• Antenne Vivaldi
• CST Microwave Studio
• radiotelescopio

Il presente elaborato riporta un’attività di studio, ricerca e simulazione, orientata alla possibilità di impiegare antenne planari, di tipo Vivaldi, come feed per i riflettori cilindro-parabolici del radiotelescopio “Croce del Nord”.
L’elaborato si inserisce nell’attività di ricerca condotta presso l’Istituto di Radioastronomia del CNR di Bologna e Medicina (BO), in accordo con il progetto Square Kilometer Array (SKA). Si tratta di un progetto internazionale che porterà, nella decade compresa fra il 2010 e il 2020, alla realizzazione di uno strumento di nuova generazione per applicazioni radioastronomiche. Questo nuovo strumento, data l’elevata sensibilità, sarà in grado di raccogliere onde radio emesse quando l’universo era ancora nelle prime fasi di vita.
Il progetto SKA prevede l’utilizzo di differenti tipi di riflettori, in modo da aumentare la superficie di raccolta e da poter coprire una banda di frequenze molto estesa, che va da 0.1 a 25 GHz (probabilmente suddivisa in sottobande denominate SKA-A1, SKA-A2, ...). In previsione che uno dei tipi di riflettori sia di forma cilindro-parabolica, come quelli presenti nella “Croce del Nord”, è stato avviato un progetto di upgrade di tale struttura in modo da incrementarne la versatilità e le caratteristiche. Ed è proprio in questa fase di upgrade del radiotelescopio “Croce del Nord” che si colloca il progetto qui descritto.
L’obiettivo principale di questo elaborato riguarda l’upgrade della linea focale dei riflettori cilindro-parabolici della “Croce del Nord”, la cui banda di funzionamento è pari a 16 MHz, centrata su una frequenza di 408 MHz. Vista la possibilità di utilizzare il radiotelescopio in una banda di frequenze più ampia, come ad esempio la SKA-A2, da 300 a 700 MHz, viene presentato uno studio relativo alla possibilità di utilizzo di antenne planari a banda larga, che vadano a sostituire gli attuali dipoli che formano la linea focale. In questo modo sarà possibile garantire il funzionamento del radiotelescopio su una banda pari a 400 MHz centrata sulla frequenza di 500 MHz.
A partire da uno studio delle caratteristiche principali di un radiotelescopio, nel primo capitolo, vengono riportate, nel secondo capitolo, le attuali caratteristiche del radiotelescopio “Croce del Nord”, con i risultati relativi a simulazioni dei riflettori del ramo N-S, eseguite dall’Istituto IEIIT del CNR di Torino.
Il terzo capitolo presenta una rassegna dei vari tipi di antenne Vivaldi, fin dalla loro prima presentazione, e ne descrive ampiamente le caratteristiche e il funzionamento, con particolare attenzione alle antenne Vivaldi antipodali bilanciate, utilizzate nella fase di progetto.
Nel quarto capitolo è presentata una procedura di progetto e studio di fattibilità, realizzata mediante l’utilizzo di un simulatore basato sul metodo delle differenze finite nel dominio del tempo (FDTD). In particolare, sono stati progettati due tipi di antenne Vivaldi antipodali bilanciate e i relativi array, basati su due diversi approcci proposti in letteratura. Sempre nel quarto capitolo sono presentati i risultati relativi alla variazione del centro di fase in funzione della frequenza (nella banda SKA-A2) dei singoli elementi Vivaldi.
Infine, nel quinto capitolo sono riportati i risultati relativi alle simulazioni di un riflettore cilindro-parabolico del ramo N-S, eseguite per mezzo di un codice basato sul metodo dell’Ottica Fisica. Sono stati confrontati i diagrammi di irradiazione del riflettore alimentato mediante: un singolo dipolo, l’intera linea focale formata da 64 dipoli, una sorgente tabulata Vivaldi antipodale bilanciata e una sorgente tabulata relativa ad un array di antenne Vivaldi antipodali bilanciate.
I risultati presentano buone possibilità di collocare elementi con prestazioni simili alle antenne Vivaldi simulate, ma non aventi le stesse dimensioni, le quali potrebbero non essere supportate dalla struttura attuale del radiotelescopio.