UNIVERSITY
OF TRENTO
DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA E SCIENZA DELL’INFORMAZIONE
38123 Povo – Trento (Italy), Via Sommarive 14
http://www.disi.unitn.it
MAXIMUM EFFICIENCY ARRAYS FOR WPT
L. Poli, G. Oliveri, and A. Massa
June 2013
Goal: Cal olo dei pesi ottimi di un array planaread apertura quadrata per la sintesi di un pattern onmassima'beameffi ien y' datol'intervalloangolaredidefinizionedellobo prin ipale
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NumeroElementi AsseX:10•
NumeroElementi AsseY:10•
NumeroTotaleElementi: 100•
NumeroTotaleElementiAttivi: 100Des rizione Test Case
Geometria:
•
TipoApertura: Quadrata•
DistanzaElementiAsseX: 0.5•
DistanzaElementiAsseY: 0.5•
Intervallo AngolareU:0.1•
BCE:61,73%•
PSL:14.64dB•
FNBWu0: 0.22045•
FNBWv0: 0.22045 (a) (b) ( )Figure 1(a)(b)RadiationPattern-PlanarSlepianArray(10x10).
•
Questaprimasimulazionefornis edeirisultatiabbastanzas arsiinquantoabbiamoottenutounaBeam Colle tionE ien ymoltobassaeunvalorediPeakSidelobeLevelabbastanzaalto. Infattian hedalle guresipuònotare omelapotenza nonsiasolamente on entratanelloboprin ipale,masidisperda pare hioan he neilobi se ondari. Dal gra orelativoalla distribuzione deipesisi puònotare ome essisiano posizionatibene all'interno dell'arraye i pesi onvalore maggiore sono sistemati al entro perottenereunamaggiorpotenza inquellazona ome onfermatoan hedaigra irelativialpattern.Goal: Cal olo dei pesi ottimi di un array planaread apertura quadrata per la sintesi di un pattern onmassima'beameffi ien y' datol'intervalloangolaredidefinizionedellobo prin ipale
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NumeroElementi AsseX:10•
NumeroElementi AsseY:10•
NumeroTotaleElementi: 100•
NumeroTotaleElementiAttivi: 100Des rizione Test Case
Geometria:
•
TipoApertura: Quadrata•
DistanzaElementiAsseX: 0.5•
DistanzaElementiAsseY: 0.5•
Intervallo AngolareU:0.2•
BCE:96,45%•
PSL:10.75dB•
FNBWu0: 0.2695•
FNBWv0: 0.2695 (a) (b) ( )Figure2(a)(b) RadiationPattern- PlanarSlepianArray(10x10).
•
Andandoavariaredipo ol'intervalloanolaresipuònotareunde isoin rementodelleprestazioni. La BCEsuperaabbondantemente il 90%equesto èunfattore più he positivo. An heil livello dei lobi se ondaridiminuis e,an heseèan oraabbastanzaelevato. I pesisono distribuitibene,sipuònotare ome la on entrazione nella zona entrale sia meglio delimitato rispetto al aso pre edente. Tutto questo ipermettediottenere unaBCEeunPSLde isamente migliori.Goal: Cal olo dei pesi ottimi di un array planaread apertura quadrata per la sintesi di un pattern onmassima'beameffi ien y' datol'intervalloangolaredidefinizionedellobo prin ipale
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NumeroElementi AsseX:10•
NumeroElementi AsseY:10•
NumeroTotaleElementi: 100•
NumeroTotaleElementiAttivi: 100Des rizione Test Case
Geometria:
•
TipoApertura: Quadrata•
DistanzaElementiAsseX: 0.5•
DistanzaElementiAsseY: 0.5•
Intervallo AngolareU:0.4•
BCE:99,90%•
PSL:8.14dB•
FNBWu0: 0.3359•
FNBWv0: 0.3359 (a) (b) ( )Figure 3(a)(b)RadiationPattern-PlanarSlepianArray(10x10).
•
Avendo raddoppiado l'intervallo angolare rispetto al aso pre edente i si aspettava un netto in re-mentodelleprestazioni,soprattuttointermini diPSLinquantolaBeamColle tionE ien yeragià de isamente molto elevata. Infatti, si può notare ome il livello dei lobi se ondari sia ulteriormente diminuito,elaBCEharaggiunto presso hèil massimo. Comenei asipre edentiil valoredeiFNBW sonoidenti i. Distribuzionedeipesimoltobuona.Goal: Cal olo dei pesi ottimi di un array planaread apertura quadrata per la sintesi di un pattern onmassima'beameffi ien y' datol'intervalloangolaredidefinizionedellobo prin ipale
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NumeroElementi AsseX:15•
NumeroElementi AsseY:15•
NumeroTotaleElementi: 225•
NumeroTotaleElementiAttivi: 225Des rizione Test Case
Geometria:
•
TipoApertura: Quadrata•
DistanzaElementiAsseX: 0.5•
DistanzaElementiAsseY: 0.5•
Intervallo AngolareU:0.0.75•
BCE:68,85%•
PSL:23.00dB•
FNBWu0: 0.1494•
FNBWv0: 0.1494 (a) (b) ( )Figure 4(a)(b)RadiationPattern-PlanarSlepianArray(15x15).
•
Inquestasimulazionesonostatis eltimoltipiùelementi(piùdeldoppio)edèstatoristrettol'intervallo angolarerispettoai asipre edenti. Irisultatiottenutidaunpuntodivista onfermanoleaspettative, ioèavereunloboprin ipaledi formapiùristretta onuna BCEnonelevatissima,daunaltropunto di vista però, abbiamo ottenuto dei risultati quasi inaspettati, infatti il livello dei lobi se ondari è de isamentepiùelevatorispettoaqualsiasialtrasimulazione. Inquestotest aseilgra orelativoalla distribuzionedeipesimetteinlu eunadistribuzionenonmoltobuona,questoè onfermatoan hedai risultatinumeri iri avati.Goal: Cal olo dei pesi ottimi di un array planaread apertura quadrata per la sintesi di un pattern onmassima'beameffi ien y' datol'intervalloangolaredidefinizionedellobo prin ipale
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NumeroElementi AsseX:15•
NumeroElementi AsseY:15•
NumeroTotaleElementi: 225•
NumeroTotaleElementiAttivi: 225Des rizione Test Case
Geometria:
•
TipoApertura: Quadrata•
DistanzaElementiAsseX: 0.5•
DistanzaElementiAsseY: 0.5•
Intervallo AngolareU:0.15•
BCE:98.10%•
PSL:9.88dB•
FNBWu0: 0.1911•
FNBWv0: 0.1911 (a) (b) ( )Figure 5(a)(b)RadiationPattern-PlanarSlepianArray(15x15).
