PEC2 SOLUCION - Diseño y Aplicaciones de Antenas PDF

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M1 · Diseño y Aplicaciones de Antenas · PEC1 · 2016-2 · Máster en Tecnologías de Telecomunicación Estudios de Informática, Multimedia y Telecomunicación Solución de la PEC2 Tabla de respuestas a rellenar por el estudiante: Pregunta Respuesta correcta 1 B 2 D 3 C 4 D 5 D 6 A 7 B 8 B 9 C 10 D 11 B 12 ...

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M1.606 · Diseño y Aplicaciones de Antenas · PEC1 · 2016-2 · Máster en Tecnologías de Telecomunicación Estudios de Informática, Multimedia y Telecomunicación

Solución de la PEC2 Tabla de respuestas a rellenar por el estudiante:

Pregunta

Respuesta correcta

1

B

2

D

3

C

4

D

5

D

6

A

7

B

8

B

9

C

10

D

11

B

12

B

13

A

14

-

15

-

Respuestas justificadas 1. Supongamos que se desea simular un dipolo de media longitud de onda para obtener la impedancia, corrientes sobre antena, diagrama de radiación para un conjunto de frecuencias tal que engloben la frecuencia de resonancia f 0 de la forma [0.9*f0, 1.1f0]. ¿Qué método es más rápido bajo unas condiciones de mallado similares y mismas prestaciones computacionales? a) FDTD b) MoM c) Los dos son similares d) No tienen sentido FDTD pues no puede simular las corrientes sobre la antena 1

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Justificación: El método MoM es más rápido que FDTD para este caso pues únicamente necesita mallar el conductor que conforma el dipolo mientras que el FDTD necesita además mallar un volumen que englobe el dipolo. 2. ¿Cuántas celdas puede llegar a tener un problema en el que se desee simular una antena de telefonía móvil con una cabeza teniendo en cuenta que el tamaño de la celda es x=y=z=/10 y que se desea obtener resultados fiables en el margen de 600MHz a 6GHz? Asuma una cabeza cúbica de 20 cm. de lado y que se incluye en un dominio cúbico de simulación de 0.5 metro de lado. a) Del orden de 100 b) Del orden de 1000 c) Del orden de 10000 d) Del orden de 1000000 Justificación: El número de celdas se calcula a partir de la longitud de onda más pequeña pues es la más restrictiva por ser la más pequeña. Dado que la frecuencia máxima de simulación es de 3GHz, el tamaño de la celda es de 10 mm. Puesto que el dominio total es de 1metro de lado, el número de celdas teniendo en cuenta que x=/10 es de 100 x 100 x 100 dando como resultado 1 millón de celdas. 3. Sea un parche microstrip sobre un substrato multicapa como el mostrado en la figura, ¿qué opción es cierta? a) No puede simularse con MoM si 123, 123 b) Al ser un medio no homogéneo (123, 123), puede simularse con FDTD pero no con MoM c) Puede simularse tanto con MoM y FDTD d) Únicamente puede simularse con MoM si y sólo si 1=2=3, 1=2=3

patch 3,3 2,2 1,1

Ground plane

Justificación: De las ecuaciones de FDTD, hemos aprendido que es sencillo asignar a cada celda del espacio las propiedades del material que uno desee. Por tanto, FDTD permite simular medios no homogéneos. En cuanto a MoM, en base a la lectura de los artículos del módulo, se muestran ejemplos de aplicación donde aparece la posibilidad 2

