Nella lezione precedente:

Abbiamo introdotto alcune antenne a riflettore di base In particolare le parabole; definizione di parametri di efficienza Alcuni metodi per migliorare l’efficienza:

antenne offset antenne Cassegrain

Introduzione alle antenne planari Caratteristiche dei modi “quasi-TEM” Progetto di un’antenna in microstriscia in polarizzazione lineare

Antenne in Microstriscia per banda più largaConfigurazioni a “stack”: una patch principale ed una (o più) parassite impilate, con frequenze di risonanza lievemente dissimili

Antenne fessurate

Caratteristiche Slot-Line

Caratteristiche Guide complanari Complanari Complanari “backed Conductor” Complanari con piani di massa finiti

+

Jz

--

In entrambi i casi si può sfruttare il concetto delle correnti magnetiche nelle fessure per valutare il campo irradiato

Il campo irradiato da una guida complanare è quello di due fessure accoppiate

Antenne fessurate

Antenna Slotline “Vivaldi”

0

Zair377

L x

Z(x)

zo(x)

0lnexp0

o

ooo z

Lz

L

xzxz

Per linee TEM a rastremazione esponenziale esiste una forma chiusa per l’impedenza caratteristica

Ma le linee fessurate non sono TEM...

Possibilità: sintetizzare un profilo che abbia un andamento di impedenza caratteristica esponenzialeIn pratica: si segmenta in un numero finito di tratti la linea, ed in ciascun tratto si determina la larghezza che occorrerebbe avere per “emulare” il valore di una linea esponenziale

Antenne fessurate

Quindi:

se si assume che la linea sia chiusa su 377, e si stabilisce qual è il coeff. di riflessione voluto all’ingresso, si sono fissati lunghezza e larghezze finali delle fessure

Si procede quindi nel calcolare le larghezze intermedie come indicato nella slide precedente

Limiti di banda maggiori posti dalla transizione tra slot ed una linea standard (es. microstriscia)

ws

L

wmd

wsa

lm

ls

-45

-40

-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

1 2 3 4 5 6

Frequency [GHz]

S11

[d

B] CST

Experiment

HFSS

HFSSTransition+AnalyticalTSA

CST MWStudio

Theory

Antenne fessurate: antenna complanare

Modo dispari (solitamente parassita)

Electric Field

Magnetic Field

Electric Wall

Antenne fessurate: antenna complanare

Modo pari

Electric FieldMagnetic Field

Magnetic wall

Possibilità di “sintonizzare” indipendentemente modo pari e modo dispari

Il modo dipari è quello indicato per il funzionamento da antenna; il modo pari può essere sfruttato per fare per es. il risonatore di un oscillatore o di un filtro

Antenne ad apertura: spettro onde piane

Abbiamo visto come usare il th. Di equivalenza e le correnti magnetiche per trattare un’apertura

Per conoscere le correnti magnetiche si può ipotizzare che il campo sull’apertura è quello che si avrebbe anche in assenza del piano metallico dell’apertura: approssimazione di Kirchhoff

Approssimazione valida solo se l’apertura è molte lunghezza d’onda

Il campo per z>0 può essere rappresentato in molti modi: rappresentazione utile è come sovrapposizione di onde piane che si propaghino in differenti direzioni

x

yz

Antenne ad apertura: spettro onde piane

Abbiamo visto come le eq. Di Maxwell si algebrizzino per le onde piane

Postozyx wvu uuuk

chiaramente 22222 wvuk

Quindi due sole componenti di k sono indipendenti

Potremo scrivere il campo E per z>0 come sovrapposizione di onde piane

dudveevuzyx vyuxjjwz )(,ˆ),,( EE

Perché sia possibile, occorre e basta che il campo così ottenuto coincida (nelle sue componenti tangenziali) con quello di partenza sul piano z=0 (unicità)

Antenne ad apertura: spettro onde piane

Quindi ponendo z=0

dudvevuEyxE vyuxjxx

)(,ˆ)0,,(

dudvevuEyxE vyuxjyy

)(,ˆ)0,,(

Queste mostrano che i campi tangenziali in z=0 sono legate attraverso una trasformata doppia di Fourier alle componenti di E spettrali, per cui antitrasformando

dudveyxEvuE vyuxjxx

)(2

)0,,(4

1,ˆ

dudveyxEvuE vyuxjyy

)(2

)0,,(4

1,ˆ

Chiaramente l’integrazione può essere limitata alla sola apertura

Antenne ad apertura: spettro onde piane

La componente Ez non è indipendente, dovendo essere la divergenza nulla, ovvero (dopo l’algebrizzazione)

w

vEuEE yxz

ˆˆˆ

Notate poi che 222 vukw

Durante l’integrazione può assumere valori reali o immaginari: nel piano u,v si individua una circonferenza

u

v

G

CG222 kvu

Che distingue le due possibilità;

All’interno di G (detto dominio visibile) tutte le quantità sono reali; all’esterno (complemento a G) w è immaginario: l’onda di propaga parallelamente a z=0 e si attenua esponenzialmente per z>0: potenza REATTIVA dell’antenna

Antenne ad apertura: spettro onde piane

Noto lo spettro, il campo lontano si può dimostrare essere

r

ejk

jkr

),(ˆcos2 ErE

Avendo definito i coseni direttori sinsinsin cos

Quindi ritroviamo che la caratteristica è legata alla trasformata doppia di Fourier del campo tangente all’apertura!

Inoltre, il tipo di coseni direttori che compaiono nell’espressione fa si’ che lo spettro in questione è nel dominio G

Cenni propagazione

Onde di Terra: diffratte dalla curvatura terrestre; propagazione per 3-4000km; onde metriche e chilometriche

Onde troposferiche (bassa atmosfera fino a 15km): scattering troposferico (disomogenietà locali; distanze fino a 1000 km; onde sotto i 10m)condotti troposferici (guidaggio di onde sotto i 3m per 1000 km)

Onde ionosferiche (alta atmosfera: 60-600km): riflessione per onde più lunghe di 10m (4000 km su singola riflessionescattering da disomogeneità o tracce meteoriche per onde sotto i 10m con distanze di circa 2000km