•
Questo asetesthafornitoun'interessantein rementodelleprestazioniinquantolaBCEèaumentata di20dBeillivellodeilobise ondarièquasilametàrispettoallasimulazionepre edente onlostesso numerodielementima onunintervalloangolaresuperiore. An heinquestaprovailvaloredeiFNBW èuguale. Ladistribuzionedei pesièsi uramentemiglioratarispettoall'ultima simulazione,in quanto sipuò notare omala zona entraledel gra osiadelimitata abbastanza bene epro edentdoversoi latidell'arrayipesiabbianovaloriviaviaminori.Goal: Cal olo dei pesi ottimi di un array planaread apertura quadrata per la sintesi di un pattern onmassima'beameffi ien y' datol'intervalloangolaredidefinizionedellobo prin ipale
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NumeroElementi AsseX:15•
NumeroElementi AsseY:15•
NumeroTotaleElementi: 225•
NumeroTotaleElementiAttivi: 225Des rizione Test Case
Geometria:
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TipoApertura: Quadrata•
DistanzaElementiAsseX: 0.5•
DistanzaElementiAsseY: 0.5•
Intervallo AngolareU:0.3•
BCE:99.94%•
PSL:7.75dB•
FNBWu0: 0.2275•
FNBWv0: 0.2275 (a) (b) ( )Figure 6(a)(b)RadiationPattern-PlanarSlepianArray(15x15).
•
L'ultimaprova onunarray15x15 i onsente di studiaredeirisultatimolto buoni. LaBCEèmolto prossimaal100%eillivellodeilobise ondarisièulteriormenteridotto. An he onfrontandoleimmagini si può fa ilmente osservare ome i lobi se ondari siano de isamente diminutiti e la loro intensità sia molto inferiore. Osservando ladistribuzione dei pesi si possono onfermare tutti i risultati numeri i ottenuti.Goal: Cal olo dei pesi ottimi di un array planaread apertura quadrata per la sintesi di un pattern onmassima'beameffi ien y' datol'intervalloangolaredidefinizionedellobo prin ipale
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NumeroElementi AsseX:20•
NumeroElementi AsseY:20•
NumeroTotaleElementi: 400•
NumeroTotaleElementiAttivi: 400Des rizione Test Case
Geometria:
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TipoApertura: Quadrata•
DistanzaElementiAsseX: 0.5•
DistanzaElementiAsseY: 0.5•
Intervallo AngolareU:0.05•
BCE:61,00%•
PSL:14.95dB•
FNBWu0: 0.1093•
FNBWv0: 0.1093 (a) (b) ( )Figure 7(a)(b)RadiationPattern-PlanarSlepianArray(20x20).
•
Comenei asi pre edentidovel'intervalloangolareutilizzatoeramolto pi olo,an hein questo asoi risultatinonsonomoltobuoni. LaBeamColle tionE ien yèappenasuperioreal60%eillivellodei lobise ondarisiavvi inamoltoai15dB.Questi risultatifannointendere hequestotipodi geometria onqueste determinate aratteristi he non sia molto adatta. Questa simulazione non ha fornito un gra o relativo alla distribuzione dei pesi a ettabile. Ci si aspettava una distribuzione simile alle pre edenti, ioè onunaformaa ampana,inve eipesisonodistribuitiin manierasparsaall'interno dell'array. Irisultati omedettoinpre edenzanonsonomoltobuoni,manonostante iòleaspettative sullaformadel gra odeipesieranosi uramente diverse.Goal: Cal olo dei pesi ottimi di un array planaread apertura quadrata per la sintesi di un pattern onmassima'beameffi ien y' datol'intervalloangolaredidefinizionedellobo prin ipale
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NumeroElementi AsseX:20•
NumeroElementi AsseY:20•
NumeroTotaleElementi: 400•
NumeroTotaleElementiAttivi: 400Des rizione Test Case
Geometria:
•
TipoApertura: Quadrata•
DistanzaElementiAsseX: 0.5•
DistanzaElementiAsseY: 0.5•
Intervallo AngolareU:0.1•
BCE:96.39%•
PSL:10.77dB•
FNBWu0: 0.1350•
FNBWv0: 0.1350 (a) (b) ( )Figure 8(a)(b)RadiationPattern-PlanarSlepianArray(20x20).
•
Comeprevistoandandoadaumentareledimensionidell'intervalloangolareleprestazioniin rementano notevolmente. La BCEha raggiunto livellipiù he positivie il livello di PSL è diminuitodi quasi4 dB. An he osservandole rappresentazionigra he si può notare ome la potenza dispersa nei lobi se ondarisisiaridottadimolto. Inquestasimulazioneilgra odeipesi idainformazionia ettabili. Ipesisonodistribuitibenee onfermanoi risultatirelativiallaBCEealPSLottenuti.Goal: Cal olo dei pesi ottimi di un array planaread apertura quadrata per la sintesi di un pattern onmassima'beameffi ien y' datol'intervalloangolaredidefinizionedellobo prin ipale
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NumeroElementi AsseX:20•
NumeroElementi AsseY:20•
NumeroTotaleElementi: 400•
NumeroTotaleElementiAttivi: 400Des rizione Test Case
Geometria:
•
TipoApertura: Quadrata•
DistanzaElementiAsseX: 0.5•
DistanzaElementiAsseY: 0.5•
Intervallo AngolareU:0.2•
BCE:99.97%•
PSL:6.80dB•
FNBWu0: 0.2006•
FNBWv0: 0.2006 (a) (b) ( )Figure 9(a)(b)RadiationPattern-PlanarSlepianArray(20x20).
