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Laurea Specialistica in Ingegneria Elettronica

Laurea Specialistica in Ingegneria Elettronica. Analisi di Superfici Selettive in Frequenza (FSS) di geometria cilindrica per radome d’antenna. Laureando : Elia Di Salvo Relatore Correlatore Fabrizio Frezza Ing . Stefano Mosca. Sommario. Generalità FSS Tipologie Applicazioni.

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Laurea Specialistica in Ingegneria Elettronica

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Presentation Transcript

  1. LaureaSpecialistica in IngegneriaElettronica AnalisidiSuperficiSelettive in Frequenza (FSS) digeometriacilindrica per radomed’antenna Laureando: Elia Di Salvo RelatoreCorrelatore FabrizioFrezzaIng. Stefano Mosca

  2. Sommario • Generalità FSS • Tipologie • Applicazioni 1 • Teorema di Floquet per strutture periodiche cilindriche • Periodicità • - Modi di Floquet cilindrici 2 Analisi delle Superfici Selettive in Frequenza Cilindriche(CFSS) - Patch metallici free-standing - Slot free-standing - Accelerazione convergenza 3 Risultati numerici (Matlab) - Radiazione da CFSS patch - Coupling in CFSS slot - Funzioni approssimanti 4

  3. Tipologie FSS (1)

  4. Tipologie FSS (2) Limite fisica realizzabilità

  5. Applicazioni (1) - Polarizzatori - Realizzazione di cavità laser - Superfici selettive solari (celle solari) - Radome (Radar-dome) Your Text here Your Text here Ground Based Radome Aircraft Radome

  6. Applicazioni (2) • Il radome serve per proteggere l’antenna dalle condizioni ambientali circostanti (condizioni meteorologiche o forze esterne) • Deve avere le seguenti proprietà: • Trasparente alla frequenza di trasmissione/ricezione • Opaco ai segnali di disturbo • Risposta indipendente dalla polarizzazione incidente • Risposta indipendente dalla direzione di incidenza • Radome dielettrici: non hanno selettività in frequenza • Radome FSS: elevata selettività in frequenza

  7. Periodicità • Strutture periodiche: • l’analisi è ridotta ad una singola cella • (cella elementare o unitaria ) Planar FSS • Strutture non periodiche: • la formulazione coinvolge tutti gli elementi • della superficie • - timeconsuming • - memoryconsuming • Superficie conica: • non periodica • analisi approssimata tramite CFSS tangente (approssimazione migliore del piano tangente ) CFSS

  8. ModidiFloquetcilindrici Struttura periodica cilindrica con onda cilindrica incidente - Onde scatterate periodiche - Rappresentazione con modi di Floquet cilindrici Onda piana incidente -Rappresentazione tramite onde cilindriche

  9. Patch metallici free-standing (1) Scattering da dipoli metallici free-standing - Si considera l’incidenza di onde cilindriche TM - Si assume w < 0.1 l e w < 0.05λ - Dipolo sottile Cella unitaria • Soluzione al problema di scattering • - Espressione dei campi scatterati tramite modi di • Floquet • - Condizioni al contorno • Equazione integrale per le correnti di patch e • soluzione con il Metodo dei Momenti (MoM) • con approccio alla Galerkin • Funzioni di espansione a dominio intero CFSS

  10. Patch metallici free-standing (2) equazione integrale che si risolve col MoM con approccio alla Galerkin Si trascura poiché w<<l

  11. Slot free-standing Scattering da slot su schermo metallico -Si considera l’incidenza di onde cilindriche TE -Si assume w < 0.1 l e w < 0.05λ -Apertura sottile Cella unitaria • Soluzione al problema di scattering • - Espressione dei campi scatterati tramite modi di • Floquet • Principio di equivalenza • - Equazione integrale per i campi di slot e soluzione • MoM con approccio alla Galerkin • Funzioni di espansione a dominio intero CFSS

  12. Accelerazioneconvergenza Patch Slot Trasformazione di Kummer La somma infinita è decomposta in due parti di cui la prima velocemente convergente e la seconda lentamente convergente. -Espressione tramite polinomi con coefficienti dati dalle funzioni Zeta m=n=4; p=q=7 con accelerazione m=n=8; p=q=7 senza accelerazione

