Concatenando idéias 13/10/2011. Pesquisa e Desenvolvimento. Prof. Dr. Arismar Cerqueira Sodré Junior. Pesquisa e Desenvolvimento

(1)

1 Prof. Dr. Arismar Cerqueira S. Jr.

arismar@inatel.br

Pesquisa e Desenvolvimento

Atividades de Pesquisa e Desenvolvimento em

Antenas,

Radares, Fibras Ópticas,

Comunicações Ópticas, WSN e

Sistemas Rádio sobre Fibra

Prof. Dr. Arismar Cerqueira Sodré Junior

11 de Outubro de 2011

(2)

Objetivos

Ø Apresentar os meus principais trabalhos de P&D.

Ø Iniciar colaborações com outros Professores do Inatel.

Ø Elaborar novos Projetos de Pesquisa.

Ø Discutir possibilidades de Projeto P&D com o pessoal do

ICC e das empresas locais.

arismar@inatel.br DesenvolvimentoPesquisa e

Apresentação

Graduação em Engenharia Elétrica – 1996 a 2000

Ph.D. em Engenharia Elétrica – 2003 a 2006

Mestrado em Engenharia Elétrica – 2001 a 2002

Professor – 2009 a Agosto de 2011

Professor

Pós-Doutorado em Engenharia Elétrica – 2006 a 2009

(3)

arismar@inatel.br Pesquisa e Desenvolvimento

Agenda

1. Objetivos e Apresentação

2. Antenas e Radares

3. Fibras e Comunicações Ópticas

4. Sistemas Rádio sobre Fibra (RoF)

5. Wireless Sensor Networks (WSNs) e RoF

6. Debate

Agenda

1. Objetivos e Apresentação

2. Antenas e Radares

3. Fibras e Comunicações Ópticas

4. Sistemas Rádio sobre Fibra (RoF)

5. Wireless Sensor Networks (WSNs) e RoF

(4)

Projetos com o Exército Brasileiro

Radar de Vigilância Saber M

Radar de Vigilância Saber M60

60:

: 1

1 ͦ Radar genuinamente Brasileiro!!!

ͦ Radar genuinamente Brasileiro!!!

Video do Radar em operação: www.youtube.com/watch?v=yydPirTjWFg

Radar de Vigilância Saber M60:

1 ͦ Radar genuinamente brasileiro

(Exército Brasileiro, UNICAMP e ORBISAT)

Características:

Alcances de 60, 100 e 200 km;

Tecnologia de Estado Sólido;

Acompanhamento de 40 alvos simultaneamente;

Identificação IFF.

Diferenciais:

Operação remota;

Facilidade de operação;

Portabilidade;

Rápida disponibilização;

Confiabilidade;

Informações sobre o alvo em 3D ( alcance, azimute e elevação);

Conectividade e integração com outros sistemas de defesa.

(5)

Desenvolvimento de um IFF

(Identification Friend)

Projetos com o Exército Brasileiro

(6)

Arranjo de Antenas Inteligente p/ 3G

*Arismar Cerqueira S. Jr. ; L. C. Kretly, “Experimental analysis of a CDMA adaptive system

performance” IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters , v. 2, p. 356-359, 2003.

**Antena Yagi Tridimensional*:**

um novo tipo

de antena para radar aerotransportado

200 300 400 500 600 -40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 Quasi-Yagi 1ª antena modificada Yagi Tridimensional S1 1 ( d B ) Frequência (MHz) Perda de Retorno

* PATENTE

J. R. Brianeze, Arismar Cerqueira S. Jr, H. E. Hernández-Figueroa, J. Moreira, E. Reis, “Conjunto Radiante Tridimensional

Assimétrico”, patente requerida no Instituto

Nacional da Propriedade Industrial, em 18/06/2008, sob o número de protocolo 0000220803828818.

J.R. Brianeze, Arismar Cerqueira S. Jr. et al,“ Tridimensional Yagi

antenna: shaping radiation pattern with a non-planar array”, IET Microwaves, Antennas & Propagation, v. 4, p. 1434, 2010.

(7)

Balun e caixa metálica

Possíveis armações de honeycomb para

suportar os diretores da antena

Protótipo construído com pedaços de madeira

para suportar os diretores

Modelo de fuselagem e caixa metálica em torno

do balun

13 Sem fuselagem e

caixa metálica

Antena Yagi Tridimensional

Geometria de

vôo de um

SLAR.