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Quest'ultima simulazione i ha permesso di ottenere i risultati migliori, infatti il valore di BCE è elevatissimoean heilvalorediPSLèbuono. An heguardandodirettamenteleimmaginiprodottedalle simulazionisi dedurredelle on lusionimoltopositive. Lapotenza èquasies lusivamente on entrata nel lobo prin ipale, mentre il ontributo dei lobi se ondari è molto basso. An he aldistibuzione dei pesi ipermettedi on ludere hequestasimulazionehafornutoirisultatimigliori.Goal: Cal olodei pesiottimidiun arrayplanareadapertura rettangolareperlasintesi di un pattern on massima 'beam effi ien y' dato l'intervallo angolare di definizione del lobo prin ipale
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NumeroElementi AsseX:5•
NumeroElementi AsseY:10•
NumeroTotaleElementi: 50•
NumeroTotaleElementiAttivi: 50Des rizione Test Case
Geometria:
•
TipoApertura: Rettangolare•
DistanzaElementiAsseX: 0.5•
DistanzaElementiAsseY: 0.5•
Intervallo AngolareU:0.1•
BCE:36.62%•
PSL:12.76dB•
FNBWu0: 0.4272•
FNBWv0: 0.2202 (a) (b) ( )Figure10(a)(b)RadiationPattern-PlanarSlepianArray(5x10).
•
Questasimulzionehafornitorisultatimoltos arsi, probabilmentedovutiall'utilizzodi po hielementi ediunintervallo angolarepi olo. Come sipuònotaredairisultatilaBCEèabbondantementesotto il50%eillivellodi PSLèmolto alto.Goal: Cal olodei pesiottimidiun arrayplanareadapertura rettangolareperlasintesi di un pattern on massima 'beam effi ien y' dato l'intervallo angolare di definizione del lobo prin ipale
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NumeroElementi AsseX:5•
NumeroElementi AsseY:10•
NumeroTotaleElementi: 50•
NumeroTotaleElementiAttivi: 50Des rizione Test Case
Geometria:
•
TipoApertura: Rettangolare•
DistanzaElementiAsseX: 0.5•
DistanzaElementiAsseY: 0.5•
Intervallo AngolareU:0.2•
BCE:76.91%•
PSL:11.69dB•
FNBWu0: 0.4487•
FNBWv0: 0.2692 (a) (b) ( )Figure11(a)(b)RadiationPattern-PlanarSlepianArray(5x10).
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Inquesta simulazione le prestazioni sono quasi raddoppiate rispetto al aso pre edente. Nonostante iò,irisultatinonsono omunquea ettabili. Ladistribuzionedeipesièsi uramentemigliorata, ome sivedean heingura11 .Goal: Cal olodei pesiottimidiun arrayplanareadapertura rettangolareperlasintesi di un pattern on massima 'beam effi ien y' dato l'intervallo angolare di definizione del lobo prin ipale
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NumeroElementi AsseX:5•
NumeroElementi AsseY:10•
NumeroTotaleElementi: 50•
NumeroTotaleElementiAttivi: 50Des rizione Test Case
Geometria:
•
TipoApertura: Rettangolare•
DistanzaElementiAsseX: 0.5•
DistanzaElementiAsseY: 0.5•
Intervallo AngolareU:0.4•
BCE:98.46%•
PSL:8.64dB•
FNBWu0: 0.5317•
FNBWv0: 0.3361 (a) (b) ( )Figure12(a)(b)RadiationPattern-PlanarSlepianArray(5x10).
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Quest'ultimo asorelativoall'apertura5x10haprodottodeirisultatiottimi. Osservandoi asi pre e-denti onlastessaaperturanon isiaspettavaun osì nettomiglioramento. LaBCEraggiungequasi il 99% mentre il PSL si assesta attorno agli 8dB. An he dai gra i sviluppati si intuis e fa ilmente ome questo tipo di apertura siamolto favorevole,si possononotare unlobo entraleben denito e lobise ondarimolto ridotti.Goal: Cal olodei pesiottimidiun arrayplanareadapertura rettangolareperlasintesi di un pattern on massima 'beam effi ien y' dato l'intervallo angolare di definizione del lobo prin ipale
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NumeroElementi AsseX:10•
NumeroElementi AsseY:15•
NumeroTotaleElementi: 150•
NumeroTotaleElementiAttivi: 150Des rizione Test Case
Geometria:
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TipoApertura: Rettangolare•
DistanzaElementiAsseX: 0.5•
DistanzaElementiAsseY: 0.5•
Intervallo AngolareU:0.075•
BCE:54.16%•
PSL:14.44dB•
FNBWu0: 0.2131•
FNBWv0: 0.1494 (a) (b) ( )Figure13(a)(b)RadiationPattern-PlanarSlepian Array(10x15).
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In questo test ase è stato utilizzato un intervallo angolare molto pi olo e sono stati tripli ati gli elementirispettoai asipre edenti ongeometriarettangolare. Irisultatinonsonomoltobuoni,infatti, sialaBCE heil PSL sono molto s arsi. Si uramente andandoadaumentare l'intervallo angolare le prestazioniaumenteranno.Goal: Cal olodei pesiottimidiun arrayplanareadapertura rettangolareperlasintesi di un pattern on massima 'beam effi ien y' dato l'intervallo angolare di definizione del lobo prin ipale
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NumeroElementi AsseX:10•
NumeroElementi AsseY:15•
NumeroTotaleElementi: 150•
NumeroTotaleElementiAttivi: 150Des rizione Test Case
Geometria:
•
TipoApertura: Rettangolare•
DistanzaElementiAsseX: 0.5•
DistanzaElementiAsseY: 0.5•
Intervallo AngolareU:0.15•
BCE:92.13%•
PSL:10.70dB•
FNBWu0: 0.2412•
FNBWv0: 0.1911 (a) (b) ( )Figure14(a)(b)RadiationPattern-PlanarSlepian Array(10x15).
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Imiglioramentiottenutiinquestasimulazionesononotevoli;osservandoilgra isipuònotareunlobo prin ipale ben denito e i lobi se ondariabbastanza ridotti. Il gra orelativoalla distribuzione dei pesièmoltobuono. An heirisultatinumeri isonobuonian hesenone ellenti.Goal: Cal olodei pesiottimidiun arrayplanareadapertura rettangolareperlasintesi di un pattern on massima 'beam effi ien y' dato l'intervallo angolare di definizione del lobo prin ipale
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NumeroElementi AsseX:10•
NumeroElementi AsseY:15•
NumeroTotaleElementi: 150•
NumeroTotaleElementiAttivi: 150Des rizione Test Case
Geometria:
•
TipoApertura: Rettangolare•
DistanzaElementiAsseX: 0.5•
DistanzaElementiAsseY: 0.5•
Intervallo AngolareU:0.3•
BCE:99.88%•
PSL:7.97dB•
FNBWu0: 0.3349•
FNBWv0: 0.2272 (a) (b) ( )Figure15(a)(b)RadiationPattern-PlanarSlepian Array(10x15).
