AM - CET - Ciências da Engenharia e Tecnologias
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Browsing AM - CET - Ciências da Engenharia e Tecnologias by advisor "Baptista, António Carlos de Campos Simões"
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- Antenas de comunicações UAV’sPublication . Marques, Pedro Miguel Martins; Baptista, António Carlos de Campos Simões; Martins, Maria João MarquesA Força Aérea Portuguesa está a desenvolver um projeto, denominado “Projeto de Investigação e Tecnologia em Veículos Aéreos Não-Tripulados” (PIVANT) com o intuito, de dotar a Força Aérea Portuguesa das capacidade de exploração destas aeronaves não pilotadas, tendo já desenvolvido algumas plataformas UAV que executam missões de reconhecimento e vigilância sobre o território continental e marítimo português. A necessidade de comunicar ou melhorar a comunicação com estas plataformas, levou a que se propusesse a presente dissertação de mestrado, cujo objetivo é projetar uma antena planar do tipo Electronically Steerable Parasitic Array Radiator (P-ESPAR) que opere na frequência de 1.33 GHz possibilitando a melhoria da eficiência e alcance da ligação descendente entre o UAV e a estação terrestre, além de permitir variar a direção em azimute do seu ganho máximo, proporcionando ao operador a possibilidade de escolher a direção para a qual quer transmitir. Neste sentido será descrito inicialmente o estado da arte com o intuito de conhecer a evolução até á atualidade das plataformas aéreas como das antenas utilizadas por estes veículos aéreos não tripulados na comunicação. Numa fase posterior será efetuado o estudo das características das antenas planares, os métodos de excitação e os métodos de análise necessários para o dimensionamento da antena. A análise e desenvolvimento da antena P-ESPAR inicia-se com o dimensionamento e simulação no programa CST MicroWave Studio de apenas um elemento patch. Posteriormente será realizado o desenvolvimento da antena P-ESPAR, caracterizando os elementos que a compõem.
- Comunicações tácticas e de emergência por propagação por efeito NVISPublication . Rocha, Renato Gonçalves; Baptista, António Carlos de Campos Simões; Martins, Maria João MarquesO presente trabalho tem como objectivo projectar e construir uma antena que opere em onda curta, HF, e que explore a propagação na ionosfera por efeito NVIS, de modo a permitir o estabelecimento de comunicações de curta distância em situações tácticas e de emergência. Este projecto pode ter bastante interesse para o Exército Português, em teatros de operações em que o terreno seja bastante acidentado, como por exemplo o Afeganistão ou o Kosovo. A antena projectada e construída é composta por dois dipolos cruzados, com uma tipologia em v invertido, por forma a ser efectuada uma ligação de curta distância, com ângulos de elevação que podem atingir cerca de 88º a 89º para distâncias da ordem da dezena de quilómetros. Foi efectuado o dimensionamento teórico, a simulação do diagrama de radiação e posteriormente procedeu-se à construção e ensaio da antena, com resultados bastante satisfatórios.
- Estudo comparativo de duas antenas para transmissão sem fios em 2,4 GHzPublication . Ruano, Edgar Manuel Branco; Baptista, António Carlos de Campos Simões; Martins, Maria João MarquesA necessidade de antenas para comunicação com sistemas não tripulados, utilizados pelas Forças Armadas, para realizar tarefas de vigilância e reconhecimento levou ao desenvolvimento deste trabalho. A presente dissertação tem como objetivo dimensionar e construir um protótipo de uma antena, que possibilita realizar a comunicação, sem fios entre o operador e os sistemas não tripulados. Este trabalho teve como foco a otimização e realização prática de uma antena ESPAR (Eletronically Steerable Passive Arrays Radiators), utilizando a técnica dos algoritmos genéticos. Esta antena permite um diagrama de radiação direcional e a sua comutação em azimute. Numa fase inicial a antena foi dimensionada e simulada no programa de simulação 4NEC2X, para operar na banda dos 2,4 GHz. A realização do protótipo envolveu uma fase de construção da estrutura básica e outra de inclusão dos componentes eletrónicos. Após construção, a antena foi testada na câmara anecóica e efetuaram-se as medições dos diagramas de radiação e do módulo do parâmetro de dispersão 𝑆11. Os resultados das medições permitem verificar as características diretivas do diagrama de radiação e a comutação do mesmo em azimute, de acordo com as simulações efetuadas e com os objetivos propostos para esta dissertação. No final realiza-se a comparação da antena ESPAR construída no âmbito deste projeto, com uma Yagi-Uda impressa, cujo protótipo foi realizado numa dissertação de mestrado antecedente.