14

• Radar de Visada Lateral (SLAR)

Imageamento de um alvo por um SAR

• Radar de Abertura Sintética (SAR):

Uma antena muito maior é

sintetizada através do movimento

da plataforma e processamento de

sinais

Antena Yagi Tridimensional:

Radar de Abertura

Sintética (SAR) para Sensoriamento Remoto

(8)

15

• Agricultura

• Florestal

• Geologia

• Hidrologia

• Cobertura

terrestre e uso da

terra

• Cartografia

• Oceanografia

Sinal na banda X

Sinal na banda P

Imagem obtida na banda X

(DSM)

Imagem obtida na banda P

(DTM ou DEM)

Penetração de sinais de

MO de diferentes

freqüências na vegetação

Fonte: Material de divulgação da Orbisat da

Amazônia SA, www.orbisat.com.br.

Antena Yagi Tridimensional:

Aplicações de SAR

em Sensoriamento Remoto

(9)

EMI (Interferência Eletromagnética) e EMC

(Compatibilidade Eletromagnética)

Cortesia de Juliano Fujioka, ESSS.

Agenda

1. Objetivos e Apresentação

2. Antenas e Radares

3. Fibras e Comunicações Ópticas

4. Sistemas Rádio sobre Fibra (RoF)

5. Wireless Sensor Networks (WSNs) e RoF

(10)

NUMERICAL

TOOL

DEVELOPMENT

CHEMICAL

PROCESSES

FIBER

FABRICATION

FIBER

CHARACTERIZATION

Experiência em diversos segmentos das

fibras ópticas

Photonic Crystal Fibers

Ø

Standard fiber technology is mainly limited

by how small and well-controlled can be the

refractive index step between core and

cladding.

Ø PCF technology provides an amazing

flexibility in terms of design

parameters and propagation

mechanisms which enables us to

radically change its optical properties.

* Arismar Cerqueira S. Jr., “Recent progress and novel applications of photonic crystal fibers, Reports on

Progress in Physics, v. 73, p. 024401, 2010.

(11)

Hybrid PCF*

Pela primeira vez na história a luz foi guiada simultaneamente por 2 mêcanismos de propagação!!!

* PUBLICAÇÕES IMPORTANTES em PCFs

1. Arismar Cerqueira S. Jr et al, “Hybrid Photonic Crystal Fiber”, Optics Express, January 2006.

2. Arismar Cerqueira S. Jr, “Hybrid Photonic Crystal Fiber”, Ph.D. Thesis, Scuola Superiore Sant´Anna (Itália) e University of Bath (UK).

3. Arismar Cerqueira S. Jr. et al., “Nonlinear interaction between two different bandgaps of a hybrid photonic crystal fiber”, Opt. Letters 33, 2080-2082 2008.

4. Arismar Cerqueira S. Jr., “Recent progress and novel applications of photonic crystal fibers, Reports on Progress in Physics, v. 73, p. 024401, 2010.

5. D. G. Lona, Arismar Cerqueira S. Jr., H. E. Hernandez Figueroa, G. Stefanini, H. L. Fragnito, “Applicability of low macrobending loss hollow-core PCF to FTTH applications, JMOe, v. 10, p. 251-258, 2011.

6. Arismar Cerqueira S. Jr. et al., “Broadband single polarization guidance in hybrid photonic crystal fibers”, Opt. Letters, 36, 133-135, 2011.

Multiple Four-wave Mixing*

Recorde mundial (275 canais) em geração de ondas eletromagnéticas na grade ITU-T !!!

*

* PUBLICAÇ

PUBLICAÇÕES IMPORTANTES em MFWM

ÕES IMPORTANTES em MFWM

1. Arismar Cerqueira et al, “Highly efficient generation of broadband cascaded Four-Wave Mixing products ”, Optics Express, February, 2008.

2. Arismar Cerqueira et al, “Broadband cascaded four-wave mixing by using a three-pump technique in optical fibers”, Optics Communications, Vol. 282, November, 2009.

3. F. C. Cruz, J. D. Marconi, Arismar Cerqueira S. Jr and H. L. Fragnito, “Broadband second harmonic generation of an optical frequency comb produced by four-wave mixing in highly nonlinear fibers. Optics Communications, v.

283, p. 1459-1462, 2010.

4. Arismar Cerqueira S. Jr. et al, “Multi-wavelength source at ITU-T grid based on ultra-flattened dispersion

w

2

w

3

w

1

w

4

0

2 2 1 1 4 4 3 3 2 1 4 3

=

-+

=

-+

=

w

n

k

dk

(12)

Silicon Photonics

Primeira implementação de dispositivos de sílicio em uma rede óptica real!!!

* PUBLICAÇ

* PUBLICAÇÕES IMPORTANTES em GUIAS DE ONDA

ÕES IMPORTANTES em GUIAS DE ONDA

1. J. D. Marconi, Arismar Cerqueira et al, “Performance investigation of microphotonic-silicon devices in

a field-trial all-optical network”, Optics Communications , v. 282, p. 849-855, 2009.

