CENTRO REGIONALE di COMPETENZA ANALISI e MONITORAGGIO del RISCHIO AMBIENTALE

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1 CENTRO REGIONALE di COMPETENZA ANALISI e MONITORAGGIO del RISCHIO AMBIENTALE Progetto Formazione Analisi e Monitoraggio del Rischio Ambientale finanziato dalla Regione Campania sulla misura 3.13 del POR 2000/ Misura emanato con D.D. N. 744 del 12 Dicembre 2003 Tematica: Tomografia a microonde per la diagnostica non distruttiva di strutture civili Profilo N5: Misure di campo elettromagnetico alle microonde e aspetti teorici della diffusione elettromagnetica Progetto Implementazione di tecniche innovative di diagnostica non distruttiva per l individuazione di vuoti e cavità in strutture in muratura RELAZIONE FINALE Assegnista: Dott. Ing. Domenico Sglavo Tutor: Prof. Rocco Pierri Polo delle Scienze e delle Tecnologie - Dipartimento di Scienze Fisiche c/o Facoltà di Ingegneria Via Nuova Agnano, Napoli (III Piano) Tel /124/115 Fax ambiente@na.infn.it

2 INDICE Prefazione p. 1 1 L attività di ricerca Stato dell arte Obbiettivi della ricerca 7 2 Metodologia seguita e risultati della ricerca Messa a punto del sistema di misura Campagne di misura e risultati della caratterizzazione elettromagnetica Caratterizzazione di una muratura campione di tufo Caratterizzazione di campioni di materiali inmpiegati nell edilizia 31 3 Possibilità di proseguimento dell attività 35 4 Ricadute all esterno e possibili committenze 40 5 Capacità organizzative e manageriali 50 Bibliografia 52

3 PREFAZIONE L attività di ricerca svolta nell ambito dell assegno di ricerca, oggetto della presente relazione, riguarda la caratterizzazione elettromagnetica dei materiali. Tale aspetto ricade nell ambito più generale dell impiego di tecniche di diagnostica non distruttiva di strutture in muratura, che rappresenta uno dei pacchetti di lavoro previsti dal progetto dimostratore del Centro AMRA. L attività ha riguardato dapprima la messa a punto e la calibrazione di un sistema per la misura alle microonde del campo elettromagnetico retrodiffuso dalle strutture sotto indagine. Il sistema è stato poi largamente impiegato per misure di campo elettromagnetico necessarie per la caratterizzazione elettromagnetica, ossia la determinazione della costante dielettrica e della conducibilità elettrica, di materiali impiegati comunemente e frequentemente in ambito di ingegneria civile quali cemento, tufo, laterizi ecc. Le misure sono state successivamente elaborate per la ricostruzione dei parametri dielettrici e conduttivi del materiale in corrispondenza a diverse bande di frequenza e diverse condizioni del materiale. La determinazione delle proprietà elettromagnetiche dei materiali è di interesse attinente a diversi settori che variano dall' aeronautica, all'ingegneria civile [1,2] ai settori nuovi dei materiali compositi [3], della sintesi dei metamateriali [4] e alla propagazione al coperto alle frequenze millimetriche [5]. Diverse tecniche sono in uso per ottenere la caratterizzazione elettromagnetica dei materiali ma quella scelta nel lavoro in esame è stata effettuata a partire da misure condotte in spazio libero che sono preferibili dato il loro carattere non invasivo. I risultati ottenuti hanno avuto un riscontro con quelli presenti in letteratura per i materiali più diffusamente analizzati quali il calcestruzzo. Inoltre la caratterizzazione ha fornito dei valori di riferimento dei parametri elettromagnetici di materiali raramente studiati ma ampiamente diffusi ed utilizzati quali il tufo ed i laterizi.[6][7][8] La relazione si articola come segue. Nella prima parte viene descritto il principio di funzionamento di un sistema georadar e la tecnica di diagnostica basata su di esso. Successivamente viene presentato il sistema di misura realizzato e messo a punto presso il Dipartimento di Ingegneria dell Informazione della Seconda Università di Napoli. Nella seconda parte della relazione vengono descritte alcune delle campagne di misura effettuate e riportati i risultati ottenuti in termini di valori stimati per i parametri dielettrici dei campioni esaminati.

4 Infine, viene delineato il possibile proseguimento dell attività di ricerca, anche con riferimento alla strumentazione innovativa che l Unità Operativa di Diagnostica Elettromagnetica sta acquisendo.

5 1. L ATTIVITA DI RICERCA 1.1 STATO DELL ARTE Si definiscono tecniche non distruttive quel complesso di esami, prove e rilievi condotti impiegando metodi che non alterano il materiale e non richiedono la distruzione o l'asportazione di campioni dalla struttura in esame. Nello scenario delle tecniche elettromagnetiche non distruttive un ruolo principale è svolto dal sistema Georadar, anche detto GPR (Ground Penetrating Radar). Tale sistema consente di localizzare oggetti o interfacce nascoste sepolti o immersi all interno di strutture, grazie all utilizzo di onde elettromagnetiche emesse sotto forma di impulsi radar [6]. I risultati delle indagini condotte applicando queste tecniche, possono essere applicati in ingegneria civile e sono utili per la valutazione della qualità, per l'esame dell'integrità strutturale, nonché per la diagnosi e la ricerca di anomalie. In tale ottica risulta evidente che questo tipo di tecniche si prestano non solo per applicazioni in ingegneria civile ma anche per applicazioni in ambito archeologico, ambientale e di sicurezza, come verrà dettagliatamente discusso in seguito. Lo schema di un tipico sistema radar è riportato in figura 1 : figura 1: Sistema radar Un'antenna viene spostata lungo la superficie di separazione fra i due mezzi, e nel contempo irradia nel secondo mezzo un campo elettromagnetico. In corrispondenza di variazioni nelle proprietà dielettriche e conduttive del mezzo investigato si genera un campo retrodiffuso che viene raccaptato da un antenna ricevente. Gli echi retrodiffusi vengono memorizzati e poi riprodotti come un'immagine su un monitor. E possibile quindi riassumere i passi del processo di misura a mezzo georadar secondo il seguente schema : un'antenna trasmette un segnale di tipo impulsivo;

