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TECNICHE INNOVATIVE PER ACQUISIRE I DATI
LA “CARATTERIZZAZIONE DELLE ANTENNE”

VALORIZZARE LE RISORSE CULTURALI DIFFUSE
FORMARE MANAGER DEL TERRITORIO STORICO

TECNICHE INNOVATIVE PER ACQUISIRE I DATI
LA “CARATTERIZZAZIONE DELLE ANTENNE”
La ricerca universitaria salernitana dà vita a nuovi sistemi di scansione

Giovanni Riccio
Professore Associato di Campi Elettromagnetici Facoltà di Ingegneria Università di Salerno
riccio@diiie.unisa.it

Prima di inoltrarci nell'argomento, sento la necessità di ricordare al lettore la sua forzata coesistenza quotidiana con le antenne della telefonia mobile e dei sistemi radiotelevisivi, nonché di ribadire un concetto a me assai caro circa l'importanza del ruolo che le antenne rivestono nel frenetico mondo delle telecomunicazioni: esse servono a un sistema di comunicazioni wireless quanto gli occhi a un essere umano. Infatti, per un qualsiasi sistema di telecomunicazione che non impieghi una rete di collegamento per lo scambio di informazioni, l'antenna individua il terminale fisico dedicato al trasferimento dell'informazione dall'apparato allo spazio circostante e viceversa. Essa consente la trasformazione di un segnale elettrico in energia elettromagnetica irradiata quando opera in trasmissione, mentre è in grado di effettuare la conversione inversa quando impiegata in ricezione. Le sue performances non sono però indipendenti dalla direzione di interesse. Per questo motivo, l'antenna viene principalmente caratterizzata dal suo "pattern" di radiazione che, sia in trasmissione che in ricezione, fornisce indicazioni sulla sua efficienza in dipendenza della direzione lungo cui avviene il collegamento. La costruzione del pattern richiede la conoscenza del campo elettromagnetico nella cosiddetta "zona lontana" dell'antenna. Diverse motivazioni possono però far optare per l'acquisizione dei dati su opportune superfici di scansione nella "zona vicina" dell'antenna e la successiva ricostruzione del campo lontano mediante l'impiego di tecniche analitiche per la trasformazione campo vicino-campo lontano (Near Field-Far Field, NF-FF). A supporto di tale scelta operativa occorre evidenziare che misure di campo vicino possono essere più facilmente effettuate in camera anecoica, un ambiente controllato che consente di evitare molti dei problemi (fenomeni atmosferici, interferenze elettromagnetiche, ecc.) usualmente presenti nelle campagne di misura all'aperto in zona lontana. Sono ormai un bel po' di anni (circa quindici) che, presso il Dipartimento di Ingegneria dell'Informazione e Ingegneria Elettrica (DIIIE) dell'Università di Salerno, l'unità di ricerca sulle antenne coordinata dal professor Claudio Gennarelli svolge la propria attività di sviluppo e ottimizzazione di tecniche di campionamento applicate alle trasformazioni NF-FF. In tale contesto, la suddetta unità e la Microwave Instrumentation (MI) Technologies LLC (USA), una società leader nel settore, hanno recentemente raggiunto un accordo per la realizzazione di innovative scansioni a spirale per l'acquisizione dei dati. In accordo con i risultati teorici ottenuti dall'unità di ricerca, il numero e la posizione di questi ultimi sul dominio (planare, cilindrico e sferico) di osservazione in zona vicina sono fissati dalle corrispondenti tecniche di campionamento non ridondante applicate alla tensione di uscita del "probe" di misura. L'interesse verso tali tipologie di scansione risulta giustificato dal fatto che esse dovrebbero ridurre i tempi di acquisizione rispetto a quelle tradizionali, senza degradare il risultato finale. Tenendo conto che il tempo necessario per effettuare la scansione oggi supera di molto quello associato alla fase di elaborazione dei dati, ciò è senza dubbio un innegabile vantaggio. La riduzione dei tempi di acquisizione troverebbe una duplice giustificazione. La prima è legata alla realizzazione della curva di scansione sulla superficie di osservazione, sia essa piana, cilindrica o sferica. Infatti, la curva in questione viene disegnata nello spazio circostante l'antenna sotto test coordinando il movimento rotatorio continuo del supporto dell'antenna con il movimento continuo (lineare nel caso della spirale su un piano e nel caso dell'elica su un cilindro, curvilineo nel caso della spirale su una sfera) del probe. La seconda giustificazione risiede nell'impiego delle tecniche di campionamento non ridondante per la definizione del numero (il minimo a parità di errore di ricostruzione) e della posizione dei campioni necessari, nonché nell'uso di algoritmi ottimi di interpolazione di tipo viaggiante. La spaziatura tra i campioni può risultare ben maggiore del limite, pari a metà lunghezza d'onda, indicato nelle usuali tecniche. Infatti, nel caso di probe non direttivo, la sua tensione di uscita può essere molto ben approssimata da una funzione a banda spaziale limitata, avente la stessa dimensione di quella associata al campo irradiato dall'antenna sotto test, a patto di estrarre un opportuno termine di fase dalla sua espressione e di utilizzare un parametro ottimo per descrivere la curva di scansione. Il progetto di collaborazione è al momento nella sua fase iniziale, orientata all'acquisizione, al montaggio e alla messa in funzione di un sistema standard per la scansione cilindrica nella camera anecoica per misure su antenne, ubicata presso i locali del DIIIE. Vale la pena ricordare che la tecnica tradizionale di acquisizione fissa una distribuzione uniforme di anelli coassiali, egualmente distanziati di un passo al più uguale a metà della lunghezza d'onda di lavoro, con lo stesso numero di campioni su ciascuno di essi. La fase immediatamente successiva dell'attività prevede una riduzione del numero necessario di dati da acquisire con la scansione cilindrica, grazie all'applicazione di una tecnica di campionamento non ridondante sviluppata dall'unità di ricerca. La riduzione sarà ottenuta con una distribuzione non uniforme di anelli, che tendono a distanziarsi tra loro e a ospitare sempre meno campioni man mano che si allontanano dal piano di mezzeria della superficie di osservazione. Successivamente è prevista una fase completamente dedicata alla realizzazione della scansione elicoidale. Tenendo conto della strumentazione e degli apparati precedentemente acquisiti, occorrerà sviluppare un nuovo software per il loro controllo e l'elaborazione dei dati, nonché procedere alla verifica dell'efficienza del processo di ricostruzione nel suo complesso. In particolare, il software per la gestione della strumentazione e dei sistemi di posizionamento e acquisizione dovrà consentire al probe di prelevare l'informazione nei punti sull'elica circolare, definiti dalla tecnica di campionamento non ridondante precedentemente messa a punto. Inoltre, il passo dell'elica dovrà essere scelto in modo tale da consentire l'impiego di un algoritmo ottimo di interpolazione bidimensionale per la ricostruzione dei dati richiesti dalla trasformazione NF-FF nella sua versione standard. Completato il periodo di test del sistema, la MI Technologies si occuperà della sua commercializzazione a livello mondiale. Le altre scansioni saranno oggetto di attenzione successivamente. Mi preme evidenziare, in chiusura, come l'accordo con la MI Technologies rappresenti il giusto riconoscimento a un lavoro di ricerca svolto per anni, con dedizione e passione, da un gruppo di persone fortemente motivate.