- Estudo de uma antena ótica para comunicação inter-satélitesPublication . Gomes, Rui David Furtado Ribeiro; Baptista, António Carlos de Campos Simões; Martins, Maria João Marques; Torres, João Paulo NetoA evolução da nanotecnologia possibilitou o desenvolvimento de novos dispositivos, fabricados a uma escala nanométrica, nomeadamente os dispositivos designados por nanoantenas ou antenas óticas, que nos dias de hoje têm sido alvo de uma intensa atividade de investigação e desenvolvimento, procurando atingir a possibilidade de confinar a radiação eletromagnética em dimensões espaciais mais pequenas que o comprimento de onda da luz. A potencialidade destes dispositivos é fascinante, pois cobre um conjunto muito vasto de aplicações. Esta dissertação tem como objetivos principais estudar e caracterizar, numa perspetiva clássica, uma antena ótica que possa ser integrada no emissor ou recetor de um sistema de comunicações óticas inter-satélites. Nesta dissertação foi realizado um estudo teórico sobre a interação da luz com a matéria, nomeadamente o comportamento dos metais em frequências óticas e a propagação de plasmões superficiais numa interface dielétrico/metal, que são fundamentais para compreender o fenómeno de transmissão ótica extraordinária. Foi efetuado um estudo comparativo e realizada uma revisão das teorias clássicas da difração de ondas eletromagnéticas, de Fraunhofer, Fresnel e Kirchhoff e das teorias da difração da luz por fendas menores do que o comprimento de onda de Bethe e Bouwkamp. Os resultados obtidos, de acordo com as teorias clássicas da difração, foram comparados com os resultados obtidos através de simulações com o programa COMSOL Multiphysics®. Por fim, foi dimensionada e simulada uma antena ótica que pode ser integrada num emissor ou recetor de um sistema de comunicações óticas inter-satélites, em que se verifica a ocorrência do fenómeno de transmissão ótica extraordinária.
- Modificação das caraterísticas de radiação de uma antena usando componentes eletrónicosPublication . Silva, André Alves; Baptista, António Carlos de Campos Simões; Martins, Maria João MarquesAo longo das últimas décadas, a acentuada evolução tecnológica apresentou um papel fundamental no desenvolvimento das forças militares no mundo. O Exército português também assimilou esses avanços tecnológicos e incorporou-os nas suas atividades, originando uma revolução no modus operandi das Forças Armadas, designada por Revolução nos Assuntos Militares. Nos últimos anos, o Exército Português desenvolveu dois robôs para realizarem tarefas de vigilância e reconhecimento, nos vários teatros de operações. As comunicações sem fios com estes robôs necessitam de uma antena que seja robusta, de pequenas dimensões, e que permita variar a direção e largura do lobo principal. Foi assim dimensionada e simulada uma antena designada por Electronically Steerable Parasitic Array Radiator (ESPAR), através da técnica dos algoritmos genéticos, cujo projeto constitui o objetivo principal desta Dissertação de Mestrado. Esta antena vai possibilitar ao operador ter uma antena orientável, permitindo escolher a direção para a qual a emissão apresenta um ganho máximo. A variação das impedâncias mútuas da antena permite alterar a relação das correntes, que por sua vez torna possível variar a direção e largura de banda do lobo principal, possibilitando obter diferentes diagramas de radiação. A antena foi projetada e simulada para operar na banda dos 2,4GHz usando o programa 4NEC2X. Posteriormente, foi dimensionada uma malha de adaptação e um plano de terra que permitiram assegurar a adaptação e funcionamento eficaz da antena. A antena ESPAR, pelas suas caraterísticas finais, apresenta os requisitos necessários para estabelecer comunicação com os robôs, nos teatros de operações do Exército Português.
- Sistema de detecção de posiçãoPublication . Miranda, Óscar Manuel Carvalho de; Baptista, António Carlos de Campos Simões; Martins, Maria João MarquesO trabalho a desenvolver nesta Dissertação enquadra-se no âmbito do projecto FIREND®, no qual se pretende projectar uma munição que permita a colaboração da artilharia no combate a incêndios florestais. Essa munição deve libertar uma substância, que possibilite o retardamento da expansão do fogo ou mesmo a sua extinção. A presente Dissertação descreve um sistema de altimetria que permite o accionamento da munição antes do seu embate com o solo. O sistema de altimetria utiliza um laser e o método de medida de distâncias conhecido por telemetria por impulsos. Na telemetria por impulsos o sistema tem basicamente um emissor laser e um foto-receptor. A distância é calculada através da medida do tempo de voo de um impulso emitido pelo laser, ou seja, do tempo que decorre desde a emissão do impulso até à sua chegada ao foto-receptor após ser reflectido pelo alvo. A colocação do sistema de altimetria na munição impõe um conjunto de restrições ao sistema. Assim as suas dimensões devem ser reduzidas, não necessita de uma precisão de medida muito elevada (~1m), deve ter um custo baixo e deve ser capaz de suportar os valores da aceleração inicial aquando do lançamento da munição.
