CAPITOLO 2 PROGETTO E SIMULAZIONE DI QUATTRO ANTENNNE A MICROSTRISCIA OPERANTI A 60 GHz. ____________________________ ____________________________

PROGETTO E SIMULAZIONE DI

QUATTRO

ANTENNNE

A

MICROSTRISCIA OPERANTI A 60

GHz.

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In questo capitolo verrà inizialmente descritto sinteticamente il procedimento seguito nella progettazione. Successivamente verranno illustrati e commentati i risultati di quattro simulazioni effettuate tramite il software CST. L’autore ritiene inoltre opportuno qui ribadire i due seguenti fondamentali concetti:

1) la progettazione è stata effettuata sempre tenendo presenti le risorse effettivamente disponibili all’autore per la successiva fabbricazione dell’antenna.

2) la progettazione è stata essenzialmente basata sull’effettuare numerosi tentativi di simulazione in cui sono stati fatti variare i parametri geometrici della struttura. Molte delle suddette simulazioni non sono riportate nella tesi per motivi di spazio.

2.2 SINTESI DEL PROCEDIMENTO SEGUITO PER LA PROGETTAZIONE

Il Prof. Peter. S. Hall, supervisore del progetto, ha fornito le seguenti specifiche di massima riguardo l’antenna a microstriscia da realizzare:

1) Patch rettangolare con inset alimentato a microstriscia. (si veda la Fig. 2.1 che segue)

2) a) Dimensioni complessive dell’antenna 40 mm x 30 mm. b) Larghezza della linea di alimentazione a microstriscia non inferiore a 0.4 mm.

(dimensioni della linea di alimentazione inferiori a quelle indicate avrebbero reso impossibile l’ implementazione con i mezzi disponibili

in dipartimento)

3) Frequenza di funzionamento pari a 60 GHz.

4) Valore del parametro S11 (normalizzato a 50 Ohm) inferiore a -10 dB nella banda d’interesse.

5) Materiale da usare di tipo PCB (acronimo di Printed Pircuit Board) prodotto dalla ditta TACONIC: TLY – 005 – CLI / CLI. (Le caratteristiche

elettriche di suddetto materiale vengono riportate in dettaglio nel paragrafo 2.3 unitamente agli spessori dei diversi strati. Sempre nel paragrafo 2.3 vengono riportate le caratteristiche elettriche di tutti i materiali usati nelle simulazioni)

6) Cercare di massimizzare la direttività.

7) Irradiazione di tipo broadside e valori dell’ SLL non superiori a -3 dB. 8) Non preoccuparsi, almeno in prima battuta, del valore del guadagno. 9) Non preoccuparsi, almeno in prima battuta, di eventuali termini di

cross-polarizzazione.

Fig. 2.1 Geometria di un patch rettangolare con inset alimentato tramite linea a microstriscia.

di un patch rettangolare con la seguente geometria :

1) Lunghezza patch (indicata in Fig. 2.1 con L) : 1.6 mm. Il valore di L è pari al 48% del valore della lunghezza d’onda nel dielettrico λ come esplicitamente indicato in [1]. Il valore λ è ricavato dalla relazione, sempre contenuta in [1],

λ

c/

·

).

(c è il valore della velocità della luce nel vuoto, la frequenza di funzionamento pari a 60 GHz ed il valore della costante dielettrica

relativa dello strato dielettrico pari a 2.2)

Il valore della lunghezza d’onda nel dielettrico è dunque λ =3.37 mm. 2) Larghezza patch (indicata in Fig. 2.1 con W) : 1.9 mm.

Il valore di W è ricavato dalla seguente (eq. 2.1) contenuta in [1].

W =

[c/(2· )]·

3) Larghezza linea di alimentazione a microstriscia : 0.4 mm. (indicata in Fig. 2.1 con FLW)

Corrispondente ad un’impedenza caratteristica di circa 50 Ohm.

