ESTG - Mestrado em Engenharia Eletrotécnica - Telecomunicações
URI permanente para esta coleção:
Navegar
Percorrer ESTG - Mestrado em Engenharia Eletrotécnica - Telecomunicações por orientador "Caldeirinha, Rafael Ferreira da Silva"
A mostrar 1 - 10 de 12
Resultados por página
Opções de ordenação
- ADDITIVE MANUFACTURING FOR ANTENNA TECHNOLOGIESPublication . Carvalho, Saúl dos Santos; Caldeirinha, Rafael Ferreira da Silva; Reis, João Ricardo VitorinoThis dissertation explores the use of Additive Manufacturing (AM) technology, commonly known as Three-dimensional (3D) printing, for fabricating antennas, focusing on both static 3D and dynamic Four-dimensional (4D) printing techniques. It evaluates the cost-effectiveness and performance of these antennas compared to the ones fabricated using traditional methods (e.g. commercially available antennas). The study begins with the characterisation of dielectric properties of 3D printed materials through various extraction methods, which is crucial for accurate simulation and performance prediction. With this research several antennas were 3D printed and analysed, including pyramidal horn antennas, which were fully dielectric, with metallised polymers, with metal composites, and fully metallic, operating at K-Band. Additive manufacturing techniques, such as Laser Powder Bed Fusion (LPBF), were employed, with findings indicating that the resultant full metal horn antennas offered the best performance in terms of gain, impedance matching, and bandwidth. Additionally, the study examines 3D printed C-Band microstrip rectangular patch antennas. Results show that while 3D printed microstrip patch antennas can achieve reasonable efficiency and gain, they still lag behind traditional laminate-based antennas. A novel aspect of this research is the design of an X-Band pneumatic-deployable 4D petal horn antenna, which demonstrates potential for real-time adaptability through computational fluid dynamics and electromagnetic simulations. The dissertation concludes that 3D printing technology offers significant advantages for antenna fabrication, particularly in rapid prototyping and customisation. The emergence of 4D printing presents new possibilities for dynamic, adaptable antennas, though further research is needed to address material and fabrication challenges to fully harness its potential.
- Automotive 4D Radar Imaging with Field of ViewPublication . Jesus, Samuel Viegas Reigota de; Caldeirinha, Rafael Ferreira da Silva; Reis, João Ricardo VitorinoRadio Detection And Ranging (Radar) technology has been around for many decades. Initially developed for military purposes, radar technology has now grown into a larger set of applications. It is used in aviation, to detect other aircrafts and give accurate altitude readings, in marine navigation, to prevent collision with other ships and monitor ship movements in busy waters, in weather forecast, to monitor precipitation and wind, in factories, to enable manufacturing robots to perceive their environment and navigate/position themselves according to it, and even in health care, to monitor breathing and blood pressure, to name a few. In recent years, improvements in integrated circuitry and Radio Frequency (RF) electronics have made radar-on-chip possible, significantly reducing production costs and therefore enabling a wider adoption of radar technology, now commonly used in many civil applications. In the automotive industry for instance, Millimeter Wave (mmWave) radar sensors are being implemented in everyday vehicles for purposes such as Collision Warning System (CWS), Blind Spot Detection (BSD), Autonomous Cruise Control (ACC), Parking Assistance Systems (PAS) and many more, thus being integrated in systems such as Advanced Driver Assistance Systems (ADAS) and Autonomous Driving Systems (ADS). These systems comprise a suite of electronic automotive technologies designed to assist drivers in various driving scenarios, enhance safety, and improve the overall driving experience by providing real-time data through a combination of software algorithms and sensors, including cameras, ultrasonic sensors, Light Detection And Ranging (Lidar) and radar. Using real-time data from each component, ADAS and ADS can perceive the environment, plan a response, and control the vehicle’s mechanical systems to execute the intended action. As the market pushes for higher levels of vehicle autonomy, both ADAS and ADS are becoming increasingly more complex and sophisticated, requiring improvements in radar technology to meet the evolving demands of these advanced systems. Therefore, this dissertation presents the work on the development of a 4 Dimensions (4D) Multiple-Input-Multiple-Output (MIMO) automotive imaging radar with a 360◦ Field-of- View (FoV). After a brief description of the proposed architecture, using three mmWave 4D imaging radar sensors (AWR1843BOOST) by Texas Instruments (TI), disposed in a equilateral triangular prism shape, this dissertation presents the first results on the implementation of a real-time and high resolution radar sensor with a 360◦ FoV. To conclude the performance evaluation of the presented 360◦ radar, experimental results obtained in a controlled environment, i.e. inside an anechoic chamber, are presented to validate the proposed concept. A mmWave Compact Antenna Test Range (CATR) anechoic chamber was also designed and built in order to properly calibrate the radar. Successful target detection is achieved by multi-point point-cloud. The proposed radar architecture may be seen as an opportunity to augment and improve ADAS and ADS.