- Sistema de gestão de energia e ativação de uma espoleta eletrónicaPublication . Mesquita, Ana Carolina Apolinário dos Santos; Baptista, António Carlos de Campos Simões; Santos, Pedro Nuno Mendonça dosOs incêndios florestais constituem uma realidade que pode ser minimizada com o auxílio Forças Armadas, através de homens e de meios. O Projeto FIREND®, no qual este trabalho está inserido, tem como objetivo projetar uma munição que ao libertar uma substância química sobre o fogo, o impeça de se expandir e se possível, o extinga. O projétil tem 155mm de calibre e o seu compartimento de carga terá cerca de 7,5𝑑𝑚3, permitindo uma área de atuação com cerca de 75𝑚2 . Face aos elevados custos do combate aéreo e à limitação imposta pelas condições meteorológicas e de visibilidade para operar os referidos aparelhos, prevê-se que esta munição seja uma vantagem pois permite aceder a zonas de difícil acesso, evitando a exposição de pessoas ao fogo. Este trabalho foca-se no projeto da espoleta eletrónica, que devido ao caracter do projétil, não deve conter cargas explosivas para o seu acionamento. Propõe-se criar um sistema que ao detetar a aceleração da munição à saída do tubo inicie uma contagem de tempo de voo até ao valor inserido pelo operador do obus, para então ativar o sistema de acionamento da mesma. O projeto foi dividido em duas partes, a primeira constituída pelos blocos referentes ao sensor, gestão de energia e acionamento, e a segunda, que é constituída pelo controlador, bloco de comunicação e controlo do relógio. Neste projeto serão abordados os blocos funcionais referentes à primeira parte e será mostrado o circuito desenvolvido para detetar o momento em que a munição ganha aceleração, constituído por um acelerómetro, condicionamento de sinal, e o sistema de acionamento, baseado num conversor dc-dc elevador de tensão, bem como o circuito qde gestão de potência de toda a espoleta. Como resultado é apresentado um circuito compatível com o Projeto FIREND®, sendo discutidas ao longo de todo este trabalho as várias hipóteses possíveis para a sua concretização e as vantagens e desvantagens das opções tomadas.
- Sistemas de comunicação espacial por laser para aplicações em DefesaPublication . Guimarães, Jonathan de Campos; Baptista, António Carlos de Campos Simões; Martins, Maria João MarquesAtualmente, a utilização dos satélites é indispensável para o nosso dia a dia, sendo que a sua aplicação surge em várias áreas da nossa sociedade. Como tal, e dada a sua importância, a sua evolução é uma grande prioridade da comunidade científica, de forma a estabelecer sistemas de comunicação cada vez mais eficientes. Hoje em dia, as comunicações entre satélites e entre os satélites e a superfície terrestre utilizam predominantemente ligações por radiofrequência. As comunicações óticas em espaço livre começam agora a surgir como alternativa, oferecendo, entre outras vantagens, uma muito maior largura de banda. Assim, o futuro das comunicações via satélite será fortemente dependente da evolução dos sistemas de comunicação ótica. Esta dissertação insere-se no estudo dos sistemas de intercomunicação ótica de satélites usando lasers. Tem como objetivo a análise e definição dos subsistemas emissor e recetor deste tipo de sistemas. Para além disso, desenvolveu-se também um programa de simulação do funcionamento do emissor e do recetor, que permitirá avaliar de forma expedita o impacto das alterações de parâmetros no desempenho do sistema.
- Sistemas de medida de distância utilizando laseres e as suas aplicaçõesPublication . Fonseca, João António Santos Dias; Baptista, António Carlos de Campos Simões; Martins, Maria João Marques; Torres, João Paulo NetoAs medidas óticas vieram oferecer novas formas de determinar distâncias, deformações ou vibrações através de métodos mais precisos e de maior alcance. A evolução tecnológica tem permitido uma melhoria significativa de vários componentes, nos quais se incluem os óticos. Assim, o desenvolvimento de métodos de medida essenciais é crucial para acompanhar o avanço tecnológico. Nesta dissertação, são estudados os três métodos de medida básicos – a triangulação, a telemetria e a interferometria, abordando as suas principais aplicações, vantagens e desvantagens, e fundamentando teoricamente cada um dos métodos. Ao longo do trabalho mostram-se resultados de rotinas de simulação para cada método. Para o método da triangulação efetuaram-se duas experiências que demonstram o funcionamento do método na medida de distâncias e superfícies. Para o método da telemetria, estudaram-se montagens experimentais para aplicar o método da telemetria por impulsos e telemetria por comparação de fase na medida de distâncias. Deste modo, pretende-se construir a base de um futuro desenvolvimento de métodos mais complexos.