4) Lunghezza linea di alimentazione a microstriscia : 28 mm. 5) Lunghezza dell’inset (indicato in Fig. 2.1 con Δx) : 28 mm. Ricavato invertendo la seguente (eq. 2.2), contenuta in [1],

Δx) = cos( ·Δx/L)]^2 (eq. 2.2) dove G1 e G12 sono pari rispettivamente a:

G1 =[1/(120·

J0() indica la funzione di Bessel di primo tipo di ordine zero e K0 indica il numero d’onda nel vuoto ed è qui pari a K0 =

= 1256.66

Purtroppo le simulazioni conseguentemente effettuate hanno avuto dei risultati completamente diversi da quelli desiderati. Al contrario sfruttando le due seguenti relazioni (eq. 2.3) ed (eq. 2.4), proposte in [12], si sono ottenuti dei risultati abbastanza soddisfacenti. E’ interessante notare come ciò sia avvenuto malgrado la struttura illustrata in [12] operi a soli 2.35 GHz.

ΔY =3·FLW

ΔX =

·(+0.001699·

+ 0.13761·

- 6.1783·

+

+

93.187·

- 682.69·

+2561.9·

+

- 4043·

+6697) · (L/2)

Si è dunque simulato un patch con la seguente geometria:

1) Lunghezza patch (indicata in Fig. 2.1 con L) : 1.6 mm. In mancanza di indicazioni in merito in [12] il valore di L è stato assunto

pari a poco meno della metà della lunghezza d’onda nel dielettrico come invece esplicitamente indicato in [12].

2) Larghezza patch (indicata in Fig. 2.1 con W) : 1.9 mm. In mancanza di indicazioni in merito in [12] Il valore di W è ricavato

utilizzando la (eq. 2.1).

3) Larghezza linea di alimentazione a microstriscia : 0.4 mm. (Indicata in Fig. 2.1 con FLW)

Corrispondente ad un’impedenza caratteristica di circa 50 Ohm.

4) Larghezza inset (indicata in Fig. 2.1 con ΔY) :1.2 mm. La larghezza dell’inset è, come già detto, ricavata attraverso la (eq. 2.3). 5) Lunghezza inset (indicata in Fig. 2.1 con ΔX) :0.5 mm. La lunghezza dell’inset è, come già detto, ricavata attraverso la (eq. 2.4).

stato fatto attraverso alcuni tentativi di simulazione. In questi ultimi è stato fatto variare sia il parametro Δy attorno al valore suggerito dalla (eq. 2.3) che il parametro Δx attorno al valore suggerito dalla (eq. 2.4). Successivamente, effettuando numerosi altri tentativi di simulazione in cui sono stati fatti variare i due parametri W ed L, si è tentato di migliorare la direttività senza variare eccessivamente il valore dell’impedenza di ingresso. Si è dunque infine ottenuta la struttura illustrata nel paragrafo 2.4. Si è poi proceduto alla fabbricazione di un prototipo del patch presso i laboratori del dipartimento. Quest’ultimo è stato anche visionato dall’autore ad un microscopio. Le immagini così ottenute sono contenute nel paragrafo 3.2.2. A questo punto l’autore si è occupato dei sostegni meccanici e della integrazione di essi con la transizione in guida d’onda. Sia i sostegni meccanici che la transizione in guida d’onda sono stati fabbricati dalle officine meccaniche dell’università di Birmingham. Infine l’autore si è anche occupato della progettazione di un array composto da due patch rettangolari del tipo visto e posti in parallelo. La sezione di raccordo tra i due patch e la linea di alimentazione a microstriscia è stata disegnata sulla base dei concetti contenuti in [13]. L’array ottenuto è illustrato nel paragrafo 2.6.

2.3 DESCRIZIONE DEI MATERIALI USATI NELLE SIMULAZIONI.

2.3.1 CARATTERISTICHE ELETTRICHE E SPESSORE STRATI DEL

PCB TLY5 – 005 – CLI / CLI.

E’ opportuno notare le 3 seguenti cose all’inizio di questo paragrafo 2.3.1:

1) Tutti i dati esposti sono tratti dai data-sheet messi a disposizione in rete dalla ditta TACONIC. Su quest’ultimi si trovano anche le caratteristiche meccaniche.