  13. Radiazioneda CFSS-patch (1) Misure di potenza irradiata a grande distanza da una ElectricLineCurrent assiale. Si normalizza rispetto al caso di assenza della CFSS Eccitazione Struttura reciproca Si riportano gli andamenti Prad / Pinc

  14. Radiazioneda CFSS-patch (2) Tz=100mm, l=90mm, b=50mm, w=4mm, N=16 Risonanza ≈ 1.75 GHz, ovvero l ≈ 0.5λ0 Effetto FabryPérot

  15. Radiazioneda CFSS-patch (3) Tz=100mm, l=90mm, b=50mm, w=4mm, N=32 Risonanza ≈ 1.75 GHz ovvero l ≈ 0.5λ0 Effetto FabryPérot

  16. Radiazioneda CFSS-patch (4) Tz=100mm, l=90mm, b=50mm, w=4mm, N=64 Risonanza ≈ 1.75 GHz ovvero l ≈ 0.5λ0 Effetto FabryPérot

  17. Radiazioneda CFSS-patch (5) Tz=100mm, l=90mm b=50mm, w=4mm Alì Uzer and TuncayEge Radiationfrom a CurrentFilamentLocated inside a CylindricalFrequencySelectiveSurface ETRI Journal, Volume 26, Number 5, October 2004

  18. Radiazioneda CFSS-patch (6) Tz=100mm, b=50mm, w=4mm, N=64 Risonanze a 1.72GHz, 1.83GHz , 1.94 GHz ovvero l ≈ 0.5λ0

  19. Radiazioneda CFSS-patch (7) Tz=100mm b=50mm w=4mm N=64 Alì Uzer and TuncayEge Radiationfrom a CurrentFilamentLocated inside a CylindricalFrequencySelectiveSurface ETRI Journal, Volume 26, Number 5, October 2004

  20. Radiazioneda CFSS-patch (8) Tz=80mm, l=75mm, b=50mm, w=4mm Raggio di curvatura ≈ 3.2 m Effetto FabryPérot Risonanza a 2.1GHz ovvero l ≈ 0.5λ0

  21. Radiazioneda CFSS-patch (9) Tz=55mm, b=50mm, w=4mm, l=50mm, N=250 Raggio di curvatura ≈ 2 m Risonanza ≈ 2.8GHz ovvero l ≈ 0.5λ0 Effetto FabryPérot

  22. Incidenzasu CFSS-patch -Si considera l’incidenza di un’onda cilindrica dall’esterno -Si misurano i campi sull’asse del cilindro Tz=100mm, l=90mm, b=50mm, w=4mm, N=64 Deterioramento risonanza dovuto a correnti indotte minori

  23. Coupling in CFSS-slot (1) Vengono riportati gli andamenti della funzione Coupling per un’onda cilindrica incidente dall’esterno Text 3 Text 4 Text 1 Si sfrutta la reciprocità della struttura, quindi si considera una MagneticLineCurrent disposta sull’asse del cilindro Eccitazione - Calcolo dei soli modi in propagazione - Uso delle forme approssimate per grande ordine per le funzioni di Bessel

  24. Coupling in CFSS-slot (2) Tz=100mm, b=50mm, w=4mm, l=90mm Trasparenza per f≈1,9 GHz ovvero l≈0.6λ Effetto FabryPérot

  25. Coupling in CFSS-slot (3)

  26. Funzioniapprossimanti (1) Al crescere del numero di elementi N si hanno prodotti JvHv di ordine elevato. Quando non si possono usare le forme approssimate per grande ordine, oppure per grande argomento il calcolo dei singoli fattori con Matlab può dare overflow oppure underflow. 2° Forme approssimanti ricavate in maniera empirica - estensione dell’approssimazione valida per grande argomento 1° Uso del calcolo simbolico - timeconsuming

  27. Funzioniapprossimanti (2)

  28. Conclusioni e sviluppifuturi • Sono state esaminate strutture cilindriche doppiamente periodiche, • che sono dal punto di vista dell’analisi, “semplici” quanto le superfici • planari ma approssimano meglio del piano tangente superfici di • curvatura costante • Sono particolarmente interessanti per studiare in maniera • approssimata le strutture coniche • (approssimazione cilindro tangente) • Possibili sviluppi futuri possono essere: • - caratterizzazione in termini di potenza interna e potenza all’esterno • della CFSS • caratterizzazione in presenza di substrato • e con geometrie patch/slot più complesse

  29. Grazie per l’attenzione

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