Desenvolvimento de shield metamaterial e de método de caracterização de metasuperfícies com técnica derivada de ensaio eletromagnético OTA : uma implementação orientada à compatibilidade eletromagnética veicular

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2023
Autor(a) principal: Noronha, Hiuri Santana de, 1994-
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: [s.n.]
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Metamateriais
Compatibilidade eletromagnética
Metasuperfícies
Metamaterials
Electromagnetic compatibility
Metasurfaces
Link de acesso: https://hdl.handle.net/20.500.12733/27525
Resumo: Orientador: Leandro Tiago Manêra
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spelling Desenvolvimento de shield metamaterial e de método de caracterização de metasuperfícies com técnica derivada de ensaio eletromagnético OTA : uma implementação orientada à compatibilidade eletromagnética veicularDevelopment of a metamaterial shield and metasurface characterization method using a technique derived from OTA electromagnetic tests : a vehicular electromagnetic compatibility-oriented implementationMetamateriaisCompatibilidade eletromagnéticaMetasuperfíciesMetamaterialsElectromagnetic compatibilityMetasurfacesOrientador: Leandro Tiago ManêraDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP), Faculdade de Engenharia Elétrica e de ComputaçãoResumo: Este trabalho explora o conceito de blindagem seletiva em frequência, também referida como Blindagem Eletromagnética Inteligente, a partir do desenvolvimento, projeto e prototipação de Shield Metamaterial composto de células metamateriais tridimensionais, que resultou em uma proposta pioneira e proprietária como uma solução inovadora de Compatibilidade Eletromagnética para indústria veicular, aeroespacial e de eletrônicos em geral. O Shield Metamaterial Tridimensional proposto tem como composição um conjunto de células unitárias em arranjo periódico formado por uma rede metálica do tipo wire mesh e núcleos ressonadores chamados de CBRRs, cujo arranjo provoca a modulação da resposta em frequência das perdas de inserção e de retorno. As células unitárias são formadas por um tipo único de metamaterial tridimensional que tem apresentado as características eletromagnéticas fundamentais para o alcance de níveis de quase-transparência na propagação de sinais pertencentes à faixa de frequências permitidas (região de passabanda) e de níveis de blindagem efetiva comparáveis aos níveis apresentados por estruturas de blindagem eletromagnética convencional, na região de banda proibida. O Shield Metamaterial tornou-se uma tecnologia proprietária com nível maturidade tecnológica relativo à prova de conceito (TRL-3), tendo sua factibilidade comprovada com a prototipação de geometrias complexas e de elementos metamateriais contidos na estrutura por meio de técnica de manufatura aditiva EBM com utilização de liga metálica de titânio, Ti-6Al-4V. As investigações das funcionalidades e características fundamentais do Shield Metamaterial Tridimensional e elementos estruturais internos foram realizadas a partir de modelo computacional e simulações em software comercial, visando o levantamento da resposta em frequência do dispositivo, cujo comportamento mostrou-se típico de filtros de rádio frequência com o processo de filtragem ocorrendo no meio aéreo, processo denominado de filtragem espacial. O desenvolvimento do Shield Metamaterial Tridimensional deu surgimento a uma classe de dispositivos de proteção denominada de Radome Metamaterial Veicular com funções de proteção mecânica e eletromagnética através da blindagem seletiva em frequência que possui ampla faixa de rejeição, desde frequência zero até frequência de corte, e bandas passantes moduláveis que possibilitam a mitigação de interferências e susceptibilidades eletromagnéticas, sem estabelecer um trade-off com perdas na qualidade da propagação de sinais de telecomunicação de interesse. Esta pesquisa também introduz a investigação de um método pioneiro de caracterização de metasuperfícies e metamateriais compatível com setups de ensaios eletromagnéticos OTA. O ensaio proposto foi desenvolvido e validado a partir da caracterização de metasuperfícies prototipadas para a exclusiva finalidade de validaçãoAbstract: This work explores the concept of frequency selective shielding, also referred to as Smart Electromagnetic Shielding, based on the development, design and prototyping of a Metamaterial Shield composed of three-dimensional metamaterial unit cells, which resulted in a pioneering and proprietary proposal as an innovative Electromagnetic Compatibility solution for the vehicle, aerospace and electronics industries. The proposed Three-Dimensional Metamaterial Shield is composed of a set of unitary cells in a periodic arrangement formed by a metallic lattice of the wire mesh type and resonator cores called CBRRs, whose arrangement causes the modulation of the frequency response of the insertion losses and return. The unitary cells are formed by a unique type of three-dimensional metamaterial that has presented the fundamental electromagnetic characteristics to reach quasi-transparency levels in the propagation of signals belonging to the permitted frequency range (bandpass region) and comparable effective shielding levels to the levels presented by conventional electromagnetic shielding structures, in the bandgap region. The Metamaterial Shield has become a proprietary technology with a technological maturity level relative to the proof-of-concept (TRL-3), having its feasibility proven with the prototyping of complex geometries from the prototyping of the metamaterial elements contained in the structure through a manufacturing technique EBM additive using titanium metal alloy, Ti-6Al-4V. Investigations of the functionalities and fundamental characteristics of the Three-dimensional Metamaterial Shield and internal structural elements were carried out based on a computational model and simulations in commercial software, aiming to survey the frequency response of the device, whose behavior proved to be typical of radio frequency filters with the filtering process taking place in the air medium, a process called spatial filtering. The development of the Three-dimensional Metamaterial Shield gave rise to a class of protection devices called Vehicular Metamaterial Radome with mechanical and electromagnetic protection functions through frequency selective shielding that has a wide rejection range, from zero frequency to cutoff frequency, and modulable passbands that make it possible to mitigate interference and electromagnetic susceptibilities, without establishing a trade-off with losses in the propagation quality of telecommunication signals of interest. This research also introduces the investigation of a pioneering method for characterizing metasurfaces and metamaterials compatible with OTA electromagnetic test setups. The proposed test was developed and validated from the characterization of prototyped metasurfaces for the exclusive purpose of validationAbertoMestradoEnergia ElétricaMestre em Engenharia ElétricaCAPES88887.473510/2020-00[s.n.]Manêra, Leandro Tiago, 1977-Kretly, Luiz CarlosCapovilla, Carlos EduardoUniversidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Faculdade de Engenharia Elétrica e de ComputaçãoPrograma de Pós-Graduação em Engenharia ElétricaUNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINASNoronha, Hiuri Santana de, 1994-20232023-06-28T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdf1 recurso online (141 p.) : il., digital, arquivo PDF.https://hdl.handle.net/20.500.12733/27525NORONHA, Hiuri Santana de. Desenvolvimento de shield metamaterial e de método de caracterização de metasuperfícies com técnica derivada de ensaio eletromagnético OTA: uma implementação orientada à compatibilidade eletromagnética veicular. 2023. 1 recurso online (141 p.) Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP), Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação, Campinas, SP. Disponível em: 20.500.12733/27525. Acesso em: 29 set. 2025.https://repositorio.unicamp.br/acervo/detalhe/1456069https://repositorio.unicamp.br/acervo/detalhe/1456069Cover: https://repositorio.unicamp.br/capa/capa?codigo=1456069Requisitos do sistema: Software para leitura de arquivo em PDFporreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instname:Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instacron:UNICAMPinfo:eu-repo/semantics/openAccess2025-07-17T14:14:59Zoai::1456069Biblioteca Digital de Teses e DissertaçõesPUBhttp://repositorio.unicamp.br/oai/tese/oai.aspsbubd@unicamp.bropendoar:2025-07-17T14:14:59Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) - Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)false
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