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Introduzione
La ricerca e lo sviluppo di nuovi sistemi di comunicazione sempre più avanzati, ha portato alla richiesta di antenne sempre più sofisticate.
A questo si accompagna l’esigenza di testare e misurare i parametri caratteristici di queste antenne: affinché questi test risultino affidabili, l’antenna utilizzata come sorgente per il compact range di misura deve garantire delle prestazioni migliori rispetto all’antenna in misura di almeno un ordine di grandezza. Queste considerazioni portano a specifiche molto stringenti per i componenti della sorgente.
Un altro importante fattore per la validità delle misure è il sito in cui queste vengono realizzate. I siti di misura sono fondamentalmente di tre tipi outdoor, camera anecoica e compact range.
L’obiettivo di questa tesi è quello di progettare una sorgente per compact range in polarizzazione circolare in banda Ka (31-35 GHz) per la misura a radiofrequenza (RF) del sistema di illuminazione che dovrà essere installata sull’antenna Cassegrain di terra, Deep Space Antenna - DSA già esistente, per collegamenti con sonde astronomiche come
“Rosetta” e “Mars Express”.
Lo studio del sistema di misura ha portato all’individuazione di una sorgente costituita da un OMT (trasduttore ortomodo), un polarizzatore e un horn corrugato. Una volta scelta la struttura più promettente si è proceduto, dove necessario, all’elaborazione di opportuni ottimizzatori basati sulla tecnica degli Algoritmi Genetici innestati su un simulatore basato sul metodo del Mode Matching, il FHAPP.
La tesi è strutturata nella seguente maniera: nel capitolo 1 viene esaminata l’antenna da misurare in modo da stabilire le caratteristiche più critiche che in questo caso sono la presenza dello specchio dicroico, e in particolare le distorsioni che lo specchio provoca sul diagramma di radiazione dell’antenna e le dimensioni dell’intera struttura. A seguito di questa analisi si è stabilito che l’antenna dovesse essere misurata all’interno di un compact range; si è quindi descritto il funzionamento dei sistemi dual reflector che vengono utilizzati nei compact range al fine di ottenere un fronte d’onda piano nella zona in cui viene posta l’antenna da misurare, il tutto in spazi contenuti.
Per assicurarci che il compact range fosse il test site più adeguato, abbiamo utilizzato un metodo basato sull’ottica fisica per simulare l’andamento del campo nella zona di quiete:
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si è effettivamente trovato che il sistema dual reflector opportunamente illuminato, garantisce il fronte d’onda piano richiesto dalle misure.
Nel capitolo 2 viene affrontata l’analisi e il progetto della sorgente; in particolare, dopo aver analizzato le specifiche dell’antenna da misurare e partendo dalla considerazione che la sorgente per il compact range, definito nel capitolo precedente, deve garantire una accuratezza di almeno un ordine di grandezza superiore rispetto all’AUT (Antenna Under Test), sono state fissate le specifiche da seguire per il progetto dell’illuminatore in banda Ka.
Una volta esaminate le specifiche, e stabilito che la sorgente in polarizzazione circolare dovesse essere costituita da un OMT (Trasduttore OrtoModo), da un polarizzatore e da un horn, sono state prese in considerazioni le varie possibilità.
Per quanto riguarda l’horn si sono confrontate due strutture: l’horn bimodale e il corrugato. Al fine di individuare la struttura più conforme alle specifiche, è stato realizzato un progetto preliminare di entrambe le strutture utilizzando un simulatore basato sul metodo del Mode Matching, il FHAPP, che è affidabile con tempi di calcolo molto ridotti nell’analisi di strutture che, come gli horns, sono scomponibili come successioni di discontinuità. Dal confronto dei risultati si è giunti alla conclusione che l’horn bimodale, pur essendo di più facile e meno costosa costruzione, non potesse garantire il raggiungimento delle specifiche richieste su una banda così ampia (31-35 GHz); di conseguenza si è deciso di procedere alla ottimizzazione dell’horn corrugato. A tal fine è stato compilato un opportuno codice in linguaggio Fortran basato sugli Algoritmi Genetici (GA) che, innestato sul FHAPP, ha permesso di dimensionare la struttura in modo che questa rispettasse le specifiche richieste.
Il secondo studio che è stato fatto riguarda la possibilità di utilizzare un polarizzatore a setto metallico invece di un sistema polarizzatore/OMT: dallo studio preliminare, realizzato con un software basato sulla tecnica FIT-PBA nel dominio del tempo, è emerso che questa struttura non è in grado di garantire il valore di disaccoppiamento richiesto dalle specifiche, mentre il sistema polarizzatore/OMT permette il raggiungimento di questo obiettivo.
Una volta stabilito ciò, per il progetto dell’OMT si è partiti da una struttura già presente in letteratura e si è perfezionata mediante l’uso dello stesso software che lavora nel dominio del tempo, più adatto del FHAPP ad analizzare strutture di questa complessità.
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Per quanto riguarda il polarizzatore, una volta prescelta la struttura in guida circolare a iridi, dopo lo studio preliminare eseguito con il FHAPP, si è proceduto, come nel caso dell’horn, alla compilazione di un opportuno codice genetico che ci permettesse di ottenere i valori di rapporto assiale molto stringente richiesto dalle specifiche.
Vengono riportati tutti i risultati relativi ai progetti preliminari e a quelli ottimizzati e il confronto tra i due al fine di dimostrare la validità degli algoritmi genetici sviluppati nel corso di questa tesi.
Il capitolo 3, vista l’importanza che la compilazione degli ottimizzatori ha rivestito nel raggiungimento delle specifiche di progetto, è stato interamente dedicato alla descrizione degli algoritmi genetici utilizzati per l’ottimizzazione dei componenti più critici (polarizzatore e horn), e alla descrizione del simulatore FHAPP e del metodo FIT-PBA nel dominio del tempo utilizzato per il progetto dell’OMT.
