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Le mutate esigenze operative delle forze armate stanno portando ad un cambiamento nell'utilizzo e nei requisiti dei sistemi di comunicazione installati a bordo dei mezzi militari, con particolare riferimento agli equipaggiamenti installati a bordo di droni e sottomarini. La necessità di trasmettere e ricevere flussi di dati sempre più elevati attraverso vettori satellitari è sempre più elevata, anche in considerazione del fatto che il Ministero della Difesa italiano ha ormai avviato il processo per la realizzazione di un nuovo sistema di telecomunicazioni satellitari che aggiungerà un innovativo payload nelle bande K-Ka a quello che opera nelle bande C-X già presente sui precedenti e attualmente impiegati sistemi satellitari SICRAL 1B e SICRAL 2. L'utilizzo di nuove frequenze comporta la necessità di installare nuovi equipaggiamenti a bordo dei mezzi militari, dove però la minimizzazione dei volumi e degli spazi occupati rappresenta un punto cruciale per garantire l'operatività degli assetti.
Il progetto “SABBXKA - Studio di un sistema di comunicazione SATCOM con antenna dual band X-Ka e radome multiuso” è un programma di ricerca tecnologica e militare incluso nel PNRM 2020 che mira a progettare e costruire un prototipo di sistema SATCOM completo, di dimensioni compatte, versatile e capace di operare contemporaneamente nelle bande K-Ka e C-X. Grazie alle sue dimensioni ridotte e alla sua versatilità, il sistema potrà essere utilizzato per molteplici applicazioni, ad esempio per il flusso di dati da e per veicoli sottomarini, terrestri, navali e aerei o per il controllo remoto di UAV (Unmanned Aerial Vehicles). Il progetto SABBXKA è gestito dall'ATS (Associazione Temporanea di Scopo) composta da DALLARA COMPOSITI S.r.l., azienda leader nell’ingegnerizzazione di componenti in composito che si occuperà della progettazione dei radomes, NAVISYSTEM MARINE ELECTRONIC S.r.l. e il Dipartimento di Ingegneria dell'Informazione del Università di Pisa, responsabili della progettazione dell'antenna.
Nella prima fase del progetto, avviata nel 2021, è stata progettata e ottimizzata un'antenna a doppio riflettore con configurazione di tipo ring focus e sistema di alimentazione coassiale self-supported che ha mostrato ottime potenzialità per il raggiungimento degli obiettivi progettuali. Grazie agli ottimi risultati della fase 1 è stata approvata la fase 2 del progetto, con l'obiettivo di realizzare un sistema prototipale ottimizzato al fine di verificare le reali prestazioni del sistema. Questa tesi si propone di studiare e progettare un due dispositivi fondamentali per la realizzazione del prototipo, nello specifico un trasduttore ortomodale coassiale e un filtro depolarizzatore coassiale che operino nelle bande C-X.
Il primo capitolo della tesi introduce lo stato dell'arte delle comunicazioni satellitari e discute i mezzi attraverso i quali il Ministero della Difesa italiano sta guidando la ricerca e lo sviluppo di nuove tecnologie nei settori di interesse militare. I risultati della fase 1 e gli obiettivi della fase 2 del progetto SABBXKA sono mostrati e discussi in questo capitolo.
Il Capitolo 2 tratta la progettazione di un trasduttore ortomodale (OrthoMode Transducer, OMT) coassiale operante nelle bande C-X. Partendo da un'attenta analisi dello stato dell'arte e dei requisiti di sistema, sia in termini di prestazioni che di vincoli dimensionali, viene riportato il progetto di un OMT coassiale con un ingresso coassiale e due uscite in guida d'onda rettangolare standard di tipo WR112. Il design definitivo è stato ottimizzato utilizzando un software di simulazione elettromagnetica e i risultati numerici sono riportati e discussi.
