A A Primeira Guerra Mundial

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Anais da 1ª Conferência Européia de Microondas na Europa Central

Antena de fenda em uma blindagem de cabo coaxial - Análise computacional da perda do acoplamento

Anđela Matković, Antonio Šarolić

FESB, Universidade de Split, Croácia

{andjela.matkovic, antonio.sarolic}@fesb.hr

Resumo - Uma antena de ranhura em uma blindagem de cabo coaxial foi modelada e simulada em FEKO, para calcular a perda do acoplamento na direção do lado largo. Três comprimentos diferentes de um slot transversal foram simulados para investigar a sensibilidade da perda do acoplamento ao comprimento do slot. Os resultados foram comparados e encontrados para concordar com as medidas de perda de acoplamento publicadas anteriormente de uma realização prática similar da ranhura. A perda do acoplamento do modelo analisado mostrou ser inversamente proporcional ao comprimento da ranhura.

Palavras-chave - modelagem e simulação de antenas slot, perda de acoplamento, FEKO, cabo coaxial radiante com vazamento.

I. INTRODUÇÃO

Um slot em um cabo coaxial atua como uma antena, acoplando eletromagneticamente a linha de transmissão coaxial com o meio circundante. É comumente usado como um elemento de disposição de um cabo coaxial radiante (às vezes também chamado de "vazamento") ([1]-[9]): uma antena distribuída realizada como uma disposição periódica de ranhuras em um cabo coaxial longo. Tal antena distribuída proporciona comunicação bidirecional em uma ampla faixa de freqüência, e é usada principalmente para cobertura de espaços fechados alongados como túneis, corredores, armazéns, etc., mas também está sendo considerada para novas aplicações como sistemas RFID e MIMO ([10], [11]). Portanto, é interessante analisar as características radiantes de um único slot, pois as características de todo o cabo radiante dependerão inerentemente da realização do slot.

Referência publicada anteriormente por nosso grupo [12] apresentou os resultados das medições para várias realizações práticas de um único slot com diferentes encarnações. Nosso objetivo atual é estabelecer um modelo computacional de uma antena de ranhura coaxial que possa ser utilizada para futuras investigações de encarnações de ranhuras, antes das realizações práticas. O objetivo principal deste estudo é analisar a perda do acoplamento da antena de slot na direção ampla na faixa de freqüência de 100 MHz a 1 GHz, e compará-la com os valores medidos em [12]. Toda a estrutura coaxial foi modelada e simulada usando o pacote de software FEKO para simulações eletromagnéticas [13].

II. MODELO E MÉTODOS  

A. Modelo de simulação

Modelo composto por uma única fenda transversal estreita (3 mm de largura) cortada na blindagem de um cabo coaxial RG213 de 50 cm de comprimento. A geometria radial do cabo era a seguinte: diâmetro do condutor central d = 2,29 mm, diâmetro dielétrico D = 7,98 mm, o condutor externo (blindagem) foi modelado como um revestimento condutor no limite dielétrico (um cilindro condutor oco com espessura zero). Os condutores foram modelados com PEC, enquanto o dielétrico foi polietileno (εr = 2,25, tangente de perda 0,0004). Isto produz a impedância característica da linha de transmissão de Z0 = 50 Ω. A porta de entrada foi colocada em uma extremidade do cabo, enquanto a outra extremidade foi terminada por uma terminação combinada.

O cabo foi colocado 10 cm acima do solo de concreto (Fig. 1). Esta configuração de cabo sobre piso de concreto foi definida para corresponder ao método de nível do solo para medir a perda do acoplamento de acordo com a norma IEC 61196-4 [14], e também havia sido usada em [12] (embora deva ser notado que o método em [14] se destina a ser aplicado a cabos longos, >10 λ).

O slot foi orientado na direção transversal, ou seja, exatamente perpendicular ao eixo do cabo (Fig. 2). O comprimento da ranhura variava através de três valores discretos: 0,3C, 0,35C e 0,4C, onde C era a circunferência externa da blindagem coaxial do cabo, neste caso C = πD. Isto resultou em 3 modelos para simulações.

 

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Fig. 1. Cabo coaxial ranhurado acima do solo de concreto

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Fig. 2. Uma visão de perto do modelo de malha

B. Simulação FEKO

978-2-87487-067-5 ' 2019 EuMA13-15         maio 2019, Praga, República Tcheca

FEKO [8] oferece a possibilidade de análise do método híbrido, assim as partes metálicas do modelo foram resolvidas usando o Método dos Momentos (MoM), enquanto a região dielétrica foi resolvida usando o Método dos Elementos Finitos (FEM). Os cálculos foram realizados na estação de trabalho HP Z820 com dois processadores Intel Xeon (total de 20 núcleos).

Cada modelo (0,3C, 0,35C e 0,4C) foi simulado através de 46 pontos de freqüência espaçados linearmente começando em 100 MHz e terminando em 1 GHz, calculando o campo próximo a três distâncias largamente do slot: 0,2 m, 1 m e 2 m. Além disso, o coeficiente de reflexão na entrada do cabo foi observado para verificar a correspondência do cabo.

C. Cálculo de Perdas no Acoplamento

A perda de acoplamento CL é definida como a relação (em dB) entre a potência Pt no cabo radiante no local do slot, e a potência Pr disponível medida pela antena receptora (o dipolo de meia onda é usado como uma antena padrão) colocada lateralmente ao slot, a uma certa distância. A distância mais comum para a medição da CL é de 2 m, conforme definido em [14], porém determinamos a CL a três distâncias: 0,2 m, 1 m e 2 m, exatamente como em [12], para que os resultados pudessem ser comparados entre simulação e medições.

Ao negligenciar as perdas no cabo coaxial (o cabo é muito curto e a perda tangente do dielétrico é muito pequena), podemos aproximar que a potência Pt no cabo radiante no local do slot é igual à entrada de energia para os modelos de alimentação. A Fig. 3 mostra que o cabo permanece bem ajustado. O coeficiente de reflexão permanece abaixo de -40 dB para os dois slots mais curtos, enquanto que para o slot mais longo de 0,4C, ele sobe para -30 dB: ainda uma boa combinação, mas sugerindo que o slot mais longo começa a criar alguma perda de combinação na parte superior da faixa de freqüência.