Co-simulazione e co-progetto non lineare/elettromagnetico di sistemi wireless non convenzionali
Nonlinear/EM techniques of co-simulation and projecting of non standard wireless systems
Creators: name: Arbizzani, Nicola <1974>
Publisher: name: Alma Mater Studiorum - Università di Bologna
Year: 2012
Subjects: ING-INF/02 Campi elettromagnetici

description: L’attività di ricerca contenuta in questa tesi si è concentrata nello sviluppo e nell’implementazione di tecniche per la co-simulazione e il co-progetto non lineare/elettromagnetico di sistemi wireless non convenzionali. Questo lavoro presenta un metodo rigoroso per considerare le interazioni tra due sistemi posti sia in condizioni di campo vicino che in condizioni di campo lontano. In sostanza, gli effetti del sistema trasmittente sono rappresentati da un generatore equivalente di Norton posto in parallelo all’antenna del sistema ricevente, calcolato per mezzo del teorema di reciprocità e del teorema di equivalenza. La correttezza del metodo è stata verificata per mezzo di simulazioni e misure, concordi tra loro. La stessa teoria, ampliata con l’introduzione degli effetti di scattering, è stata usata per valutare una condizione analoga, dove l’elemento trasmittente coincide con quello ricevente (DIE) contenuto all’interno di una struttura metallica (package). I risultati sono stati confrontati con i medesimi ottenibili tramite tecniche FEM e FDTD/FIT, che richiedono tempi di simulazione maggiori di un ordine di grandezza. Grazie ai metodi di co-simulazione non lineari/EM sopra esposti, è stato progettato e verificato un sistema di localizzazione e identificazione di oggetti taggati posti in ambiente indoor. Questo è stato ottenuto dotando il sistema di lettura, denominato RID (Remotely Identify and Detect), di funzioni di scansione angolare e della tecnica di RADAR mono-pulse. Il sistema sperimentale, creato con dispositivi low cost, opera a 2.5 GHz ed ha le dimensioni paragonabili ad un normale PDA. E’ stato sperimentata la capacità del RID di localizzare, in scenari indoor, oggetti statici e in movimento.
description: The research that has been conducted during the three years of the PhD graduation was focused on the development and the practical implementation of nonlinear/EM techniques of co-simulation and projecting of wireless systems. This work introduces a rigorous methodology for predicting the interaction between two systems in the near- and far-field situations. The results of a full-wave EM simulation of the harvesting antenna are rigorously handled by EM theory to produce a Norton equivalent circuit of the antenna in the presence of an incident field. In turn, this allows a full nonlinear analysis of any circuit connected to the antenna. The computed and measured performance of a pair of patch antennas compare very favorably in different real-world scenarios including near- and far-field situations. The same theory can be applied to a similar situation where the harvesting and transmitting antennas are the same circuit, enclosed into a metal package. The metal enclosure is treated as a scatterer that radiates back the incident field generated by the unpackaged circuit, and the effects of such scattered field on circuit performance are evaluated by the reciprocity theorem. The results compare favorably with those produced by FEM and FDTD/FIT methods. Thanks to these same nonlinear/EM techniques of co-simulation, a new long-distance microwave reading system has been projected, that we shall call RID (Remotely Identify and Detect), able to locate and identify objects in harsh indoor environments. This is obtained by augmenting standard RFID reader operations with the mono-pulse RADAR principle and electronic beam scanning capabilities. The technique is experimented at 2.45 GHz. This results in an handheld low cost device with total dimensions comparable with typical PDAs. The system capabilities are demonstrated in indoor scenarios locating and selecting closely-spaced tagged items, fixed or moving.