6 quando il campo incidente incontra una discontinuità elettromagnetica, si genera un campo retrodiffuso; l onda retrodiffusa viene captata da un'antenna ricevente e il segnale corrispondente viene memorizzato e visualizzato; Fig. 2 : Principio di funzionamento del Georadar Le antenne, che costituiscono il cuore del sistema georadar, hanno diverse caratteristiche a seconda dello scenario di indagine. Un parametro importante nella scelta dell antenna è la frequenza di funzionamento. La scelta di tale frequenza dipende dalle caratteristiche del mezzo che si sta investigando e dalla natura e dimensioni delle strutture sotto indagine. Infatti la profondità massima di investigazione è funzione della conducibilità elettrica del materiale nonché della frequenza: più alta sono la frequenza di lavoro e la conducibilità minore è la penetrazione all interno del materiale. D altro canto, l impiego di frequenze più alte consente di ottenere una migliore risoluzione spaziale. Per assicurare quindi l effettiva operatività di un georadar occorre che siano verificati alcuni requisiti: 1. efficiente accoppiamento della radiazione elettromagnetica nella struttura; 2. adeguata penetrazione in considerazione della profondità dell oggetto indagato; 3. ottenimento di un segnale retrodiffuso, dall oggetto sepolto o dalle discontinuità dielettriche, sufficientemente elevato; 4. adeguata larghezza di banda del segnale rilevato in considerazione della risoluzione spaziale richiesta e del livello di rumore presente. Dunque risulta chiaro che la dimensione e la forma degli oggetti su cui si indaga, nonché le proprietà elettriche del mezzo circostante, influenzano significativamente la scelta dell intervallo di frequenze operative, il particolare schema di modulazione, il tipo di antenne e la loro polarizzazione [9].

7 Ci sono diversi modi per visualizzare i dati radar, in particolare si possono distinguere 3 tipi di visualizzazione: A-Scan B-Scan C-Scan La visualizzazione A-Scan (figura n. 3) consiste in un unica traccia dove il segnale elettromagnetico ricevuto dall antenna in una fissata posizione è visualizzato in dipendenza del tempo. Fig. 3 : Visualizzazione A-Scan La visualizzazione B-Scan è invece un'immagine georadar formata da un insieme di tracce A-Scan, collezionate al variare della posizione delle antenne. Fig. 4 : Visualizzazione B-Scan Wiggle/V. area Fig. 5 : Visualizzazione B-Scan Seismix Unix L utilizzo di questa tecnica secondo l approccio radaristico classico permette di ottenere, quello che viene usualmente chiamato radargramma [10] (vedi figura 5). Il radargramma permette la visualizzazione di una sezione della scena investigata. La scala verticale dei radargrammi,

8 è proporzionale ai tempi necessari all'onda per compiere il tragitto di andata e ritorno: essa può essere convertita in scala delle profondità se è nota la velocità di propagazione del segnale, la quale dipende essenzialmente dalla costante dielettrica dei materiali attraversati. La scala orizzontale rappresenta lo spostamento delle antenne sulla linea percorsa. Quella rappresentata in figura 4 è classica sezione che mostra l'intero profilo raccolto, una vera e propria fotografia delle discontinuità elettromagnetiche del terreno lungo il tracciato percorso dall onda elettromagnetica. Può essere sia in formato Wiggle/Variable Area (figura n. 4), sia un contour a varie scale di colori che mette in risalto i diversi valori di ampiezza (figura n. 5, Seismix Unix). La visualizzazione C-Scan fa riferimento ad una immagine georadar 3D, ottenuta affiancando diverse scansioni B-scan, un cubo di dati su cui si possono visualizzare diversi piani. Fig. 6 : Visualizzazione C-Scan In figura 6 è mostrato un esempio di C-SCAN georadar. Le slice sono sezioni a diversa profondità che permettono di seguire le strutture arealmente. Alla luce delle precedenti considerazioni, la modalità classica di funzionamento del georadar presenta una limitazione dovuta al fatto che l interpretazione dei radargrammi risulta fortemente dipendente dall esperienza dell operatore e dalle informazioni a priori disponibili sulla struttura che possono, in alcuni casi, richiedere anche azioni invasive sulla struttura investigata. In effetti, tale limitazione deriva dal fatto che l'elaborazione dei dati consiste nella sola "lettura" dei ritorni del radar e quindi non vengono sfruttate le informazioni disponibili relative alla fisica del problema, ossia non viene tenuto in conto esplicitamente il vero legame matematico che intercorre tra i dati e gli oggetti da ricostruire. Pertanto, le uniche informazioni che è possibile de-

9 sumere dalla lettura delle misure riguardano la presenza ed eventualmente la localizzazione dei difetti interni. 1.2 OBBIETTIVI DELLA RICERCA L obbiettivo di realizzare sistemi georadar innovativi e di determinare metodologie di elaborazione dei dati finalizzate alla ricostruzione di informazioni utili (come l'estensione, la forma e la natura dei difetti interni oltre alla loro presenza e localizzazione) e non ambigue (onde evitare la rilevazione di "bersagli fantasma") riguardanti gli oggetti sotto indagine, passa attraverso la conoscenza del modello fisico-matematico che descrive l'interazione tra il campo elettromagnetico irradiato e le regioni sub-superficiali sulle quali il campo agisce, e sull utilizzo di sofisticati strumenti per l'elaborazione del segnale radar che siano in grado di estrarre in maniera robusta tali informazioni dai dati disponibili anche nelle più realistiche condizioni di lavoro [11] [12] [13] [14]. Tali metodologie affrontano il problema della diffusione elettromagnetica inversa, ossia la determinazione delle caratteristiche degli oggetti, immersi ad esempio nel suolo o in una muratura, a partire dalla conoscenza del campo diffuso. L obiettivo è la generazione di immagini dello stato interno delle strutture esaminate allo scopo di fornire carattere di "oggettività" alle diagnosi in termini di localizzazione e determinazione della geometria dei difetti presenti all interno della struttura. Si tratta in sostanza di una vera e propria tomografia a microonde.[15][16]. La tecnica basata sulla tomografia a microonde consente l elaborazione di dati raccolti anche con modalità differenti dalle comuni acquisizioni "bistatiche", in cui l antenna trasmittente e quella ricevente sono legate da un fissato offset. Ad esempio, è possibile fare uso di una configurazione di misura "multistatica" e multivista nella quale per ciascuna posizione dell antenna trasmittente il segnale retrodiffuso viene raccolto in corrispondenze di diverse posizioni dell antenna ricevente. Questo consente di aumentare la quantità di dati indipendenti a disposizione per le successive elaborazioni e, quindi, può migliorare la qualità delle ricostruzioni in termini di risoluzione [17]. La figure 7 ed 8 di seguito riportano il confronto fra una ricostruzione tomografica e il corrispondente radrgramma nel caso di due tubi di plastica sepolti.