- Development of a Dual-Mode SAR Radar System for Non-Destructive TestiPublication . Lopes, Filipe Rodrigues; Duarte, Luís Diogo Medina; Caldeirinha, Rafael Ferreira da Silva; Fernandes, Telmo Rui Carvalhinho CunhaEsta dissertação propõe e avalia uma arquitetura para sistemas de imagem por radar de abertura sintética (SAR), tendo em vista aplicações de ensaio não destrutivo. O trabalho centra-se no desenvolvimento de uma plataforma de teste SAR capaz de realizar medições radar recorrendo a uma abertura sintética e, posteriormente, reconstruir imagens utilizando diferentes tecnologias de sensorização. Foi proposta uma plataforma modular de medição, integrando um sistema robótico de posicionamento com múltiplas configurações de radar. Foram implementadas e avaliadas três abordagens, nomeadamente um radar comercial de onda contínua modulada em frequência (FMCW) baseado no sensor Texas Instruments AWR1843, uma configuração baseada num analisador vetorial de redes (VNA) e, posteriormente, a mesma configuração VNA a operar na banda milimétrica através da utilização de extensores de frequência. A plataforma desenvolvida permite a aquisição automática de dados, o processamento de sinal e a reconstrução de imagem através de algoritmos de retroprojeção SAR. Foram realizados ensaios de validação para avaliar a influência da amostragem espacial, da frequência de operação e da largura de banda do sinal na qualidade das imagens reconstruídas. Os resultados demonstram que a largura de banda e a frequência de operação desempenham papéis complementares na formação de imagem SAR. Embora a configuração VNA tenha melhorado a resolução teórica em distância, devido à maior largura de banda disponível, a sua frequência inferior de operação resultou numa degradação da resolução transversal e numa redução da capacidade de caracterização dos alvos. Por outro lado, a configuração com extensores de frequência melhorou a qualidade das reconstruções ao combinar elevada largura de banda com comprimentos de onda mais reduzidos, à custa de um aumento da complexidade do sistema. A plataforma proposta constitui uma bancada de ensaio flexível para investigação em SAR, permitindo a comparação direta entre sensores radar comerciais de baixo custo e instrumentação laboratorial de elevado desempenho sob condições equivalentes. Esta capacidade contribui para a compreensão dos compromissos existentes entre desempenho de imagiologia, complexidade do sistema e custo de implementação, estabelecendo simultaneamente uma base para futuros desenvolvimentos na área dos sistemas de imagem radar aplicados a ensaios não destrutivos.