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Simulazionequasiottimasiadalpunto divista deirisultatinumeri isiadaquellodeigra iottenuti. L'aspetto dei gra i è molto buono: lobo prin ipale ben denito, lobi se ondari molto ridottie dis-trubuzionedeipesimoltobuona.Goal: Cal olodei pesiottimidiun arrayplanareadapertura rettangolareperlasintesi di un pattern on massima 'beam effi ien y' dato l'intervallo angolare di definizione del lobo prin ipale
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NumeroElementi AsseX:10•
NumeroElementi AsseY:20•
NumeroTotaleElementi: 200•
NumeroTotaleElementiAttivi: 200Des rizione Test Case
Geometria:
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TipoApertura: Rettangolare•
DistanzaElementiAsseX: 0.5•
DistanzaElementiAsseY: 0.5•
Intervallo AngolareU:0.05•
BCE:36.32%•
PSL:13.72dB•
FNBWu0: 0.2082•
FNBWv0: 0.1093 (a) (b) ( )Figure16(a)(b)RadiationPattern-PlanarSlepian Array(10x20).
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Questotest asehafornito deirisultati molto s arsi. Come si può osservarenei primi2gra i i lobi se ondarisonopare hioelevatieinuenzanomoltoleprestazioni,questofattoè onfermatoan hedal PSL heèsoprai13dB.An heilvalorediBCE nonèbuono: appena36%.Goal: Cal olodei pesiottimidiun arrayplanareadapertura rettangolareperlasintesi di un pattern on massima 'beam effi ien y' dato l'intervallo angolare di definizione del lobo prin ipale
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NumeroElementi AsseX:10•
NumeroElementi AsseY:20•
NumeroTotaleElementi: 200•
NumeroTotaleElementiAttivi: 200Des rizione Test Case
Geometria:
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TipoApertura: Rettangolare•
DistanzaElementiAsseX: 0.5•
DistanzaElementiAsseY: 0.5•
Intervallo AngolareU:0.1•
BCE:77.13%•
PSL:11.86dB•
FNBWu0: 0.2204•
FNBWv0: 0.1350 (a) (b) ( )Figure17(a)(b)RadiationPattern-PlanarSlepian Array(10x20).
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Come isiaspettava,aumentandoledimensionidell'intervalloangolareleprestazionisonoraddoppiate. Lobi se ondaripiùridotti edistribuzionedei peside isamente migliorean he sei risultati omunque non sonosoddisfa enti. Illivellodi PSL èan oratroppoelevato( ome onfermatoan he dalgra o B).Goal: Cal olodei pesiottimidiun arrayplanareadapertura rettangolareperlasintesi di un pattern on massima 'beam effi ien y' dato l'intervallo angolare di definizione del lobo prin ipale
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NumeroElementi AsseX:10•
NumeroElementi AsseY:20•
NumeroTotaleElementi: 200•
NumeroTotaleElementiAttivi: 200Des rizione Test Case
Geometria:
•
TipoApertura: Rettangolare•
DistanzaElementiAsseX: 0.5•
DistanzaElementiAsseY: 0.5•
Intervallo AngolareU:0.2•
BCE:98.20%•
PSL:7.08dB•
FNBWu0: 0.2695•
FNBWv0: 0.2004 (a) (b) ( )Figure18(a)(b)RadiationPattern-PlanarSlepian Array(10x20).
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Risultatiquasiottimi. Osservandoin parti olarmodoil gra obsi puònotare ome ilobi se ondari sianode isamenteridottisoprattuttoinunadirezioneeilmainbeamsiamoltobenedenito. An heil gra oCfornis edellebuoneindi azioniriguardantiladistribuzionedeipesi. Tuttequesteosservazioni sonoampiamente onfermatedairisultatinumeri i.Goal: Cal olo dei pesi ottimi di un array planare ad apertura ir olareper la sintesi di un pattern onmassima'beameffi ien y' datol'intervalloangolaredidefinizionedellobo prin ipale
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NumeroElementi AsseX:10•
NumeroElementi AsseY:10•
NumeroTotaleElementi: 100•
NumeroTotaleElementiAttivi: 76Des rizione Test Case
Geometria:
•
TipoApertura: Cir olare•
DistanzaElementiAsseX: 0.5•
DistanzaElementiAsseY: 0.5•
Intervallo AngolareU:0.1•
BCE:54.69%•
PSL:12.53dB•
FNBWu0: 0.2636•
FNBWv0: 0.2636 (a) (b) ( )Figure19(a)(b)RadiationPattern-PlanarSlepian Array(10x10).
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I risultati ottenuti on questaprima simulazione onapertura ir olare non sono e ezionali, infatti, ome si può vedere siadai risultatinumeri i sia dai gra i il livello dei lobi se ondari è abbastanza elevatoequestogeneraunadiminuzionedelleprestazioni. An heil livello diBCEèmolto s arso.Goal: Cal olo dei pesi ottimi di un array planare ad apertura ir olareper la sintesi di un pattern onmassima'beameffi ien y' datol'intervalloangolaredidefinizionedellobo prin ipale
•
NumeroElementi AsseX:10•
NumeroElementi AsseY:10•
NumeroTotaleElementi: 100•
NumeroTotaleElementiAttivi: 76Des rizione Test Case
Geometria:
•
TipoApertura: Cir olare•
DistanzaElementiAsseX: 0.5•
DistanzaElementiAsseY: 0.5•
Intervallo AngolareU:0.2•
BCE:94.21%•
PSL:9.56dB•
FNBWu0: 0.3073•
FNBWv0: 0.3073 (a) (b) ( )Figure20(a)(b)RadiationPattern-PlanarSlepian Array(10x10).