10 z [m] x [m] 0.6 Fig. 7: ricostruzione tomografica di 2 tubi sepolti Fig. 8: Radargramma di 2 tubi sepolti L approccio tomografico può essere quindi sintetizzato secondo le seguenti fasi : 1) Caratterizzazione elettromagnetica dello scenario; 2) Modellizzazione diretta del fenomeno elettromagnetico; 3) Messa a punto di algoritmi di ricostruzione; 4) Sperimentazione; Il primo passo, di particolare interesse per l attività di ricerca svolta, riguarda la caratterizzazione elettromagnetica dello scenario investigato, ossia la determinazione delle caratteristiche dielettriche e conduttive dei mezzi che ospitano gli oggetti da investigare. Tale fase è necessaria dal momento che detta la banda di frequenze da utilizzare e quindi conseguentemente il passo spaziale da adottare che è direttamente legato alla lunghezza d onda del segnale investigante. Il secondo passo riguarda la definizione di modelli del fenomeno di diffusione elettromagnetica da impiegare sia in fase di analisi che di inversione e che siano un buon compromesso tra semplicità ed accuratezza. Il terzo passo comporta invece lo sviluppo di algoritmi di inversione capaci di fornire una ricostruzione affidabile ed accurata delle proprietà elettromagnetiche dei domini di indagine dalle quali desumere la presenza e le caratteristiche geometriche dei bersagli. Il quarto passo infine richiede la corretta messa a punto del sistema di misura, con l adozione di contromisure nei riguardi di eventuali fenomeni di diffrazione, di riflessione multipla tra l'apertura dell antenna ed il punto di alimentazione, e dell accoppiamento reciproco tra le antenne. La messa a punto del sistema di misura è un attività particolarmente laboriosa, che va dall effettuazione della calibrazione della strumentazione, alla schermatura delle strutture che possono dare luogo a possibili sorgenti di rumore, alla caratterizzazione dei sensori [10][18].

11 In particolare l obbiettivo di questo anno è stata la messa a punto del sistema di misura e la caratterizzazione elettromagnetica dei materiali comunemente impiegati nel settore dell ingegneria civile quali ad esempio tufo, laterizi, calcestruzzo [6][7][8][19][20]. In particolare l attività svolta è stata suddivisa in due differenti fasi temporali. La prima fase dell attività ha riguardato la messa a punto della strumentazione di misura con particolare riferimento alla caratterizzazione dei sensori. La seconda fase ha riguardato misure fatte sia su campioni di murature di tufo sia su campioni di prova di materiale edilizio al fine di stimarne le proprietà elettromagnetiche. Ciò con l intento di ottenere un quadro di riferimento per i possibili intervalli di variazione dei parametri stessi. In tale fase sono stati impiegati sensori differenti (antenne a tromba, antenne a spirale, antenne bow-tie) operanti in diversi bande di frequenza e sono state adottate configurazioni di misura in riflessione e in trasmissione.

12 2. METODOLOGIA SEGUITA E RISULTATI DELLA RICERCA 2.1 MESSA A PUNTO DEL SISTEMA DI MISURA Il sistema di misura consente l acquisizione di misure del campo elettromagnetico alle microonde in zona lontana, in zona vicina e a contatto con la struttura oggetto dell indagine. Il sistema di misura è composto da un analizzatore di rete vettoriale, dal sistema di posizionamento delle antenne, da antenne operanti in diverse bande di frequenza, cavi coassiali, transizioni guida-cavo ed adattatori necessari per la realizzazione dei diversi collegamenti. Un personal computer consente la gestione e la sincronizzazione, in remoto, dell analizzatore di rete e del sistema di movimentazione. Uno schema del sistema di misura è riportato in figura 9. Fig. 9: schema sistema di misura Passiamo ora a descrivere brevemente le principali attrezzature che compongono il sistema.

13 ANALIZZATORE DI RETE VETTORIALE L analizzatore di rete vettoriale (VNA) è un dispositivo che consente di misurare i parametri della matrice di scattering di reti attive e passive collegate tra le sue due porte. Nel nostro sistema alle due porte del VNA sono connesse due antenne, che possono funzionare sia da trasmittente che da ricevente, e ciò che viene misurata è la risposta degli eventuali oggetti interposti tra di esse [21]. La caratteristica peculiare dell analizzatore di rete vettoriale è quella di fornire misure in modulo e fase dei parametri della matrice di scattering relativa alle situazioni sotto analisi. Questo consente, a partire dalle misure acquisite nel dominio della frequenza, di risalire alla risposta nel dominio del tempo effettuando la trasformata inversa di Fourier. E possibile quindi sfruttare la risposta nel dominio del tempo, unitamente alla calibrazione dello strumento, per eliminare gli effetti dovuti a riflessioni multiple, a loro volta legate ai disadattamenti, che si presentano nella catena di misura. Fig. 10: Analizzatore di rete vettoriale Il modello utilizzato (ANRITSU 37225B) si basa su un ricevitore a microonde multicanale accordato, che permette di avere una misura delle caratteristiche di fase e di ampiezza nell intervallo di frequenze di funzionamento che va da 40 MHz a 13,5 GHz. Inoltre è in grado di fornire un livello di potenza, per il segnale generato, variabile tra i (-15 e +10) dbm. La tecnica seguita dall analizzatore di rete vettoriale ANRITSU è detta Harmonic Sampling o Harmonic Mixing, e consiste nell effettuare una conversione del segnale ad una frequenza intermedia più bassa; successivamente tale segnale può essere misurato da un ricevitore accordato in grado di considerare l intervallo dinamico del sistema più ampio possibile garantendo in questo modo una maggiore insensibilità ai segnali interferenti.

