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Highly Disruptive and Compact Antenna Systems for Small Satellites with Application to Surveillance, Environmental and Crop-Growth Analysis, Enabling European Union Dominance in the Space Industry

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Nuove progettazioni di antenne compatte pronte a migliorare le comunicazioni nanosatellitari

Alcuni scienziati finanziati dall’UE hanno dimostrato antenne compatte semplici ed economiche che potrebbero ampliare il ruolo dei nanosatelliti nel telerilevamento o nelle comunicazioni spaziali. Le nuove progettazioni migliorano la larghezza di banda dell’antenna e consentono una migliore comunicazione tra le stazioni terrestri e i satelliti.

Spazio

I nanosatelliti e i picosatelliti sono classi distintamente a basso costo di piattaforme spaziali miniaturizzate costruite secondo dimensioni e forme ordinarie. Entrambi sono modulari e possono essere impilati insieme per creare veicoli spaziali più grandi. La loro utilità nello spazio sembra limitata solo dalle loro dimensioni e dall’immaginazione dei loro progettisti e utenti. I settori pubblico e privato fanno sempre più affidamento su di loro per l’osservazione della Terra e per le nuove tecnologie di comunicazione di volo di prova. I dati raccolti dai satelliti miniaturizzati sono buoni quanto il segnale che inviano alla Terra, mentre il segnale è buono quanto l’antenna che lo invia. Le antenne per piccoli satelliti richiedono generalmente uno spazio dedicato sulla piattaforma satellitare e spesso richiedono l’installazione meccanica dopo il lancio del satellite. Ciò aggiunge peso extra e occupa uno spazio prezioso che potrebbe essere altrimenti utilizzato, mentre può anche sollevare problemi di affidabilità. Il progetto CSA-EU, finanziato nell’ambito del programma Marie Skłodowska-Curie, ha proposto nuovi progetti di antenne planari che migliorano i progetti esistenti in diversi modi. È importante sottolineare che sono più compatti ed eliminano la necessità di un meccanismo di dispiegamento: questi progressi sono da considerare buoni primi passi verso la riduzione del volume e del costo di satelliti minuscoli. Per quanto riguarda il loro utilizzo, si adattano bene all’osservazione della Terra, dove l’immaginografia in tempo reale ad alta risoluzione è molto apprezzata.

Progettare antenne a microstriscia sulle superfici dei pannelli solari

Negli ultimi anni, sono stati compiuti considerevoli progressi nel rendere efficace il funzionamento congiunto delle antenne a microstriscia con i pannelli solari. Questa fusione consente di risparmiare spazio sulla superficie dei nanosatelliti. Le antenne a microstriscia hanno anche un costo inferiore rispetto ad altri tipi di antenna, grazie alla facilità di fabbricazione su circuiti stampati. In un primo momento, i ricercatori del progetto hanno sviluppato un’antenna a doppia alimentazione polarizzata circolare posta sopra i pannelli solari nanosatellitari. L’antenna è stata fabbricata da una maglia quadrata conduttiva montata su un materiale di supporto trasparente, uno strato di vetro borosilicato. «Il materiale trasparente lascia intatta la struttura originaria della cella solare, così da non comprometterne le prestazioni. Valori elevati di trasparenza consentono ai pannelli solari di funzionare con un’elevata efficienza», osserva George Goussetis, coordinatore di CSA-UE. La polarizzazione circolare del segnale consente al satellite e alla stazione di terra di mantenere la comunicazione anche se il satellite ruota rispetto al ricevitore. Nel complesso, l’antenna ha dimostrato una buona larghezza di banda di impedenza, un diagramma di radiazione stabile e livelli minimi di ombreggiamento. I risultati della ricerca sono pubblicati dalla rivista ad accesso aperto IEEE.

Aumentare la direttività utilizzando le antenne a irradiazione longitudinale

Un’altra parte della ricerca si è concentrata sulla progettazione di antenne a irradiazione longitudinale planari. Emettendo la massima radiazione da un’estremità, queste antenne migliorano la direttività del segnale. Il concetto alla base dell’antenna di nuova concezione prevedeva un lanciatore di guida d’onda a piastre parallele basato su una guida d’onda integrata nel substrato. Il segnale satellitare si propaga attraverso la guida d’onda integrata nel substrato, che lo fa funzionare in uno schema noto come elettromagnetico trasversale (TEM, transverse electromagnetic). Questa è stata la prima volta che i ricercatori hanno dimostrato la modalità TEM con la propagazione del fronte d’onda planare. I risultati della ricerca sono stati pubblicati dalla rivista ad accesso aperto IEEE. «I nanosatelliti che si muovono a basse orbite terrestri si spostano attraverso il cielo durante la loro orbita, quindi non hanno una linea di vista costante con l’antenna ricevente. L’obiettivo finale è migliorare la capacità di trasmettere video e immagini della Terra ad alta risoluzione in streaming e in tempo reale sfruttando al massimo il campo visivo ristretto dell’antenna. Ciò implica chiaramente l’ottimizzazione della direttività e della larghezza di banda», conclude Goussetis.

Parole chiave

CSA-EU, nanosatellite, pannello solare, antenne a microstriscia, larghezza di banda, direttività, osservazione della Terra, antenne a irradiazione longitudinale, elettromagnetico trasversale

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