2) La costante μr è sempre stata comunque assunta pari a 1 per la mancanza

di ogni indicazione in proposito sui data-sheet.

3) Tutti i dati esposti sono relativi alla frequenza di utilizzo di 10 GHz. Ciò

poiché nei data-sheet non sono disponibili dati relativi a frequenze di utilizzo maggiori di 10 GHz.

STRATO - h Εr tg(δ) Σ

--- - --- --- --- ---

DIMENSIONI FISICHE

- [mm] [Adimensionale] [Adimensionale] [Siemens/m] --- - --- --- --- --- Patch metallico (rame) -- 0.035 1 5.800E+007 Strato dielettrico (PTFE-Glass) -- 0.13 2.2 9.000E-004 Strato metallico sottostante quello dielettrico (rame) -- 0.035 1 5.800E+007

Tab. 2.1 Caratteristiche elettriche e spessore strati del PCB TLY5-005-CLI/CLI

Ricordiamo ancora una volta che il PCB TLY5–005–CLI/CLI è stato successivamente usato per l’implementazione.

2.3.2 CARATTERISTICHE ELETTRICHE DEGLI ALTRI MATERIALI IMPIEGATI NELLE SIMULAZIONI ILLUSTRATE NELLA TESI.

Le caratteristiche elettriche del dielettrico del cavo coassiale qui riportate sono quelle dei materiali generalmente impiegati nella produzione industriale di cavi coassiali per le onde millimetriche. Suddette caratteristiche sono state infatti assunte tali dall’autore dopo aver consultato alcuni data-sheet presenti in rete. Sia il conduttore esterno che quello interno del cavo coassiale sono costituiti di PEC (acronimo di Perfect Electric Conductor ) nelle simulazioni. Tutti gli altri dati relativi ai materiali impiegati nelle simulazioni e riportati in questo paragrafo 2.3.2 sono stati forniti dall’officina meccanica dell’università di Birmingham.

MATERIALI ED UTILIZZO DI ESSI NELLE SIMULAZIONI -- Εr tg(δ) Σ --- - --- --- --- DIMENSIONI FISICHE --

[Adimensionale] [Adimensionale] [Siemens/m]

--- - --- --- --- Ottone (transizione in guida d’onda e sostegno) -- 1 1.570E+007 Nylon 6.6

(viti per fissare l’antenna al sostegno) -- 3.8 0.02 Dielettrico cavo coassiale -- 2.1 0.0001

Tab. 2.2 Caratteristiche elettriche degli altri materiali usati nelle simulazioni ed utilizzo di essi in quest’ultime.

E’ opportuno notare che, come mostrato dalle fotografie contenute nel terzo capitolo, l’ottone ed il nylon sono stati poi impiegati nell’implementazione con lo stesso utilizzo che hanno nelle simulazioni.

2.4. ANTENNA PRIVA DI TRANSIZIONE A MICROONDE E DI SOSTEGNO.

Nella prima parte del paragrafo è illustrata la struttura simulata tramite alcune immagini e la tabella Tab. 2.3. Nel seguito si mostrano i risultati ottenuti. I risultati sono infine brevemente commentati. E’ opportuno notare che le strutture effettivamente implementate sono sempre alimentate da transizioni in guida d’onda. Questo poiché la strumentazione disponibile all’autore non ha permesso l’alimentazione dell’antenna tramite cavo coassiale. Talvolta suddetta transizione verrà indicata in quanto segue come transizione a microonde.

L’alimentazione tramite cavo è dunque presente solo in questa simulazione.

Fig. 2.2 Vista dall’alto dell’antenna priva di transizione a microonde e di sostegno.

Si noti l’orientamento della struttura rispetto gli assi coordinati nelle quattro figure Fig. 2.2. Fig. 2.3, Fig. 2.4 e Fig. 2.5.

Fig. 2.3 Vista posteriore dell’antenna priva di transizione a microonde e di sostegno.

Fig. 2.4 Vista frontale dell’antenna priva di transizione a microonde e di sostegno.

Fig. 2.5 Vista laterale dell’antenna priva di transizione a microonde e di sostegno.

