WALTER P. CARPES JR.

TELECOMUNICAÇÕES/MATEMÁTICA

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Walter Pereira Carpes Jr. (walterpcjr@gmail.com) nasceu em Florianópolis-SC e obteve seus graus de Engenheiro Eletricista (com diploma de Honra ao Mérito) e Mestre em Ciências pela Universidade Federal de Santa Catarina em 1986 e 1992, respectivamente. Entre 1996 e 2000, residiu na França, onde concluiu o "Doctorat en Génie Electrique" na Université de Paris XI (Paris-Sud). Sua tese foi sobre a modelagem numérica de problemas de propagação de ondas. Foi professor da UFPR entre 1990 e 1993. Está no Departamento de Engenharia Elétrica e Eletrônica da UFSC desde 1993, atuando tanto no ensino de graduação quanto de pós-graduação. É Professor Titular e, atualmente, ministra disciplinas sobre propagação de ondas eletromagnéticas, antenas e modelagem numérica em eletromagnetismo. Já publicou mais de uma centena de artigos científicos em periódicos especializados e em anais de eventos. Orientou e coorientou dissertações de mestrado e teses de doutorado, além de ter orientado trabalhos de iniciação científica e trabalhos de conclusão de curso. Suas principais áreas de interesse são antenas e propagação, modelagem numérica em eletromagnetismo, compatibilidade eletromagnética, otimização e educação. Já foi homenageado por seus alunos em mais de 50 cerimônias de colação de grau.


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Ondas Eletromagnéticas (OPU)

Ondas Eletromagnéticas (Linhas de Transmissão)

Ondas Eletromagnéticas (Guias e Cavidades)

Antenas

Minicurso de Derivadas e Integrais

Introdução ao Método de Elementos Finitos


 

 


Links e Conteúdos das aulas no YouTube


Ondas Eletromagnéticas

OBJETIVOS: Analisar a propagação de ondas eletromagnéticas em meios quaisquer (dielétricos com perdas, dielétricos sem perdas e bons condutores), em linhas de transmissão, em guias de onda e em cavidades ressonantes, apresentando e interpretando os parâmetros associados (impedâncias, atenuação, velocidade, potência associada, frequências de corte e de ressonância, modos de propagação, etc.). Estudar o fenômeno de reflexão de ondas e métodos para casamento de impedâncias. Estudar parâmetros, tipos e aplicações de linhas de transmissão de sinais, guias de onda, cavidades ressonantes e antenas.


Ondas Eletromagnéticas (OPU) - Playlist YouTube (Aulas 1 a 22)
 


Aula 1
- Objetivos do curso
- Pré-requisitos
- Sistemas de transmissão
- O espectro eletromagnético

Aula 2
- Revisão: sinais harmônicos (no tempo e no espaço)
- Revisão: fasores

Aula 3
- Revisão: equações de Maxwell

Aula 4
- Equação de Onda;
- Onda Plana Uniforme (OPU)

Aula 5
- Constantes de fase e de atenuação
- Interpretação dos sinais

Aula 6
- Velocidade de fase
- Programa de simulação de ondas

Aula 7
- Exercícios
- Validade das equações

Aula 8
- Impedância intrínseca
- O campo magnético

Aula 9
- Tangente de perdas
- Caracterização dos materiais
- Aproximação para meios com poucas perdas

Aula 10
- Potência associada à propagação
- O vetor de Poynting

Aula 11
- Propagação em meios sem perdas
- Exercícios

Aula 12
- Exercícios (meios sem perdas)

Aula 13
- Propagação em bons condutores
- Efeito pelicular
- Resistência AC de um condutor
- Blindagem eletromagnética
- Efeito de proximidade

Aula 14
- Polarização de onda
- Lei de Malus

Aula 15
- Reflexão de ondas
- Coeficientes de reflexão e de transmissão

Aula 16
- Potência refletida e transmitida
- Exercícios

Aula 17
- Reflexão total
- Onda estacionária

Aula 18
- Programa de simulação (reflexão e transmissão de ondas)

Aula 19
- Reflexão parcial
- Coeficiente de onda estacionária (SWR)

Aula 20
- Reflexão em duas interfaces
- Impedância de entrada

Aula 21
- Projeto de um radome
- Casamento de quarto de onda

Aula 22
- Superfícies seletivas em frequência (FSS)
- Meios com múltiplas camadas
- Programa de simulação
 


Ondas Eletromagnéticas (Linhas de Transmissão) - Playlist YouTube (Aulas 23 a 36)
 


Aula 23
- Propagação em linhas de transmissão
- Teoria de circuitos x teoria de linhas de transmissão

Aula 24
- Propagação em linhas de transmissão
- Analogia com as equações da Onda Plana Uniforme

Aula 25
- A linha sem perdas terminada
- VSWR, perda por reflexão e perda de retorno

Aula 26
- Casos particulares de carga
- Impedância de entrada

Aula 27
- Exercícios
- Transmissão sem distorção

Aula 28
- Exercícios

Aula 29
- Funções hiperbólicas
- Equações gerais das linhas de transmissão

Aula 30
- Exercícios

Aula 31
- Definição e uso de decibéis
- Atenuação nas linhas de transmissão

Aula 32
- Casamento de impedâncias
- Casador com elementos localizados (redes L)
- Transformador de quarto de onda

