CARATTERIZZAZIONE DI ANTENNE CARATTERIZZAZIONE DI ANTENNE IN GUIDA D’ONDA PER VERIFICHE IN GUIDA D’ONDA PER VERIFICHE

DI SUSCETTIBILITÀ RADIATADI SUSCETTIBILITÀ RADIATA

Università degli Studi di Perugia

Dipartimento di Ingegneria Industriale

Polo Scientifico e Didattico di Terni

LABORATORIO LABORATORIO CEMCEM

Strada di Pentima 4, 05100 TerniE. Cardelli, A. De Meis, A. Faba, F. Tissi

faba@unipg.it – labcem@unipg.it

LABORATORIO CEMLABORATORIO CEM Qualifiche EMC Attività “Pre-Compliance” Realizzazione di set-up “Custom” Verifiche di Efficienza di Schermatura Analisi FEM Verifiche di Sicurezza Elettrica Verifiche esposizioni ai C.E.M.

LABORATORIO CEM LABORATORIO CEM QUALIFICA EMC DELL’ELETTRONICA QUALIFICA EMC DELL’ELETTRONICA DI DI AMS-02AMS-02

AALFALFAMMAGNETICAGNETICSSPECTROMETERPECTROMETER

DAL 19 MAGGIO DAL 19 MAGGIO 2011 SULLA ISS2011 SULLA ISS

56 ISTITUZIONI56 ISTITUZIONI16 PAESI16 PAESI

LABORATORIO CEM LABORATORIO CEM QUALIFICA EMC DELL’ELETTRONICA QUALIFICA EMC DELL’ELETTRONICA DI DI AMS-02AMS-02

ALCUNE DELLE ALCUNE DELLE FASI DI FASI DI QUALIFICA QUALIFICA EMCEMC DELL’ELETTRONIDELL’ELETTRONICADI CADI AMS-02AMS-02 REALIZZATE REALIZZATE PRESSO IL PRESSO IL LABORATORIO LABORATORIO CEMCEM

LABORATORIO CEM LABORATORIO CEM RIFERIMENTO A DIFFERENTI NORMATIVE RIFERIMENTO A DIFFERENTI NORMATIVE E SPECIFICHE E SPECIFICHE

Qualifiche EMC di apparati utilizzati in ambiente: residenziale, commerciale, industriale, avionico, navale, spaziale e militare.

MIL-STD-461

RTCA-DO160

ETSI-EN

DIRETTIVE EMC

SSP

CEI-EN

IEEE-STD

REQUISITI “CUSTOM”

LABORATORIO CEM LABORATORIO CEM RIFERIMENTO A DIFFERENTI NORMATIVE RIFERIMENTO A DIFFERENTI NORMATIVE E SPECIFICHE E SPECIFICHE

EVOLUZIONE E ED ADEGUAMENTO DELLE EVOLUZIONE E ED ADEGUAMENTO DELLE PROCEDUREPROCEDURE

UTILIZZO DI SOFTWARE DI TIPO “OPEN UTILIZZO DI SOFTWARE DI TIPO “OPEN SOURCE” PER IL CONTROLLO AUTOMATIZZATO SOURCE” PER IL CONTROLLO AUTOMATIZZATO DELLA STRUMENTAZIONEDELLA STRUMENTAZIONE

PROGETTO E REALIZZAZIONE DI ELEMENTI PROGETTO E REALIZZAZIONE DI ELEMENTI ACCESSORI ACCESSORI

- RETI DI ACCOPPIAMENTO RETI DI ACCOPPIAMENTO - RETI DI STABILIZZAZIONE DELL’IMPEDENZA RETI DI STABILIZZAZIONE DELL’IMPEDENZA DI LINEADI LINEA- SISTEMI DI GENERAZIONE DI TRANSIENTI ED SISTEMI DI GENERAZIONE DI TRANSIENTI ED IMPULSIIMPULSI- ANTENNE AD ELEVATO GUADAGNOANTENNE AD ELEVATO GUADAGNO