- ELECTROMAGNETIC LOG SHIELD FOR ROADS IDE APPLICATIONPublication . Tribovane, Bruno Alves; Caldeirinha, Rafael Ferreira da SilvaIn this dissertation, a highly sustainable barrier made of circular section timber of low industrial processing, is presented. This wooden structure allows the control of electromagnetic (EM) spectrum by fine-tuning the barrier’s intrinsic parameters to shape shielding effectiveness (SE) in order to improve either EM shielding or transparency. An algorithm is developed in MATLAB to design and generate the desired structural geometry within a simulation environment (CST MW), with the implementation of surface roughness and bending on the trunks. Simulations are performed at the frequency range of 0.3 to 10 GHz with the parametrisations such as the spacing between centre of poles, radius and moisture content (MC). The proposed real scale barrier prototype is assembled in the anechoic chamber and measurements are then performed at different transmitter (TX) and receiver (RX) antenna angles with both vertical and horizontal polarisation to better understand this structure’s impact on radio propagation. From this work, it was demonstrated that the wooden barrier’s simulation and measurement results present a good agreement and how the shielding efficiency can be tailored by optimising the radius and spacing at frequencies of commercial interest.
- ELECTRONICAL LY RECONFIGURABLE FS S - INSPIRED TRANSMITARRAY FOR TWO DIMENS IONAL BEAMSTEERING FOR 5G ANDRADAR APPL ICATIONS AT 2 8 GHZPublication . Vala, Mário António Patrício Carreira; Caldeirinha, Rafael Ferreira da Silva; Reis, João Ricardo VitorinoIn this dissertation, the author’s work on a 28 GHz transmitarray capable of antenna beamsteering for various wireless applications, is presented. Such device allows for the adjustment of the radiation pattern of an antenna by changing its main lobe direction, without the need of any mechanical means. A unit-cell based on a square-slot Frequency Selective Surface (FSS) is designed, simulated and optimised through several full-wave simulations, using an electromagnetic solver (CST MWS). Subsequently, the unit-cell was extended to a 10x10 array configuration in order to enable Two-dimensional (2D) beamsteering. This work yielded the fabrication of a prototype composed of four passive transmitarray lens, which were experimentally tested and characterised. Finally, a novel unit-cell based on a double square-slot intended aiming at active beamsteering was also studied and optimised in simulation environment. From this work, it was demonstrated that transmitarray can be seen as feasible alternative to many traditional beamsteering techniques, such as phased antenna arrays, while reducing the RF burden of the overall system using only a single radiation source. This fact, allied with it’s ease of integration, reduced cost and low-profile characteristics make transmitarrays a desirable solution for 5G and RADAR applications, among others.
- FERRAMENTA DE SIMULAÇÃO DO DESEMPENHO ELECTROMAGNÉTICO DE EDIFÍCIOS USANDO BIMPublication . Louro, João Santos; Caldeirinha, Rafael Ferreira da Silva; Rodrigues, Hugo Filipe Pinheiro; Fernandes, Telmo Rui Carvalhinho CunhaEsta dissertação apresenta o desenvolvimento de uma ferramenta que permite a simulação de cobertura rádio nos mais diferenciados cenários, nomeadamente, perante barreiras eletromagnéticas genéricas, interior de edifícios e áreas adjacentes. A ferramenta desenvolvida, permite importar informação presente em qualquer modelo do tipo Building Information Modelling (BIM) para o ambiente de simulação elaborado em MatLab. Esta importação utiliza a biblioteca IfcOpenShell através da linguagem Python como ferramenta de conversão de informação BIM para ficheiros CSV. Cada elemento construtivo presente nos modelos BIM é simulado através do módulo de simulação de propagação em elementos multicamada, o que permite fazer uma grande aproximação ao comportamento real de elementos que apresentem este tipo de configuração. O algoritmo traçado de raios que permite a simulação de cobertura em 3D, tem como base o método das imagens para o cálculo de trajetórias. Este permite a simulação da componente direta e de reflexões de primeira, segunda e terceira ordens. De forma a validar a ferramenta de simulação foram efetuadas medições de cobertura rádio em dois cenários distintos. O cenário A é composto por duas paredes exteriores e uma laje (chão) e o cenário B é composto por uma caixa quadrangular de madeira em toda a sua constituição. A gama de frequências utilizada nesta medições está compreendida entre 680 MHz e 6 GHz, representando assim medições de banda larga. A frequência utilizada na simulação é a frequência do meio da banda, sendo o valor 3.34 GHz.