•
Questose ondotestsuun'apertura ir olarehapermessodiin rementareinmanierapositivairisultati. LaBCEequasiraddoppiataeinquestasimulazioneraggiungequasiil95%eillivellodeilobise ondari èdiminuitodiquasi3dB. Ladistribuzionedeipesièbuona.Goal: Cal olo dei pesi ottimi di un array planare ad apertura ir olareper la sintesi di un pattern onmassima'beameffi ien y' datol'intervalloangolaredidefinizionedellobo prin ipale
•
NumeroElementi AsseX:10•
NumeroElementi AsseY:10•
NumeroTotaleElementi: 100•
NumeroTotaleElementiAttivi: 76Des rizione Test Case
Geometria:
•
TipoApertura: Cir olare•
DistanzaElementiAsseX: 0.5•
DistanzaElementiAsseY: 0.5•
Intervallo AngolareU:0.4•
BCE:99.20%•
PSL:7.02dB•
FNBWu0: 0.4047•
FNBWv0: 0.4047 (a) (b) ( )Figure21(a)(b)RadiationPattern-PlanarSlepian Array(10x10).
•
Come nelle simulazione onapertura geometri adi tipodierente an he in questo aso andando ad aumentare le dimensioni dell'intervallo angolre onsente di ottenere unin remento delle prestazioni. Come isi potevaaspettare, laforma del loboprin ipale emolto bendenita ed inoltre il livellodei lobise ondariès esoulteriormente.Goal: Cal olo dei pesi ottimi di un array planare ad apertura ir olareper la sintesi di un pattern onmassima'beameffi ien y' datol'intervalloangolaredidefinizionedellobo prin ipale
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NumeroElementi AsseX:15•
NumeroElementi AsseY:15•
NumeroTotaleElementi: 225•
NumeroTotaleElementiAttivi: 177Des rizione Test Case
Geometria:
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TipoApertura: Cir olare•
DistanzaElementiAsseX: 0.5•
DistanzaElementiAsseY: 0.5•
Intervallo AngolareU:0.075•
BCE:63.73%•
PSL:17.01dB•
FNBWu0: 0.1721•
FNBWv0: 0.1721 (a) (b) ( )Figure22(a)(b)RadiationPattern-PlanarSlepian Array(15x15).
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Nonostante il numero di elementi sia prati amente raddoppiato, l'utilizzo di un intervallo angolare pi olosfavoris eleprestazioni. IllivellodiPSLèmoltoelevatoean helaBCEès arsa. Comesipuò notareneiprimi2grai il'inuenza deilobise ondarièmolto elevata.Goal: Cal olo dei pesi ottimi di un array planare ad apertura ir olareper la sintesi di un pattern onmassima'beameffi ien y' datol'intervalloangolaredidefinizionedellobo prin ipale
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NumeroElementi AsseX:15•
NumeroElementi AsseY:15•
NumeroTotaleElementi: 225•
NumeroTotaleElementiAttivi: 177Des rizione Test Case
Geometria:
•
TipoApertura: Cir olare•
DistanzaElementiAsseX: 0.5•
DistanzaElementiAsseY: 0.5•
Intervallo AngolareU:0.15•
BCE:97.08%•
PSL:6.82dB•
FNBWu0: 0.2084•
FNBWv0: 0.2084 (a) (b) ( )Figure23(a)(b)RadiationPattern-PlanarSlepian Array(15x15).
•
Ilraddoppiodelledimensionidell'intervalloangolarehaprodottodeirisultatiquasiinsperati: illivello di PSLès esodi oltre 10dBelaBCEsupera il 97%. An hesolo osservandoi gra iprodotti onle simulazionisipotevadedurre heimiglioramentisononotevoli.Goal: Cal olo dei pesi ottimi di un array planare ad apertura ir olareper la sintesi di un pattern onmassima'beameffi ien y' datol'intervalloangolaredidefinizionedellobo prin ipale
•
NumeroElementi AsseX:15•
NumeroElementi AsseY:15•
NumeroTotaleElementi: 225•
NumeroTotaleElementiAttivi: 177Des rizione Test Case
Geometria:
•
TipoApertura: Cir olare•
DistanzaElementiAsseX: 0.5•
DistanzaElementiAsseY: 0.5•
Intervallo AngolareU:0.3•
BCE:99.95%•
PSL:5.95dB•
FNBWu0: 0.2690•
FNBWv0: 0.2690•
(a) (b) ( )Observations:
•
Forseunadellemigliorisimulazionieettuate. L'inuenzadeilobise ondarièmoltoridotta(èlaprima volta hesis endesottoi6dB)elaBeamColle tionE ien yèdi po osottoil100%. Di parti olare interesse è il gra o B, in quanto si può notare un lobo entrale molto ben denito, mentre i lobi se ondarisono moltopi oli.Goal: Cal olo dei pesi ottimi di un array planare ad apertura ir olareper la sintesi di un pattern onmassima'beameffi ien y' datol'intervalloangolaredidefinizionedellobo prin ipale
•
NumeroElementi AsseX:20•
NumeroElementi AsseY:20•
NumeroTotaleElementi: 400•
NumeroTotaleElementiAttivi: 316Des rizione Test Case
Geometria:
•
TipoApertura: Cir olare•
DistanzaElementiAsseX: 0.5•
DistanzaElementiAsseY: 0.5•
Intervallo AngolareU:0.05•
BCE:54.12%•
PSL:23.13dB•
FNBWu0: 0.1284•
FNBWv0: 0.1284 (a) (b) ( )Figure25(a)(b)RadiationPattern-PlanarSlepian Array(20x20).
•
Avendo preso in onsiderazione una dimensione dell'intervallo angolare pi ola, i risultati non sono soddisfa enti. Illivellodi BCEè bassoe il PSLèmolto elevato. Questi dati andandoamodi arei parametridell'intervallo angolare possonosi uramente esseremigliorati. Ilgra odella distribuzione dei pesi ha una forma parti olare, infatti non assume ome nei asi pre edenti la lassi a forma a ampana.An hequestogra osisperapossaesseremigliorato ambiandoiparamentri.Goal: Cal olo dei pesi ottimi di un array planare ad apertura ir olareper la sintesi di un pattern onmassima'beameffi ien y' datol'intervalloangolaredidefinizionedellobo prin ipale
•
NumeroElementi AsseX:20•
NumeroElementi AsseY:20•
NumeroTotaleElementi: 400•
NumeroTotaleElementiAttivi: 316Des rizione Test Case
Geometria:
•
TipoApertura: Cir olare•
DistanzaElementiAsseX: 0.5•
DistanzaElementiAsseY: 0.5•
Intervallo AngolareU:0.1•
BCE:94.37%•
PSL:15.03dB•
FNBWu0: 0.1791•
FNBWv0: 0.1293 (a) (b) ( )Figure26(a)(b)RadiationPattern-PlanarSlepian Array(20x20).
