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Conclusioni
L’obiettivo di questa tesi era 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 stata sviluppata nella seguente maniera: come primo passo è stata esaminata l’antenna da misurare in modo da stabilire le caratteristiche più critiche che in questo caso erano 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: si è effettivamente trovato che il sistema dual reflector opportunamente illuminato, garantisce il fronte d’onda piano richiesto dalle misure.
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
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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. 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.
Sono stati 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.
In questa tesi si è dimostrato che anche una struttura particolarmente complessa come una sorgente per compact range in polarizzazione circolare può essere ottimizzata mediante l’impiego di algoritmi genetici applicati a metodi di calcolo veloci ed affidabili.
Infatti sono state utilizzate due tecniche di calcolo diverse a seconda del tipo di struttura relativa ai componenti della sorgente.
Sulla base di questo criterio e su un’ opportuna scelta della configurazione di base, si è arrivati a progettare e ottimizzare la struttura in tempi ragionevoli.
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I risultati ottenuti sulle prestazioni dei componenti sono di notevole rilevanza, soprattutto se riferiti alla larghezza di banda di frequenza che è del 10%.
I diagrammi di radiazione dell’horn sui due piani E ed H sono praticamente sovrapponibili entro l’angolo di vista del riflettore primario del compact range, mentre nel progetto preliminare appaiono evidenti asimmetrie di fascio anche superiori a 10 dB agli estremi di banda.
Per quanto riguarda il polarizzatore, il valore di rapporto assiale inferiore ai 0.07 dB su una banda del 10% non trova, al momento, riscontro in letteratura.
