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http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/3850| Título: | Modelagem de bobinas bifilares no formato espiral plano quadrado simétrico em aberto |
| Título(s) alternativo(s): | Modeling of bifilar coils on symmetrical square planar spiral shape in open-circuit configuration |
| Autor(es): | Silva, Denivaldo Pereira da |
| Orientador(es): | Pichorim, Sérgio Francisco |
| Palavras-chave: | Bobinas Ressonância Circuitos elétricos Impedância (Eletricidade) Electric coils Resonance Electric circuits Impedance (Electricity) |
| Data do documento: | 14-Set-2018 |
| Editor: | Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
| Câmpus: | Curitiba |
| Citação: | SILVA, Denivaldo Pereira da. Modelagem de bobinas bifilares no formato espiral plano quadrado simétrico em aberto. 2018. 142 f. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica e Informática Industrial) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2018. |
| Resumo: | A partir da década de 1990, pesquisas sobre a modelagem de bobinas espirais planas (PSC) foram impulsionadas, principalmente, seguindo uma tendência de mercado que, paulatinamente, exigia a fabricação de dispositivos passivos cada vez mais compactos para aplicações em tecnologias de comunicação sem fio. No entanto, em geral, esses estudos se limitam à modelagem de PSCs monofilares e transformadores planos fabricados em substrato de silício, com até uma dezena de espiras e operando na faixa de GHz. A modelagem de PSCs bifilares com dezenas de espiras, confeccionadas em FR-4 e atuando na faixa de MHz ainda é pouco pesquisada na atualidade. A operação da PSC bifilar em frequências mais baixas (MHz) constitui uma vantagem, por exemplo, em aplicações biomédicas onde o sinal recebido remotamente de um sensor implantado em um tecido biológico tende a ser menos atenuado com a redução da frequência. Neste sentido, foi conduzida uma pesquisa sobre a modelagem de PSCs bifilares a fim de estudar o seu comportamento elétrico até o entorno do primeiro pico de ressonância. Um modelo elétrico para a PSC bifilar quadrada de layout simétrico em aberto foi desenvolvido, seus parâmetros elétricos (resistências, condutâncias, indutâncias e capacitâncias), expressões para as primeiras frequências de autorressonância (vale e pico) bem como a impedância de entrada da PSC bifilar foram determinados. Destacam-se ainda as novas abordagens apresentadas para a determinação das capacitâncias parasitas que se formam entre as trilhas metálicas da PSC bifilar e das condutâncias associadas aos seus materiais dielétricos. Foi confeccionado um lote de PSCs bifilares, em FR-4, no formato quadrado, cujos parâmetros elétricos e impedâncias de entrada foram medidos num analisador de impedância, sendo também o layout de cada PSC bifilar submetido a simulações eletromagnéticas. Por fim, os resultados da pesquisa foram apresentados através de tabelas e gráficos com o objetivo de comparar os resultados teóricos do modelo proposto com aqueles obtidos por simulações eletromagnéticas e por valores medidos, concluindo-se que o modelo elétrico e as expressões desenvolvidas se mostram viáveis e promissores para a modelagem de PSCs bifilares abertas, quando a análise se restringe ao estudo do comportamento elétrico até o entorno do primeiro pico de ressonância. |
| Abstract: | Since the 1990s, researches on modeling of planar spiral coils (PSC) were primarily driven by a market trend that gradually required the manufacture of as more and more compact passive devices for wireless technologies design. However, in general, these studies are limited to modeling of monofilar PSCs and planar transformers manufactured on silicon substrate, with up to a dozen turns and operating at the GHz range. Currently, the modeling of bifilar PSCs with dozens of turns, manufactured on FR-4 substrate and operating at MHz is still little researched. The bifilar PSC operation at lower frequencies (MHz) is an advantage, for example, in biomedical applications where the remotely received signal of a sensor implanted in a biological tissue tends to be less attenuated with decreasing frequency. Therefore, a research was developed on modeling of bifilar PSCs in order to study their electrical behavior up to around the first resonance peak. An electrical model of square bifilar PSC on symmetrical shape in open-circuit configuration was developed, their electrical parameters (resistances, conductances, inductances, and capacitances), expressions for the first self-resonance frequencies (valley and peak) as well as the input impedance of the bifilar PSC were determined. Also noteworthy are the new approaches presented for the determination of the stray capacitances that arise between the metal tracks of bifilar PSC and the conductances associated with its dielectric materials. A set of square bifilar PSCs of FR-4 substrate was manufactured, which electrical parameters and input impedances were measured by an impedance analyzer, as well as the layout of each bifilar PSC was submitted to electromagnetic simulations. Finally, the results of the research were presented in tables and graphs, with the aim of comparing the theoretical results of the proposed model with those obtained by electromagnetic simulations and measured values. It was concluded that the electric model and developed expressions prove feasible and promising for the modeling of square bifilar PSCs in open-circuit configuration, when the analysis is restricted to the study of the electrical behavior up to surrounding the first resonance peak. |
| URI: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/3850 |
| Aparece nas coleções: | CT - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Informática Industrial |
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