Desenvolvimento de antenas para CubeSats utilizando manufatura aditiva
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Data
2021-11-26
Autores
Martins, Nícholas Fonseca
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Editor
Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Resumo
Desde o lançamento do Sputnik I no fim da década de 60, a indústria de satélites experimentou grandes avanços tecnológicos. Ao oferecer uma solução de baixo custo e com menor tempo de desenvolvimento, o padrão CubeSat permitiu que diversas instituições e organizações fossem capazes de desenvolver missões aeroespaciais. O uso de CubeSats atualmente vem se confirmando como uma tendência tecnológica no setor espacial. Nos últimos anos, a demanda por antenas eletricamente pequenas continua a aumentando, especialmente entre dispositivos sem fio móveis, eletrônicos médicos e sistemas aeroespaciais. O método de Manufatura Aditiva (AM) pode tornar o método de produção de antenas mais acessível e financeiramente viável. Para demonstrar a aplicação de manufatura aditiva, diferentes tipos de antenas com varias formas de estruturas de substrato foram projetados e fabricados utilizando ácido polilático (PLA).O Eletromagnetic Band Gap(EBG) são estruturas periódicas em material dielétrico ou condutivo, atualmente é pouco discutido antenas com substratos EBG, pois elas elevam o nível de complexidade do projeto. Porém a Manufatura aditiva permite trazer uma facilidade na sua construção em um substrato. Foi projetado e simulado seis antenas patch utilizando o substrato de PLA no ANSYS HFSS, e foi analisado seu ganho e sua perda de retorno. Foi feita a construção das antenas, sendo impresso o substrato em uma impressora 3D , utilizando um preenchimento de 100%, com a construção foi possível apresentar técnicas de baixo custo para o desenvolvimento de antenas com aplicação aeroespacial que utiliza substrato impresso 3D. O substrato foi construído com estruturas inspiradas em EBG, com topologias de furos, prisma quadrático e prisma hexagonal. Foi realizadas validações dos estudos apresentadas através de resultados de simulação e medição de protótipos.
Since the launch of Sputnik I in the late 1960s, the satellite industry has made great technological advances. By offering a low-cost solution with less development time, the CubeSat standard has allowed several institutions and organizations to be able to develop aerospace missions. The use of CubeSats is currently confirming itself as a technological trend in the space sector. In recent years, demand for electrically small antennas continues to increase, especially among mobile wireless devices, medical electronics and aerospace systems. The Additive Manufacturing (AM) method can make the antenna production method more accessible and cost-effective. To demonstrate the application of additive manufacturing, different types of antennas with various forms of substrate structures were designed and manufactured using polylactic acid (PLA ). The Electromagnetic Band Gap (EBG) are periodic structures in dielectric or conductive material. Currently, antennas with EBG substrates are not discussed, because they raise the level of complexity of the project. Six patch antennas were designed and simulated using PLA substrate in ANSYS HFSS, and their gain and return loss were analyzed. The construction of the antennas was done by printing the substrate in a 3D printer, using a 100\% fill, with the construction, it was possible to present low-cost techniques for the development of antennas with aerospace application that use 3D printed substrate and validations of the studies presented through simulation and measurement results of prototypes.
Since the launch of Sputnik I in the late 1960s, the satellite industry has made great technological advances. By offering a low-cost solution with less development time, the CubeSat standard has allowed several institutions and organizations to be able to develop aerospace missions. The use of CubeSats is currently confirming itself as a technological trend in the space sector. In recent years, demand for electrically small antennas continues to increase, especially among mobile wireless devices, medical electronics and aerospace systems. The Additive Manufacturing (AM) method can make the antenna production method more accessible and cost-effective. To demonstrate the application of additive manufacturing, different types of antennas with various forms of substrate structures were designed and manufactured using polylactic acid (PLA ). The Electromagnetic Band Gap (EBG) are periodic structures in dielectric or conductive material. Currently, antennas with EBG substrates are not discussed, because they raise the level of complexity of the project. Six patch antennas were designed and simulated using PLA substrate in ANSYS HFSS, and their gain and return loss were analyzed. The construction of the antennas was done by printing the substrate in a 3D printer, using a 100\% fill, with the construction, it was possible to present low-cost techniques for the development of antennas with aerospace application that use 3D printed substrate and validations of the studies presented through simulation and measurement results of prototypes.
Descrição
Palavras-chave
Antenas (Eletrônica), Linhas de transmissão em fita, Impressão tridimensional, Telecomunicações, Satélites artificiais em telecomunicação