CAPITOLO 4
In questo capitolo saranno riportati e analizzati i risultati relativi alle simulazioni delle strutture presentate alla fine del capitolo precedente e saranno confrontati con i risultati ottenuti nella condizione ideale di piano di massa conduttore magnetico perfetto. Quest’ultimi sono stati ottenuti dalla simulazione dei vari progetti modificati eliminando gli strati dielettrici e lo schermo FSS, lasciando solo lo strato d’aria col dipolo stampato, e impostando nelle condizioni al contorno come piano di massa un PMC, a parita’ di tutti gli altri parametri.
4.1 - Risultati delle simulazioni relativi alla
superficie ad alta impedenza con
dielettrici multistrato
In Figura 4.1 a), b) si riportano rispettivamente l’andamento del parametro S11 valutato all’interfaccia dipolo-linea di alimentazione e un suo particolare dove se ne evidenzia l’ andamento al di sotto di -15 dB:
Figura 4.1 a)
Figura 4.1 b)
Dai grafici dell’andamento del parametro S11, soprattutto da quello di Figura 4.1 b), si nota come la banda utile, valutata come il range di frequenze entro cui il ROS si mantiene sotto 1.5, ovvero l’ andamento
della fase del coefficiente di riflessione (si veda la Figura 1.13 del capitolo 1); l’osservazione di tale figura ci permette di concludere che la superficie si comporta come un conduttore magnetico perfetto quando la fase del coefficiente di riflessione si mantiene nel range
(
35D÷ −90D)
.In Figura 4.2 a), b) sono riportati i grafici dell’andamento del parametro S11 ottenuti in condizioni ideali.
Figura 4.2 b)
In questo caso la banda utile si estende per 430 MHz tra 1.52 GHz e 1.95 GHz, evidenziando un picco di risonanza a 1.78 GHz, valore usato per il dimensionamento del dipolo. Essendo state fatte simulazioni a parita’ dello strato d’aria e della lunghezza del dipolo, si puo’ concludere che la struttura multistrato mantiene la stessa banda rispetto al caso ideale operando pero’ una traslazione in frequenza.
In Figura 4.3 a), b), c), d) sono riportati rispettivamente l’andamento tridimensionale dei campi lontani e gli andamenti nei piani φ =0D(
Figura 4.3 a) Figura 4.3 b) : piano xz (φ =0D ) Figura 4.3 c) : piano yz (φ =90D ) Figura 4.3 d) : piano xy (ϑ =90D )
I grafici ottenuti rispecchiano, in grandi linee, quelli teorici di un dipolo su un piano di massa perfettamente conduttore. Si differenziano da questi per qualche particolare legato alla struttura che circonda il dipolo. Innanzitutto si ha la presenza di irradiazione lungo le z negative, Figura 4.3 a), b) e c) in direzione ϑ=180D, dovuta
alla presenza dello spessore d’aria tra il dipolo e la superficie ad alta impedenza e successivamente si ha una diversa irradiazione lungo le x positive e negative. Come e’ evidente dalla Figura 4.3 d),
l’irradiazione e’ infatti maggiore lungo le x negative: cio’ e’ dovuto alla presenza, lungo le x positive, delle linee di alimentazione.
In Figura 4.4 a), b), c), d) sono riportati rispettivamente l’andamento tridimensionale dei campi lontani e gli andamenti nei piani φ =0D
(piano xz), φ =90D (piano yz) e
90
ϑ = D (piano xy)relativi al caso ideale.
Figura 4.4 a) Figura 4.4 b): piano xz (φ=0D ) Figura 4.4 c): piano yz (φ =90D ) Figura 4.4 d): piano xy (ϑ =90D )
Tali andamenti, rispetto a quelli di Figura 4.3, presentano nel piano xz e yz, un andamento piu’ ampio nella direzione delle z positive per ϑ che varia nell’intervallo
(
90D÷270D)
; per quanto riguarda il piano xyda un lato aumenta l’irradiazione lungo le x positive mentre, lungo le x negative, il fascio principale tende a dividersi.
I grafici di Figura 4.3 e 4.4 sono tutti normalizzati. Un’ analisi piu’ accurata di questo aspetto e’ mostrata in Figura 4.5 dove viene graficato l’andamento del guadagno nei piani E e H al variare di ϑ . sia in presenza della struttura multistrato sia nel caso ideale.