14 Il dispositivo reca un connettore su ognuna delle due porte. Utilizzando un carico adattato, fornito nel kit di calibrazione, è possibile misurare quelle che sono le caratteristiche di riflessione ad entrambe le porte. Fig. 11: Rappresentazione dei parametri della matrice di scattering Tenendo presente che i pedici rappresentano rispettivamente in ordine la porta attraverso la quale il Device Under Test (DUT) viene interrogato e la porta di uscita del DUT, i parametri della matrice di scattering vengono così definiti : S 11 Riflessione diretta S 21 Trasmissione diretta S 12 Trasmissione inversa S 22 Riflessione inversa Errori connessi all analizzatore vettoriale Nel sistema di misura l analizzatore di rete vettoriale viene collegato alle antenne attraverso cavi, adattatori e transizioni. Ciò comporta la presenza di errori sulle misure effettuate.tali errori nella catena di misura, a valle e a monte del DUT possono essere classificati come di seguito: Errore di direttività dovuto a riflessioni indesiderate a causa del disadattamento legato ai cavi, alle transizioni e agli adattatori utilizzati. Rappresenta un errore critico, in quanto limita il range delle misure che è possibile effettuare;

15 Errore da riflessione multipla questo tipo di errore tiene conto di una situazione che si verifica di frequente, ovvero la ricezione di alcune onde che non sono generate dalla riflessione sul DUT ma che possono attribuirsi ad oggetti presenti nell ambiente circostante; Accoppiamento di sorgente questo errore è legato alla doppia riflessione tra sorgente e DUT. A causa di tali errori, il valore misurato attraverso l analizzatore di rete vettoriale risulta essere sempre affetto dagli errori sistematici inevitabilmente connessi all acquisizione. E possibile correggere ciascuno di questi termini di errore sottoponendo preliminarmente lo strumento ad una procedura di calibrazione. Tale procedura consiste nella misura di ampiezza e fase di ciascun segnale di errore e nella memorizzazione di tali dati in un vettore che costituisce quello che comunemente viene detto vettore correzione di errore. Tale vettore viene poi applicato vettorialmente alla misura effettiva al fine di estrarre da essa il segnale utile. ANTENNE Le antenne a disposizione permettono di coprire una banda complessiva di frequenza che va dalle centinaia di MHz a qualche decina di GHz. Le antenne sono horn piramidali (antenne a trombino), antenne a tromba riempiti di dielettrico antenne a larga banda quali antenne a spirale con polarizzazione right hand e left hand, diverse coppie di antenne Bow-Tie. Di seguito viene riportata una descrizione fotografica dettagliata delle diverse antenne e per ciascuna di esse viene specificato l intervallo di frequenze di funzionamento, le dimensioni e la polarizzazione del campo radiato [21].

16 n. 2 antenne Bow-Tie SPR -500 range 0,3-0,7 GHz dim. : 22,2x14,7x10,5 cm polarizzazione: lineare n. 2 antenne a spirale range 0,5-3,0 GHz diametro : 24cm spessore : 5,5 cm polarizzazione: circolare (right hand) n. 1 antenne a spirale range 0,5-3,0 GHz diametro : 24cm spessore : 5,5 cm polarizzazione: circolare (left hand)

17 n. 2 antenne Bow-Tie SPR-1000 range 0,6-1,4 GHz dimensioni:12x17x10,5 cm polarizzazione: lineare n. 2 antenne a tromba ridged range 0,8-2,0 GHz dimensioni: 23x43x34 cm polarizzazione: lineare n. 2 antenne Bow-Tie SPR-2000 range 1,4-2,6 GHz dimensioni: 10x14x7,5 cm polarizzazione: lineare

18 n. 2 antenne a tromba riempite di dielettrico range 2-18 GHz diametro 13 cm lunghezza : 30 cm polarizzazione: lineare n. 2 antenne trombini range 8,2-12,4 GHz polarizzazione: lineare horn piccolo dim. apertura : 4,3x 3,1cm lunghezza :5 cm horn grande dim. apertura : 6,0x7,8 cm lunghezza : 13 cm Al fine di prevedere come le antenne in esame si comportano in condizioni realistiche sono state effettuate, preliminarmente al loro impiego, misure incentrate principalmente alla loro caratterizzazione in termini di impedenza d ingresso, guadagno, diagramma di irradiazione. Inoltre, va valutato l accoppiamento diretto tra le antenne [21]. La caratterizzazione è stata effettuata sia per le antenne a spirale sia per quelle Bow_tie. Di seguito viene descritta, a scopo esemplificativo, la procedura condotta per la determinazione del diagramma di irradiazione di una antenna Bow_Tie SPR Le acquisizioni sono state condotte all interno di un ambiente semi-anecoico per minimizzare le possibili cause di errore dovute a riflessioni indesiderate. Viene misurato il parametro S 21 fissata la distanza tra le due antenne uguali, facendo ruotare quella sotto indagine. L utilizzo di una tavola rotante (figura 12), controllata in remoto grazie all uso di un PC mediante un programma svilup-

19 pato in ambiente Labview, consente di ruotare l antenna trasmittente di 360 o in un numero finito di passi. Fig. 12 : Tavola rotante Fig. 13 : Configurazione utilizzata L antenna in trasmissione viene fatta ruotare di 360 in senso antiorario: a partire da una posizione assunta come iniziale, pari a 0, che coincide con la posizione iniziale della tavola rotante, si arriva a 360 con 62 passi discreti, che corrispondono ad uno spostamento angolare per passo di circa 6 gradi. L antenna in ricezione, in posizione fissa, riceve un segnale che varia in funzione della posizione dell antenna trasmittente. Diagrammando i segnali registrati in funzione dell angolo di rotazione e fissata la frequenza si ottiene la distribuzione di campo. Tale procedura è stata ripetuta per due diversi valori della distanza tra le due antenne, vale a dire d=50cm, e d=90cm come riportato nei grafici che seguono:

20 modulo del segnale ricevuto normalizzato (d=50 cm) 0,6 GHz 0,8 GHz 1,4 GHz posizioni del sensore [deg] 200 fase del segnale ricevuto (d=50 cm)

21 5 0 modulo del segnale ricevuto normalizzato (d=90 cm) 0,6 GHz 0,8 GHz 1,4 GHz posizioni del sensore [deg] 200 fase del segnale ricevuto (d=90 cm) Dai diagrammi riportati si nota che l andamento del campo nel primo caso (d=50 cm) risulta essere più pronunciato e stretto rispetto al secondo (d=90 cm), inoltre al crescere della frequenza si nota un restringimento del lobo di irradiazione, come ci si aspettava.

22 I POSIZIONATORI I posizionatori sono delle guide lineari con corsa di 150 cm, dotate di una slitta su cui poter fissare le diverse antenne. Il loro uso è legato alla necessità di condurre misure di tipo multibistatico e multivista; dato però il loro ingombro ed il loro peso sono state utilizzate prevalentemente per attività di laboratorio. IL CALCOLATORE Per la fase di acquisizione delle misure, sfruttando l interfaccia GPIB dell analizzatore di rete vettoriale ed una apposita scheda di pilotaggio dei posizionatori e della tavola rotante, è stato possibile attraverso un software apposito scritto in ambiente Labview 6.0 sincronizzare le fasi di movimentazione e di effettuazione delle misure e l acquisizione di queste ultime per l elaborazione

23 L AMBIENTE ANECOICO Le maggior parte dell attività di ricerca è stata condotta presso il Laboratorio di Elettromagnetismo della Seconda Università degli Studi di Napoli in cui è presente un ambiente semianecoico, all interno del quale è posta la strumentazione di misura. Un ambiente le cui pareti hanno la pecularietà di essere assorbenti dal punto di vista elettromagnetico (vedi fig. 14). L importanza di effettuare le acquisizioni all interno di tale ambiente è dovuta alla necessità di eliminare le riflessioni generate dalle pareti stesse e che vanno ad influenzare le misure effettuate Fig. 14 : schema dell ambiente anecoico utilizzato L anecoicità schermatura è ottenuta rivestendo le pareti con pannelli di forma piramidale di diversa dimensione realizzati con materiale resistivo carbonioso. Queste piramidi, grazie alla loro forma ed al materiale con cui sono realizzate, assorbono le radiazioni elettromagnetiche ed evitano quindi riflessioni indesiderate.