PROGETTO E REALIZZAZIONE DI ANTENNE HORN IN PROGETTO E REALIZZAZIONE DI ANTENNE HORN IN GUIDA D’ONDA GUIDA D’ONDA

Amplificatore

Generatore di Segnali

EUT

Antenna Horn in Guida d’onda

TEST DI SUSCETTIBILITÀ RADIATATEST DI SUSCETTIBILITÀ RADIATANECESSITÀ DI GENERARE NECESSITÀ DI GENERARE CAMPI CAMPI ELEVATIELEVATI

Tipicamente1 m

Campi elettrici fino a qualche migliaio di V/m

PROGETTO E REALIZZAZIONE DI ANTENNE HORN IN PROGETTO E REALIZZAZIONE DI ANTENNE HORN IN GUIDA D’ONDA GUIDA D’ONDA

TipologiaBanda di frequenza

(GHz)

a(mm)

b(mm)

WR650 1.12-1.70 165.10 82.55

WR510 1.45-2.20 129.54 64.77

WR430 1.70-2.60 109.22 54.61

WR340 2.20-3.30 86.36 43.18

WR284 2.60-3.95 72.14 34.04

WR229 3.30-4.90 58.17 29.08

WR187 3.95-5.85 47.549 22.149

WR159 4.90-7.05 40.386 20.193

WR137 5.85-8.20 34.849 15.799

WR112 7.05-10.0 28.499 12.624

WR90 8.20-12.4 22.860 10.16

WR75 10.0-15.0 19.050 9.525

WR62 12.4-18.0 15.799 7.899

Dimensioni standard guide d’onda

b1 ba

a1

lh

le

l

l

PROGETTO E REALIZZAZIONE DI ANTENNE HORN IN PROGETTO E REALIZZAZIONE DI ANTENNE HORN IN GUIDA D’ONDA GUIDA D’ONDA

1 m

1.1-1.7 1.7-2.6 2.6-3.9 3.9-5.8 5.8-8.2 8.2-12.4 12.4-18

f[GHz]

SONO DISPONIBILI COMMERCIALMENTE ANTENNE SONO DISPONIBILI COMMERCIALMENTE ANTENNE HORN IN GUIDA DI VARIE DIMENSIONI E HORN IN GUIDA DI VARIE DIMENSIONI E CARATTERISTICHE.CARATTERISTICHE.

PER IL LABORATORIO CEM SI STA SVILUPPANDO PER IL LABORATORIO CEM SI STA SVILUPPANDO INTERNAMENTE UN INTERNAMENTE UN SET PERSONALIZZATO DI SET PERSONALIZZATO DI ANTENNEANTENNE. IL GUADAGNO D’ANTENNA VIENE . IL GUADAGNO D’ANTENNA VIENE MASSIMIZZATO CON LUNGHEZZA MAX PARI A 1 METRO.MASSIMIZZATO CON LUNGHEZZA MAX PARI A 1 METRO.

APPROCCIO ANALITICO APPROCCIO ANALITICO

[ 1 ] K. T. Selvan, “Accurate Design Method for Optimum Gain Pyramidal Horns”, Electronics Letters, Vol. 35, No. 4, p. 249 – 250, 1999.

L’OTTIMIZZAZIONE IN TERMINI DI GUADAGNO DI ANTENNE HORN L’OTTIMIZZAZIONE IN TERMINI DI GUADAGNO DI ANTENNE HORN PIRAMIDALI SI OTTIENE ATTRAVERSO LA RISOLUZIONE DI UN’ PIRAMIDALI SI OTTIENE ATTRAVERSO LA RISOLUZIONE DI UN’

EQUAZIONE DI 4° GRADOEQUAZIONE DI 4° GRADO

b b1

Ie

pe

I1

e

h

lb

la

baG

2

3

464.6

1

1

211

1

12

1

11

a

aalp

b

bblp

h

e

03

2

3

2 21

31

41 ggbbbb

464.6

2Gg

11 b

ga

APPROCCIO ANALITICO APPROCCIO ANALITICO

E’ POSSIBILE RISOLVERE L’EQUAZIONE DI 4° GRADO IN FORMA E’ POSSIBILE RISOLVERE L’EQUAZIONE DI 4° GRADO IN FORMA CHIUSA OTTENENDO LA SEGUENTE SOLUZIONECHIUSA OTTENENDO LA SEGUENTE SOLUZIONE

[ 2 ] M. Abramowitz, I. A. Stegun, “Handbook of mathematical functions with formulas, graphs and mathematical tables”, Dover, New York, 9° edn., pp. 17-18.

