CAPITOLO 3 ILLUSTRAZIONE DELLE STRUTTURE IMPLEMENTATE. ____________________________ ____________________________

CAPITOLO 3

ILLUSTRAZIONE DELLE

STRUTTURE IMPLEMENTATE.

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In questo terzo ed ultimo capitolo verranno illustrate tutte le strutture effettivamente implementate. Ciò verrà fatto utilizzando sia delle fotografie che alcune immagini ottenute tramite l’utilizzo di un microscopio ottico con risoluzione 1 x 100. Il microscopio è stato gentilmente messo a disposizione dell’autore dal Dott. Timothy Jackson. Suddette immagini, come già accennato nel secondo capitolo, palesano i limiti del procedimento di stampa su PCB utilizzato. I risultati delle simulazioni relative alle due strutture argomento dei paragrafi 3.2.1, 3.2.2 e 3.3 sono contenute rispettivamente nei due paragrafi 2.4 e 2.5.1. L’autore ha effettuato numerose altre simulazioni, non riportate in alcuna parte della tesi per motivi di spazio, riguardanti tutte le restanti strutture implementate. E’ stato sempre utilizzato il software CST. Le caratteristiche elettriche ideali dei materiali usati per la fabbricazione sono state in parte fornite dall’officina meccanica dell’università di Birmingham ed in parte reperite dall’autore in rete. Si vedano a questo proposito le due tabelle Tab. 2.1 e Tab. 2.2.

3.2.1 ANTENNA PRIVA DI TRANSIZIONE A MICROONDE E DI SOSTEGNO.

(IMMAGINI FOTOGRAFICHE)

Fig. 3.1 Vista dall’alto dell’antenna priva di transizione a microonde e di sostegno.

Si noti la lunghezza complessiva dell’antenna di 40 mm ed i fori che permetteranno di fissarla ad un sostegno come rappresentato nei successivi paragrafi 3.2 e 3.3.

Fig. 3.2 Vista dall’alto dell’antenna priva di transizione a microonde e di sostegno.

Si noti la larghezza complessiva dell’antenna di 30 mm. I risultati delle simulazioni relative alla struttura qui illustrata sono contenuti nel paragrafo 2.4. Seguono ora alcune immagini ottenute tramite un microscopio ottico.

3.2.2 ANTENNA PRIVA DI TRANSIZIONE A MICROONDE E DI SOSTEGNO. (IMMAGINI OTTENUTE TRAMITE L’IMPIEGO DI UN MICROSCOPIO OTTICO CON RISOLUZIONE 1 X 100 )

Fig. 3.3 Vista al microscopio del patch e del tratto finale della linea di alimentazione a microstriscia.

Osservando la Fig. 3.3 si notano le tre seguenti irregolarità:

1) La strozzatura ed il rigonfiamento della linea di alimentazione a microstriscia subito prima che si innesti nell’ inset del patch. 2) L’ asimmetria dei due lati del patch.

3) Gli angoli fortemente smussati. In particolare quelli del lato destro del patch.

Seguono altre due immagini ottenute al microscopio nelle quali è rappresentato il resto della linea di alimentazione a microstriscia.

Fig. 3.4 Vista al microscopio del tratto intermedio della linea di alimentazione a microstriscia.

Fig. 3.5 Vista al microscopio del tratto iniziale della linea di alimentazione a microstriscia.

Notiamo sia la marcata rastrematura che l’asimmetria del tratto iniziale della linea di alimentazione.

3.3 ANTENNA CON TRANSIZIONE IN GUIDA D’ONDA E SOSTEGNO. SOSTEGNO E PARTE INFERIORE DELLA TRANSIZIONE IN GUIDA D’ONDA RICAVATI DA UN UNICO BLOCCO METALLICO.

Fig. 3.6 Vista dall’alto dell’antenna con transizione in guida d’onda e sostegno.

Osservando la Fig. 3.6 notiamo le viti di Nylon 6.6 usate per fissare lo strato di PCB al sostegno metallico e quelle di acciaio presenti sulla sommità della transizione in guida d’onda. Infatti la presenza e la posizione delle viti metalliche sulla sommità della transizione in guida d’onda non altera di fatto le prestazioni dell’antenna. Al contrario le simulazioni indicano che l’eventuale presenza e la posizione di viti metalliche sul piano di PCB influenzerebbero le prestazioni dell’antenna in maniera assolutamente non trascurabile. Così non è per le viti di Nylon 6.6. Bisogna però anche notare che quest’ultime sono meccanicamente meno robuste di quelle metalliche ed allo stesso tempo molto più costose. Osservando la Fig. 3.7 che segue possiamo vedere come la parte inferiore della transizione in guida d’onda ed il sostegno metallico del piano di PCB siano stati ricavati da un unico blocco metallico. La parte superiore della guida d’onda è invece fissata a quella inferiore tramite le quattro viti metalliche poste sulla sommità della prima.

Fig. 3.7 Vista laterale dell’antenna con transizione in guida d’onda e sostegno.

