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Authors: Lacerda, Cícero Matheus da Silva
metadata.dc.contributor.advisor: Araujo, Humberto Xavier de
Title: Projeto e caracterização de arranjos de rectennas otimizadas com algoritmos genéticos para quinta geração de telefonia móvel celular
Keywords: 5G.;Rectenna.;Genetic Algorithm.;Metamaterials.;Optimization.;Algoritmos Genéticos.;Metamateriais.;Otimização.
Issue Date: 28-Nov-2019
Publisher: Universidade Federal do Tocantins
Citation: LACERDA, Cícero Matheus da Silva. Projeto e caracterização de arranjos de rectennas otimizadas com algoritmos genéticos para quinta geração de telefonia móvel celular. 119 f. Monografia (Graduação) - Engenharia Elétrica, Universidade Federal do Tocantins, Palmas, 2019.
metadata.dc.description.resumo: Com o advento de novos dispositivos móveis, bem como o aumento do número de dispositivos conectados, surgiu a necessidade de implementar a quinta geração de telefonia celular, a qual possui requisitos de baixíssima latência, menor que 1 ms, e alta taxa de transmissão, maior que 1 Gbps. A nível mundial, a provável faixa é de 26 GHz a 30 GHz. Nesse contexto, o presente trabalho apresenta a topologia de uma rectenna capaz de operar na banda supracitada. Para tal feito, foram usados algoritmos de otimização embutidos nos softwares de simulação para modelar os arranjos e o toco; além disso, foram dimensionadas células metamateriais SRR e ELC usando um algoritmo genético programado pelo próprio autor. O algoritmo genético foi feito em Python 3 e consegue otimizar células metamateriais para uma dada frequência fornecida pelo usuário. Ao final de todo o processo de otimização, os arranjos conseguiram uma largura de banda entre 1,5 e 2 GHz, enquanto a eficiência do pior caso foi de 89,13%. No contexto do retificador, a largura de banda de operação alcançada foi de 0,4 GHz. Com os resultados aqui exibidos, demonstra-se tanto que as alterações com metamateriais melhoram a antena e não acrescentam custos significativos quanto que as técnicas de otimização são ótimas ferramentas para o projeto de estruturas de alto desempenho.
Abstract: With the advent of new mobile devices, as well the increasing number of connected devices, emerged the necessity of implementing the fifth mobile generation, which has very low latency, less than 1 ms, and high transmission rate, above 1 Gbps, as requirements. At a global level, the likely band is from 26 GHz to 30 GHz. In this context, this work shows the topology of a rectenna able to operate in the band mentioned above. In order to do this, were used optimization algorithms embedded in the simulation softwares to calculate the antenna's dimensions and the parameters for the stub; besides that, SRR and ELC metamaterials unit cells were sized using a genetic algorithm created by the author. The genetic algorithm was programmed in Python 3, being able to optimize a metamaterial cell to a given frequency. At the end of the whole optimization process, the arrays got a bandwidth between 1,5 and 2 GHz, while the worst case's efficiency was 89,13%. At the level of the rectifier, the operation bandwidth achieved was 0,4 GHz. With the shown results, is demonstrated that the alterations with metamaterials improved the antenna with a low-cost procedure; it is also shown that the optimization techniques are powerful tools for the designer.
URI: http://hdl.handle.net/11612/1478
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