre partículas baseados na lei de Coulomb e potencial de Lennard-Jones foram desenvolvidos e computacionalmente implementados visando gerar discretização espacial totalmente meshless que possa ser aplicada ao Radial Point Interpolation Method (RPIM) na solução de equações diferenciais parciais. Estes novos métodos, chamados de Coulomb Law Discretization Method (CLDM), Electric Charge Gaussian Gradation Method (ECGGM) e Lennard-Jones Discretization Method (LJDM), empregam versões adaptadas de equações das forças vetoriais de Coulomb e Lennard-Jones para obter uma distribuição equilibrada de nós no espaço (estado de equilíbrio), com o intuito de alcançar alta qualidade na discretização espacial de estruturas complexas. Para este objetivo, uma nova métrica de qualidade é introduzida. O trabalho está apresentado na forma de agregação de três artigos cientí cos, os quais apresentam respectivamente os métodos: CLDM, ECGGM e LJDM. Os métodos RPIM e UPML (Uniaxial Perfectlly Matched Layers) são usados para resolver as equações de Maxwell no domínio do tempo para problemas 2D (modo TMz) e 3D. Os métodos CLDM, ECGGM e LJDM (cada um em conjunto com o método RPIM), são aplicados em problemas de espalhamento eletromagnético, com base em cilindros metálicos circulares, elípticos e triangulares (caso 2D). Para o caso 3D é aplicado o método LJDM/RPIM. Os resultados obtidos estão de acordo com soluções analíticas.
Acesso aberto (Open Access)
Modelagem da perda de qualidade de videos H.264 em redes sem fio considerando perdas de PSNR e de frames
(Universidade Federal do Pará, 2019-08-16) CARMONA, João Victor Costa; CAVALCANTE, Gervásio Protásio dos Santos; http://lattes.cnpq.br/2265948982068382; BARROS, Fabrício José Brito; http://lattes.cnpq.br/9758585938727609
As aplicações multimídia vêm crescendo bastante nos últimos anos; novos consumos como jogos online, videoconferência, vídeo sob demanda e telefonia IP são algumas dessas. Porém, percebe-se um destaque maior na busca relacionada à vídeos e streamings, atualmente em altas resoluções e, trafegados majoritariamente sobre redes de comunicações sem fio. Principalmente por conta da proliferação de dispositivos móveis e aumento significativo das redes de acesso, que tornam mais cômodo e fácil o provimento a essas informações. Assim, como consequência imediata,desse tipo de fluxo, surge a necessidade de investimentos em técnicas e mecanismos que proporcionem ao usuário final a qualidade e satisfação desejadas diante de um conteúdo de alta definição. Este trabalho visa realizar a modelagem da perda de qualidade de vídeos, através da análise de desempenho destes em diversas resoluções, especificamente padrões em HD e UHD, em 720p, 1080p e 2160p. Nesse sentido, uma investigação de correlação entre as métricas extraídas dos vídeos é aplicada, através do coeficiente de correlação de Pearson, e fundamentos da área em questão. Propõem-se também equações para a modelagem de perda de qualidade, baseadas em análise de métricas associadas à perda de pacotes, em que ao final do estudo e conforme apontamentos realizados ao longo do texto, utilizou-se para a equação geral da modelagem, os parâmetros de Perda de PSNR e Perda de Frames Total. O resultado obtido mostra valores máximos de RMSE e Desvio Padrão, de 0,793 dB e 0,810 dB, respectivamente, tornando o modelo desenvolvido muito bom para o conjunto de vídeos testado e suas resoluções.
Acesso aberto (Open Access)
Modelling and mitigation of alien crosstalk for DSL systems
(Universidade Federal do Pará, 2017-12-11) GOMES, Diego de Azevedo; KLAUTAU JÚNIOR, Aldebaro Barreto da Rocha; http://lattes.cnpq.br/1596629769697284; PELAES, Evaldo Gonçalves; http://lattes.cnpq.br/0255430734381362
G.fast é o padrão mais recente do ITU-T para transmissões DSL, o qual e destinado para topologias do cobre de curtas distâncias e adota uma largura de banda de 106 MHz, que pode ser extendida at é 212 MHz. Em muitas situações os sistemas G.fast serão compostos ou coexistirão com linhas não-coordenadas (o linhas alien), as quais são fonte de forte crosstalk, pois estas linhas não fazem parte do grupo vetorizado. Este documento apresenta uma formula ção que explica o desempenho de m étodos de mitiga ção de alien crosstalk de acordo com o n úmero de linhas alien no ambiente, o mecanismo que defi ne a correla ção desta interferência e um m étodo de mitiga ção de alien crosstalk para transmissões DSL na dire ção de downstream afetadas por m últiplos interferentes, chamado AMMIS. Os resultados das simula c~oes mostram que os m étodos de mitiga c~ao de alien crosstalk encontrados na literatura podem de fato melhorar o desempenho de sistemas G.fast, mas apenas em condi ções específi cas. N os contrastamos estas situa c~oes e apresentamos diretrizes acerca da viabilidade destas t écnicas de mitigação em cen ários com n úmeros distintos de linhas alien. Adicionalmente, o AMMIS apresenta resultados promissores em rela c~ao a taxa de dados quando comparado com os m etodos encontrados na literatura em cen arios com grande quantidade de interferentes, com a vantagem adicional de ainda possibilitar economia de energia. Como suporte para as simula ções, tamb ém apresentamos um conjunto de medi ções de alien crosstalk.