Alternativamente è possibile, come fatto per le strutture presenti nel successivo paragrafo 3.4, realizzare il sostegno separatamente e poi fissarlo alla transizione tramite delle viti. Così facendo è possibile fabbricare il sostegno stesso con un materiale diverso da quello usato per la transizione. Si può ad esempio utilizzare un materiale leggero, resistente e con basse tolleranze di lavorazione al tornio quale il PTFE. Si veda a proposito il paragrafo 3.4. Ciò a fronte però di una maggiore difficoltà nel posizionamento accurato della porzione di PCB posta sotto l’ultimo step della transizione a step. L’accuratezza di suddetto posizionamento ha, come visto in dettaglio nel secondo capitolo, un ruolo realmente critico per quanto riguarda il valore del parametro S11. Ciò vale specialmente se il tratto iniziale della linea di alimentazione a microstriscia è rastremato. Inoltre alcune simulazioni hanno rivelato che il realizzare il solo sostegno con un materiale non metallico non altera sensibilmente le prestazioni dell’antenna. E’ dunque parere dell’autore che sia in definitiva preferibile realizzare il sostegno e la parte inferiore della transizione in guida d’onda da un unico blocco metallico.

Fig. 3.8 Vista dal basso con transizione in guida d’onda e sostegno.

Fig. 3.9 Vista posteriore con transizione in guida d’onda

e sostegno.

Come già specificato nel secondo capitolo la transizione è stata connessa ad un generatore di segnale sinusoidale tramite un tratto di guida d’onda rettangolare. Nella Fig. 3.9 si notino i quattro fori necessari per la connessione meccanica della transizione al suddetto tratto di guida d’onda.

3.4 ANTENNA CON TRANSIZIONE IN GUIDA D’ONDA E SOSTEGNO.

In questo paragrafo verrà illustrata una struttura in cui il sostegno del piano di PCB è realizzato separatamente dalla transizione in guida d’onda e successivamente fissato ad essa tramite due viti. Come vedremo il sostegno è stato fabbricato sia in ottone che in PTFE. Cosa comporta lo scegliere un materiale o l’altro è già stato dettagliatamente trattato nel paragrafo 3.3.

Fig. 3.10 Vista dall’alto dell’antenna con transizione in guida d’onda e sostegno di PTFE.

Fig. 3.11 Vista laterale dell’antenna con transizione in guida d’onda e sostegno di PTFE.

Notiamo il sostegno in PTFE. Notiamo anche le viti in Nylon 6.6 che fissano il PCB a quest’ultimo. La transizione in guida d’onda ha qui dimensioni trasverse diverse da quelle della struttura contenuta nel precedente paragrafo. Inoltre la parte superiore della transizione è fissata a quella inferiore tramite delle viti poste sulla base quest’ultima. Per il resto la geometria di questa struttura, compreso il “corridoio” elettromagnetico e la transizione a step in esso contenuta, è identica a quella del precedente paragrafo. Ricordiamo che, come specificato nel secondo capitolo, per “corridoio” elettromagnetico intendiamo qui la guida d’onda rettangolare ricavata nella transizione a microonde. Alcune simulazioni effettuate dall’autore hanno evidenziato delle prestazioni leggermente inferiori di quest’antenna rispetto a quella illustrata nel paragrafo 3.3. per quanto riguarda la direttività. L’andamento del parametro S11 al variare della frequenza è praticamente identico nei due casi.

Fig. 3.12 Vista posteriore dell’antenna con transizione e sostegno di PTFE.

Anche in questo caso l’antenna è stata connessa alla catena di alimentazione tramite un tratto di guida d’onda rettangolare. Seguono delle fotografie di un sostegno realizzato in ottone su cui è stato fissato il piano di PCB. Anche in questo caso sono state utilizzate delle viti di Nylon 6.6.

Fig. 3.13 Vista dall’alto del sostegno di ottone.

Notiamo la marcata ondulazione del piano di PCB. La causa sono le inevitabili accuratezze nel taglio di quest’ultimo. Altro sarà detto in merito nella parte finale del paragrafo. Nella figura seguente è presente un ingrandimento, tratto dalla Fig. 3.14, della piccola sezione rettangolare del piano di PCB che va ad inserirsi nel tratto iniziale del “corridoio” elettromagnetico. Le dimensioni trasverse di suddetta sezione sono 1.9 mm x 1 mm.

Fig. 3.14 Particolare della sezione di PCB che va a posizionarsi nel “corridoio” elettromagnetico.

Fig. 3.15 Vista posteriore del sostegno di ottone.

Si notino i due fori per le viti che permettono di fissare il sostegno alla transizione in guida d’onda. Si noti anche la piccola sezione rettangolare del PCB che va a posizionarsi nel tratto iniziale del “corridoio” elettromagnetico. Confrontando tra loro le due figure Fig. 3.13 e Fig. 3.15 osserviamo una meno accentuata, ancorchè non completamente assente, ondulazione del piano di PCB nella seconda. Questo poiché il piano di PCB mostrato in Fig. 3.15 è stato tagliato in maniera più accurata di quello mostrato in Fig. 3.13. Una soluzione di carattere generale potrebbe essere l’utilizzo di una delle specifiche colle presenti in commercio ma non disponibile all’autore.