Prefazione
pag. 11. Applicazioni radar in banda HF
pag. 31.1 I radar Over The Horizon (OTH) pag. 3
1.1.1 Radar HFSWR (HF Surface Wave Radar) pag. 4
1.1.2 Radar HF Skywave pag. 6
1.2 Caratterizzazione dell’antenna operante come radar OTH pag.12
2. Il solver NEC
pag. 152.1 Funzionamento del solver pag. 15
2.2 Il Metodo dei Momenti pag. 18
2.3 Teoria alla base del Metodo dei Momenti pag. 19 2.3.1 Il metodo Weighting Functions pag. 20 2.3.2 Il metodo del Pointing Matching pag. 21
3. Antenne direttive
pag. 283.1 Considerazioni preliminari sull’utilizzo di un’antenna logperiodica pag. 28 3.1.1 Antenna logperiodica a dipoli (LPDA) pag. 30 3.2 Realizzazione e simulazioni di un’antenna logperiodica a dipoli pag. 34
4. Antenne a banda larga
pag. 414.1 Antenna biconica pag. 41
4.2 Configurazione del singolo elemento radiante pag. 45
4.3 Prestazioni dell’antenna pag. 51
5. Tecniche di miniaturizzazione
pag. 575.1 Le antenne meandered pag. 57
5.2 Rounded conical antenna pag. 61
5.3 Allargamento di banda pag. 67
5.4 Soluzione a tre ripiegamenti pag. 76
5.5 Conclusioni pag. 85
6. Conclusioni
pag. 92Prefazione
Questo lavoro di tesi è incentrato sullo studio di antenne operanti in banda HF e quindi nell’intervallo di frequenze che va dai 2 ai 30 MHz. In particolare, l’attenzione è stata focalizzata sul dimensionamento e la configurazione di possibili elementi radianti che, posti in configurazione di array, siano in grado di realizzare un’antenna da utilizzare in un radar per copertura terrestre di tipo OTH (Over The Horizon).
Lo studio si propone, quindi, di ricercare delle possibili strutture radianti che siano direttive o omnidirezionali, dipendentemente dalla copertura caratteristica richiesta dal radar che, a sua volta, può essere minore o pari a 360°.
La struttura finale sarà data dalla combinazione a schiera di suddetti elementi, e l’array risultante dovrà avere precise caratteristiche in termini di direttività e guadagno.
Il punto di partenza sarà, pertanto, l’individuazione di singole strutture che presentino buone prestazioni all’interno dell’intera banda HF, o in gran parte di essa, unitamente ad un ridotto ingombro. Infatti, per la banda presa in esame, la lunghezza d’onda assume valori ragguardevoli. Si va dai 10 m, relativi al limite superiore di frequenza di 30 MHz, fino ai 150 m che si avrebbero a 2 MHz.
Questo, da una parte, vincola la scelta della tipologia di antenna da utilizzare, dall’altra, comporta forti difficoltà al tentativo di ridurre le dimensioni totali della struttura. La necessità nasce, come detto, dall’intenzione di combinare le antenne in array. Oltre, infatti, alla distanza minima fra le antenne, legata alla larghezza fisica di ognuna, è necessario tenere in considerazione il fatto che esse dovranno essere distanziate di opportune quantità per evitare effetti di mutuo accoppiamento che potrebbero compromettere il funzionamento dell’intera struttura. Mantenendo, quindi, a valori limitati le dimensioni della singola struttura, ognuna di
esse potrà essere adeguatamente distanziata da quella immediatamente adiacente di una quantità che garantisca l’assenza di tali fenomeni.
Per quanto riguarda, invece, le caratteristiche radiative, gli elementi dovranno, presi singolarmente, avere un diagramma il più possibile indipendente dalla frequenza, in modo da garantire un corretto funzionamento ad ogni frequenza compresa nella banda di interesse.
La trattazione, nei suoi punti salienti, è così articolata: dopo una breve introduzione al funzionamento e ai principi su cui sono basati i sistemi OTH e, in particolar modo, il radar OTH skywave, si passerà ad illustrare il funzionamento del solver NEC, tramite il quale sono state svolte le simulazioni riportate. Come accennato, si prenderanno in esame due diverse tipologie di elementi radianti: le antenne direttive e, nello specifico un’antenna logperiodica, realizzata per operare nella banda 5÷30 MHz, e le antenne a banda larga.
Nel caso di antenne a banda larga, l’attenzione sarà focalizzata su un elemento radiante del tipo a cono invertito, di cui si forniranno le metodologie di realizzazione e dimensionamento e le diverse simulazioni.
Nell’intento di raggiungere un buon grado di compattezza alla struttura, le modifiche introdotte nella geometria del cono invertito porteranno alla definizione di un’antenna rounded conical, ottenuta sfruttando il principio delle antenne meandered.
L’ultima parte della trattazione sarà incentrata sul problema dell’adattamento d’impedenza della struttura ottenuta, al fine di raggiungere buone prestazioni mantenendo, come anticipato, un elevato grado di compattezza.