24 2.2 CAMPAGNE DI MISURA E RISULTATI DELLA CARATTERIZZAZIONE ELET- TROMAGNETICA Durante l anno l attività sperimentale si è sviluppata incentrandosi in particolare su quelli che sono i materiali che usualmente vengono impiegati in ambito di ingegneria civile. Questo al fine, da un lato, di determinare i valori dei parametri elettromagnetici in gioco, dall altro, di valutare come tali parametri sono influenzati da fattori esterni. In tale ottica vengono riportate due delle campagne di misura effettuate, esemplificative dell attività svolta CARATTERIZZAZIONE DI UNA MURATURA CAMPIONE DI TUFO La prima campagna di misura si riferisce alla caratterizzazione di una muratura progettata e realizzata presso il Laboratorio di Elettromagnetismo Applicato del Dipartimento di Ingegneria dell Informazione della Seconda Università degli Studi di Napoli. Nella campagna di misura si sono utilizzati due diversi tipi di antenne: antenne coniche riempite con materiale dielettrico che lavorano nell'intervallo di frequenza (2-13,5) GHz (indicati come Sensori 1) ed antenne a tromba che lavorano in banda X (8,2-12,4) GHz (indicati come Sensori 2). La muratura di tufo oggetto dell indagine da dimensione 1x1x0,11 metri ed è posizionata su di una base mobile. Le misure sono state condotte sia in configurazione bistatica di trasmissione che in quella di riflessione. (Figura 15,16). Le acquisizioni sono state condotte nell ambiente semianecoico. Figura 15 Figura 16 Modello di diffusione elettromagnetica relativa Si assume che il mezzo dielettrico sotto indagine sia omogeneo, con permittività dielettrica ε r e conducibilità σ, in questo modo è possibile definire una permittività dielettrica

25 σ (complessa): ε = ε r j. Il modello considera la struttura dielettrica investigata come uno stra- ωε 0 to monodimensionale in aria su cui incide ortogonalmente un onda piana alle diverse frequenze. L ipotesi di omogeneità è lecita se le disomogeneità del mezzo sono piccole rispetto alla lunghezza d onda. Inoltre, l assunzione di onda piana incidente si basa sull ipotesi che la configurazione di misura sia tale da poter ritenere che la struttura investigata si trovi in zona lontana rispetto ai sensori, fermo restando che non è possibile assumere distanze considerevoli, per evitare che i bordi della struttura influenzino la misura. Queste assunzioni geometriche sono verificate nel caso in questione, pertanto è possibile parlare di onde piane e quindi definire sia il coefficiente di riflessione che di trasmissione. Il coefficiente di trasmissione T definito come il rapporto tra il campo elettrico alla seconda interfaccia ed il campo incidente sulla prima interfaccia è dato dalla seguente espressione: T 1 2ε = (1) cos ( βd ) j ε ( 1+ ε ) tan( βd ) dove d rappresenta lo spessore della muratura investigata e all interno della muratura. Il coefficiente di riflessione β = 2πf ε è il numero d onda c invece viene definito come il rapporto tra il campo elettrico riflesso ed il campo elettrico incidente alla prima interfaccia è espresso attraverso la relazione seguente : ( 1 ε ) tan( βd ) + j( 1+ ε ) tan( βd ) Γ j Γ = (2) 2 ε I coefficienti nelle equazioni (1) e (2) dipendono dalle grandezze di interesse ε r e σ nonché dalla frequenza f. La frequenza viene fatta variare all interno di un fissato intervallo, in modo tale da poter così sfruttare una configurazione di misura multi-frequenza. Vale notare che, a causa delle perdite nel mezzo, la dipendenza dalla frequenza si ha non solo nell'argomento delle funzioni trigonometriche, ma anche nella permittività equivalente. Per apprezzare la dipendenza (non lineare) dei coefficienti di trasmissione e riflessione dai parametri a cui siamo interessati, vengono riportati nelle figg. 17, 18, 19, 20 gli andamenti teorici della permittività dielettrica relativa e della conducibilità del mezzo, calcolato per una fissata frequenza (f=1 GHz) ed un fissato spessore dello strato (d=15 cm). Come si può vedere, il modulo del coefficiente di riflessione (fig.1) è sensibile a variazioni della permittività dielettrica relativa quando la conducibilità è piccola. Al contrario, diviene più 0

26 piatto all aumentare della conducibilità. Anche la fase (fig. 2) mostra piccole variazioni con ambo i parametri di interesse. Per il coefficiente di trasmissione, il modulo (fig. 3) mostra una dipendenza apprezzabile dalla conducibilità, mentre è poco sensibile alla permittività dielettrica. Al contrario, la fase è piuttosto sensibile nei confronti della permittività e meno variabile riguardo alla conducibilità (fig. 4). Figura 17 Figura 18 Figura 19 Figura 20 Configurazione di trasmissione In questa configurazione di misura (mostrata nella fig. 15) la muratura sotto prova è collocata tra le due antenne, ed il coefficiente S è misurato alle porte del VNA. Per rapportare la misura 21 del parametro S al coefficiente di trasmissione attraverso la muratura è necessario calibrare i dati. 21 Infatti, il parametro di scattering S acquisito tiene conto del modulo e della fase dovuti alla propagazione del segnale nelle antenne, nello spazio libero e all interno della muratura. Se indichiamo 21 con A il modulo e con Θ la fase (funzione della distanza, del guadagno delle antenne e della frequenza) il parametro di scattering misurato può essere scritto come : ( jθ) Τ meas S 21 = Aexp (3)