Fig. 2.6 Particolare alimentazione Fig. 2.7 Particolare alimentazione tramite cavo coassiale tramite cavo coassiale tratto dalla vista dall’alto. tratto dalla vista laterale.

Nella tabella che segue è descritta in dettaglio la geometria della struttura simulata. DETTAGLIO - --- --- - --- DIMENSIONI FISICHE - [mm] --- - ---

Spessore metallizzazione patch - 0.035

Spessore strato dielettrico - 0.13

Spessore metallizzazione ground sottostante quello dielettrico

- 0.035

Lunghezza totale

(spezzone di cavo dielettrico escluso)

- 40

Larghezza totale - 30

Lunghezza patch - 1.7

Larghezza patch - 1.9

Lunghezza dell’inset del patch - 0.4

Larghezza dell’inset del patch - 1.3

Larghezza linea di alimentazione a microstrisica (corrispondente ad un’impedenza di 50 Ohm)

- 0.4

Lunghezza linea di alimentazione a microstriscia (escluso il tratto presente nell’inset)

- 28

Lunghezza tratto di cavo dielettrico

(escluso tratto del core che si sovrappone linea di alimentazione)

- 1

Lunghezza tratto del core che si sovrappone alla linea di alimentazione

- 0.5

Raggio complessivo tratto di cavo dielettrico - 0.8

Raggio esterno del dielettrico presente nel cavo

(quest’ultimo coincide con il raggio interno della calza del cavo)

- 0.67

Raggio interno del dielettrico presente nel cavo

(quest’ultimo coincide con il raggio del core metallico del cavo)

- 0.2 Tab. 2.3 Descrizione dettagliata della geometria della struttura simulata.

Fig. 2.8 Andamento del modulo del parametro S11 per l’antenna priva di transizione a microonde e di sostegno.

Come si può osservare dalla Fig. 2.8 il parametro S11 è pari a -11 dB alla frequenza di 60 GHz. Notiamo anche un picco di risonanza indesiderato prossimo alla frequenza di 58.5 GHz. Il picco di risonanza indesiderato è stato comunque considerato sufficientemente lontano dal range frequenziale di interesse.

Fig. 2.9 Pattern di radiazione tridimensionale per l’antenna priva di transizione a microonde e di sostegno.

Si noti il basso valore dell’efficienza di radiazione pari a -0.9243 dB. D’altronde, come già affermato nel paragrafo 2.2, una buona efficienza non è uno degli obiettivi in questa fase della progettazione.

2.5 ANTENNA CON TRANSIZIONE A MICROONDE E SOSTEGNO.

La strumentazione disponibile all’autore, come già accennato all’inizio del paragrafo 2.4, ha reso necessario l’uso di una transizione in guida d’onda per l’alimentazione dell’antenna. Segue ora una sommaria descrizione di suddetta transizione. Si tratta essenzialmente di una serie di step metallici disposti al centro della parete superiore di una guida d’onda rettangolare ricavata nella transizione stessa. Si vedano le Fig. 2.10, Fig. 2.11 e Fig. 2.12. La suddetta guida d’onda verrà indicata con il termine corridoio in quanto segue. Gli step metallici formano una sorta di “scalinata” rovesciata. L’ultimo “gradino” della “scalinata” è a contatto con la parte iniziale della linea di alimentazione a microstriscia. Si vedano le figure Fig. 2.13, Fig. 2.14, Fig. 2.15 e Fig. 2.16. Suddetta “scalinata” verrà indicata come transizione a step in quanto segue. La restante parte del paragrafo 2.5 è divisa in due parti. Questo poiché illustra due strutture identiche tranne che per la porzione della linea di alimentazione a microstriscia a contatto con la transizione a step. Infatti la prima delle due strutture presenta un valore del parametro S11 di soli circa -5 dB ad una frequenza di 60 GHz . La seconda ha valori di S11 notevolmente migliori nel range frequenziale di interesse. Ciò grazie appunto alla rastremazione della porzione della linea di alimentazione a microstriscia a contatto con la transizione a step.

