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Sistemi front-end a RF di tipo imaging per applicazioni satellitari avanzate 1 Fabio Pelorossi Relatore: Fabrizio Frezza Correlatore: Dr. Piero Angeletti.

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1 Sistemi front-end a RF di tipo imaging per applicazioni satellitari avanzate 1 Fabio Pelorossi Relatore: Fabrizio Frezza Correlatore: Dr. Piero Angeletti (ESA – ESTEC) Anno accademico 2010/2011

2 2 S viluppo di un software MATLAB dedicato per la simulazione di una struttura innovativa dantenna ibrida per applicazioni satellitari D imensionamento ottimo ed analisi elettromagnetica della struttura proposta A pplicazione della teoria interferometrica al sistema dantenna per impieghi radiometrici Obiettivi:

3 Svantaggi dei phased array molto estesi: peso scarsa integrazione grating lobes 3 Problemi aperti: Moderni sistemi satellitari: risoluzione spaziale elevata: ampie aperture scansione elettronica del fascio: phased array costo elevato della missione Idea: combinare array più compatti con luso di sistemi a riflettore approccio ibrido Satellite Giove-A

4 Sistema proposto: Due riflettori paraboloidali ad apertura circolare + array circolare array riflettore secondario riflettore primario Rappresentazione del campo secondo raggi: approssimazione di ottica geometrica. Doppio riflettore: soluzione più ingombrante, ma più economica Paraboloidi: Capacità di focalizzazione totale Trasformazione onda piana->onda sferica->onda piana Redistribuzione del campo su unarea magnificata 4

5 5 Sistema proposto: Magnificazione tra piani coniugati Valori tipici di M: tra 2 e 4 Riproduzione di un direct radiating array magnificato sul piano dapertura Array ed apertura principale su piani coniugati Offset: minimizzazione del bloccaggio Configurazione gregoriana (riflettori concavi)

6 Il software di G.O.: inputs e outputs 6 Disegno Pattern scalari Pattern con polarizzazione Ottica geometrica (G.O.): teoria di approssimazione tramite raggi e tubi di flusso valida ad alte frequenze Studio dellimaging Impatto delle aberrazioni

7 7 Scan ed aberrazioni: Focalizzazione non perfetta: caustiche Regione caustica Illuminazione del riflettore principale variabile Scan: raggi NON paralleli allasse dei paraboloidi ( condizione boresight)

8 8 Scan ed aberrazioni: Distribuzione dei raggi sul piano dapertura su un reticolo distorto Percorso ottico non costante tra array e apertura per i raggi: incoerenza di fase vale solo per piccoli angoli di scan! La direzione del beam dantenna non è ben definita! Percorso ottico non costante tra array e apertura per i raggi: incoerenza di fase

9 9 Pattern:

10 10 Diagramma polare di copertura: Raccolta dati Copertura desiderata: 8° da GEO Beam Tracking Function: Interpolazione Dipendenza da M Dipendenza da f/d Scostamenti crescenti con M e f/d Adattamento del phased array

11 11 -3dB Scan piano verticale: incrementi di 4° nello scan dellarray

12 12 Scan piano diagonale: Comparazione caso ideale/ caso reale: Beam Tracking Function (B.T.F.)

13 13 Scan piano orizzontale: Caso reale (B.T.F.) -3dB

14 14 Dimensionamento ottimo: Riflettore secondario sovradimensionato asimmetricamente sul piano verticale Riflettore primario ritagliato per la piena illuminazione in caso boresight

15 15 Polarizzazione: confronto tra pattern scalare (blu) e componente copolare (rosso) Tapering e polarizzazione: Cross-polarizzazione: la configurazione è offset Tapering: distribuzione non uniforme dei raggi che rappresentano il campo riduzione dei side-lobes incremento della beamwidth

16 16 Ottica fisica (P.O.): Meshing in tanti scatteratori elementari:Contributo totale da tutte le combinazioni di accoppiamento Teoria più precisa e necessità di un software più complesso G.O. rosso P.O. blu Necessità di un numero elevato di piastrine elementari Verifica di una migliore corrispondenza con riflettori più piccoli Lavoro futuro?

17 17 Un radiometro misura la radiazione elettromagnetica emessa dalla materia Radiometri interferometrici: Qualsiasi oggetto emette radiazione elettromagnetica in funzione della propria temperatura fisica Con la tecnica interferometrica i segnali misurati da singoli elementi di ricezione dellarray vengono cross-correlati per produrre immagini con una maggiore risoluzione spaziale rispetto ad uno strumento classico Grazie a tale tecnica non è più necessaria la scansione (meccanica o elettrica) perché l'algoritmo di ricostruzione delle immagini produce una mappa di tutto il campo di vista delle antenne singole Satellite SMOS analisi elettromagnetica da feed singoli

18 18 Pattern interferometrici: Si dimostra che, con la tecnica interferometrica: per lo scenario ricostruito corrisponde allantenna pattern

19 19 Pattern interferometrici: Compromesso sulla finestra di stima guadagno in risoluzione!

20 20 Conclusioni: dimostrare un esempio di dimensionamento ottimo Verificare con successo lapplicazione dei principi interferometrici, dimostrandone i vantaggi in termini di risoluzione spaziale Attraverso lo sviluppo di un software dedicato si è potuto: S volgere unanalisi elettromagnetica approfondita, con gli approcci teorici di G.O. e P.O., che ha permesso, tra laltro, di: identificare, catalogare e predire le non idealità del sistema Ottenere uno strumento generale per lo studio di unavanzata struttura dantenna Future evoluzioni: Ottimizzazione dellapproccio P.O. Studio di comparazione con le prestazioni di SMOS

21 21 GRAZIE PER LATTENZIONE


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