Figura 4.5
Nel piano E (piano yz), si evidenzia l’andamento piu’ ampio del campo (si confronti a tal proposito la Figura 4.4 c)) nel caso ideale: infatti si
ha un guadagno maggiore di 0 dB per valori di theta compresi tra 0 e 70 gradi mentre nel caso della struttura multistrato il guadagno si annulla per ϑ=60D. Inoltre per ϑ compreso nell’intervallo tra
(
0 10D÷ D)
i due casi si uguagliano.Nel piano H (piano xz), la curva del guadagno si mantiene sempre maggiore di 0 dB. Le considerazoni fatte nel piano E valgono anche nel piano H dove pero’, a parita’ di ϑ , i valori del guadagno sono maggiori di qualche frazione di dB. Per 75ϑ〉 D le curve si invertono:
probabilmente cio’ e’ dovuto alla presenza lungo le z negative della struttura multistrato di una maggiore irradiazione.
4.2 – Risultati delle simulazioni relativi alla
superficie ad alta impedenza realizzata
medianta
FSS
Si riportano i risultati relativi alle due frequenze di studio della struttura.
4.2.1 – Risultati relativi alla frequenza f
1=1.575 GHz
In figura 4.6 a), b) si riportano rispettivamente l’andamento del parametro S11 valutato all’interfaccia dipolo-linea di alimentazione e un suo particolare dove se ne evidenzia l’ andamento al di sotto di -15 dB.
Figura 4.6 a)
Figura 4.6 b)
Dai grafici, soprattutto da quello di Figura 4.6 b) e’ evidente come la banda utile si estenda per 85 MHz tra 1.5 GHz e 1.585 GHz, evidenziando un picco di risonanza a 1.55 GHz. Il range di frequenze trovato puo’ essere riportato nel grafico dell’andamento della fase del coefficiente di riflessione (si veda la Figura 1.17 del capitolo 1) che ci
permette di concludere che la superficie si comporta come un conduttore magnetico perfetto quando la fase del coefficiente di riflessione si mantiene nel range
(
−45D÷85D)
. Considerato l’andamentopiu’ ripido della fase del coefficiente di riflessione, c’ era da aspettarsi, in questo caso, una banda piu’ stretta rispetto alla struttura precedente.
In Figura 4.7 a), b) sono riportati i grafici del parametro S11 ottenuti in condizioni ideali.
Figura 4.7 b)
In questo caso la banda utile si estende per 300 MHz tra 1.44 GHz e 1.74 GHz, evidenziando un picco di risonanza a 1.57 GHz, valore usato per il dimensionamento del dipolo. Anche in questo caso, essendo state fatte simulazioni a parita’ di strato d’aria e di dipolo, si puo’ concludere che la struttura ha operato una traslazione in frequenza, ma, a differenza della struttura precedente, ha ridotto la banda.
In Figura 4.8 a), b), c), d) sono riportati rispettivamente l’andamendo tridimensionale dei campi lontani e gli andamenti nei piani φ =0D
Figura 4.8 a) Figura 4.8 b): piano xz (φ =0D ) Figura 4.8 c): piano yz (φ =90D ) Figura 4.8 d): piano xy (ϑ=90D )
Come per la struttura precedente, dai grafici risulta evidente che gli andamenti trovati rispecchiano quelli teorici e si discostano da questi per la presenza di irradiazione lungo le z negative, Figura 4.8 a), b) e c) in direzione ϑ =180D, dovuta alla presenza dello spessore d’aria tra il
dipolo e la superficie ad alta impedenza e per una diversa irradiazione lungo le x positive e negative. Come e’ evidente dalla Figura 4.8 d),
In Figura 4.9 a), b), c), d) sono riportati rispettivamente l’andamendo tridimensionale dei campi lontani e gli andamenti nei piani φ =0D
(piano xz), φ =90D (piano yz) e ϑ =90D (piano xy) relativi al caso ideale.
Figura 4.9 a) Figura 4.9 b): piano xz (φ =0D )
Figura 4.9 c): piano yz (φ =90D
) Figura 4.9 d): piano xy (ϑ =90D )
Tali andamenti non presentano sostanziali differenze da quelli di Figura 4.8. Tuttavia, una differenza si trova confrontando le Figure 4.9 b) e 4.8 b): infatti quest’ultima non presenta simmetria per ϑ compreso tra
(
90D÷270D)
lungo le z positive. L’altra si ha guardando leintensita’ dei campi. Un’ analisi piu’ accurata di questo aspetto e’ mostrata in Figura 4.10 dove viene graficato l’andamento del
guadagno nei piani E e H al variare di ϑ sia in presenza della nostra struttura sia nel caso ideale al variare di ϑ .