2.5.1 ANTENNA CON TRANSIZIONE A MICROONDE E SOSTEGNO. SEZIONE DELLA LINEA DI ALIMENTAZIONE A CONTATTO CON LA TRANSIZIONE IN GUIDA D’ONDA NON RASTREMATA.

Ora dunque l’antenna non è più alimentata tramite un tratto di cavo coassiale ma tramite una transizione in guida d’onda. Inoltre lo strato di PCB si trova su un sostegno metallico ed è fissato ad esso con quattro viti di Nylon 6.6. Come si vede dalla Fig. 2.10 il sostegno è leggermente più lungo dello strato di PCB. Seguono tre figure che illustrano la geometria esterna complessiva della struttura descritta in questo paragrafo.

Fig. 2.10 Vista dall’alto dell’antenna con transizione a microonde e sostegno.

Notiamo che le viti sulla sommità della transizione in guida d’onda sono di colore grigio mentre quelle usate per fissare il PCB al sostegno metallico sono di colore bianco. Questo per evidenziare il fatto che le prime sono d’acciaio mentre le seconde di Nylon 6.6. Una serie di simulazioni, non riportate nella tesi per motivi di spazio, ha infatti evidenziato le tre seguenti cose:

1) La presenza e la posizione di viti metalliche sopra la transizione in guida d’onda non influenzano in maniera sensibile le performance dell’antenna. 2) La presenza e la posizione di viti metalliche sul PCB influenzano in maniera critica le performance dell’antenna.

3) La presenza e la posizione di viti di Nylon 6.6 sul PCB non influenzano in maniera sensibile le performance dell’antenna.

Come vedremo nel terzo capitolo della tesi entrambi i gruppi di viti risultano comunque indispensabili ai fini dell’effettiva implementazione. Ciò è dovuto, come facilmente intuibile, a motivi di natura meccanica.

Fig. 2.11 Vista laterale dell’antenna con transizione a microonde e sostegno.

Fig. 2.12 Vista frontale dell’antenna con transizione a microonde e sostegno.

Si noti nella Fig. 2.12 la presenza, evidenziata dal colore rosso, del corridoio . La lunghezza del corridoio è pari allo spessore della transizione ovvero 15 mm. Le altre due dimensioni sono invece 3.8 mm lungo Y e 1.9 mm lungo Z.

connettere l’antenna implementata al generatore di segnale è stata utilizzata un’estensione in guida d’onda appunto del formato WR-15. Tutti i dati contenuti nelle tre tabelle precedenti Tab. 2.1, Tab. 2.2 e Tab 2.3 rimangono comunque validi. Nella tabella Tab. 2.4 che segue vengono riportati gli altri valori numerici necessari a descrivere completamente la geometria esterna dell’antenna con transizione a microonde e sostegno.

DETTAGLIO - --- --- - ---

DIMENSIONI FISICHE - [mm]

--- - ---

Altezza delle viti di Nylon 6.6 (sul PCB) - 1.3

Raggio delle viti di Nylon 6.6 (sul PCB) - 1.9

Distanza diagonale del centro delle viti (sul PCB) di Nylon 6.6 dai bordi del PCB.

- 3

Altezza delle viti di acciaio (sulla transizione) - 2

Raggio delle viti di acciaio (sulla transizione) - 1.9

Distanza lungo X dei centri delle viti (sulla transizione) di acciaio dai bordi della transizione

- 2.5

Distanza lungo Y dei centri delle viti (sulla transizione) di acciaio dai bordi della transizione

- 4

Altezza transizione (lungo z) - 24

Larghezza transizione (lungo y) - 30

Spessore transizione (lungo x) - 15

Spessore sostegno (lungo z) - 4

Larghezza sostegno (lungo y) - 30

Lunghezza sostegno (lungo x) - 42

Altezza strato PCB (lungo z) 12 Tab. 2.4 Dettagli della geometria complessiva esterna.