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de simular antenas parche en medios con múltiples capas como el mostrado en la figura. Por tanto, la opción correcta es la c. 4. Se desea simular mediante MoM una antena microstrip cuadrada sobre substrato r=80 de forma que opera en su modo fundamental a la frecuencia de 1.575GHz. Debido a que el plano de masa es infinito y que el parche se excita con una sonda coaxial de la cual se puede despreciar el número de celdas, ¿de qué tamaño aproximado es la matriz de impedancias si se decide mallar con un tamaño de celda de /10 en el medio? a) 16 x 16 b) 32 x 32 c) 5 x 5 d) Ninguna de las anteriores Justificación: El parche en su modo fundamental tiene unas dimensiones de 10.6 mm x 10.6 mm y dado que el tamaño de celda es de 2.1 mm, resulta en 5 x 5 celdas aproximadamente. Esto resulta en una matriz cuadrada de 25 x 25 pues la matriz de impedancias tiene en cuenta la interacción de una celda con ella misma y todas las demás. 5. Se dispone de un código MoM para simulación de antenas y se desea combinar con optimización mediante algoritmos genéticos, ¿qué opción es cierta? a) No es posible combinar ambos métodos b) Es posible únicamente si la antena no presenta materiales no homogéneos (diferentes permitividades y permeabilidades) c) Es posible combinarlo pero únicamente es posible optimizar la impedancia de entrada d) Ninguna de las anteriores opciones es cierta Justificación: Es posible combinar dichos métodos. De hecho el algoritmo GA llama a MoM para que éste evalúe las prestaciones de cada individuo de la población. En base al resultado, la función de coste del GA tratará de ordenar los individuos de mejor a peor para posteriormente cruzar y mutar. No está limitado a impedancia de entrada pues cualquier parámetro que se pueda evaluar (directividad, eficiencia,…) por la función de coste permite combinar GA + MoM para la optimización de antenas.

6. Una empresa desea dimensionar las necesidades de un laboratorio para poder analizar antenas de telefonía móvil a fin de obtener parámetros como el SAR. ¿Qué opción es cierta? 3

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a) Es posible encontrar programas comerciales basados en FDTD que simulen el SAR b) No es posible simular el valor de SAR, ya que el parámetro SAR sólo puede ser medido c) Es posible encontrar programas comerciales basados en FDTD que simulen el SAR, pero se requiere una inversión en sistemas computacionales el coste de la cual lo hace inviable para una pequeña empresa d) Ninguna de las anteriores Justificación: Es posible encontrar programas comerciales basados en FDTD tal y como se menciona en los módulos de la asignatura. El problema puede abordarse con un ordenador convencional pues el número de celdas puede rondar los millones como se ha comentado en esta PEC. 7. Se desea simular una guía de ondas en la cual hay un material que tiene una constante dieléctrica que depende de la posición del tipo r(z)=cos(z)+3 donde z es la dirección de propagación de la onda dentro de la guía de ondas. ¿Qué opción es cierta? a) No puede simularse este escenario, únicamente medirse. b) Puede simularse mediante FDTD c) Puede simularse mediante FDTD pero requiere un coste computacional muy elevado debido a una complicación excesiva de las ecuaciones espaciotemporales que conforman el método FDTD d) Ninguna de las anteriores Justificación: Como se ha demostrado, en FDTD es sencillo asignar a cada posición del espacio qué permitividad tiene. Por tanto, el problema radica más en asignar los valores de permitividad en cada punto del espacio que en complejidad numérica. 8. ¿Qué opción es cierta respecto a los métodos numéricos FDTD y MoM? a) Los dos requieren ABC (Absorbing Boundary Conditions) en el límite del dominio b) MoM requiere invertir una matriz de impedancias c) Los dos son métodos iterativos d) MoM no puede simular medios no homogéneos Justificación: El método MoM no requiere ABC pues únicamente trabaja con el espacio de la estructura radiante. El método FDTD no invierte ninguna matriz, sino que es iterativo donde cada iteración es el tiempo. El método MoM invierte matrices pero no es iterativo pues una vez ha resuelto el sistema matricial (sistema de ecuaciones) tiene la solución al problema, por ejemplo, la corriente en cada celda. MoM puede simular medios no homogéneos tal y como se indica en la lectura de los artículos. 9. ¿Qué opción con respecto MoM es falsa? 4

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a) Puede simular conductores y añadir bobinas b) Puede simular conductores y añadir condensadores c) Puede simular conductores pero no añadir simultáneamente bobinas y condensadores d) Puede simular un dipolo y colocar el punto de excitación en cualquier lugar del conductor Justificación: Tal y como se ha ilustrado en la colección de ejercicios, MoM permite simular conductores en combinación con bobinas y condensadores modificando la matriz de impedancias. También se ha ilustrado que resulta directo alimentar un dipolo en un punto que no sea el centro mediante cambiar la ubicación de la tensión en el vector V de excitación. 10. ¿Qué opción de las siguientes proporcionan los metamateriales y los hacen útiles para el diseño eficiente de antenas y circuitos de microondas? a) Permiten obtener materiales con 0 b) Permiten obtener materiales con >0 y >0 c) Permiten obtener materiales con >0 y ...