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Elettronica: attività di ricerca nel settore dei campi elettromagnetici by Cristina Ponti, Silvio Ceccuzzi
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Elettronica: attività di ricerca nel settore dei campi elettromagnetici by Cristina Ponti, Silvio Ceccuzzi

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Il gruppo di ricerca in Campi Elettromagnetici presso RomaTre si è da sempre impegnato nell’analisi e nella progettazione di strumenti innovativi per applicazioni ingegneristiche …

Il gruppo di ricerca in Campi Elettromagnetici presso RomaTre si è da sempre impegnato nell’analisi e nella progettazione di strumenti innovativi per applicazioni ingegneristiche dell’elettromagnetismo. Sono stati sviluppati codici numerici per localizzazione di oggetti sepolti con tecniche elettromagnetiche, per la progettazione di antenne innovative, e per la sintesi di componenti a microonde per applicazioni ad alta potenza. RomaTre è uno dei più importanti poli di ricerca a livello internazionale nei Metamateriali e nelle loro applicazioni a componenti e ad antenne a microonde.

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  • 1. A*vità  di  ricerca  nel  se4ore  dei   Campi  ele4romagneci     Cris%na  Pon%   Silvio  Ceccuzzi       www.dea.uniroma3.it/lema/     Codemoon    
  • 2. 1.  Diffrazione  da  ogge*  sepol      Cris%na  Pon%  
  • 3. Diffrazione  da  ogge*  sepol    Ambi  applicavi  ü  Individuazione  di  mine  sepolte  ü  Localizzazione  di  so4oservizi:  re  ele4riche,  fognarie,  gas,  acquedo*  ü  Manutenzione  delle  strade:  rilievo  di  vuo  e  cavità  ü  Indagini  archeologiche     onde radar raccolta dei dati  Necessità  di  disporre  di  modelli  che  risolvano  problemi  di  diffrazione  dire*  ü  Modelli  teorici  accura   oggettoü  Descrizione  realisca  dello  scenario  ü  Sviluppo  di  un  codice  per  la  soluzione  di  problemi  di  diffrazione  da  ogge5  sepol6        
  • 4. Modelli  per  la  diffrazione  da  ogge*  sepol  Sorgente  Geometria  dello  scenario  Sca9eratori   ü  Cilindri  metallici  o  diele9rici  
  • 5. Approccio  risoluvo  Studio  della  reirradiazione  da  ogge*  sepol  con  Cylindrical  Wave  Approach        
  • 6. Risulta:  rilievo  di  so4oservizi   0.4 a = 6 cm a = 8 cm e1  =  4   0.3 a = 10 cm a = 15 cm Pol.  E   a = 20 cm ji  =  0   0.2   h  =  50  cm   0.1   0 -90 -60 -30 0 30 60 90 z [cm] Risposta  al  variare  del  raggio     0.4 h = 10 cm h = 20 cm h = 30 cm e1  =  4   0.3 h = 40 cm h = 50 cm Pol.  E   0.2 ji  =  0     0.1 a  =  6  cm     0 -90 -60 -30 0 30 60 90 z [cm] Risposta  al  variare  della  profondità    
  • 7. Modalità  operave:  il  Georadar  
  • 8. 2.  Antenne  in  tecnologia  EBG        Cris%na  Pon%      
  • 9. Metamateriali  a  band  gap  ele4romagneco  (EBG)  EBG: mezzi artificiali, realizzati da inclusioni di dimensioni confrontabilicon la lunghezza d onda, inserite in un mezzo omogeneo   •  Bande   proibite:   intervalli   di   frequenza   in   cui   è   inibita   la   propagazione   delle   onde  ele4romagneche     •  Ulizzo  degli  EBG  come  rifle4ori,  substra  o  superstra  di  antenne:     ü  Inibiscono   la   propagazione   delle   onde   superficiali,   riducendo   il   profilo   dell’antenna   ü  Migliorano  l’efficienza  di  radiazione    
  • 10. I  materiali  EBG  nel  proge4o  di  antenne     Antenne  a  cavità  EBG   •  l‘EBG   è   impiegato   come   superstrato   di  un  radiatore  primario,  che  termina   su  piano  di  massa   •  Effe4o   consistente   di   incremento   della  dire*vità     ü  Sviluppo   di   un   codice   basato   su   Fourier   Modal   Method   per   l‘analisi   di   stru4ure  periodiche   ü  Proge4o  dell‘antenna  con  HFSS  