La transizione a step è mostrata nelle due figure Fig. 2.13 e Fig. 2.14 che seguono. Nelle due figure è stato idealmente rimosso tutto il resto della transizione in guida d’onda. Anche le viti di Nylon 6.6 presenti sul PCB sono state idealmente rimosse per chiarezza illustrativa.

Fig. 2.13 Vista laterale della transizione a step.

Fig. 2.14 Vista dall’alto della transizione a step.

Le due seguenti figure Fig. 2.15 e Fig. 2.16 mostrano in dettaglio la porzione della linea di alimentazione a microstriscia a contatto con la transizione a step. La sezione di PCB su cui quest’ultima poggia ha una forma rettangolare con dimensioni trasverse pari a 1.8 mm per 3.8 mm. Quest’ultima è, come già detto, anche la larghezza del corridoio.

Fig. 2.15 Porzione della linea di alimentazione a microstriscia a contatto con la transizione a step.

Fig. 2.16 Porzione della linea di alimentazione a microstriscia a contatto con la transizione a step.

Come vediamo dalla seguente Fig. 2.17 con questa configurazione di alimentazione dell’antenna otteniamo un valore di S11 pari a soli -5 dB.

Fig. 2.17 Valore del modulo del parametro S11 ottenuto con la configurazione di alimentazione illustrata nella Fig. 2.15.

Per tale motivo, seguendo il suggerimento del supervisore, l’autore ha modificato la sezione di alimentazione come illustrato nel paragrafo 2.5.2 che segue.

2.5.2 ANTENNA CON TRANSIZIONE A MICROONDE E SOSTEGNO.

SEZIONE DELLA LINEA DI ALIMENTAZIONE A MICROSTRISCIA A CONTATTO CON LA TRANSIZIONE A STEP RASTREMATA.

E’ opportuno ribadire che la struttura trattata in questo paragrafo è identica a quella trattata nel paragrafo precedente tranne che per la sezione di

alimentazione. Infatti quest’ultima assume ora una configurazione rastremata come illustrato dalle due figure Fig. 2.18 e Fig. 2.19. Oltre ad introdurre la rastremazione si sono effettuate una serie di simulazioni in cui è stata fatta variare la lunghezza della sezione di alimentazione stessa. I valori di S11 così ottenuti, mostrati in Fig. 2.20, sono stati ritenuti più che soddisfacenti. Nelle due figure Fig. 2.18 e Fig. 2.19 il secondo step della transizione a non è stato rimosso per meglio illustrare la configurazione al variare della lunghezza.

Fig. 2.18 Vista dall’alto della sezione di alimentazione rastremata. Lunghezza della sezione rastremata pari a 0.3 mm.

Fig. 2.19 Vista dall’alto della sezione di alimentazione rastremata. Lunghezza della sezione rastremata pari a 0.6 mm.

Nella Fig. 2.20 che segue Il parametro OVRL (usato per indicare in modo coinciso l’espressione Overlapping Length) indica appunto la lunghezza della sezione di alimentazione rastremata. OVRL è qui espresso in mm.

Fig. 2.20 Andamento del modulo del parametro S11 al variare della lunghezza della sezione di alimentazione rastremata.

Seguono i grafici relativi alla direttività nei due piani X-Z ed Y-Z.

Fig. 2.21 Valore della direttività nel piano X-Z al variare della lunghezza della sezione di alimentazione rastremata.

Fig. 2.22 Valore della direttività nel piano Y-Z al variare della lunghezza della sezione di alimentazione rastremata.

Osservando le due figure precedenti si notano le tre seguenti caratteristiche: 1) Questa antenna simulata ha una direttività massima prossima a quella dell’antenna alimentata tramite cavo coassiale.

2) La direttività è essenzialmente indipendente dal parametro OVRL.

3) Il pattern della Fig. 2.21 è sensibilmente asimmetrico rispetto alla direzione φ=0. Ciò è evidentemente dovuto alla presenza della transizione in guida d’onda e dei sostegni metallici.

Notiamo infine che non è stato possibile implementare una linea di alimentazione a microstriscia rastremata quale quella illustrata nel presente paragrafo. Infatti il procedimento di stampa su PCB utilizzato ha tolleranze ben inferiori da quelle che sarebbero state necessarie. Le immagini ottenute al microscopio e contenute nel paragrafo 3.2.2 palesano tali limiti realizzativi.

