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No mundo globalizado em que o Brasil está inserido, a sobrevivência e o crescimento empresarial dependem de diferenciais competitivos. Neste contexto, a inovação e o desenvolvimento de novos produtos desempenham um papel fundamental na competitividade das empresas. Alinhada com estes conceitos, a Brasilsat Harald S/A desenvolveu um refletor para recepção de micro-ondas offset de 60cm de diâmetro para banda Ku, em um novo material mais leve e mais econômico. Esta dissertação tem como objetivo geral estabelecer a metodologia que permita avaliar as características eletromagnéticas e de resistência mecânica do novo refletor parabólico. O trabalho envolve a pesquisa bibliográfica e estado da arte de várias áreas do conhecimento científico relacionados aos métodos utilizados para medição da eficiência de antenas de micro-ondas, elementos de mecânica dos fluidos, forças estáticas e dinâmicas, determinação dos coeficientes de arrasto, frequências naturais e ressonância. A metodologia incluiu os procedimentos para: a realização de diagramas de radiação eletromagnética e medição da rugosidade média superficial (RMS) antes e depois dos ensaios em túnel de vento (TV), vibração forçada, obtenção do coeficiente de arrasto, cálculo da força equivalente ao vento destrutivo, ensaio sob carga estática e análise modal da antena. Os ensaios aerodinâmicos permitiram determinar que, a posição mais crítica do vento sobre a antena é quando o refletor está posicionado frontalmente contra ao fluxo do vento. O coeficiente de arrasto foi obtido, expondo a antena a 21 posições de azimute e elevação e ventos de 70 km/h e 90 km/h. Com ele foi possível calcular a força equivalente de vento destrutivo (150 km/h) e realizar a simulação pelo teste de carga estática, comprovando que o refletor e sua estrutura traseira não apresentaram nenhuma deformação. Para a análise modal, foi colocado um acelerômetro sobre a superfície do refletor e conectado a um PC. Com o auxílio do software Matlab e utilizando a função correspondente à Transformada Rápida de Fourier (FFT), obtiveram-se os espectros de frequências naturais e aerodinâmicas. As frequências naturais obtiveram-se na prática, através da aplicação de forças de excitação impulsivas de flexão, torção e lateral sobre a antena, sendo as amplitudes mais relevantes localizadas nas frequências de 7,7 Hz, 8,7 Hz, 10 Hz, 13,7 Hz e 29 Hz. O protótipo se conservou perfeitamente estável, sem aparente condição de ressonância durante os ensaios aerodinâmicos no TV. O ensaio de vibração forçada acusou uma perda máxima de 2 dBs, sendo que a imagem manteve-se normal, ficando dentro da margem de tolerância admitida para o funcionamento do receptor. Os diagramas de radiação, antes e depois aos ensaios em TV, apresentaram valores de ganho e eficiência com boa correlação entre as medidas, demonstrando que não aconteceram deformações relevantes permanentes nas superfícies dos refletores durante os ensaios em TV, fato corroborado nas medições de rugosidade média superficial, também antes e depois dos ensaios em TV. Como resultado da aplicação desta metodologia, obteve-se uma antena protótipo que resistiu as cargas de vento destrutivas, sem detrimento de suas características mecânicas, mantendo seu desempenho eletromagnético.
In the globalized world in which Brazil is inserted, the survival and business growth depend on competitive advantages. In this context, innovation and development of new products play a key role in business competitiveness. In line with these concepts, BRASILSAT Harald S / A has developed a reflector 60 cm of diameter for receiving offset microwave for Ku band, in a new lighter and more economical material. This work has the general objective of establishing the methodology for assessing the electromagnetic characteristics and mechanical strength of the new parabolic reflector. The work involves the literature and state of the art in various areas of scientific knowledge related to the methods used for measuring the efficiency of microwave antennas, fluid mechanical elements, static and dynamic forces, determination of the drag coefficients, natural frequencies and resonance. The methodology included the procedures for: the realization of electromagnetic radiation patterns and measuring the average surface roughness (root mean square – RMS) before and after the tests in a wind tunnel (WT), forced vibration, obtainment the drag coefficient, calculation of equivalent strength to destructive wind test under static and modal analysis of the antenna. The aerodynamic tests have established that the most critical position of wind on the antenna, is when the dish is positioned squarely against the wind flow. The drag coefficient was obtained by exposing the antenna to 21 different azimuth and elevation positions, and winds of 70 km/h and 90 km/h. With it was possible to calculate the equivalent force of destructive wind (150 km/h) and perform the simulation by the static load test, proving that the reflector and a rear frame showed no deformation. For modal analysis, an accelerometer was placed on the reflector surface and connected to a PC. With the aid of Matlab software and the corresponding function using the Fast Fourier Transform (FFT) afforded the spectra of natural and aerodynamic frequencies. The natural frequencies were obtained in practice through the application of impulsive excitation forces on the antenna ( bending, twisting and lateral), the most important frequencies were located in the ranges: 7,7 Hz; 8,7 Hz; 10 Hz; 13,7 Hz and 29 Hz. The prototype was preserved perfectly stable without apparent resonance condition during the aerodynamic testing on the WT. The forced vibration test revealed a maximum loss of 2 dBs, but the image remained normal, staying within the tolerance admitted for the operation of the receiver. The radiation patterns before and after the testing on WT presented gain and efficiency values with good correlation with measurements, demonstrating that no permanent material deformations happened on the reflectors surfaces during tests. This fact was corroborated through the RMS measurements on the reflector surface, before and after the WT tests. As a result of applying this methodology, it was obtained an antenna prototype that resisted the destructive wind loads without detriment to its mechanical properties, while maintaining its electromagnetic performance.
Data da defesa: 05/08/2015
Banca Examinadora
Orientador(a): Alexandre Rasi Aoki (Lactec)
Membro da Banca: Rodrigo Jardim Riella (Lactec)
Membro da Banca: Rubens Alexandre de Faria (UTFPR)
Palavra(s)-Chave: Digramas de radiação. Rugosidade média superficial. Vibração forçada. Ensaios em túnel de vento. Análise modal.
Keywords: Radiation pattern. Surface roughness. Forced vibration tests on Wind tunnel. Modal analysis.
