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Tesi etd-06272007-114225


Thesis type
Tesi di laurea vecchio ordinamento
Author
La Porta, Stefano
URN
etd-06272007-114225
Title
Antenne a risonatore dielettrico in banda Ku
Struttura
INGEGNERIA
Corso di studi
INGEGNERIA DELLE TELECOMUNICAZIONI
Commissione
Relatore Prof. Nepa, Paolo
Relatore Prof. Manara, Giuliano
Parole chiave
  • risonatori dielettrici
  • AIA
  • DR
  • RDRA
  • DRA
  • antenne a risonatore dielettrico
  • harmonic suppression
  • antenne attive integrate
  • soppressione di armonica
  • active integrated antenna approach
  • harmonic tuning
  • input impedance
  • harmonic control
  • controllo dell'impedenza d'ingresso
Data inizio appello
19/07/2007;
Consultabilità
parziale
Data di rilascio
19/07/2047
Riassunto analitico
In un sistema convenzionale, l&#39;antenna è tipicamente progettata separatamente e connessa all&#39;amplificatore attraverso un&#39;interconnessione. Quando sistemi multipli che lavorano a frequenze contigue si trovano fisicamente vicini, si verifica un aumento del problema dell&#39;interferenza elettromagnetica (ElectroMagnetic Interference - EMI). Per porvi rimedio, tra l&#39;amplificatore e l&#39;antenna è spesso posizionato un filtro per ridurre l&#39;emissione indesiderata. Tradizionalmente, questi componenti sono progettati con un&#39;impedenza d&#39;ingresso e di uscita di 50ohm e connessi insieme. Questo metodo convenzionale funziona bene alle basse frequenze e quando le specifiche di progetto del sistema non sono troppo vincolanti. Comunque, alle alte frequenze, le interconnessioni generano delle perdite e possono persino irradiare ed accoppiarsi con altri elementi. Ciò comporta un peggioramento delle prestazioni del sistema anche nel caso in cui ciascun componente rispetti le specifiche. Una tecnica per ridurre questo problema è l&#39;Active Integrated Antenna Approach. L&#39;espressione &#34;antenna attiva integrata&#34; (Active Integrated Antenna - AIA) indica che gli elementi passivi dell&#39;antenna e la circuiteria attiva sono integrati sullo stesso substrato. In questo metodo infatti l&#39;amplificatore e l&#39;antenna sono combinati per formare una singola unità. L&#39;antenna può fungere quindi da filtro, rete d&#39;adattamento in uscita e per l&#39;harmonic tuning, oltre a comportarsi da carico ed elemento radiante. Un aspetto chiave è che i componenti circuitali non sono terminati su 50ohm, ma piuttosto su quei valori che ottimizzano le prestazioni del sistema. La scelta dell&#39;antenna è di un&#39;importanza cruciale in tale approccio. Tipicamente, quando si considera un&#39;antenna, il progettista è interessato alle caratteristiche dell&#39;antenna alla sola frequenza di lavoro del sistema. Quando, però, l&#39;antenna è usata per l&#39;harmonic tuning, dapprima si determina la frequenza di risonanza e, successivamente, devono essere considerate le caratteristiche dell&#39;antenna su un ben più vasto range di frequenze. Soprattutto la scelta dell&#39;impedenza d&#39;ingresso costituisce una parte cruciale della progettazione dell&#39;antenna. Innanzitutto, questo significa che l&#39;impedenza d&#39;ingresso alla frequenza fondamentale dovrebbe essere vicina all&#39;impedenza d&#39;uscita ottima (che massimizza cioè la PAE o la Pout) dell&#39;amplificatore. In più, l&#39;antenna dovrebbe presentare una terminazione puramente reattiva alle armoniche superiori (seconda e terza armonica). Le AIA &#34;tipo amplificatore&#34; vengono generalmente integrate in una struttura ad array per aumentare la capacità di gestire potenza. Le antenne di tipo planare costituiscono una buona scelta per minimizzare le interconnessioni, perchè sono adatte ad un&#39;integrazione diretta con l&#39;alimentazione tramite microstriscia o CPW (CoPlanar Waveguide). Esse possono essere inoltre fabbricate direttamente con il circuito dell&#39;amplificatore. Gli elementi radianti generalmente considerati nella costruzione di tali array sono dipoli filari o microstrisce. In alternativa a dipoli e microstrisce si possono utilizzare risonatori dielettrici (Dielectric Resonator - DR).<br>Simulazioni numeriche e risultati sperimentali mostrano che essi possono produrre diagrammi di irradiazione favorevoli e sono compatibili sia con linee di alimentazione coassiali che a microstriscia. In confronto ad elementi radianti a microstriscia, i DR hanno una migliore efficienza di radiazione ed operano su bande più larghe. Un&#39;eccezionale proprietà delle antenne DR è la loro bassa perdita. A frequenze dell&#39;ordine delle microonde, le perdite a cause dello skin effect su antenne a microstriscia possono diventare significative. Di contro, non ci sono conduttori presenti nelle antenne DR e le perdite in un dielettrico sono molto minori di quelle in un conduttore. Esistono essenzialmente tre tipi di antenne DR: cilindriche, semisferiche e rettangolari. Le antenne DR rettangolari (Rectangular Dielectric Resonator Antenna - RDRA) offrono vantaggi pratici alquanto notevoli rispetto a quelle cilindriche o sferiche. Per esempio, la degenerazione del modo può essere evitata nel caso di RDRA tramite un&#39;appropriata scelta delle tre dimensioni del risonatore. Si può notare che la degenerazione del modo si verifica sempre nel caso di DRA sferica e nel caso di modi ibridi di DRA cilindrica. La degenerazione del modo può aumentare i livelli cross-polari di un&#39;antenna, limitando così le sue prestazioni. Inoltre, per una data frequenza di risonanza, due rapporti dimensionali di una RDRA (altezza/lunghezza e larghezza/lunghezza) possono essere scelti indipendentemente. Poichè la larghezza di banda di una DRA dipende anche dai suoi rapporti dimensionali, una RDRA fornisce maggiore flessibilità in termini di controllo della banda.
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