2.6 ARRAY DI DUE PATCH RETTANGOLARI ALIMENTATI A MICROSTRISCIA E POSTI IN PARALLELO.

In questo paragrafo vengono illustrate alcune simulazioni relative ad un array costituito da due patch rettangolari del tipo precedentemente visto e posti in parallelo. L’antenna è alimentata tramite un tratto di cavo coassiale identico a quello della prima struttura incontrata nel capitolo. Non è perciò presente la transizione in guida d’onda. Non è nemmeno presente alcun sostegno al di sotto del PCB.

Fig. 2.23 Vista dall’alto dell’ array di due patch posti in parallelo.

Tutti i dati contenuti nelle tre tabelle Tab. 2.1, Tab 2.2, Tab 2.3 sono dunque ancora validi. Nella tabella Tab. 2.5 che segue si trovano gli ulteriori valori numerici necessari a descrivere completamente la geometria dell’array. Il tratto della linea di alimentazione a microstriscia al di sotto del core del cavo coassiale è di larghezza uniforme e pari a 0.4 mm. Ricordiamo che tale valore corrisponde ad un’impedenza di 50 Ohm. Tutto il resto della linea di alimentazione è, come visibile nella Fig. 2.23, rastremato fino a raggiungere una larghezza pari a 1.2 mm. Quest’ultima corrisponde ad un’impedenza di 25 Ohm.

1) Permette di realizzare un miglior adattamento d’impedenza grazie ad una rastrematura più graduale.

2) Minimizza fenomeni di mutuo accoppiamento con il tratto di cavo coassiale.

I due patch non sono stati ulteriormente avvicinati al bordo del PCB posto in x = 40 mm per semplificare una eventuale implementazione. Abbiamo poi un raccordo semicircolare che si connette ai due patch tramite due tratti di linea a microstriscia identici, paralleli e lunghi 4 mm. La larghezza di essi è uniforme e pari a 0.4 mm. Il raccordo è stato scelto di forma semicircolare per evitare brusche transizioni agli angoli. Quest’ultime infatti sarebbero state di difficile realizzazione con la tecnica di stampa su PCB utilizzata.

DETTAGLIO - --- --- - ---

DIMENSIONI FISICHE - [mm]

--- - ---

Lunghezza tratto della linea di alimentazione a microstriscia posto sotto il core del cavo coassiale.

(di larghezza uniforme e pari a 0.4 mm

corrispondente ad un’impedenza di 50 Ohm)

- 0.5

Lunghezza tratto della linea di alimentazione rastremato - 31.5

Distanza dei centri dei due patch dal lato del PCB posto in x=40 - 2.5

Distanza tra i centri dei due patch - 5

Larghezza dei due tratti di linea a microstriscia tra il raccordo semicircolare e i due patch rettangolari

0.4 Tab. 2.5 Dettagli della geometria dell’ array di Fig. 2.21.

L’ autore ha successivamente effettuato una serie di simulazioni in cui la distanza tra i centri dei due patch lungo l’asse Y, espressa dal parametro REMD (acronimo di Radiating Elements Mutual Distance), assume valori diversi. La geometria complessiva dell’array è stata invece mantenuta invariata.

L’intervallo ed il passo di variazione sono stati posti rispettivamente pari a [5.1 mm - 6 mm] e 0.1 mm.

Fig. 2.24 Andamento del valore del modulo del parametro S11 per REMD compreso tra 5.1mm e 6 mm.

Fig. 2.25 Andamento della direttività nel piano X-Z per REMD compreso tra 5.1 mm e 6 mm.

Confrontando le due figure Fig. 2.25 e Fig. 2.26 con la Fig. 2.9 si nota quanto segue:

1) Vi è, come previsto, un sensibile aumento della direttività massima rispetto al caso del singolo patch.

Fig. 2.26 Andamento della direttività nel piano Y-Z per REMD compreso tra 5.1 mm e 6 mm.