2. V. Toccafondo, Arismar Cerqueira S. Jr. et al, “Er3+-doped BaY2F8 crystal waveguides for broadband

optical amplification at 1.5 mm. Journal of Applied Physics , v. 101, p. 023104-0231046, 2007.

3. Arismar Cerqueira S. Jr. et al, “An accurate and friendly photonic crystal fiber design tool”, Optik, v.

119, p. 723-732, 2008.

Bus waveguide

D

ro

p

o

rt

_{20 µm}

(b)

Bus waveguide

D

ro

p

o

rt

_{20 µm}

Bus waveguide

D

ro

p

o

rt

_{20 µm}

(b)

Waveguide dimensions: 250x450 nm (a)(a) (b)(b) (c)(c) 1540 1545 1550 1555 1560 1565 -60 -50 -40 -30 -20 -10 P o w e r [d B m ] Wavelength [nm] Pump (modulated) cw Converted signal 1540 1545 1550 1555 1560 1565 -60 -50 -40 -30 -20 -10 P o w e r [d B m ] Wavelength [nm] Pump (modulated) cw Converted signal

(a

)

Agenda

1. Objetivos e Apresentação

2. Antenas e Radares

3. Fibras e Comunicações Ópticas

4. Sistemas Rádio sobre Fibra (RoF)

5. Wireless Sensor Networks (WSNs) e RoF

(13)

Sistemas Rádio sobre Fibra

Os Sistemas

Rádio sobre Fibra (RoF)

permitem aliar as vantagens dos

sistemas ópticos e wireless:

Fibra

x

Cabo coaxial

Leve (1,7kg/km)

Pesado (567kg/km)

Baixa perda (<0,2dB/km)

Alta perda (250dB/km em f = 850 MHz)

Sistemas ópticos

Sistemas wireless

- Altíssima largura de banda e capacidade

- Mobilidade e flexibilidade

- Imunidade eletromagnética e segurança - Diferentes padrões: UMTS, WiFi, WiMax,

- Baixo consumo de potência

UWB e diversos padrões celulares

Sistemas Rádio sobre Fibra

Optical Carrier

RF Signal

after the modulation

Optical Fiber

RF

Signal

Laser

Photodiode

RF

Signal

üProjeto e implementação da 1º chamada celular do Brasil operando sobre um

Sistema de Rádio sobre Fibra (Instalações da Empresa Vivo no Rio de Janeiro,

Fevereiro de 2009).

(14)

Implementação de um Sistema RoF no INPE

em Cachoeira Paulista-SP

Projeto BDA (Brazilian Decimetric Array)

§ Rádio-interferômetro operando em 1,2-1,7- 2,8 e 5,6 GHz

§ Desenvolvido para investigações solares, galáticas, extra-galáticas e aplicações para

previsão do clima espacial.

§ Inicialmente composto por 26 antenas de 4 metros de diâmetro.

Agenda

1. Objetivos e Apresentação

2. Antenas e Radares

3. Fibras e Comunicações Ópticas

4. Sistemas Rádio sobre Fibra (RoF)

5. Wireless Sensor Networks (WSNs) e RoF

(15)

Wireless Sensor Networks (WSNs)

http://www.tkt.cs.tut.fi/research/daci/cp_wirepas_overview.html

WSNs com Radio sobre Fibra*

ü

Coordenação do projeto P&D:

SISTEMA DE RÁDIO SOBRE FIBRA COM ANTENA

INTEGRADA PARA MONITORAÇÃO E CONTROLE DE PROCESSOS

ü

Patente

Patente::

Arismar Cerqueira S. Jr., M. L. F. Abbade, O. C. Branquinho, M. A. Q. R. Fortes,

“Sistema Rádio sobre Fibra Multiseviços”, Instituto Nacional da Propriedade Industrial 2011.

(16)

WSNs com Radio sobre Fibra*

Publicações importantes sobre WSN

Publicações importantes sobre WSN--RoF

RoF

1. Arismar Cerqueira S. Jr. et al, “Performance analysis of a Radio over Fiber system based on IEEE 802.15.4

standard in a real optical network”, Microwave and Optical Technology Letters , v. 51, p. 1876-1879, 2009.

2. D. G. Lona, Arismar Cerqueira S. Jr. Et al, “Implementation and Performance Investigation of

Radio-over-Fiber Systems in Wireless Sensor Networks”, Submetido ao IEEE Sensor Journal, Setembro, 2011.

3. Arismar Cerqueira S. Jr. et al, “Implementation of a Radio over Fiber system in a geographically-distributed

optical network”, Progress in Electromagnetics Research Symposium (PIERS), 2009.