Nel Capitolo 3 viene affrontata la progettazione di un filtro depolarizzatore coassiale operante nelle bande C-X. A seguito di un'attenta analisi dello stato dell'arte e delle soluzioni presenti sul mercato, vengono definiti i requisiti di sistema in termini di prestazioni e vincoli dimensionali. Il progetto di un filtro depolarizzante con porte di ingresso e uscita coassiali con viti di tuning simmetriche è riportato in dettaglio. Il capitolo si conclude con la presentazione e discussione dei risultati numerici del progetto ottimizzato.
Nei capitoli 4 e 5 l'intero sistema radiante, compresi i due dispositivi a microonde progettati e presentati nei capitoli 2 e 3, viene simulato attraverso un software di simulazione elettromagnetica e i risultati numerici vengono riportati e discussi. La struttura progettata mostra grandi potenzialità e si presenta come una soluzione altamente innovativa e performante nel campo delle antenne per comunicazioni satellitari.

The new operational needs of the armed forces are leading to a mutation in the use and requirements for communication systems installed on board military assets, with particular reference to equipment installed on board drones and submarines. The need to transmit and receive ever higher data flows through satellite carriers is increasingly pressing, also in view of the fact that the Italian Ministry of Defense has now started the process for the deployment of the new satellite telecommunications system, which will add an innovative payload in the K-Ka bands to the payload in the C-X bands already present on the previous and currently deployed SICRAL 1B and SICRAL 2 satellite systems. The use of new frequencies thus recalls the need to install new equipment on board military assets, where, however, minimization of volumes and occupied spaces is a key point in ensuring the operability of the assets.
The project “SABBXKA - Study of the X-Ka Dual Band Antenna Satcom System with different radomes designed for specific environments or platforms” is a technology research program included in the PNRM 2020 that aims to design and build a complete SATCOM prototype, compact in size, versatile and capable of operating simultaneously in the K-Ka and C-X frequency bands. Due to its small size and versatility, the system can be used for multiple applications, for example, for the flow of data with submarine, ground, naval and aerial vehicles or for the remote control of UAVs (Unmanned Aerial Vehicles). The SABBXKA project is managed by the ATS (Temporary Scope Association) composed by DALLARA COMPOSITI S.r.l., leading company in engineering of composite components who is in charge of the design of the radomes, NAVISYSTEM MARINE ELECTRONIC S.r.l., and the Department of Information Engineering of the University of Pisa, who are in charge of the design of the antenna.
During the first phase of the project, a dual reflector antenna with a ring focus configuration and a self-supported coaxial feed system has been chosen and optimized to the point of showing excellent potential for the purposes introduced. Thanks to the excellent results of the phase 1, the phase 2 of the project has been approved with the objective of the creation and optimization of a prototype system with the aim of verifying the real performance of the system. This thesis aims to study and design a coaxial OMT and a coaxial polarizer that operate at the C-X bands, for the realization and characterization of the final prototype system.
The first chapter of the thesis introduces the state-of-the-art of satellite communications and discusses the means through which the Italian Ministry of Defense is leading the research and development of new technologies in the sector with military interest. The results of phase 1 and the objectives of phase 2 of the SABBXKA project are showed and discussed in this chapter.
Chapter 2 deals with the design of a coaxial OrthoMode Transducer (OMT) operating in the C-X bands. Starting from a careful analysis of the state of the art and of the system requirements, in terms of both performance and available volume, the design of a coaxial OMT with one coaxial input and two standard WR112 rectangular waveguide outputs is reported. The final design has been optimized by using electromagnetic simulation software, and the numerical results are showed and discussed.
In Chapter 3, the design of a coaxial Polarizer in the C-X bands is addressed. Following a careful analysis of the state of the art and solutions on the market, the system requirements are defined in terms of performance and size constraints. The design of a depolarizing filter with coaxial input/output ports and exploiting a series of symmetrical tuning screws is detailed. The chapter ends with the presentation of numerical results of the optimized design.
In Chapters 4 and 5, the entire radiating system, including the two microwave devices designed and presented in Chapters 2 and 3, is simulated using electromagnetic simulation software, and the results are reported and discussed. The designed structure shows great potential and is presented as a highly innovative and high-performance solution in the field of the antennas for satellite communications.