Techniques for the Analysis, Design and Simulation of Periodic Surfaces for Space Communications and Antenna Systems for Electrical Appliances

During the recent years, radio frequency applications for electric appliances have witnessed an huge increase in usage. Large companies as Electrolux Italia expressed the need of relying on electromagnetic simulation tools, in order to aid the designer with accurate models that cancel the necessity of a continuous experimental feedback. The electromagnetic modeling of RF applications has to consider not only the role of the RF components, but also the elements forming the appliance structure. Therfore, an ad-hoc approach for each scenario to be handled has to be followed. In this thesis, a procedure to develop and validate a model for a Wi-Fi connectivity system to be embedded in a smart oven and a wireless system for powering sensing devices is presented. Furthermore, in order to deal with issues that emerged from this analysis, innovative antenna solutions involving adaptive arrays were proposed. The research activity eventually moved to the analysis of periodic surfaces for reflector antenna systems for space communications. A simulation tool based on the spectral domain method of moments was developed. A case study involving a frequency selective surface subrflector was used to experimentally validate the proposed tool.

Durante gli ultimi anni, le applicazioni a radiofrequenza sono entrate prepotentemente nel mondo degli elettrodomestici. Grandi aziende come Electrolux Italia hanno dunque deciso di dotarsi di strumenti di simulazione elettromagnetica al fine di velocizzare la fase di progetto, riuscendo in tal modo ad evitare lunghe sessioni sperimentali. Lo sviluppo di modelli elettromagnetici dipende dalla specifica applicazione considerata, e diversi approcci vengono applicati per differenti scenari. In questa tesi sono stati realizzate e simulate due applicazioni. La prima riguardava la connettività Wi-Fi per un forno, implementata tramite un sistema di due antenne PIFA mentre nella seconda veniva simulato un sistema di 'Wireless Power Transfer' per trasferire energia a dei sensori posizionati al di sopra di un piano cottura. Entrambi i modelli sono stati analizzati e validati tramite misure sperimentali. Ad alcuni problemi evidenziati dalle nuove tecniche di analisi sono state proposte soluzioni innovative con array di antenne adattative. L'attività di ricerca si è poi spostata sull'analisi di superfici periodiche per sistemi di antenna a riflettore per comunicazioni spaziali. Il lavoro ha riguardato lo sviluppo di uno strumento di simulazione basato sul metodo dei momenti nel dominio spettrale. Quest'ultimo è stato infine validato tramite un caso specifico consistente in una superficie selettiva in frequenza.