•
Comeda aspettative,il raddoppiodell'intervallo angolarehaportatoadunnotevole in remento delle prestazioniedei risultati,BCEsoprail 90%euna riduzionedelPSLdi 7dB.An heigra i ri avati dallesimulazionidimostrano hei risultatiottenutosono de isamente migliorati. L'uni o gra o he nonpresentasostanzialimiglioramentièquellorelativoalladistribuzionedeipesi.Goal: Cal olo dei pesi ottimi di un array planare ad apertura ir olareper la sintesi di un pattern onmassima'beameffi ien y' datol'intervalloangolaredidefinizionedellobo prin ipale
•
NumeroElementi AsseX:20•
NumeroElementi AsseY:20•
NumeroTotaleElementi: 400•
NumeroTotaleElementiAttivi: 316Des rizione Test Case
Geometria:
•
TipoApertura: Cir olare•
DistanzaElementiAsseX: 0.5•
DistanzaElementiAsseY: 0.5•
Intervallo AngolareU:0.2•
BCE:99.96%•
PSL:6.17dB•
FNBWu0: 0.5129•
FNBWv0: 0.1296 (a) (b) ( )Figure27(a)(b)RadiationPattern-PlanarSlepian Array(20x20).
•
Irisultatiottenuti onquestasimulazionesonoottimi. BCEmoltoprossimaallaperfezioneePSLpari a6db. An heil gra orelativoalladistribuzione deipesiède isamentemigliorato. Laforma heha assunto è quella he i si aspettava gia inizialmente. Di parti olare interesseè il gra o B, il quale mostra ome il lobo entrale siadenito molto bene e le interferenze dei lobi se ondari siano molto s arse.Theproblemofinterestisto developaweightingthatwillmaximizetheper entageofthetotalpowerthat is on entratedin agivenangularregiondened bytheboundaries
(u
0
, v
0
)
. Consideringaplanararray,we wanttomaximizetheratioα =
R
u
0
−u
0
R
v
0
−v
0
|AF (u, v)|
2
dudv
R
π
0
sin θdθ
R
2π
0
|AF (θ, φ)|
2
dφ
(1)where
u = sin θ cos φ
andv = sin θ sin φ
. Arrayfa tortermisdenedAF (u, v) =
N
X
n=1
w
n
e
jk(ux
n
+vy
n
)
(2)where
w
n
istheex itationofthen
-tharrayelement,x
n
isthex
-axis oordinateofthen
-tharrayelement,y
n
isthey
-axis oordinateofthen
-tharrayelementandk =
2π
λ
. Arrayfa torterm anberewritedasAF (u, v) = w
H
v(u, v)
(3)Thenumeratorof(12) anbewrittenas
α
N
=
Z
u
0
−u
0
Z
v
0
−v
0
|AF (u, v)|
2
dudv = w
H
Aw
(4) where
A =
Z
u
0
−u
0
Z
v
0
−v
0
v(u, v)v
H
(u, v)
(5) The(m, n)
elementofA
isZ
u
0
−u
0
Z
v
0
−v
0
e
jk(ux
m
+vy
m
)
e
−jk(ux
n
+vy
n
)
dudv =
(6)Thesolution(seeAppendixA)oftheintegral(6)is
4u
0
v
0
sin[ku
0
(x
m
− x
n
)]
sin[kv
0
(y
m
− y
n
)]
(7) Similarly,thedenominatorisα
D
= w
H
Bw
(8) whereB =
Z
π
0
sin θdθ
Z
2π
0
v(θ, φ)v
H
(θ, φ)dφ
(9) The(m, n)
elementofB
isZ
2π
0
Z
π
0
e
jk sin θ(x
m
cos φ+y
m
sin φ)
e
−jk sin θ(x
n
cos φ+y
n
sin φ)
sin
θdθdφ
(10)Thesolution(seeAppendixB) oftheintegral(10)is
4π
sinkp(x
m
− x
n
)
2
+ (y
m
− y
n
)
2
(11) Thusα =
w
H
Aw
w
H
Bw
(12)Themaximumvalueforsu haratioofHermitianquadrati formsisequaltothelargesteigenvalue
λ
max
ofthe hara teristi equation(b)
Figure 2-Numeri al validation [SquareArray,
P = Q = 10
,SquareColle tion Area,u
M
= v
M
= 0.2
℄-(a) OptimumDP SS
planararrayand(b)asso iatedradiation pattern.(b)
( )
Figure 3-Numeri al validation [SquareArray,
P = Q = 20
,SquareColle tion Area,u
M
= v
M
= 0.2
℄-(a) OptimumDP SS
planararrayand(b)( )asso iatedradiationpattern.(b)
Figure 4-Numeri al validation [Re tangular Array,
P = 10
,Q = 20
,SquareColle tion Area,(b)
( )
Figure 5-Numeri al validation [Cir ular Array,
P = Q = 10
,K = 76
,SquareColle tion Area,0
20
40
60
80
100
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
-50
-40
-30
-20
-10
BCE [%]
PSL [dB]
Array Aperture [
λ
]
u
M
=v
M
=0.025
u
M
=v
M
=0.025
u
M
=v
M
=0.05
u
M
=v
M
=0.05
u
M
=v
M
=0.1
u
M
=v
M
=0.1
u
M
=v
M
=0.2
u
M
=v
M
=0.2
Figure 6 -Numeri al validation [ Squar e Col le tion A r e a ℄ -Beha viour of theB
C
E
and ofP
S
L
arra y ap ertureP
×
Q
. 89(b)
Figure7-Numeri al validation [
P = Q = 10
,Cir ularColle tion Area,rM
= 0.2
℄-OptimumDP SS
planararrayfor(a)squareand(b) ir ularapertureand ( )(d)respe tiveradiationpatterns.0
