@PhDThesis{Greco:2024:AnSiNu,
author = "Greco, Ana Fl{\'a}via Guedes",
title = "An{\'a}lise e simula{\c{c}}{\~a}o num{\'e}rica de linhas de
transmiss{\~a}o n{\~a}o lineares giromagn{\'e}ticas",
school = "Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)",
year = "2024",
address = "S{\~a}o Jos{\'e} dos Campos",
month = "2023-11-14",
keywords = "linhas de transmiss{\~a}o n{\~a}o lineares giromagn{\'e}ticas,
gera{\c{c}}{\~a}o de RF, simula{\c{c}}{\~a}o num{\'e}rica,
gyromagnetic nonlinear transmission lines, RF generation,
numerical simulation.",
abstract = "Linhas de transmiss{\~a}o n{\~a}o-lineares (LTNLs) carregadas
com ferrita t{\^e}m sido usadas como linhas de choque
eletromagn{\'e}ticas em aplica{\c{c}}{\~o}es que exigem pulsos
com tempos de subida muito r{\'a}pidos (< 3 ns). Submetidas a um
campo magn{\'e}tico externo intenso, (20-40 kA/m), essas linhas
podem gerar radia{\c{c}}{\~a}o de micro-ondas geralmente nas
bandas L (1-2 GHz) e S (2-4 GHz) e s{\~a}o conhecidas neste caso
como linhas giromagn{\'e}ticas n{\~a}o lineares. Devido {\`a}
sua ampla aplicabilidade na {\'a}rea de r{\'a}dio
frequ{\^e}ncia (RF), como guerra eletr{\^o}nica (em defesa) ou
modulador de feixes de alta pot{\^e}ncia (na ind{\'u}stria),
h{\'a} um interesse crescente no estudo dessas linhas.
Ressalta-se ainda, que estudos feitos no Brasil e exterior, usando
com base simula{\c{c}}{\~o}es num{\'e}ricas computacionais e
experimentos pr{\'a}ticos t{\^e}m demonstrado sua aplicabilidade
em sat{\'e}lites radar SAR (Synthetic Aperture Radar) em
sensoriamento remoto e ve{\'{\i}}culos espaciais, utilizando um
sistema compacto com tamanho e peso reduzido. Com essa
motiva{\c{c}}{\~a}o, prop{\~o}e-se analisar e simular
numericamente LTNLs giromagn{\'e}ticas, utilizando modelos
unidimensionais, chamados de 1D ou tridimensionais, chamados de
3D. Vale ressaltar que os processos n{\~a}o lineares tamb{\'e}m
podem ser analisados em estruturas discretas usando-se
simula{\c{c}}{\~a}o SPICE, conforme j{\'a} demonstrado na
literatura para linhas giromagn{\'e}ticas. Embora as perdas
{\^o}hmicas possam ser incorporadas em ambos os modelos (SPICE e
num{\'e}rico), a simula{\c{c}}{\~a}o num{\'e}rica pode
apresentar um melhor desempenho, em particular no modelo 3D, uma
vez que nesse caso s{\~a}o inclu{\'{\i}}dos os efeitos de
desmagnetiza{\c{c}}{\~a}o do campo nas dire{\c{c}}{\~o}es
axial e radial. Contudo, inicialmente foi desenvolvido um
algoritmo que acopla as equa{\c{c}}{\~o}es do telegrafista
(equa{\c{c}}{\~o}es de circuito para tens{\~a}o e corrente), na
formula{\c{c}}{\~a}o 1D da equa{\c{c}}{\~a}o
giromagn{\'e}tica de LandauLifshitzGilbert (LLG), que descreve a
din{\^a}mica de precess{\~a}o dos momentos magn{\'e}ticos do
material que preenche a estrutura coaxial da linha. Posteriormente
foi desenvolvido um algoritmo com a forma 3D da
equa{\c{c}}{\~a}o LLG, aumentando o n{\'{\i}}vel de
complexidade para a implementa{\c{c}}{\~a}o do algoritmo, mas o
modelo conseguiu oferecer bons resultados. E para a
simula{\c{c}}{\~a}o num{\'e}rica, o conjunto de
equa{\c{c}}{\~o}es descritas acima podem ser resolvidas por
diferentes m{\'e}todos num{\'e}ricos computacionais e softwares,
mas como um aspecto inovador deste trabalho utilizamos o software
MATHEMATICA (v. 12.1) para prever alguns par{\^a}metros
importantes da linha, como o tempo de subida do pulso de
sa{\'{\i}}da e a frequ{\^e}ncia gerada. ABSTRACT: Non-linear
transmission lines (NLTLs) loaded with ferrite and used as
electromagnetic shock lines in applications require pulses with
fast rise times (<3 ns). Subject to an intense external magnetic
field (20-40 kA / m), these lines can generate microwave radiation
generally in the L band (1-2 GHz), known as gyromagnetic lines.
Due to its application in the area of radiofrequency (RF), as
electronic warfare (in defense) or high-power beam modulators (in
the industry), there is a growing interest in the study of these
lines. Research studies in Brazil and abroad using numerical
computer simulations and practical experiments demonstrated its
applicability in SAR radars (Synthetic Aperture Radar) for remote
sensing and space vehicles using a compact system with reduced
size and weight. With this motivation, we present an analysis and
numerical simulation of gyromagnetic NLTLs using onedimensional
models, called 1D or three-dimensional models, called 3D. It is
worth mentioning that non-linear processes can also be analyzed in
discrete structures using SPICE simulation, as already
demonstrated in the literature for gyromagnetic lines. Although
the ohmic losses are incorporated in both models (SPICE and
numeric), the numerical simulation can present a better
performance, particularly for 3D, since it includes the effects of
demagnetizing the field in the axial and radial directions.
However, an algorithm initially developed to couple the telegraph
operator's equations (circuit equations for voltage and current)
to the 1D form of the LandauLifshitz Gilbert (LLG) gyromagnetic
equation describes the precession dynamics of the magnetic moments
of the material that fills the coaxial structure of the line.
Later, an algorithm with the 3D form of the LLG equation developed
increases the complexity level for the implementation of the
algorithm, but the model managed to offer good results. For the
numerical simulation, the set of equations described above solved
by different computational numerical methods and software presents
an innovative aspect of this work, using the MATHEMATICA software
(v. 12.1) to predict important line parameters, such as the rise
time rate of the output pulse and the generated frequency.",
committee = "Santos, Walter Abrah{\~a}o dos (presidente) and Rossi, Jos{\'e}
Osvaldo (orientador) and Manea, Silvio and Castro, Joaquim
Jos{\'e} Barroso de and Antonelli, Eduardo",
englishtitle = "Numerical analysis and simulation of nonlinear gyromagnetic
transmission lines",
language = "pt",
pages = "106",
ibi = "8JMKD3MGP3W34T/4ADMCPP",
url = "http://urlib.net/ibi/8JMKD3MGP3W34T/4ADMCPP",
targetfile = "publicacao.pdf",
urlaccessdate = "27 abr. 2024"
}