Aula 33
- Casamento com "stubs" (tocos de linha)

Aula 34
- Parâmetros primários das linhas de transmissão
- O cabo coaxial

Aula 35
- A linha bifilar paralela
- A linha de microfita ("microstrip")

Aula 36
- Linhas de transmissão de energia
- Condição de SIL e efeito Ferranti
 


Ondas Eletromagnéticas (Guias e Cavidades) - Playlist YouTube (Aulas 37 a 46)
 


Aula 37
- Guias de onda
- Modos de propagação

Aula 38
- Modos TE num guia retangular
- Configuração dos campos

Aula 39
- Modos TM num guia retangular
- Frequências de corte

Aula 40
- Análise do modo dominante (TE10)
- Propagação da onda no guia

Aula 41
- Triângulo de velocidades
- Velocidade de fase x velocidade de grupo

Aula 42
- Atenuação num guia de onda
- Pressurização

Aula 43
- Excitação de guias de onda
- O guia de onda circular
- Fibras ópticas

Aula 44
- Cavidades ressonantes
- Modos e frequências de ressonância

Aula 45
- Energia e fator de qualidade
- Curva de ressonância e seletividade

Aula 46
- Excitação de cavidades ressonantes
- Aplicações das cavidades
- Analogia com a Acústica
 



Antenas - Playlist YouTube (curso em andamento, com 43 aulas até o momento)

Curso introdutório sobre antenas, focando nos conceitos principais e em sua utilização nos sistemas de telecomunicações.
 


Aula 1
- Antena isotrópica e ondas esféricas
- O dipolo infinitesimal (campos radiados)

Aula 2
- Regiões dos campos (próximo e distante)
- Densidade de potência radiada

Aula 3
- Parâmetros principais das antenas
- Resistência de radiação

Aula 4
- Diagramas de radiação e seus parâmetros

Aula 5
- Ganho diretivo e diretividade
- Ganho (de potência) da antena
- dBi e dBd

Aula 6
- Polarização e seus tipos
- Fator de perda de polarização

Aula 7
- Abertura efetiva (ou área equivalente)
- Impedância de entrada

Aula 8
- Largura de banda de uma antena
- Exemplo de folha de catálogo

Aula 9
- Cálculo de radioenlaces (links de rádio)
- Fórmula de Friis

Aula 10
- Dipolos e suas variações

Aula 11
- O monopolo de quarto de onda e o método das imagens
- Antenas discone, ILA, IFA e PIFA

Aula 12
- Antenas de quadro (loops)

Aula 13
- A antena Yagi-Uda

Aula 14
- A antena helicoidal

Aula 15
- Antenas de banda larga (log-periódicas, espirais, bicônicas e fractais)

Aula 16
- Antenas de abertura (cornetas e antenas de fenda)

Aula 17
- Antenas refletoras
- Refletores planos e de canto

Aula 18
- Antenas parabólicas

Aula 19
- Parabólica offset
- Antenas com dois refletores (Cassegrain e gregoriana)
- Antenas com refletor esférico

Aula 20
- Antenas refletoras (aspectos práticos)
- LNB

Aula 21
- Antenas impressas: vantagens, desvantagens e aplicações

Aula 22
- Antenas impressas: princípio de operação
- Exemplos e tipos de alimentação

Aula 23
- Antena impressa: projeto simplificado
- Técnicas para casamento de impedância
- Obtenção de Polarização Circular.

Aula 24
- Arranjos (conjuntos de antenas)
- Conjuntos de dois elementos
- Princípio de multiplicação de diagramas

Aula 25
- Arranjos lineares de N elementos
- Conjunto com radiação transversal ("broadside array")
- Diretividade e "grating lobes"

Aula 26
- Arranjos lineares de N elementos
- Conjunto com radiação longitudinal ("end-fire array") ordinário
- Conjunto com diretividade aumentada.

Aula 27
- Conjunto linear com radiação numa direção arbitrária ("phased array")
- Redes de alimentação

Aula 28
- Arranjo faseado de varredura ("scanning phased array")
- Deslocadores de fase ("phase shifters") de diodos PIN e de ferrite
- Arranjos com excitação não uniforme

Aula 29
- Arranjos planares
- Arranjos refletores ("reflectarrays") e superfícies refletoras inteligentes
- Arranjos acústicos

Aula 30
- Acoplamento mútuo entre antenas
- Modelagem do acoplamento com Matriz de Impedâncias

Aula 31
- Acoplamento mútuo entre antenas
- Modelagem com parâmetros S (matriz de espalhamento)
- Analisadores de rede.

