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.

1. A*vità
di
ricerca
nel
se4ore
dei
Campi
ele4romagne'ci
Cris%na
Pon%
Silvio
Ceccuzzi
www.dea.uniroma3.it/lema/
Codemo'on

2. 1. Diffrazione
da
ogge*
sepol'
Cris%na
Pon%

3. Diffrazione
da
ogge*
sepol'
Ambi'
applica'vi
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'
oggetto
ü Descrizione
realis'ca
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
risolu'vo
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
opera've:
il
Georadar

8. 2.
Antenne
in
tecnologia
EBG
Cris%na
Pon%

9. Metamateriali
a
band
gap
ele4romagne'co
(EBG)
EBG: mezzi artificiali, realizzati da inclusioni di dimensioni confrontabili
con la lunghezza d onda, inserite in un mezzo omogeneo
• Bande
proibite:
intervalli
di
frequenza
in
cui
è
inibita
la
propagazione
delle
onde
ele4romagne'che
• U'lizzo
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
IV
I 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,
Cris'na
Pon',
Giuseppe
Sche*ni
Per
ulteriori
informazioni:
h4p://www.dea.uniroma3.it/lema/People/giuseppe_sche*ni.htm