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Tipo: Dissertação
Data do documento: 20-Jan-2020
Autor(es): OLIVEIRA, Thiago Lima de
Primeiro(a) Orientador(a): DMITRIEV, Victor Alexandrovich
Título: Circulador de 4 portas baseado em um ressonador elíptico de grafeno na região terahertz.
Título(s) alternativo(s): Circulador de quatro portas baseado em um ressonador elíptico de grafeno na região terahertz.
Citar como: OLIVEIRA, Thiago Lima de. Circulador de 4 portas baseado em um ressonador elíptico de grafeno na região terahertz. Orientador: Victor Alexandrovich Dmitriev. 2020. 67 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) - Instituto de Tecnologia, Universidade Federal do Pará, Belém, 2020. Disponível em: https://repositorio.ufpa.br/jspui/handle/2011/17241. Acesso em:.
Resumo: Um novo tipo de circulador de quatro portas baseado em grafeno para a faixa de frequência terahertz é proposto e analisado neste trabalho. O mesmo é constituído de dois guias de ondas paralelos acoplados lateralmente a um ressonador magnetizado em forma de elipse. A secção transversal dos componentes apresenta uma estrutura com três camadas consistindo de grafeno, dióxidos de sílica e silício. O ressonador de grafeno é magnetizado normalmente em seu plano por um campo magnético externo DC. O princípio físico do dispositivo é baseado na ressonância dipolar da cavidade ressonante de grafeno magnetizado. Utilizando a Teoria de Grupos Magnéticos, conseguimos analisar as matrizes de espalhamento das componentes de simetria do dispositivo. Além disso, foi usada a Teoria de Modos Acoplados Temporal, com o intuito de analisar analiticamente as características do dispositivo. Investigou-se a influência de diferentes parâmetros sobre as características do circulador através do software Comsol Multiphysics. Simulações numéricas demonstram o isolamento das portas 3 e 4 em torno de -32,6 dB e -16,2 dB, perdas de inserção em torno de -2,5 dB, reflexão em torno de -20,3 dB e 5,7% de largura de banda com a frequência central de 5,03 THz. O campo magnético DC de polarização aplicado é de 0,8 T. A frequência central do circulador pode ser controlada pela mudança na energia de Fermi do grafeno. Por fim, foi feito uma comparação entre o modelo numérico e analítico do dispositivo, através das ferramentas citadas.
Abstract: A new type of four-port circulator based on graphene for the terahertz frequency range is proposed and analyzed in this work. It consists of two parallel waveguides coupled laterally to a magnetized resonator in the shape of an ellipse. The cross section of the components has a three-layer structure consisting of graphene, silica dioxides and silicon. The graphene resonator is normally magnetized in its plane by an external DC magnetic field. The physical principle of the device is based on the dipolar resonance of the resonant cavity of magnetized graphene. Using the Theory of Magnetic Groups, we were able to analyze the scattering matrices of the symmetry components of the device. In addition, the Temporal Coupled Modes Theory was used in order to analytically analyze the characteristics of the device. The influence of different parameters on the characteristics of the circulator was investigated using the Comsol Multiphysics software. Numerical simulations demonstrate the isolation of ports 3 and 4 around -32.6 dB and -16.2 dB, insertion losses around -2.5 dB, reflection around -20.3 dB and 5.7 % bandwidth with the center frequency of 5.03 THz. The DC magnetic field of applied polarization is 0.8 T. The central frequency of the circulator can be controlled by the change in the Fermi energy of graphene. Finally, a comparison was made between the numerical and analytical model of the device, using the aforementioned tools.
Palavras-chave: Circulador
Grafeno
Plasmons de superfície
Dispositivo não recíproco
Circulator
Graphene
Surface plasmons
Non-reciprocal device
Área de Concentração: TELECOMUNICAÇÕES
Linha de Pesquisa: ELETROMAGNETISMO APLICADO
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA::TELECOMUNICACOES
País: Brasil
Instituição: Universidade Federal do Pará
Sigla da Instituição: UFPA
Instituto: Instituto de Tecnologia
Programa: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil
Fonte URI: Disponível na internet via correio eletrônico: bibliotecaitec@ufpa.br
Aparece nas coleções:Dissertações em Engenharia Elétrica (Mestrado) - PPGEE/ITEC

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