A. Maffucci, Laboratorio di Compatibilità Elettromagnetica 2005-2006
RICHIAMI DI PROPAGAZIONE RADIATA – CAMERA ANECOICA
Laboratorio di Compatibilità Elettromagnetica
Richiami di propagazione radiataLa camera anecoica
Antonio Maffucci
Università degli Studi di Cassino
Antonio Maffucci
D.A.E.I.M.I.Università degli Studi di Cassino
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RICHIAMI DI PROPAGAZIONE RADIATA – CAMERA ANECOICA
Emissioni radiate
Obiettivo: Controllo di una sorgente non intenzionale di campi elettromagnetici radiati
Problema: caratterizzare la sua capacità di trasmissione di campi elettromagnetici radiati
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Suscettività radiata
Obiettivo: Controllo del disturbo indotto sugli apparati da sorgenti intenzionali di campi elettromagnetici radiati
Problema: caratterizzare le sorgenti e l’accoppiamento con i circuiti
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Richiami sulla propagazione radiata e sulla teoria delle antenne
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Onde elettromagnetiche
le equazioni di Maxwell complete ammettono soluzioni viaggianti
t
t
∂∂
ε=×∇
∂∂
μ−=×∇
EH
HE
onde piane onde cilindriche onde sferiche
0H
H
0E
E
=∂∂
εμ+∇
=∂∂
εμ+∇
2
22
2
22
t
t
εμ=
1vvelocità di propagazione:
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Propagazione radiata
Alcuni aspetti critici:
il campo si trasmette in linea di principio in tutte le direzioni
il campo è fortemente influenzato dagli ostacoli, specialmente metallici (scattering)
è molto difficile caratterizzare l’ambiente elettromagnetico
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Antenne
sistemi di transizione tra propagazione libera e propagazione guidata
guida
trasmettitore antenna TX
guida
ricevitoreantenna RX
spaziolibero
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Antenne: parametri caratteristici
parametri circuitali:- impedenza di ingresso
trasmettitore antenna TX
inZ
parametri spaziali:- diagramma di radiazione - direttività- area efficace
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Antenne: alcuni esempi
array di bipoli (Yagi) antenna ad elica
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Antenne: alcuni esempi
Radio-telescopio (array lineare)
Microstrip Patch Antenna
grande variabilità di dimensioni, frequenze, potenze
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antenna TX
inZ
Antenne: impedenza di ingresso
resistenza diradiazione
antirrin jXRZ +=
reattanza
2IRP irr=
è un indice della capacità di irradiare
è un indice di disadattamento
I
irrR
antX
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Antenne: campo vicino e campo lontano
zona di campo lontano:2max, drr >>λλ>>
r
maxd
di solito la più stringente!
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Configurazione del campo lontano
fattore comune dipende dall’antenna
EH ×ζ
= r̂1
εμ
=ζ
),( ϕθ=β−
eEr
e rjλπ=ω=εμω=β /2/ v
r
E
r̂
Honda TEM
localmente
piana
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Campo lontano e campo vicino
campo lontanoonda TEM localmente piana
rapporto tra H e E uguale all’impedenza intrinseca ζla potenza è puramente attiva
E decade come 1/r
campo vicino simile al caso statico
onda non TEM
rapporto tra H e E diverso da ζ
la potenza presenta una componente reattiva
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Parametri spaziali ed energetici
vettore di Poynting
potenza irradiata
intensità di radiazione
re
S ˆ2
),(),,(
2
2
rr
ζϕθ
=ϕθ
ζϕθ
=ϕθ=ϕθ2
),(),,(),(
222 e
S rrIr
∫∫ ⋅ϕθ=S
dSrW nS ˆ),,(
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Potenza irradiata in zona lontana
è legata all’antenna (in particolare alla
distribuzione di corrente)
rϕθ,
intensità di radiazione ζϕθ
=ϕθ=ϕθ2
),(),,(),(
222 e
S rrIr
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Diagramma di irradiazione
descrive la distribuzione della densità dipotenza irradiata nelle varie direzioni
ζϕθ
=ϕθ=ϕθ2
),(),,(),(
222 e
S rrIr
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is
ant
P
Pd =
Direttività di un’antenna
potenza emessa dall’antenna
potenza emessa da un’antenna isotropa a parità di Imax
ad elevati valori di d corrisponde una capacità di irradiare tutta la potenza in poche direzioni
guida
trasmettitore antenna TX
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r
reff
PA
S=
Area efficace di un’antenna
potenza ricevuta dall’antenna
Vettore di Poynting in assenza di antenna
ad elevati valori di Aeff corrisponde una maggiore capacità di ricevere
guida
ricevitoreantenna RX
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Array di antenne
vengono utilizzati per:
- modificare il diagramma di irradiazione
- allargare la banda
),(),( ϕθϕθ=β−
Ar
e rj
eE
fattore di antenna
fattore di array
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Array di antenne: due antenne dipolari
2/λ
2/λ
fattore di array
fattore di antenna
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Misure di compatibilità sui disturbi radiati: la camera anecoica
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Emissioni e suscettività radiate (30 MHz – 1 GHz)
Emissione radiata: misura del livello dei campi elettromagnetici emessi dall’EUT
Suscettività radiate: misura dell’immunità dell’EUT ad una serie di disturbi radiati
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Misura delle emissione irradiate e prove di suscettività radiata
Occorre creare un ambiente di misura controllato:
- campo in zona lontana- assenza di riflessioni
In questo modo le misure sono riproducibili e possono essere codificate dalla normativa
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Camera anecoica
Ambiente in grado di realizzare una zona in cui l’attenuazione dei campi e la loro uniformità sia controllata
Per avere campo lontano è necessaria una distanza antenna-EUT, di almeno 3 metri.
Dimensioni tipiche dell’ordine di 10x6x6 m
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Camera semi-anecoica ed anecoica
- Semianecoica: Camera schermata con pareti e soffitto rivestiti di materiale assorbente per le onde elettromagnetiche ed il pavimento conduttore
- Anecoica: Come la semianecoica con pavimento assorbente
Assorbimento elettromagnetico:
- coni assorbenti, con altezza della piramide proporzionale a λ
- ferriti (10 x 10 cm), con buone prestazioni nel range (0.03-1) GHz
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Camera semi-anecoica di Cassino
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Camera semi-anecoica di Cassino
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Antenne per camera anecoica: antenna biconica e log-periodica
diagramma di irradiazione