CAPITOLO 5

CAPITOLO 5

____________________________________________________________________ 88

Nei capitoli precedenti si sono analizzate le caratteristiche radiative di un dipolo operante in prossimità di due diverse strutture che, in bande di frequenza differenti, si comportano come piani di massa di tipo conduttore magnetico perfetto. In ogni struttura abbiamo alimentato il dipolo con due microstrisce accoppiate ed adattate all’ impedenza d’ingresso del dipolo, stimata ad un valore di 150 Ω nella prima struttura e di 170 Ω nella seconda.

In questo capitolo, invece, si e’ presa in considerazione la possibilità di alimentare il dipolo con una sorgente a 50 Ω.

Per entrambe le strutture l’impedenza d’ingresso del dipolo non e’ risultata essere 50 Ω; e’ sorto cosi’ il problema di adattare la sorgente al dipolo. Un modo per risolverlo e’ stato quello di individuare un punto lungo l’armatura del dipolo in cui l’impedenza d’ingresso presentata fosse 50 Ω. Una volta identificato, tale punto e’ stato usato per alimentarvi il dipolo con microstrisce accoppiate opportunamente dimensionate.

A differenza dei precedenti studi esposti nel capitolo 3 in cui era nota l’impedenza d’ingresso del dipolo e sono state dimensionate le linee di alimentazione, in questo capitolo abbiamo affrontato una problematica diversa. Infatti abbiamo selezionato un’alimentazione a 50 Ω e, variandone la posizione lungo il dipolo, abbiamo scelto quella che permetteva di avere un andamento del parametro S11 al di sotto di -15 dB.

Inizialmente, per ogni struttura, abbiamo provato a dimensionare le microstrisce accoppiate variandone la larghezza e la distanza ma non siamo arrivati al risultato prefissato poiche’ l’impedenza tra esse si manteneva alta gia’ per dimensioni delle linee troppo grandi rispetto al dipolo.

Di conseguenza abbiamo cambiato tipo di alimentazione utilizzando un cavo coassiale a 50 Ω.

Tale studio e’ stato fatto per entrambe le strutture ma, di seguito, abbiamo riportato solo il risultato relativo alla struttura caratterizzata da una successione di strati dielettrici in quanto per l’altra struttura non siamo riusciti a trovare un punto lungo l’armatura del dipolo che presentasse un’impedenza pari a 50 Ω.

Nei successivi paragrafi sara’ quindi presentato il disegno del cavo coassiale usato per le simulazioni e successivamente saranno riportati i risultati relativi al punto di inserzione del cavo coassiale in cui si verifica l’adattamento migliore.

5.1 – Disegno del cavo coassiale

In Figura 5.1 si riporta il disegno, all’interno del software, del cavo coassiale utilizzato per alimentare il dipolo.

____________________________________________________________________ 90

Figura 5.1 In Figura 5.1 si evidenzia:

- in rosso la calza esterna del cavo e l’anima interna le cui dimensioni sono rispettivamente: 0.26 cm e 0.03 cm lungo x e y; lungo z puo’ considerarsi infinitamente lungo in quanto adattato sia nella parte inferiore che superiore.

- in nero una terminazione, fornita dal software, che simula un carico adattato così che lungo z il cavo possa considerarsi infinito. Esso infatti è adattato nella parte inferiore dalla terminazione e nella parte superiore aderisce alle pareti del dominio su cui e’ imposta come condizione al contorno quella di PML.

- in giallo e’ rappresentato il dielettrico che riempie lo spazio tra l’ anima e la calza di costante dielettrica 4.6.

- in verde, attorno all’anima, il rettangolo attraverso cui viene fornita l’ alimentazione per induzione con un impulso a 3 GHz e banda a 3 dB di 15 GHz e con una durata temporale di 66 picosecondi.

- in blu i punti in cui vengono prelevati tensioni e correnti per il calcolo dell’impedenza.

Il dominio computazionale viene diviso da una mesh non-uniforme di

47 23 75× × elementi lungo le direzioni x, y, z. Su tutte le pareti del dominio si e’ imposto il PML come condizione assorbente.

In Figura 5.2 e’ riportato l’andamento dell’impedenza al variare della frequenza.

Figura 5.2

Come ci potevamo aspettare, l’impedenza ha un andamento costante con la frequenza di valore 50 Ω.

____________________________________________________________________ 92

5.2 – Risultati delle simulazioni

In Figura 5.3 si riporta il progetto complessivo del dipolo alimentato col cavo coassiale.

Figura 5.3

Rispetto al progetto di Figura 3.17 del CAPITOLO 3 e’ stata variata solo l’alimentazione, qui fornita dal cavo coassiale visto in Figura 5.1, e le dimensioni delle armature del dipolo che non sono piu’ di uguale lunghezza: quella di sinistra e’ lunga 45.5 mm mentre quella di destra 39 mm.

Il dominio, in questo caso, viene suddiviso con una mesh non-uniforme di 26 106 44× × elementi lungo le direzioni x, y, z.

In Figura 5.4 a), b) si riportano rispettivamente l’andamento del parametro S11 valutato all’interfaccia dipolo-linea di alimentazione e

un suo particolare dove se ne evidenzia l’ andamento al di sotto di -15 dB.

Figura 5.4 a)

____________________________________________________________________ 94

Dai grafici, soprattutto da quello di Figura 5.4 b) e’ evidente come la banda utile si estenda per 270 MHz tra 1.63 GHz e 1.9 GHz, evidenziando un picco di risonanza a 1.75 GHz. Rispetto al caso ideale studiato nel capitolo 4 (Figure 4.2 a), b)) si ha un

restringimento della banda e si accentua il picco di risonanza a frequenza piu’ alta; tale picco e’ probabilmente dovuto all’innesco di onde superficiali per la propagazione di modi d’ordine superiori.

In Figura 5.5 a), b), c), d) sono riportati rispettivamente l’andamento tridimensionale dei campi lontani e gli andamenti nei piani φ =0D ₍

piano xz), φ =90D _{(piano yz), e ϑ=90}D _{(piano xy).}

Figura 5.5 a) Figura 5.5 b): piano xz (φ =0D

)

Figura 5.5 c): piano yz (φ=90D

) Figura 5.5 d): piano xy (ϑ =90D

Dai grafici risulta evidente che gli andamenti trovati rispecchiano quelli teorici piu’ di quelli ottenuti alimentando il dipolo con le microstrisce accoppiate: innanzitutto nel piano xz (Figura 5.5 b)), si ha una irradiazione uniforme al variare di ϑ tra

(

)

positive e di intensita’ quasi costante; nel piano yz si ha sempre presenza di irradiazione lungo le z negative dovuta allo spessore d’aria tra il dipolo e la superficie ad alta impedenza; nel piano xy troviamo irradiazione uniforme lungo le x positive e negative: infatti lungo le x positive non si hanno piu’ le linee di alimentazione.

In Figura 5.6 viene graficato l’andamento del guadagno nei piani E e H al variare di ϑ .

____________________________________________________________________ 96

Nel piano E (piano yz), il guadagno massimo si ha per ϑ =0, ossia nella direzione delle z positive, e si mantiene positivo fino a ϑ =58D_.

Nel piano H (piano xz), ritroviamo la considerazione fatta sopra per la Figura 5.5 b): qui e’ ben evidenziato che per ϑ compreso nell’intervallo

(

)