Figura 4.10
Nel piano E (piano yz) per bassi valori di ϑ i valori dei guadagni sono diversi tendendo a uguagliarsi al crescere di ϑ. In particolare, per
0
ϑ= D, il valore del guadagno relativo alla nostra struttura supera di 2
dB quello della struttura ideale. In entrambi i casi si mantiene positivo fino a ϑ =60D, valore per cui diventano uguali.
diversi: ϑ =90D per la nostra struttura e ϑ=70D per la struttura
ideale.
4.2.2 – Risultati relativi alla frequenza f
2=1.96 GHz
In figura 4.11 a), b) si riportano rispettivamente l’andamento del parametro S11 valutato all’interfaccia dipolo-linea di alimentazione e un suo particolare dove se ne evidenzia l’ andamento al di sotto di -15 dB.
Figura 4.11 b)
Dai grafici, soprattutto da quello di Figura 4.11 b), e’ evidente come la banda utile si estenda per 60 MHz tra 1.95 GHz e 2.01 GHz, evidenziando un picco di risonanza a 1.97 GHz. Il range di frequenze trovato puo’ essere riportato nel grafico dell’andamento della fase del coefficiente di riflessione (si veda la Figura 1.17 nel capitolo 1) che ci permette di concludere che la superficie si comporta come un conduttore magnetico perfetto quando la fase del coefficiente di riflessione si mantiene nel range
(
−120D÷45D)
. Com’ era da aspettarsi,questo caso e’ quello con banda utile minore in quanto l’ attraversamento per lo zero della fase del coefficiente di riflessione avviene rapidamente.
In Figura 4.12 a), b) sono riportati i grafici del parametro S11 ottenuti in condizioni ideali.
Figura 4.12 a)
In questo caso la banda utile si estende per 380 MHz tra 1.82 GHz e 2.2 GHz, evidenziando un picco di risonanza a 1.96 GHz, valore usato per il dimensionamento del dipolo. Anche in questo caso, essendo state fatte simulazioni a parita’ di strato d’aria e di dipolo, si puo’ concludere che la nostra struttura ha operato una riduzione della banda.
In Figura 4.13 a), b), c), d) sono riportati rispettivamente l’andamento tridimensionale dei campi lontani e gli andamenti nei piani φ =0D
(piano xz), φ =90D (piano yz) e
90
ϑ = D (piano xy).
Figura 4.13 a) Figura 4.13 b): piano xz (φ =0D )
Rispetto alle strutture precedenti, questi grafici presentano maggiori differenze rispetto ai risultati teorici: nel piano xz si dovrebbe avere un andamento simmetrico attorno all’asse delle z positive; nel piano yz si ha irradiazione lungo le z negative e nel piano xy, a differenza delle strutture precedenti, si ha una maggiore irradiazione lungo le x positive.
In Figura 4.9 a), b), c), d) sono riportati rispettivamente l’andamento tridimensionale dei campi lontani e gli andamenti nei piani φ =0D
(piano xz), φ =90D (piano yz) e
90
ϑ = D (piano xy) relativi al caso ideale.
Figura 4.14 a) Figura 4.14 b): piano xz (φ=0D )
Figura 4.14 c): piano yz (φ =90D
) Figura 4.14 d): piano xy (ϑ=90D )
A differenza delle altre strutture gia’ analizzate, i risultati trovati in questo caso differiscono parecchio da quelli ottenuti con il PMC ideale. La differenza piu’ evidente e’ la mancanza di irradiazione lungo l’asse delle z positive, per ϑ =0D, come e’ evidente dalle Figure
4.14 a), b).
In Figura 4.15 viene graficato l’andamento del guadagno nei piani E e H al variare diϑ sia in presenza dello schermo realizzato con FSS sia nel caso ideale.
Figura 4.15
Nel piano H si evidenzia la differenza tra i grafici di Figura 4.13 b) e 4.14 b); risulta infatti che proprio che nel caso di struttura ideale si ha mancanza di irradiazione nella direzione ϑ=0D