Aula 32
- Radar: introdução (tipos e aplicações)
- A equação de radar

Aula 33
- Seção reta radar (medição, cálculo, minimização e maximização)
- Antenas para radar

Aula 34
- Difração em obstáculos
- Zonas de Fresnel

Aula 35
- Elipsoides de Fresnel
- Possíveis cenários de obstrução

Aula 36
- Cálculo da atenuação causada por um obstáculo
- Critério para considerar o enlace desobstruído

Aula 37
- Cálculo da difração com antenas a diferentes alturas
- Visualização dos elipsoides no Google Earth

Aula 38
- Refração atmosférica
- Raio equivalente da Terra
- Consideração da curvatura da Terra no cálculo do enlace

Aula 39
- Tipos de propagação: ondas terrestres e ionosféricas
- Atenuação por gases na atmosfera e por chuva

Aula 40
- Efeito da reflexão no solo

Aula 41
- Desvanecimento por multipercurso
- Técnicas de diversidade

Aula 42
- A ionosfera e suas camadas
- Frequência crítica, MUF, LUF e FOT

Aula 43
- Antenas para transmissão de ondas ionosféricas
- NVIS (ondas ionosféricas de incidência quase vertical)
- Rotação de Faraday.
 



Minicurso de Derivadas e Integrais - Playlist YouTube (15 aulas)


Trata-se de um curso introdutório sobre derivadas e integrais. É uma introdução bem básica, requerendo apenas conhecimentos já vistos no Ensino Médio. A ideia é apresentar os conceitos de maneira simplificada, focando nas interpretações física e geométrica. O curso pretende ser o mais claro possível, com muitas figuras, animações, exemplos, etc.


Aula 1
- Introdução (objetivos, pré-requisitos)
- Inclinação (coeficiente angular)
- Retas secante e tangente a uma curva

Aula 2
- Conceito de função
- Representação de uma função
- Taxa de variação

Aula 3
- Movimento Retilíneo Uniforme (MRU)
- Funções horárias e gráficos

Aula 4
- Movimento Retilíneo Uniformemente Variado (MRUV)
- Funções horárias e gráficos

Aula 5
- Velocidades média e instantânea
- Aproximações para a velocidade instantânea

Aula 6
- Noção e interpretação da derivada de uma função

Aula 7
- Derivadas de algumas funções (linear, constante e quadrática)

Aula 8
- Derivada da função cúbica
- Tabela resumo
- Regra do tombo

Aula 9
- Propriedades da derivada e exemplos
- Aplicação da derivada no MRUV

Aula 10
- A noção de integral de uma função
- Integral de funções polinomiais simples

Aula 11
- Propriedades da integral
- Aplicação da integral em movimento retilíneo
- O conceito de integral definida

Aula 12
- Teorema Fundamental do Cálculo
- Aplicação no cálculo de áreas

Aula 13
- Problemas de máximos e mínimos

Aula 14
- Movimento em duas dimensões (definições e exemplo)

Aula 15
- Uso de sites e aplicativos
- Exemplos usando o WolframAlpha
- Sugestão de vídeo ("I will derive", legendado)
- Lista de exercícios
 



Introdução ao Método de Elementos Finitos - Playlist YouTube (19 aulas)

Curso de introdução ao método de elementos finitos (FEM), abordando os seguintes tópicos: discretização espacial; interpolação e aproximação nodal; obtenção do sistema matricial pelo método variacional e pelo método de Galerkin; condições de contorno de Dirichlet e de Neumann; transformação de coordenadas (elemento de referência); elementos de diferentes ordens; integração numérica; análise de um problema eletrostático usando elementos triangulares de primeira ordem; análise de um problema magnetostático usando elementos triangulares de segunda ordem; elemento quadrilateral bilinear; elemento tetraédrico de primeira ordem; elementos de aresta e de face (formas de Whitney).


Aula 1
- Conceitos introdutórios
- Discretização espacial

Aula 2
- Interpolação e aproximação nodal

Aula 3
- Funções de interpolação e funções chapéu

Aula 4
- Interpolação 2D no triângulo de primeira ordem

Aula 5
- Problema eletrostático: obtenção das matrizes elementares com o método variacional
- Montagem do sistema global

Aula 6
- Aplicação das condições de contorno e resolução do sistema global
- Exemplo numérico

Aula 7
- O método de Galerkin

Aula 8
- Problema eletrostático com elementos triangulares de primeira ordem (e método de Galerkin)

Aula 9
- Condições de contorno de Dirichlet e de Neumann

Aula 10
- Transformação de coordenadas e elemento de referência

Aula 11
- Transformação do gradiente e matriz jacobiana

Aula 12
- Obtenção das matrizes elementares do problema eletrostático (com elementos triangulares de primeira ordem) usando o elemento de referência

Aula 13
- Obtenção das matrizes elementares do problema eletrostático (com elementos triangulares de segunda ordem) usando o elemento de referência
- Elementos isoparamétrico e subparamétrico

Aula 14
- Integração numérica (método de Gauss-Legendre)

Aula 15
- Resolução de um problema magnetostático 2D usando elemento triangular de segunda ordem

Aula 16
- Condições de contorno no problema magnetostático 2D
- Cálculo do potencial e de suas derivadas no baricentro do elemento triangular de segunda ordem

Aula 17
- Elemento quadrilateral bilinear

Aula 18
- Elemento tetraédrico de primeira ordem

Aula 19
- Elementos de aresta e de face (formas de Whitney)