20
40
60
80
100
2
3
4
5
6
7
8
9
10
-50
-40
-30
-20
-10
BCE [%]
PSL [dB]
Array Aperture [
λ
]
BCE:
PSL:
u
M
=v
M
=0.025
u
M
=v
M
=0.025
u
M
=v
M
=0.05
u
M
=v
M
=0.05
u
M
=v
M
=0.1
u
M
=v
M
=0.1
u
M
=v
M
=0.2
u
M
=v
M
=0.2
Figure 8 -Numeri al validation [ Cir ular Col le tion A r e a ℄ -Beha viour of theB
C
E
and ofP
S
L
arra y ap ertureP
×
Q
. 920.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
0.45
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
u
M
= v
M
[arbitrary unit]
r
0
[arbitrary unit]
Circular Layouts
P = Q = 20
P = Q = 10
Figure9-Numeri al validation [
P = Q = 20, 10
,Cir ularColle tion Area℄-Behaviouroftheu0
andv0
againstrM
.10
0
10
1
10
2
10
3
10
4
4
6
8
10
12
14
16
18
20
Synthesis Time
∆
t [s]
P=Q
Square Array, Square
Ψ
[u
0
=v
0
=0.2]
Square Array, Circular
Ψ
[r
0
=0.2]
Circular Array, Square
Ψ
[u
0
=v
0
=0.2]
Circular Array, Circular
Ψ
[r
0
=0.2]
Figure10 -Numeri al validation [Square (
uM
= vM
= 0.2
)andCir ularArrays (rM
= 0.2
)℄-Behaviour ofthedesigntime∆t
againstthearrayapertureP × Q
, for ir ularorplanar olle tionarea.(b)
( )
Figure 11 -Numeri al validation [
P = Q = 10
, BoredCir ular Colle tion Area,r
′
M
= 0.3, r
′′
M
= 0.6,
BCE = 95, 03
%℄-OptimumDP SS
planararrayelement's(a)amplitudesand(b)phasesand( )asso iatedP = Q
u
M
= v
M
BCE
[%℄P SL
[dB℄F N BW u
0
= v
0
0.1
61.73
−15.49
2.20 × 10
−1
10
0.2
96.45
−22.46
2.69 × 10
−1
0.4
99.90
−31.56
3.36 × 10
−1
0.075
68.85
−16.20
1.49 × 10
−1
15
0.15
98.10
−24.90
1.91 × 10
−1
0.3
99.94
−30.14
2.27 × 10
−1
0.05
61.00
−15.61
1.09 × 10
−1
20
0.1
96.39
−22.66
1.35 × 10
−1
0.2
99.97
−42.24
2.01 × 10
−1
TableI -Numeri al validation [Square Array,SquareColle tionArea℄-Figuresofmeritobtainedby
P
Q
u
M
= v
M
BCE
[%℄P SL
[dB℄F N BW u
0
F N BW v
0
0.1
36.62
−13.36
4.27 × 10
−1
2.20 × 10
−1
5
10
0.2
76.91
−15.05
4.48 × 10
−1
2.69 × 10
−1
0.4
98.46
−21.90
5.37 × 10
−1
3.36 × 10
−1
0.075
54.16
−14.45
2.13 × 10
−1
1.49 × 10
−1
10
15
0.15
92.13
−18.43
2.41 × 10
−1
1.91 × 10
−1
0.3
99.88
−30.08
3.34 × 10
−1
2.27 × 10
−1
0.05
36.32
−13.73
2.08 × 10
−1
1.09 × 10
−1
10
20
0.1
77.13
−15.48
2.20 × 10
−1
1.35 × 10
−1
0.2
98.20
−22.45
2.69 × 10
−1
2.00 × 10
−1
TableII -Numeri alvalidation [Re tangularArray,SquareColle tion Area℄-Figuresofmeritobtainedby
P = Q
K
u
M
= v
M
BCE
[%℄P SL
[dB℄F N BW u
0
= v
0
0.1
54.69
−18.42
2.63 × 10
−1
10
76
0.2
94.21
−24.66
3.07 × 10
−1
0.4
99.20
−29.78
4.05 × 10
−1
0.075
63.73
−19.37
1.72 × 10
−1
15
177
0.15
97.08
−26.07
2.08 × 10
−1
0.3
99.95
−30.24
2.69 × 10
−1
0.05
54.12
−19.16
1.28 × 10
−1
20
316
0.1
94.37
−24.47
2.50 × 10
−1
0.2
99.96
−41.74
2.18 × 10
−1
Table III -Numeri al validation [Cir ularArray,SquareColle tion Area℄-Figuresofmeritobtainedby
P = Q
r
M
BCE
[%℄P SL
[dB℄F N BW u0
= v0
BCE
[%℄P SL
[dB℄F N BW u0
= v0
0.1
48.83
−21.12
2.60 × 10
−1
43.61
−22.50
2.97 × 10
−1
10
0.2
86.48
−34.94
3.54 × 10
−1
81.54
−37.50
4.17 × 10
−1
0.4
99.60
−23.11
2.90 × 10
−1
99.44
−25.97
3.53 × 10
−1
0.075
55.02
−23.50
1.84 × 10
−1
51.00
−25.31
2.02 × 10
−1
15
0.15
91.16
−34.32
2.43 × 10
−1
87.49
−42.75
2.84 × 10
−1
0.3
99.76
−23.07
1.98 × 10
−1
99.68
−27.59
2.31 × 10
−1
0.05
48.93
−21.33
1.30 × 10
−1
43.89
−23.69
1.46 × 10
−1
20
0.1
81.99
−42.50
2.03 × 10
−1
79.13
−42.94
2.16 × 10
−1
0.2
99.40
−23.07
1.54 × 10
−1
99.30
−27.63
1.80 × 10
−1
TableIV -Numeri al validation [Square andCir ularArray, Cir ularColle tion Area℄- Figuresofmerit obtainedby
DP SS
planararrays.Risoluzione integrale:
I =
Z
u
0
−u
0
Z
v
0
−v
0
e
jk(ux
m
+vy
m
)
e
−jk(ux
n
+vy
n
)
dudv
(14)=
Z
u
0
−u
0
e
jku(x
m
−x
n
)
du
Z
v
0
−v
0
e
jkv(y
m
−y
n
)
dv
=
e
jku
0
(x
m
−x
n
)
− e
−jku
0
(x
m
−x
n
)
jku
0
(x
m
− x
n
)
e
jkv
0
(y
m
−y
n
)
− e
−jkv
0
(y
m
−y
n
)
jkv
0
(y
m
− y
n
)
=
2 sin(ku
0
(x
m
− x
n
)
ku
0
(x
m
− x
n
)
