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Progetto di un'antenna parabolica multifeed per applicazioni spaziali

Informazioni tesi

  Autore: Michele Duca
  Tipo: Tesi di Laurea
  Anno: 1998-99
  Università: Politecnico di Milano
  Facoltà: Ingegneria
  Corso: Ingegneria delle Telecomunicazioni
  Relatore: Aldo Paraboni
Coautore: Claudio Bongini
  Lingua: Italiano
  Num. pagine: 175

Lo scopo di questa tesi è la realizzazione del programma che realizza il progetto di un’antenna parabolica offset multifeed in grado di generare un fascio sagomato ottenuto dall’inviluppo di più fasci derivanti dai feed (disposti all’interno di un cluster) che illuminano la parabola.
La tesi si può suddividere in due parti principali: dopo una sezione (Cap. 1-2) in cui si fa un’introduzione al lavoro e si danno concetti generali sulle antenne, nella prima vera parte del lavoro si presenta l’algoritmo utilizzato per il progetto dell’antenna, mentre nella seconda parte della tesi si analizzano le proprietà radiative dell’antenna progettata.
La tecnologia d’antenna utilizzata è quella single-offset: a tal proposito un’ottima procedura di progetto, adottata in questo lavoro, è fornita dall’algoritmo di Rahmat-Samii, un algoritmo di tipo inverso grazie al quale, partendo dalle specifiche dei vari parametri in ingresso al programma (la frequenza di lavoro, il sidelobe level, il valore dell’offset, la larghezza di banda per il fascio relativo ad un feed, la distanza tra feed adiacenti e il valore massimo della defocalizzazione), si ricavano i parametri caratteristici dell’antenna, quali diametro del riflettore, lunghezza focale, rapporto focale-diametro (F/D), efficienza di illuminazione, guadagno…, che ci permettono di disegnare la configurazione dell’antenna. Le formule utilizzate nell’algoritmo sono semplici, e il risultato finale ottenuto rappresenta una buona approssimazione di quello che si ottiene con l’utilizzo di modelli di tipo “forward”; d’altro canto tale semplicità di formule ha il grosso merito di ottenere un progetto rapido e abbastanza accurato di un’antenna offset multibeam.
Si espongono poi (Cap. 4) l’algoritmo dell’ottica geometrica e la tecnica del ray-tracing: tali vengono infatti da noi impiegati per studiare il comportamento dell’illuminazione della parabola da parte dei feed.
Viene poi presentata nel capitolo successivo la problematica della defocalizzazione, che viene analizzata nei suoi vari aspetti, dall’utilità che ne deriva ai problemi cui fa capo (conformazione del fascio, caduta delle prestazioni, accorgimenti opportuni nel sistemare il cluster di feed, …): ogni problema viene esposto e se ne propone la soluzione adottata.
Si continua esponendo la tecnica utilizzata per ricavare le proprietà radiative dell’antenna: si considerano nel dettaglio le modalità di trasmissione e riflessione dei raggi elettromagnetici, i portatori dell’informazione necessaria allo studio delle proprietà elettromagnetiche dell’antenna; la tecnica utilizzata è supportata da dimostrazioni matematiche e geometriche relative alle proprietà ottiche della parabola, che ci portano anche ad un metodo veloce ed accurato per la quantificazione delle perdite per spill-over.
Dal Cap. 7 in poi inizia la 2a parte del lavoro: dapprima si da una descrizione della procedura adottata nel calcolo della densità di potenza associata ai raggi elettromagnetici: legami con la funzione di direttività del feed (taper), e con l’area di dispersione della potenza sulla bocca radiante dell’antenna.
A questo punto, nota la densità di potenza, si risale facilmente al valore del campo elettrico (Cap. 8). Si illustra come viene effettuato lo studio del legame illuminazione-direttività che caratterizza ogni antenna; inoltre si mostra quali sono le tecniche adottate nell’implementazione numerica (MATLAB) per simulare al meglio ciò che la teoria esige. Ecco quindi che si rendono necessarie operazioni di regridding, interpolazione e trasformazione secondo Fourier per poter descrivere il comportamento elettromagnetico della parabola progettata: ognuna di esse è adeguatamente descritta e commentata nei paragrafi seguenti.
Nel Cap. 9 sono illustrati alcuni test significativi effettuati e inoltre sono mostrati interessantissimi confronti con situazioni di progetto realizzate tramite modelli di tipo “forward”. Si nota come gli output ricavati attraverso il progetto implementato risultano essere di ottima attendibilità. Figure e tabelle rendono ancor più evidente quanto ora descritto a parole. Tutti gli esempi riportati sono stati effettuati utilizzando il tipo di feed maggiormente impiegato per scopi pratici (feed con funzione di direttività a coseno rialzato).
Nel Cap. 10, dopo una breve introduzione teorica al problema dello Spot coverage, viene presentato il lavoro svolto dal Politecnico di Milano in collaborazione con ERA TECHNOLOGY LIMITED ed ERSAL, all’interno del quale un posto di primaria importanza riveste la progettazione di un’antenna parabolica multifeed deputata allo spot coverage dell’Europa. Si mostrano in seguito i risultati da noi ottenuti mediante l’utilizzo dell’algoritmo di Rahmat-Samii: si potrà notare come essi approssimino molto bene quelli ottenuti dai tre gruppi di ricerca succitati, a riprova della bontà del nostro lavoro e della sua adattabilità ai casi più complessi.

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Parole chiave

antenne multifeed
antenne paraboliche
comunicazioni spaziali
copertura a spot
offset multibeam parabolic reflector
parabole
reflector antennas
spot coverage

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