  • 11. Proge4o  e  fabbricazione  di  un  EBG  woodpile  Woodpile  •  EBG  di  po  3D  con  band  proibita  completa  •  O4enuto  impilando  barre  diele4riche  con  orientamento  ortogonale   Proto6po  realizzato   Banda  proibita  
  • 12. Antenna  a  cavità  woodpile   HPBW     12°  piano  E     14°  piano  H   SLL   -­‐9.84  dB  piano  E   -­‐13.15  dB  piano  H  
  • 13. 3.  Sintesi  di  componen  a  microonde    per  applicazioni  ad  alta  potenza    (fusione  nucleare)      Silvio  Ceccuzzi  
  • 14. Fusione  nucleare   Energia prodotta + + + ΔmŸc2 = 17.6 MeV 2D 3T 4He n•  Produce elio: non radioattivo, chimicamente inerte (no effetti su ozono, no piogge acide, …), non influisce su effetto serra => compatibilità ambientale.•  Non richiede stoccaggio di scorie radioattive. Il trizio (radioattivo) è consumato nella reazione e i materiali strutturali possono essere scelti con basso tempo di dimezzamento => possibile riutilizzo dei materiali in 1 o 2 generazioni.•  Reazioni non controllate si fermano: no rischio di incidenti come Tchernobyl, non produce materiali per armi nucleari => sicurezza intrinseca.•  Consumo di combustibile minimo rispetto a energia prodotta e l’estrazione non implica problemi ecologici => fonte d’energia per migliaia/milioni di anni.•  Indipendenza dell’energia dalla geografia => no difficoltà geopolitiche. Magnifico! Allora perché non esistono centrali a fusione?
  • 15. Tokamak   •  La fusione termonucleare a confinamento magnetico ha dato sinora i migliori risultati. temperatura = 1÷2 milioni °C ? 2020 1992 1990 FTU JET ITER DEMO R = 0.93 m R=3m R = 6.2 m R = 8.5-9.6 m ~ 0 MW ~ 16 MW ~ 500 MW ~ 2700 MW
  • 16. Radiofrequenza  e  tokamak  •  La radiofrequenza nei tokamak è usata per scaldare o accelerare le particelle. Per il secondo scopo le microonde tra 1 e 10 GHz (Lower Hybrid) sono le frequenze più efficienti. Lo schema dei sistemi a radiofrequenza è simile: vacuum Antenna plasma RF generators Transmission lines RF windows- HVPS - waveguides- tubes - converters- low power units - bends- switches - filters- … - … Monitoring, control and protection systems Evanescent zone Plasma wave Resonance zone
  • 17. Linee  di  trasmissione  di  sistemi  a  5  GHz  •  Il trasporto di potenza elettromagnetica dai generatori al tokamak richiede il progetto di componenti non convenzionali capaci di trasmettere efficientemente elevate potenze (500 kW). Componenti critici sono ad esempio:•  curve:•  filtri di modo: !•  convertitori: !
  • 18. Proge4o  dei  componen  a  microonde   •  Se possibile, il progetto di questi componenti si fa con software commerciali 1 0.8 efficiency (%) 0.6 smooth wall 0.4 profiled corrugated 0.2 0 200 400 600 800 1000 curvature radius [mm] Analisi RF/termica Efficienza di trasmissione Assorbimento di potenza eseguita con delle curve predetta da calcolato con COMSOL Multiphysics CST Microwave Studio HFSS •  Talvolta è preferibile o Ci+ Ci! necessario sviluppare III nuovi tool di calcolo. III Ai+ Bi+ I IV II Ai! Bi! II IVI ˆ y ! ˆ z x ! ˆ side/top view
  • 19. Conclusioni  1.  Diffrazione  da  ogge5  sepol6    COST  Ac6on  TU1208  -­‐  Civil  Engineering  Applica6on  of  Ground  Penetra6ng  Radar  2.  Antenne  in  tecnologia  EBG    PRIN  2009  –  Sviluppo  di  metodologie  di  proge9o  per  stru9ure  sele5ve  in   frequenza  3.  Sintesi  di  componen6  a  microonde  per  applicazioni  ad  alta  potenza  –      fusione  nucleare    Programma  Euratom-­‐ENEA  sulla  fusione  nucleare      Il  nostro  gruppo:    Saba  Adabi,  Silvio  Ceccuzzi,  Francesco  Napoli,  Lara  Pajewski,  Crisna  Pon,  Giuseppe  Sche*ni    Per  ulteriori  informazioni:  h4p://www.dea.uniroma3.it/lema/People/giuseppe_sche*ni.htm