Novas técnicas para a síntese de antenas duplo-refletoras circularmente simétricas com o controle de iluminação na abertura
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Data de Publicação: | 2023 |
Tipo de documento: | Tese |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Repositório Institucional da UFMG |
Texto Completo: | http://hdl.handle.net/1843/58726 |
Resumo: | Para sistemas de comunicação sem fio com alto desempenho, o uso de antenas duplo-refletoras modeladas pode ser uma opção atrativa. A modelagem de refletores permite a redistribuição desejada de iluminação na abertura, provendo um diagrama de radiação mais eficiente. Nas últimas décadas, as técnicas para sintetizar refletores circularmente simétricos foram exaustivamente investigadas. Baseiam-se nos princípios da Óptica Geométrica (GO) e na avaliação numérica de equações diferenciais ou no emprego de seções cônicas, porém com fase uniforme na abertura. Assim, o desenvolvimento de formulações para a síntese de antenas refletoras com o controle simultâneo de amplitude e fase na abertura torna-se uma nova classe de problemas a serem investigados. Neste contexto, a presente tese apresenta novas técnicas para sintetizar antenas duplo-refletoras circularmente simétricas baseadas nas configurações de eixo deslocado e naquelas que possuem cobertura omnidirecional. Para tal, foram desenvolvidos algoritmos iterativos fundamentados nos princípios da GO, utilizando a concatenação contínua de seções cônicas para representar as duas geratrizes modeladas. Diferentemente dos trabalhos disponíveis na literatura, aqui a geratriz do refletor principal modelado é sempre descrita por elipses, provendo o controle de amplitude e fase do campo na abertura. Relata-se que as geometrias sintetizadas foram analisadas pelo Método dos Momentos (MoM), validando as novas técnicas. Inicialmente, as antenas foram modeladas com fase uniforme na abertura, ilustrando com sucesso a funcionalidade dos procedimentos. Para cada caso, um estudo de convergência numérica foi realizado para avaliar a acurária dos algoritmos de síntese propostos. Como esperado, verificou-se que as taxas de erro diminuem quando o número de cônicas aumenta. Em seguida, foram propostas novas formulações para a síntese das distribuições de fase não uniforme na abertura a fim de prover, segundo os princípios da GO, diagramas de topo plano, isoflux e cossecante-ao-quadrado. Para validar as fases não uniformes, o campo elétrico na região de campo distante foi obtido empregando o Método da Abertura. Consequentemente, foi possível sintetizar as presentes antenas com as fases não uniformes, demonstrando que as mesmas produziram as especificações desejadas de iluminação na abertura. |
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Inicialmente, as antenas foram modeladas com fase uniforme na abertura, ilustrando com sucesso a funcionalidade dos procedimentos. Para cada caso, um estudo de convergência numérica foi realizado para avaliar a acurária dos algoritmos de síntese propostos. Como esperado, verificou-se que as taxas de erro diminuem quando o número de cônicas aumenta. Em seguida, foram propostas novas formulações para a síntese das distribuições de fase não uniforme na abertura a fim de prover, segundo os princípios da GO, diagramas de topo plano, isoflux e cossecante-ao-quadrado. Para validar as fases não uniformes, o campo elétrico na região de campo distante foi obtido empregando o Método da Abertura. Consequentemente, foi possível sintetizar as presentes antenas com as fases não uniformes, demonstrando que as mesmas produziram as especificações desejadas de iluminação na abertura.For high-performance wireless communication systems, the use of shaped dual-reflector antennas can be an attractive option. Reflector shaping allows for the desired redistribution of illumination at the aperture, providing a more efficient radiation pattern. In the last decades, the techniques to synthesize circularly symmetric reflectors have been exhaustively investigated. They are based on the principles of Geometrical Optics (GO) and on the numerical evaluation of differential equations or on the use of conic sections, but with a uniform phase in the aperture. Thus, the development of formulations for the synthesis of reflector antennas with simultaneous control of amplitude and phase at aperture becomes a new class of problems to be investigated. In this context, this thesis presents new techniques to synthesize circularly symmetric dual-reflector antennas based on axis-displaced configurations and those that have omnidirectional coverage. For such, iterative algorithms were developed based on the principles GO, using the continuous concatenation of conic sections to represent two shaped generatrices. Differently from the works available in the literature, here the shaped main-reflector generatrix is always described by ellipses, providing simultaneous control of amplitude and phase of the aperture’s GO field. It is reported that the shaped geometries were analyzed by Method of Moments (MoM), validating the new techniques. Initially, the antennas were shaped with uniform phase over the aperture, successfully illustrating the functionality of the procedures. For each case, a numerical convergence study was carried to evaluate the accuracy of the proposed shaping algorithms. As expected, it was found that error rates decrease when the number of conics increases. Next, new formulations were proposed for the synthesis of non-uniform phase distributions at the aperture in order to provide, according to the GO principles, flat-top, isoflux and cosecant-squared patterns. To validate the non-uniform phase, the electric field in the far-field was obtained using the Aperture Method (Ap-M). Consequently, it was possible to synthesize the present antennas with non-uniform phases, demonstrating that they produced the desired specifications at the aperture.CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível SuperiorporUniversidade Federal de Minas GeraisPrograma de Pós-Graduação em Engenharia ElétricaUFMGBrasilENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICAEngenharia elétricaAntenas refletorasÓptica geométricaSeções cônicasAntenas duplo-refletoras circularmente simétricasFase não uniformeÓptica geométricaRefletores modeladosSeções cônicasNovas técnicas para a síntese de antenas duplo-refletoras circularmente simétricas com o controle de iluminação na aberturainfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UFMGinstname:Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG)instacron:UFMGORIGINALPDFA_Tese_Tcharles_V_B_Faria.pdfPDFA_Tese_Tcharles_V_B_Faria.pdfapplication/pdf20219469https://repositorio.ufmg.br/bitstream/1843/58726/1/PDFA_Tese_Tcharles_V_B_Faria.pdf828a10a7c3e55eb0b780f10269c8f92fMD51LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-82118https://repositorio.ufmg.br/bitstream/1843/58726/2/license.txtcda590c95a0b51b4d15f60c9642ca272MD521843/587262023-09-15 15:04:37.425oai:repositorio.ufmg.br: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ório de PublicaçõesPUBhttps://repositorio.ufmg.br/oaiopendoar:2023-09-15T18:04:37Repositório Institucional da UFMG - Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG)false |
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