27 dove il pedice meas indica il coefficiente di trasmissione misurato. Per effettuare la calibrazione, ossia l estrazione dalla (3) del termine utile Τ meas, occorre quindi misurare il parametro S in as- 21 senza della muratura. In tal caso l espressione del coefficiente acquisito sarà: S 21 = Aexp ( jθ) exp( jβ 0d ) (4) dove il termine esponenziale rappresenta il coefficiente di trasmissione in aria. Il rapporto tra i due coefficienti misurati (3) e (4) e la moltiplicazione del risultato per exp( jβ 0d ) ci fornisce il Τ meas. La figura 21 mostra un confronto tra il coefficiente di trasmissione ottenuto quando le misurazioni sono raccolte coi sensori 1 (linea blu: all'interno dell'intervallo di frequenza GHz) ed i sensori 2 (linea rossa: all'interno dell'intervallo di frequenza GHz) rispettivamente. Configurazione di riflessione In questa configurazione le due antenne sono posizionate sullo stesso lato della muratura sotto indagine come mostrato nella fig. 16, così come di norma accade per applicazioni GPR [14]. Anche in questo caso viene misurato il coefficiente S 21 della matrice di scattering alle porte del VNA. In tal caso la misura in presenza della muratura è riferita al coefficiente di riflessione che può essere espresso come segue : ( jθ) Γ meas S 21 = Aexp. (5) Questa volta, la calibrazione è ottenuta misurando il parametro S 21 relativo ad una lastra di rame posizionata sulla prima interfaccia aria-muratura; la presenza della lastra di rame comporta un coefficiente di riflessione Γ = 1e così il coefficiente S assume la seguente espressione : 21 S 21 = Aexp( jθ). (6) Anche in questo caso il coefficiente di riflessione calibrato è ottenuto eseguendo il rapporto tra i due coefficienti espressi nelle (5) e (6). La figura 22 mostra un confronto tra i coefficienti di riflessioni ottenuti quando vengono impiegati i sensori 1 ( linea blue : banda di frequenza GHz) ed i sensori 2 (linea rossa : banda di frequenza GHz).

28 Calibrated reflection coefficients Figura 21 Figura 22 Algoritmo di ricostruzione Per risolvere il problema della caratterizzazione del materiale, ossia la determinazione della ε r e di σ, è stato seguito un approccio classico minimizzando un funzionale d errore sui dati in frequenza disponibili: ( f ) T ( f ) T n meas n n Ψ( ε r, σ ) = (7) e T n meas ( f ) ( f ) Γ ( f ) n ( f ) e Γ n meas n n Φ( ε r, σ ) = (8) e Γ n meas n e dove f n rappresenta la frequenza n-ma. I modelli teorici si basano su di una schematizzazione in termini di mezzo stratificato aria-muratura-aria dove lo spessore della muratura è noto. Le funzioni di costo esibiscono un comportamento non quadratico e presentano molti minimi locali. D altra parte dal momento che i parametri ignoti da determinare sono solo due re condotta in maniera esaustiva. ( ε,σ ) r, la loro ricerca può esse- A causa del possibile posizionamento errato della lastra di rame, nella procedura di calibrazione, i dati acquisiti potrebbero essere affetti da un termine di fase lineare indesiderato che com-

29 promette i risultati della ricostruzione. Questo fattore indesiderato (ignoto), dipendente dal gap s che si genera dovuto alla non perfetta aderenza tra la lastra di rame e la muratura, può essere portato in conto nell'algoritmo di inversione considerando la seguente funzione di costo Γ ( f ) n exp j4πfs Γmeas ( f n ) n c0 Φ( ε r, σ, s) = (9) e Γ n meas ( f ) n e dove anche il parametro s è cercato nella procedura di minimizzazione. Nel lavoro condotto si è apprezzato un errore di posizionamento di circa 7 mm. E molto utile poter limitare l intervallo all interno del quale ricercare le incognite al fine di ridurre i tempi di computazione. Per le misure in trasmissione, prima di minimizzare il funzionale (7), vengono valutati grossolanamente la permittività e la conducibilità della muratura secondo i seguenti passi. Come primo passo, sfruttando la fase del coefficiente di trasmissione, viene stimata la permittività dielettrica relativa a partire dalla relazione[22]: arg [ T ] meas d = βd = 2πf ε r. c 0 In secondo luogo, dal valore stimato per la permittività dielettrica relativa e dalla conoscenza del coefficiente di trasmissione T meas al centro dell intervallo di frequenze di lavoro, viene effettuata una stima della conducibilità sfruttando i moduli delle grandezze nella relazione (1). Lo schema a blocchi dell algoritmo di cui si è fatto uso durante la fase di stima è il seguente: Dati acquisiti Il primo blocco rappresenta i dati ottenuti dall acquisizione, per mezzo del VNA, ogni misura effettuata viene memorizzata in file in cui vengono riportati in forma tabellare il numero di

30 punti in cui si è campionato l intervallo di frequenze di lavoro, i valori delle relative frequenze e quelli dei rispettivi moduli e fasi. Calibra Il blocco in questione opera in modo da fornire in uscita il coefficiente di trasmissione (riflessione) a partire dalla misura dei parametri di scattering S 21 ottenuti nelle due diverse disposizioni descritte in (3)(4)[(5)(6)]. Pertanto all uscita i dati a disposizione tengono conto del cammino che il segnale compie all interno dell oggetto investigato. Eps_c Attraverso tale blocco vengono implementate le operazioni utili per determinare i possibili intervalli di variabilità dei parametri ignoti, costante dielettrica e conducibilità, all interno dei quali effettuare la minimizzazione della distanza tra dati teorici e quelli sperimentali. Funzionale Il blocco Funzionale elabora i dati in ingresso secondo un algoritmo di soluzione che cerca i valori di permittività dielettrica e di conducibilità come il minimo globale di un funzionale di errore, che tiene conto della distanza tra i dati misurati e calibrati ed i dati simulati sulla base di un modello teorico implementato attraverso il blocco Reflex/tx. Φ ( ε, σ ) = min Γ ( ε, σ, f ) Γ ( f ) 2 r ε, σ r T Essendo l intervallo di frequenze imposto dal tipo di antenne utilizzato, la norma è intesa rispetto alla frequenza ed il Γ ( ε, σ f ) è rappresentativo dal modello matematico usato. In pratica T r, si fanno variare i parametri all interno del modello matematico scelto finché non si riesce a raggiungere un matching sufficientemente valido tra gli andamenti dei dati misurati con quelli teorici. Alla fine della procedura di stima l algoritmo fornisce i valori di permittività e di conducibilità del materiale investigato. Reflex/Tx Tale blocco è rappresentativo del modello matematico utilizzato, la scelta di tale modello è uno dei punti fondamentali della fase di analisi, poiché deve tenere conto della zona di campo in cui è presente l oggetto sotto indagine (zona vicina, zona lontana ecc.) deve al contempo presentare caratteristiche di affidabilità di immediatezza e di facilità di utilizzo. Si è valutato il coefficiente di riflessione/trasmissione come quello generato da un mezzo stratificato investito ortogonalmente da un onda piana. r M