- Planeamento de redes móveis de banda larga – Caso de estudo do Campus 2 do IPLeiriaPublication . Justino, Amílcar da Silva; Caldeirinha, Rafael Ferreira da Silva; Fernandes, Telmo Rui Carvalhinho CunhaA utilização de redes sem fios tem crescido de uma forma vertiginosa, com um aumento constante de dispositivos móveis, de aplicações e de serviços. Para acompanhar este aumento de necessidades, surgem tecnologias, que visam acompanhar a exigência nos mais diversos segmentos, incluindo áreas escolares. Numa implementação de uma determinada tecnologia, ou numa melhoria de uma estrutura de rede sem fios existente, o processo de planeamento não deve ser evitado, sendo fundamental para obter uma infraestrutura com resultados satisfatórios, quer seja em termos de cobertura, de capacidade ou de custos. Para tal, é necessário o envolvimento de um ambiente virtual de simulação, isto é, a elaboração de um cenário gráfico editado que sirva como base de dados representativa e sobre as quais as simulações de propagação e de rede vão incidir. Nesta dissertação foi criada uma plataforma genérica, i.e. uma base de dados, que simula de uma forma detalhada um Campus de ensino superior. Esta plataforma genérica poderá ser utilizada para facilitar futuros planeamentos de estruturas de rede sem fios que tenham que ser implementadas nesta área escolar. Não menos importante, a plataforma criada será fundamental para o ensino das Telecomunicações na Escola Superior de Tecnologia e Gestão (ESTG) do Instituto Politécnico de Leiria, permitindo a realização de projetos de planeamento e otimização de redes sem fios, atuais e futuras, em cenários interiores e/ou exteriores, num contexto realista e com detalhe ao nível das janelas e escadas interiores, e que permitirá a aferição prática in situ. Neste sentido, foi efetuada uma “auditoria” ao planeamento da rede Wi-Fi da ESTG, atualmente em serviço, com verificação in situ, através de medições de nível de potência recebido em localizações aleatoriamente definidas, com o objetivo de identificar eventuais problemas de cobertura rádio e/ou desempenho da rede, para a utilização de equipamentos móveis.
- PROJETO DE BARREIRAS ELETROMAGNÉTICAS UTILIZANDO MADEIRAPublication . Conniott, Wilson João Anaia; Caldeirinha, Rafael Ferreira da SilvaEsta dissertação foi pensada e executada tendo como base os problemas de exposição à radiação com que todos nos deparamos nos dias de hoje. Devido ao crescente número de dispositivos móveis em todo o mundo, o ser humano está cada vez mais sujeito a esta exposição de ondas eletromagnéticas. Como tal, o trabalho desenvolvido prende-se com uma solução para este problema em novos tipo de construção à base de madeira, para desta forma se conseguir reduzir o impacto das interferências de ondas rádio nessas mesmas construções. Várias técnicas de blindagem eletromagnética foram testadas no decorrer do trabalho, desde a carbonização da própria madeira até à incorporação de outros recursos que se conseguem obter naturalmente através do mesmo, como por exemplo, pó de carvão obtido através da queima de resíduos de madeira. Este pó pode ser posteriormente aplicado sobre painéis Cross Laminated Timber (CLT) ou qualquer outro tipo de material. Durante a execução do trabalho, os testes foram muito rigorosos e distintos para cada uma das técnicas de blindagem, desde carbonização à adição de materiais com propriedades condutoras na finalização dos paíneis, de forma a não só calcular a atenuação em termos electromagnéticos, mas também de assegurar a integridade mecânica dos materiais, viso que serão usados como materiais de construção de edifícios. Esta dissertação apresenta então os resultados da investigação sobre a eficácia da blindagem eletromagnética em construções de madeira, feitas principalmente em madeira lamelada-colada (CLT), para algumas técnicas naturais, como a adição de diferentes materiais carbonizados (ou não). As medições foram feitas numa câmara anecóica, projetada em 3 GHz, para diferentes tamanhos de amostra. O resultado deste trabalho pretende contribuir para a economia circular, sendo fornecido um fator de blindagem adicional na ordem dos 12 dB, aumentando assim a aposta neste tipo de material e, como consequência, reduzir a pegada de carbono em, países desenvolvidos.