2

4 2211

1

zzzb

23

2

4

42

1221

2

1

2

1

ug

uz

ubb

z

11 b

ga

31233

123

1 rrqrrqu

222

3

2

3

1

49

2

bagr

abggq

464.6

2Gg

APPROCCIO ANALITICO - RISULTATI APPROCCIO ANALITICO - RISULTATI

AntennaBanda di frequenza

(GHz)

a1(mm)

b1(mm)

l(mm)

G*(dB)

1 1.12-1.7 986 777 1000 18.4

2 1.7-2.6 784 622 1000 20.1

3 2.6-3.95 625 498 1000 21.8

4 3.95-5.85 501 401 1000 23.5

5 5.85-8.2 409 327 1000 25.2

6 8.2-12.4 342 275 1000 26.6

7 12.4-18.0 277 224 1000 28.3

* il guadagno G è calcolato per l’estremo inferiore di banda

APPROCCIO NUMERICO FEM APPROCCIO NUMERICO FEM

SolutoreFEBI

(Finite Element – Boundary integral)

Eccitazione Wave Port

Condizioni al contorno

Radiating Only

Processore Intel© Xeon 2.27 GHz

RAM 48 Gb

Sistema 64 Bit

HFSS© - 14.0

APPROCCIO ANALITICO E NUMERICO - CONFRONTOAPPROCCIO ANALITICO E NUMERICO - CONFRONTO

0

5

10

15

20

25

30

0 2 4 6 8 10

Gu

adag

no

[dB

]

f [GHz]

Calcoli Analitici

Calcoli FEM

DIAGRAMMA D’IRRADIAZIONE @ 8.2 GHZ (WR90)DIAGRAMMA D’IRRADIAZIONE @ 8.2 GHZ (WR90)

G = 17.8 dBApertura 24° @3dB

G = 26.8 dBApertura 10° @3dB

Antenna a disposizione

Antenna ottimizzata

CAMPO ELETTRICO A 1 METRO (APPROSSIMAZIONE CAMPO ELETTRICO A 1 METRO (APPROSSIMAZIONE FAR FIELD)FAR FIELD)

1 m

1.1-1.7 1.7-2.6 2.6-3.9 3.9-5.8 5.8-8.2 8.2-12.4 12.4-18

f[GHz]

E [V/m]

CAMPO ELETTRICO A 1 METRO (MISURE - CALCOLI CAMPO ELETTRICO A 1 METRO (MISURE - CALCOLI PREVISIONALI)PREVISIONALI)

Antenna non ottimizzata

Con antenne ottimizzate si prevede la generazione di campi pari a più del doppio degli attuali

Misuratore di campo

CONCLUSIONICONCLUSIONI

IL MIGLIORAMENTO DELLE PRESTAZIONI DI UN IL MIGLIORAMENTO DELLE PRESTAZIONI DI UN LABORATORIO DI COMPATIBILITÀ LABORATORIO DI COMPATIBILITÀ ELETTROMAGNETICA PASSA ANCHE ATTRAVERSO ELETTROMAGNETICA PASSA ANCHE ATTRAVERSO IL PROGETTO E LA REALIZZAZIONE INTERNA DI IL PROGETTO E LA REALIZZAZIONE INTERNA DI NUOVE SOLUZIONINUOVE SOLUZIONI

NEL CASO PRESENTATO RELATIVO NEL CASO PRESENTATO RELATIVO ALL’OTTIMIZZAZIONE DI ANTENNE HORN IN GUIDA ALL’OTTIMIZZAZIONE DI ANTENNE HORN IN GUIDA D’ONDA SI E’ DIMOSTRATO COME ATTRAVERSO GLI D’ONDA SI E’ DIMOSTRATO COME ATTRAVERSO GLI OPPORTUNI STRUMENTI DI CALCOLO E’ POSSIBILE OPPORTUNI STRUMENTI DI CALCOLO E’ POSSIBILE OTTENERE MIGLIORAMENTI CON UN LIMITATO OTTENERE MIGLIORAMENTI CON UN LIMITATO IMPIEGO DI RISORSEIMPIEGO DI RISORSE