Diseño y optimización de grandes radomas cilíndricas con subceldas y mallas FDTD no ortogonales combinadas con algoritmos genéticos
Autores: Navarro, Enrique A.; Portí, Jorge A.; Salinas, Alfonso; Navarro-Modesto, Enrique; Toledo-Redondo, Sergio; Fornieles, Jesús
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2021
Acceso abierto
Artículo científico
2021
Diseño y optimización de grandes radomas cilíndricas con subceldas y mallas FDTD no ortogonales combinadas con algoritmos genéticos
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Eléctrica y Electrónica
Palabras clave
Radomo
Antenas
Factores ambientales
Dieléctrico
FDTD
Algoritmo genético
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 34
Citaciones: Sin citaciones
La palabra radomo es una contracción de y. La función de los radomos es proteger las antenas de los agentes atmosféricos. Los radomos son estructuras cerradas que protegen las antenas de factores ambientales como el viento, la lluvia, el hielo, la arena y los rayos ultravioleta, entre otros. Los radomos son estructuras pasivas que introducen pérdidas de retorno, y cuyo diseño adecuado relajaría el requisito de elementos complejos en el frente como amplificadores. El radomo consiste principalmente en una cubierta curva delgada dieléctrica y a veces necesita ser ajustado con inserciones metálicas para cancelar el rendimiento capacitivo del dieléctrico. Los radomos están en la región de campo cercano de las antenas y un análisis de onda completa de la antena con el radomo es el mejor enfoque para analizar su rendimiento. Un problema numérico importante es la modelización de onda completa de un sistema de radomo-antena en array grande, ya que la optimización de los parámetros del radomo minimiza las pérdidas de retorno. En el trabajo presente, se utiliza el método de diferencias finitas en el dominio del tiempo (FDTD) combinado con un algoritmo genético para encontrar el radomo óptimo para un sistema grande de radomo-antena en array. FDTD utiliza coordenadas curvilíneas generales y características de subcelda como un enfoque de lámina dieléctrica delgada y un enfoque de alambre delgado. Ambas aproximaciones son generalmente necesarias si se va a resolver un problema de tamaño eléctrico práctico utilizando un número manejable de celdas y pasos de tiempo en FDTD dentro de un bucle de optimización repetitivo. Estos enfoques se utilizan en el análisis de onda completa de un gran array de dipolos cruzados cubiertos con un radomo dieléctrico delgado y cilíndrico. El dieléctrico del radomo tiene un grosor de ~1/10 en su frecuencia de operación central. Para reducir la pérdida de retorno, se introduce un alambre helicoidal delgado en el radomo, cuyo diámetro es ~0.0017 y el espaciado entre cada vuelta es ~0.3. El algoritmo genético se implementó para encontrar los mejores parámetros para minimizar las pérdidas de retorno. La inclusión de un alambre helicoidal reduce las pérdidas de retorno en ~10 dB, sin embargo, algunos cambios menores en el patrón de radiación podrían distorsionar el rendimiento de todo el sistema de radomo-array-antena. Un análisis adicional muestra que las especificaciones deseadas del sistema se conservan.
Descripción
La palabra radomo es una contracción de y. La función de los radomos es proteger las antenas de los agentes atmosféricos. Los radomos son estructuras cerradas que protegen las antenas de factores ambientales como el viento, la lluvia, el hielo, la arena y los rayos ultravioleta, entre otros. Los radomos son estructuras pasivas que introducen pérdidas de retorno, y cuyo diseño adecuado relajaría el requisito de elementos complejos en el frente como amplificadores. El radomo consiste principalmente en una cubierta curva delgada dieléctrica y a veces necesita ser ajustado con inserciones metálicas para cancelar el rendimiento capacitivo del dieléctrico. Los radomos están en la región de campo cercano de las antenas y un análisis de onda completa de la antena con el radomo es el mejor enfoque para analizar su rendimiento. Un problema numérico importante es la modelización de onda completa de un sistema de radomo-antena en array grande, ya que la optimización de los parámetros del radomo minimiza las pérdidas de retorno. En el trabajo presente, se utiliza el método de diferencias finitas en el dominio del tiempo (FDTD) combinado con un algoritmo genético para encontrar el radomo óptimo para un sistema grande de radomo-antena en array. FDTD utiliza coordenadas curvilíneas generales y características de subcelda como un enfoque de lámina dieléctrica delgada y un enfoque de alambre delgado. Ambas aproximaciones son generalmente necesarias si se va a resolver un problema de tamaño eléctrico práctico utilizando un número manejable de celdas y pasos de tiempo en FDTD dentro de un bucle de optimización repetitivo. Estos enfoques se utilizan en el análisis de onda completa de un gran array de dipolos cruzados cubiertos con un radomo dieléctrico delgado y cilíndrico. El dieléctrico del radomo tiene un grosor de ~1/10 en su frecuencia de operación central. Para reducir la pérdida de retorno, se introduce un alambre helicoidal delgado en el radomo, cuyo diámetro es ~0.0017 y el espaciado entre cada vuelta es ~0.3. El algoritmo genético se implementó para encontrar los mejores parámetros para minimizar las pérdidas de retorno. La inclusión de un alambre helicoidal reduce las pérdidas de retorno en ~10 dB, sin embargo, algunos cambios menores en el patrón de radiación podrían distorsionar el rendimiento de todo el sistema de radomo-array-antena. Un análisis adicional muestra que las especificaciones deseadas del sistema se conservan.