- Radiopropagação em Vegetação na Presença de Cortinas de FogoPublication . Lourenço, Alexandre José Paulo; Caldeirinha, Rafael Ferreira da Silva; Fernandes, Telmo Rui Carvalhinho Cunha; Leonor, Nuno Ricardo CordeiroEste estudo centra-se na problemática que afeta as comunicações dos sistemas de emergência rádio quando o fogo está presente. Tem como principais objetivos analisar os efeitos dinâmicos na propagação de ondas de rádio na presença de cortinas de fogo e determinar quais os fatores de propagação que afetam as comunicações quando estamos perante um cenário de incêndio. Pretende-se também aplicar um modelo numérico que caracterize a propagação na presença de plasma formado por incêndios e validar o modelo através de simulações usando o software Fire Dynamics Simulator (FDS). O FDS foi usado para conceber e simular diferentes cenários, variando os parâmetros que caracterizam a vegetação, designadamente, a composição química da espécie, o calor de combustão e a sua densidade. Parâmetros como a temperatura, densidades de gases, vapor de água e do combustível são posteriormente utilizados como entrada no modelo numérico de forma a calcular a densidade de eletrões e a frequência de colisão. Para o cálculo da densidade de eletrões foi necessário definir a percentagem dos materiais alcalinos (potássio, cálcio e magnésio) que depende da espécie de vegetação. Através dos valores da temperatura obtidos, da densidade de eletrões e da frequência de colisão, calcula-se a atenuação e o desvio de fase. Os resultados mostram que a atenuação tem uma forte dependência com a densidade de eletrões, sendo esta influenciada pelo aumento da temperatura e pela presença de elementos alcalinos na vegetação. Observa-se que o aumento da temperatura e a consequente diminuição da frequência de colisão leva a um aumento do desvio de fase. Utilizando-se um modelo de um incêndio a uma pequena escala, verificou-se que para uma temperatura de 1322 K, foi atingida uma atenuação de 4.93 dB/m. A atenuação total ao longo do percurso pode atingir os 14 dB.
- Simulation framework for multigigabit applications at 60 GHzPublication . Pires, Pedro Alexandre Seabra; Caldeirinha, Rafael Ferreira da Silva; Gomes, Rodolfo VitorinoThis dissertation describes the implementation of a OFDM-based simulation framework for multigigabit applications at 60 GHz band over indoor multipath fading channels. The main goal of the framework is to provide a modular simulation tool designed for high data rate application in order to be easily adapted to a speci c standard or technology, such as 5G. The performance of OFDM using mmWave signals is severely a ected by non-linearities of the RF front-ends. This work analyses the impact of RF impairments in an OFDM system over multipath fading channels at 60 GHz using the proposed simulation framework. The impact of those impairments is evaluated through the metrics of BER, CFR, operation range and PSNR for residential and kiosk scenarios, suggested by the standard for LOS and NLOS. The presented framework allows the employment of 16 QAM or 64 QAM modulation scheme, and the length of the cyclic pre x extension is also con gurable. In order to simulate a realistic multipath fading channel, the proposed framework allows the insertion of a channel impulse response de ned by the user. The channel estimation can be performed either using pilot subcarriers or Golay sequence as channel estimation sequences. Independently of the channel estimation technique selected, frequency domain equalization is available through ZF approach or MMSE. The simulation framework also allows channel coding techniques in order to provide a more robustness transmission and to improve the link budget.