2 sin(kv
0
(y
m
− y
n
)
kv
0
(y
m
− y
n
)
Risoluzione integrale:
I =
Z
2π
0
Z
π
0
e
jk sin θ((x
m
−x
r
) cos φ+(y
n
−y
s
) sin φ)
sin
θdθdφ
(15)Consideriamoseparatamenteidueintegrali he ompongonola(15)
I =
Z
π
0
sinθ
Z
2π
0
e
jk sin θ((x
m
−x
r
) cos φ+(y
n
−y
s
) sin φ)
dφ
dθ
(16)Ilprimointegrale(all'internodelleparentesi tonde)sipuòris rivere ome:
I
′
=
Z
π
−π
e
j(a cos φ+b sin φ)
dφ
(17)dove
a = k sin θ(x
m
− x
r
)
eb = k sin θ(y
n
− y
s
)
. Consideriamol'argomentodell'esponenziale:a cos φ + b sin φ = a
(e
jφ
+ e
−jφ
)
2
+ b
(e
jφ
− e
−jφ
)
2j
=
ae
jφ
2
+
ae
−jφ
2
− j
be
jφ
2
+ j
be
−jφ
2
=
e
jφ
2
(a − jb) +
e
−jφ
2
(a + jb)
=
e
jφ
2j
(b + ja) −
e
−jφ
2j
(b − ja)
=
e
jφ
2j
p
a
2
+ b
2
e
j arctan(a/b)
−
e
−jφ
2j
p
a
2
+ b
2
e
−j arctan(a/b)
=
p
a
2
+ b
2
e
j(φ+arctan(a/b))
− e
−j(φ+arctan(a/b))
2j
=
p
a
2
+ b
2
sin(φ + arctan(a/b))
(18)La(17)puòesserequindiris rittanellaforma:
I
′
=
Z
π
−π
e
j
√
a
2
+b
2
sin(φ+arctan(a/b))
dφ =
Z
π
−π
e
jk sin(φ+k
′
)
dφ
(19)L'integraleèquindiri ondu ibileadunafunzionedi Bessel;perdenizione
J
0
(x)
,
1
2π
Z
π
−π
e
jx sin φ
dφ
(20)Sipuòosservare heleformule(19)e(20)sonoequivalenti,dato hela ostante
k
′
= arctan(a/b)
nonha nessunainuenzasul risultatodell'integrazioneeettuatasuuninteroperiododiunafunzioneperiodi a. Di onseguenzaI
′
=
Z
π
−π
e
j(a cos φ+b sin φ)
dφ = 2πJ
0
(
p
a
2
+ b
2
)
I = 2π
Z
π
0
J
0
(
p
a
2
+ b
2
)
sinθdθ
(22) dove√
a
2
+ b
2
=
q
k
2
sin
2
θ(x
m
− x
r
)
2
+ k
2
sin
2
θ(y
n
− y
s
)
2
= kp(x
m
− x
r
)
2
+ (y
n
− y
s
)
2
sinθ = C
sinθ
Lasoluzione dell'integraleèpropostain[2℄(Formula10.35)2π
Z
π
0
J
0
(
p
a
2
+ b
2
)
sinθdθ = 4π
sinC
(23) In on lusioneI = 4π
sinkp(x
m
− x
r
)
2
+ (y
n
− y
s
)
2
(24)[1℄ H.L.VanTrees,OptimumArrayPro essing,PartIVofDete tion,Estimation,andModulationTheory, Wiley,Se tion3.1.1.8,pp.103-107,2002.
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[3℄ A.Massa,G.Oliveri,F.Viani,andP.Ro a,"Arraydesignsforlong-distan ewirelesspower transmis-sion- State-of-the-artandinnovativesolutions," Pro eedingsof theIEEE-Spe ial Issueon "Wireless PowerTe hnology,TransmissionandAppli ations,"vol.101,no.6,pp.1464-1481,June2013.
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[6℄ G.Fran es hetti,P. Ro a,F.Robol,andA.Massa,"Innovativere tennadesignforspa esolarpower systems,"IEEEMTT-SInternationalMi rowaveWorkshopSerieson"InnovativeWirelessPowerT rans-mission:Te hnologies,Systems,andAppli ations"(IMWS-IWPT2012),Kyoto,Japan,pp.151-153,May 10-11,2012.
[7℄ G.Oliveri,P.Ro a,F.Viani, F.Robol,andAndreaMassa,"Latestadvan esandinnovativesolutions in antenna array synthesis for mi rowave wireless power transmission," IEEE MTT-S International Mi rowaveWorkshop Serieson "Innovative WirelessPowerTransmission: Te hnologies, Systems, and Appli ations"(IMWS-IWPT2012),Kyoto,Japan,pp.71-73,May10-11,2012.
[8℄ G.Oliveri,P.Ro a,andA.Massa,"Arrayantennaar hite turesforsolarpowersatellitesandwireless power transmission,"XXX URSI GeneralAssembly and S ienti Symposium of InternationalUnion ofRadioS ien e(URSIGASS 2011)-Invitedpaper,Sessiontitle: "Solarpowersatellitesand wireless powertransmission",Istanbul,Turkey,Aug.13-20,2011.
[9℄ G. Fran es hetti, A. Massa, and P. Ro a, "Innovativeantenna systemsfor e ient mi rowavepower olle tion," IEEE MTT-S International Mi rowave Workshop Series on "Innovative Wireless Power Transmission: Te hnologies, Systems,and Appli ations" (IMWS-IWPT2011), Uji(Kyoto), Japan,pp. 275-278,May12-13, 2011(Invitedpaper).
[10℄ P. Ro a,G. Oliveri,and A. Massa,"Innovativearraydesignsforwireless powertransmission,"IEEE MTT-SInternationalMi rowaveWorkshop Series on"InnovativeWirelessPowerTransmission: Te h-nologies,Systems,andAppli ations"(IMWS-IWPT2011),Uji(Kyoto),Japan,pp.279-282,May12-13, 2011(Invitedpaper).
Further Referen es