Radome Diagnostics: utilizing Source Reconstruction based on Surface Integral Representations
Radomdiagnostik – källrekonstruktion baserad på ytintegralrepresentationer
Författare
Summary, in Swedish
Popular Abstract in Swedish
Elektromagnetiska fält finns idag överallt och är en förutsättning för att det moderna samhället ska fungera. Utan att fundera närmare på det, använder vi oss ständigt av de elektromagnetiska fältens förmåga att trådlöst överföra information och energi. Några exempel är; uppvärmning av mat i mikron och på induktionshällen, samtal i mobiltelefonen, uppdatering av status på Facebook oavsett var vi befinner oss, samt volyminställning på TV och stereo med fjärrkontrollen.
För att omvandla en elektrisk ström i en apparat till elektromagnetiska fält som breder ut sig i luften, eller tvärt om, används antenner. En antenn kan behöva skyddas från väderpåverkan och insyn. Ett sådant skydd kallas radom och sitter som ett hölje över antennen. Ett exempel på en radom är noskonen på ett flygplan.
Radomen ska helst vara elektriskt genomskinlig, det vill säga den ska inte förändra de elektromagnetiska fälten som antennen skickar ut eller tar emot. Elektrisk genomskinlighet är dock mycket svårt att uppnå eftersom det är många faktorer som man måste ta hänsyn till vid radomtillverkningen. En noskon på ett flygplan är t.ex. väldigt utsatt där den sitter längst fram. Radomen måste vara robust för att stå emot kraftiga mekaniska påfrestningar såsom regn- och hagelstormar, samtidigt som den inte ska vara alltför tung. Flygplanets hastighetsmätare sitter oftast som ett metallrör längst fram i radomens nos. Detta rör attraherar blixten, vilket betyder att ett kraftigt blixtskydd är nödvändigt. Dessutom ska radomen även vara aerodynamiskt utformad. Alla dessa krav på radomen går inte att till fullo uppfylla samtidigt. Detta innebär att den elektriska genomskinligheten kommer att påverkas, det vill säga, radomen kommer till viss del att påverka och förändra antennens elektriska prestanda.
Innan leverans av nya radomer, samt vid tester på lagade radomer, genomförs oftast fjärrfältsmätningar för att avgöra om uppsatta specifikationer uppnås. Med hjälp av fjärrfältsdata kan man se om något är fel men inte vad felet beror på. För att hitta orsaken till felet måste ytterligare undersökningar göras. Exempelvis kan man undersöka om det elektromagnetiska fältets fas påverkas som det är tänkt då fältet passerar genom radomväggen. En annan metod som används för att t.ex. hitta sprickor i radomväggen är ultraljud. I denna avhandling föreslås ett nytt sätt att diagnostisera radomer. Metoden är baserad på källrekonstruktion vilket innebär att ett uppmätt elektromagnetiskt fält "backas tillbaka" till radomytan. Genom att åskådliggöra fälten på den tredimensionella radomkroppen kan defekter lokaliseras och deras inverkan på de elektromagnetiska fälten kan studeras. Resultaten är mycket positiva och metoden har stor potential att kunna utvecklas till ett industriellt anpassat diagnostiseringsverktyg.
Elektromagnetiska fält finns idag överallt och är en förutsättning för att det moderna samhället ska fungera. Utan att fundera närmare på det, använder vi oss ständigt av de elektromagnetiska fältens förmåga att trådlöst överföra information och energi. Några exempel är; uppvärmning av mat i mikron och på induktionshällen, samtal i mobiltelefonen, uppdatering av status på Facebook oavsett var vi befinner oss, samt volyminställning på TV och stereo med fjärrkontrollen.
För att omvandla en elektrisk ström i en apparat till elektromagnetiska fält som breder ut sig i luften, eller tvärt om, används antenner. En antenn kan behöva skyddas från väderpåverkan och insyn. Ett sådant skydd kallas radom och sitter som ett hölje över antennen. Ett exempel på en radom är noskonen på ett flygplan.
Radomen ska helst vara elektriskt genomskinlig, det vill säga den ska inte förändra de elektromagnetiska fälten som antennen skickar ut eller tar emot. Elektrisk genomskinlighet är dock mycket svårt att uppnå eftersom det är många faktorer som man måste ta hänsyn till vid radomtillverkningen. En noskon på ett flygplan är t.ex. väldigt utsatt där den sitter längst fram. Radomen måste vara robust för att stå emot kraftiga mekaniska påfrestningar såsom regn- och hagelstormar, samtidigt som den inte ska vara alltför tung. Flygplanets hastighetsmätare sitter oftast som ett metallrör längst fram i radomens nos. Detta rör attraherar blixten, vilket betyder att ett kraftigt blixtskydd är nödvändigt. Dessutom ska radomen även vara aerodynamiskt utformad. Alla dessa krav på radomen går inte att till fullo uppfylla samtidigt. Detta innebär att den elektriska genomskinligheten kommer att påverkas, det vill säga, radomen kommer till viss del att påverka och förändra antennens elektriska prestanda.
Innan leverans av nya radomer, samt vid tester på lagade radomer, genomförs oftast fjärrfältsmätningar för att avgöra om uppsatta specifikationer uppnås. Med hjälp av fjärrfältsdata kan man se om något är fel men inte vad felet beror på. För att hitta orsaken till felet måste ytterligare undersökningar göras. Exempelvis kan man undersöka om det elektromagnetiska fältets fas påverkas som det är tänkt då fältet passerar genom radomväggen. En annan metod som används för att t.ex. hitta sprickor i radomväggen är ultraljud. I denna avhandling föreslås ett nytt sätt att diagnostisera radomer. Metoden är baserad på källrekonstruktion vilket innebär att ett uppmätt elektromagnetiskt fält "backas tillbaka" till radomytan. Genom att åskådliggöra fälten på den tredimensionella radomkroppen kan defekter lokaliseras och deras inverkan på de elektromagnetiska fälten kan studeras. Resultaten är mycket positiva och metoden har stor potential att kunna utvecklas till ett industriellt anpassat diagnostiseringsverktyg.
Publiceringsår
2013
Språk
Engelska
Publikation/Tidskrift/Serie
Series of licentiate and doctoral theses
Volym
49
Fulltext
- Available as PDF - 34 MB
- Download statistics
Dokumenttyp
Doktorsavhandling
Förlag
Department of Electrical and Information Technology, Lund University
Ämne
- Electrical Engineering, Electronic Engineering, Information Engineering
Nyckelord
- nondestructive testing
- source reconstruction
- diagnostics
- radome
- phase reconstruction
- insertion phase delay (IPD)
- equivalent surface currents
Status
Published
Forskningsgrupp
- Electromagnetic theory
Handledare
ISBN/ISSN/Övrigt
- ISSN: 1654-790X
- ISBN: 978-91-7473-524-6
- ISBN: 978-91-7473-523-9
Försvarsdatum
14 juni 2013
Försvarstid
10:15
Försvarsplats
Lecture hall E:1406, E-building, Ole Römers väg 3, Lund University Faculty of Engineering
Opponent
- Margaret Cheney (Professor)