31 Risultati I primi risultati ottenuti si riferiscono a come varia il contenuto di umidità della muratura in funzione del tempo a partire dalla sua realizzazione. I dati sono stati raccolti con i sensori 1 e si riferiscono ad un periodo di tempo di circa 30 giorni successivi alla realizzazione del muro. Le figure 23 e 24 mostrano le variazioni temporali per i valori stimati di ε r e σ utilizzando i dati nella banda 4-9 GHz. Si osserva come i valori diminuiscano bruscamente durante il corso dei primi giorni, mentre si stabilizzano due settimane dopo fino a giungere ai valori finali di ε r =4.8 e σ =0.14 S/m. Figure 23 Figure 24 Questi valori ben si sposano con i valori stimati a partire da misure in configurazione di riflessione effettuate alla fine della fase di asciugatura della muratura; in particolare, le stime condotte utilizzando dati nell intero intervallo di frequenza GHz forniscono i valori 5 e 0.14 S/m, rispettivamente. Al fine di mostrare la coerenza fra i risultati ottenuti in diverse configurazioni e per differenti antenne, è possibile processare i dati riportati nelle figure 7 e 8, che riguardano misure in trasmissione e riflessione compiute in un momento diverso rispetto a quello dell'esempio riportato. I due insiemi di dati riportati nelle figure 21 e 22 fanno riferimento alla medesima muratura (in condizione di asciutto) e allo stesso giorno. Per quel che concerne la configurazione di trasmissione (figura 21), prima sono stati elaborati i dati relativi ai sensori 1 nell intera banda di frequenza ( GHz) ottenendo ε r =4 eσ =0.19 S/m (prima caso di prova). Poi per esaminare l'affidabilità della procedura diagnostica sono stati elaborati i dati relativi ai due sensori 1 e 2 sull intervallo di frequenze ( GHz). Dai dati raccolti con i sensori 1 si ottiene ε r =4.1 e σ =0.19 S/m (secondo caso di prova), mentre dai dati raccolti con i sensori 2 si ottiene ε r =4 e σ =0.22 S/m (terzo caso di prova). Infine sono stati elaborati i dati riportati in figura 22 per ambo i sensori 1 e 2 sull intervallo di frequenze in comune GHz. Con i dati raccolti dai sensori 1 si ottiene ε r =3.7 e σ =0.3

32 S/m (quarto caso di prova), mentre con i dati raccolti dai sensori 2 si ha ε r =3.7 e σ =0.24 S/m (quinto caso di prova). La tavola seguente riassume tutti i risultati ottenuti. Caso di prova Trasmissione Riflessione Sensori Intervallo frequenza [S/m] Primo SI GHZ Secondo SI GHz Terzo SI GHz Quarto SI GHz Quinto SI GHz Conclusioni In conclusione la procedura di diagnostica è stata eseguita a partire da misure condotte sia in trasmissione sia in riflessione, elaborate grazie ad algoritmi di minimizzazione di funzionali di errore. I valori di permittività e di conducibilità stimati mostrano un buon accordo tra i risultati delle due configurazioni di misura implementate, confermando così l'affidabilità dell intera procedura di diagnostica.

33 2.2.2 CARATTERIZZAZIONE DI CAMPIONI DI MATERIALI IMPIEGATI NELL EDILIZIA La seconda campagna di misura è consistita nella caratterizzazione elettromagnetica di campioni di materiali comunemente impiegati in ambito di ingegneria civile. La configurazione di misura impiegata è composta dall analizzatore di rete vettoriale (VNA) dalle transizioni guida-cavo, da cavi coassiali e dagli horn piramidali, operanti in banda X (8,2 12,4 GHz) così come mostrato nella figura 25. Le misure sono state ottenute fissando i due sensori a contatto sulle superfici opposte dei diversi campioni (configurazione trasmisssione). I materiali esaminati sono di interesse nell edilizia civile, vale a dire il tufo, il cemento ed i laterizi. In particolare, con riferimento a questi ultimi, sì è anche condotta un analisi per diversi spessori. Le figure che seguono fanno riferimento ai campioni impiegati. Figure 25 Campione di cemento Campione di tufo

34 Laterizio piccolo Laterizio grande Laterizio doppio In figura 26 è mostrato un confronto tra gli andamenti del coefficiente di trasmissione, in modulo e fase, misurato in relazione ai diversi campioni usati. Fig. 26 Coefficiente di trasmissione attraverso i diversi campioni esaminati

35 Una prima considerazione riguarda la costituzione peculiare del laterizio; infatti per esso la propagazione elettromagnetica è fortemente dipendente dal numero e dalle dimensioni dei vuoti presenti. Si è quindi resa necessaria un indagine per capire come il coefficiente di trasmissione risulti influenzato dalla posizione del sensore sulla superficie del laterizio. In particolare nelle figure che seguono vengono riportati dei confronti tra i coefficienti di trasmissione per diversi spessori del laterizio investigato e per diverse posizioni del sensore all interfaccia. Fig. 27 : Coefficiente di trasmissione al variare dello spessore del laterizio Fig. 28 Coefficiente di trasmissione al variare della posizione del sensore sul laterizio (spess.=16 cm) Dai grafici riportati è evidente che lo spessore del materiale sotto indagine gioca un ruolo fondamentale; inoltre, è altrettanto evidente che il laterizio non può essere considerato come un mezzo omogeneo in virtù della forte variabilità riscontrata nei dati acquisiti al variare della posizione del sensore. Pertanto particolare cura ed attenzione deve essere posta in fase di valutazione dei parametri dielettrici dei diversi materiali, in quanto in alcuni casi può essere utile definire dei valori medi per tali parametri.

