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CPGEI (Mestrado): Guilherme Heim Weber - 21/05/18

Defesa Pública de Mestrado do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Informática Industrial
Quando 21/05/2018
das 14h00 até 17h00
Onde Sede Central: Sala B-205
Nome do Contato Prof. Marco José da Silva
Participantes Prof. Marco José da Silva, Dr. Orientador - UTFPR
Prof. Cicero Martelli, Dr. Co-orientador - UTFPR
Banca examinadora:
Prof. Marco José da Silva, Dr. Presidente - UTFPR
Eduardo Nunes dos Santos, Dr. - UTFPR
Prof. Daniel Discini Silveira, Dr. - UFJF
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Caracterização de linhas de transmissão baseada em técnicas de medição no domínio do tempo e no domínio da frequência

Resumo: Análise de linhas de transmissão assume um papel importante nos campos de distribuição de energia e de sistemas de comunicação. Suas características elétricas, conexões e o ambiente em que estão inseridas definem a transferência de energia a capacidade. Neste trabalho, é apresentado um conjunto de experimentos para explorar os meios para caracterizar linhas de transmissão. Primeiro, um cabo par trançado não blindado CAT5e e um cabo flexível de cobre 1.5mm² foram escolhidos para ter suas capacidades em função de diferentes comprimentos calculados. A análise baseia-se nos parâmetros S adquiridos de cada cabo em cada configuração de comprimento. A partir destes parâmetros, calcula-se a resposta do canal sobre o espectro adquirido. O nível do sinal é definido então pela resposta na frequência de 86 MHz, escolhida por ser a frequência de banda especificada pelo padrão HomePlug AV2. As capacidades de canal são calculadas em função de diferentes níveis de ruído e comparadas com o desempenho de um sistema de comunicação, executado com modems PLC através dos canais em diferences comprimentos. Os resultados mostram a influência do comprimento sobre a capacidade de canal para ambos os casos, bem como uma avaliação do nível de ruído de trabalho do PLC. Como uma segunda parte dos experimentos, uma configuração de linha de transmissão em cascata escolhida é caracterizada no domínio do tempo e da frequência. A análise no domínio do tempo baseada nos métodos de reflectometria e transmissometria revela descasamentos de impedância ao longo da linha e a resposta ao impulso, respectivamente. A análise no domínio da frequência é baseada nos parâmetros S adquiridos e permite a extração dos parâmetros elétricos do canal. Além disso, a análise no domínio do tempo dos parâmetros S pode ser realizada através da transformada inversa Chirp Z, uma abordagem fraca geralmente baseada em uma solução de norma mínima. Uma vez que a natureza dos descasamentos de impedância ao longo da linha é esparsa, propõe-se uma transformada inversa Chirp Z esparsa, especialmente projetada para este tipo de aplicação. O método é verificado comparando-se os resultados fornecidos pela abordagem geral, mostrando desempenho promissor através dos perfis de reflexão e transmissão obtidos.

Palavras-chave: Análise de linhas de transmissão; Parâmetros S; Transformada Inversa Chirp Z.

Characterization of transmission lines based on frequency-domain and time-domain measurement techniques

Abstract: Transmission lines analysis takes an importance place on energy distribution and communication systems fields. Their electrical characteristics, connections and environment around defines maximum power transfer and capacity. In this work, it is presented a set of experiments to explore the means to characterize transmission lines. First, an unshielded twisted pair CAT5e and a two wire stranded copper 1.5 mm² were chosen to have their capacities in function of different lengths calculated. The analysis is based on the scattering parameters acquired from each cable in each length set. From them it is calculated the channel response over the spectrum acquired. Signal level is defined then by the response at the frequency of 86 MHz, chosen for being the bandwidth specified by HomePlug AV2 standard. Capacities are calculated in function of different noise levels and compared to the performance of a communication system, running over PLC modems through the channels in different lengths. Results show the influence of length over channel capacity for both cables, as well an evaluation of the PLC working noise level. As a second part of the experiments, a chosen cascaded transmission line set is characterized in time and frequency domain. Time domain analysis based on reflectometry and transmissometry methods reveals impedance mismatches along the line and impulse response respectively. Frequency domain analysis is based on the scattering parameters acquired, and enables the extraction of the electrical parameters of the channel. Also, time domain analysis of scattering parameters can be performed by the inverse chirp Z transform, a weak approach generally based on a minimum norm solution. Since the nature of the impedance mismatches along the line is sparse, it is proposed a sparse inverse chirp Z transform, specially designed for this kind of application. The method is verified by comparing results provided by the general approach, showing promising performance through the reflection and transmission profiles obtained.
Keywords: Transmission Lines analysis; S parameters; Inverse Chirp Z Transform.

Lista de publicações:

WEBER, G. H.; MOURA, H. L. ; DUTRA, G. ; DREYER, U. J. ; DACIUK, R. J. ; SILVA, J. C. C. ; MARTELLI, C. ; PIPA, D. R. ; SILVA, M. J. . Sparse Inverse Chirp-Z Transform of S-Parameter Measurements for Time Domain Analysis of Transmission Line. In: SBrT2017 - XXXV SIMPÓSIO BRASILEIRO DE TELECOMUNICAÇÕES E PROCESSAMENTO DE SINAIS, 2017, São Pedro SP. SBrT2017, 2017. v. Único. p. 697-701.

Cicero Martelli, Guilherme Weber, et al., "Photonic sensors: from horse racing to horse power", Proc. SPIE 10323, 25th International Conference on Optical Fiber Sensors, 103230W (23 April 2017); doi: 10.1117/12.2272465; https://doi.org/10.1117/12.2272465

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