36 Elaborazione L elaborazione è stata condotta sotto le ipotesi semplificative, di singola onda piana incidente, di struttura omogenea ed infinitamente estesa nel piano ortogonale alla direzione di propagazione. In realtà le acquisizioni sono state effettuate con i sensori posti a contatto con le superfici dei diversi campioni. Questo comporta che nel modello della propagazione si dovrebbe tenere in conto lo spettro di onde piane piuttosto che la singola onda con incidenza normale. Tuttavia, dal momento che l obiettivo è pervenire ad una stima approssimata si è deciso di sfruttare il modello semplificato detto sopra fermo restando la consapevolezza che i risultati a cui si giunge sono da considerarsi di massima. L algoritmo è quindi lo stesso di quello impiegato nella precedente campagna di misura. Conclusioni Di seguito sono riassunte le stime dei parametri per ciascun campione investigato. Elaborazione nel range di frequenze 8,2-12,4 Ghz materiale eps sigma [S/m] tufo 3,7 0,14 cemento 7,7 0,54 laterizio A 2,9 0,04 laterizio B 2,0 0,08 laterizio C 2,1 0,12 Legenda : Laterizio A= laterizio spessore 7,0 cm Laterizio B= laterizio spessore 14,0 cm Laterizio C= laterizio spessore 15,0 cm

37 3. POSSIBILITA DI PROSEGUIMENTO DELL ATTIVITA L attività svolta nell anno trascorso ha riguardato prevalentemente la caratterizzazione di alcuni materiali da costruzione, con particolare attenzione al tufo, materiale sul cui comportamento elettromagnetico in letteratura si trova poco o nulla [7][8][22]. Tale attività, che ha portato a risultati di per sé interessanti e utili in diverse applicazioni, va però inquadrata, come già detto all inizio di questa relazione, nel più vasto ambito della diagnostica elettromagnetica. A valle dalla caratterizzazione del mezzo che ospita l oggetto indagato (sia esso una cavità, un sottoservizio, una stratificazione) può essere svolta infatti una diagnostica elettromagnetica vera e propria, obiettivo ultimo del progetto di ricerca. Sono attualmente già in corso sia esperimenti di misura su intercapedini murarie in condizioni controllate (laboratorio) sia la messa a punto di algoritmi per l elaborazione dei relativi dati [18]. L esperienza finora maturata e le competenze acquisite risultano utili, se non indispensabili, nella messa a punto e nella gestione delle attrezzature che l Unità di Diagnostica Elettromagnetica sta acquisendo nell ambito dei finanziamenti del Centro. 1. Prototipo di tomografo a microonde; 2. Radar da campagna; 3. Georadar a larga banda; Il tomografo a microonde è uno strumento per la misura del campo elettromagnetico riflesso da strutture murarie (verticali) sottoposte ad illuminazione mediante campo elettromagnetico incidente, generato dalla strumentazione stessa in un banda di frequenza che copra almeno l intervallo 2-8 GHz. La strumentazione consta di: un analizzatore di rete vettoriale; un sistema di movimentazione che consente di muovere indipendentemente due antenne georadar in un piano verticale e che consente la rotazione di 90 delle antenne intorno ad un asse ortogonale al piano di movimento; due antenne georadar a banda larga; due cavi coassiali per la generazione del segnale RF e l acquisizione della misura durante tutta la fase del movimento. un software per il controllo del movimento del posizionatore e la sincronizzazione della movimentazione con l acquisizione e l immagazzinamento dei dati di misura.

38 L analizzatore di rete vettoriale, modello Anritsu MS4624D, è operativo nella banda 10 MHz 9GHz con test set per i parametri S integrato. Include quattro porte di misura e due sorgenti interne, è possibile il suo impiego sia per l uso in cavo coassiale sia per l uso in guida d onda. Il posizionatore è un planar scanner a doppia torre costituito da guide lineari. Le antenne sono fissate ad opportune slitte movimentate lungo le guide verticali ( torri ). Le due torri sono solidali a due slitte movimentate lungo le guide orizzontali con corsa utile di 2 metri. Quest ultime sono solidali ad un telaio di supporto alla struttura. Il layout del posizionatore è schematizzato nelle figure seguenti. Pannelli anecoici Quadro di controllo Analizzatore di reti Fig. 29 Layout del posizionatore (assetto operativo); Le antenne sono di tipo a tromba (ridged horn) a doppia polarizzazione con intervallo di frequenza da 2 GHz ad (almeno) 8 GHz ed hanno una doppia polarizzazione lineare. Ogni antenna ha due connettori di tipo N ai quali è direttamente misurabile la polarizzazione verticale oppure o- rizzontale. I cavi coassiali di misura sono stabili in fase sia rispetto alla temperatura che alla torsione, essi sono contenuti in opportune catene porta-cavo per proteggerli da rotture e guidarne il movimento, a favore della stabilità in fase durante l acquisizione. Le principali caratteristiche dei cavi sono: frequenza operativa fino a 18 GHz; connettori di tipo N; attenuazione nominale: 0,8 db/m a 18 GHz e 25 C; raggio di bending minimo (statico)pari a 24 mm.

39 Le principali funzionalità messe a disposizione dai driver SW in Labview sono: selezione dell asse per cui compiere una delle operazioni seguenti; posizionamento ad una quota piacere, assoluta o relativa alla posizione corrente; arresto di emergenza; lettura e visualizzazione della posizione corrente; posizionamento a zero macchina (cioè assoluto); impostazione della velocità e dell accelerazione con cui compiere i movimenti; impostazione dei parametri di una scansione; numero delle posizioni in X (N); numero delle posizioni in Y (M); passo in X ; passo in Y. Il tomografo sarà allocato in una camera anecoica schermata. Il radar da campagna è un georadar portatile con tecnologia stepped frequency che consente la diagnostica muraria in configurazione di misura multi bistatica attraverso una scansione lineare ottenuta spostando i sensori su di un apposito binario di movimentazione. La strumentazione è composta essenzialmente da un sistema elettronico per la generazione e la sintesi del segnale di comando dell antenna in trasmissione, da un ricevitore per l acquisizione del segnale riflesso da due antenne a larga banda e da un posizionatore lineare. Il trasmettitore basato sul principio di funzionamento stepped frequency lavora tra gli 800 MHz e i 4 GHz con guadagno variabile e con un numero di passi in frequenza maggiore o uguale di 256. Il ricevitore è costituito da due canali fisici in grado di discriminare la componente in fase e quella in quadratura l acquisizione è di tipo digitale con un campionamento di 16 bit. Le antenne a larga banda vanno da 800 MHz a 3GHz con polarizzazione lineare. Infine l intero sistema è predisposto per una sua espansione verso il basso della banda di frequenze di funzionamento. Georadar Stepped Frequency Sistema Elettronico Sistema Antenne Sistema di Posizionamento SW di Controllo per PC Trasmettitore Antenne Controllo Sistema Posizionamento Ricevitore Supporto Controllo Sistema Elettronico Interfaccia PC e cavi Cavi RF GUI Fig. 30 Diagramma ad albero del sistema Radar di Campagna