Translated version of ADC-0807201305 - R0 Small Spacecraft Antenna Selection Tutorial.pdfObject1

Halaman 1 \ \ Fileserver1 \ shareddocs \ ADC \ Ops \ Iklan \ Makalah \ ADC-0807201305 - R0 Kecil Antena pesawat ruang angkasa Seleksi Tutorial.doc Revisi R0 Tanggal: 7/20/08 Status = Pembuangan Aktif = T / E Halaman 1 dari 20 Ref: ADC-0807201305 Wahana antariksa kecil Antena Seleksi Tutorial 1 Bruce A. Blevins Presiden, Ph.D. Ant Enna Dev elopment Co rporation 151 South Walnut Street, Suite B6 Las Cruces, NM 88001 Telepon Kantor (575) 541-9319 Sel (575) 635-3528 bblevins@AntDevCo.com www.AntDevCo.com 1 Sebuah makalah yang disajikan pada Konferensi AIAA pada Satelit Kecil, 23 Agustus 1999, Utah State University, Logon, Utah ketika Dr Blevins bekerja untuk elektromagnetik Sistem Cabang (EMSB), Ilmu Fisika Laboratorium, New Mexico State University . Halaman 2 \ \ Fileserver1 \ shareddocs \ ADC \ Ops \ Iklan \ Makalah \ ADC-0807201305 - R0 Kecil Antena pesawat ruang angkasa Seleksi Tutorial.doc Revisi R0 Tanggal: 7/20/08 Status = Pembuangan Aktif = T / E Halaman 2 dari 20 Daftar isi Tabel 2 Tabel 2 2 Antena Gain dan 3 Antena dengan Keuntungan Tinggi (> 6 dBi) ......................................... ..................................... 5 Aperture-jenis 5 Array Antena mikrostrip patch :............................................. ................................... 11 Linear Array 12 Antena dengan Keuntungan Rendah ( 6 dBi) Antena dengan "tinggi" keuntungan yang kadang-kadang diperlukan untuk aplikasi pesawat ruang angkasa kecil. Data tinggi link mungkin menuntut antena tingkat keuntungan yang lebih tinggi dalam rangka mewujudkan kaitan positif margin. Para perancang sistem pesawat ruang angkasa harus melakukan timbal balik antara kerugian dari antena balok sempit dan margin link yang meningkat terkait dengan lebih tinggi gain antena. Aperture-jenis antena: Perancang sistem harus ingat salah satu antena yang paling kuat dan penting rumus: Aperture area dan antena gain hubungan (4) 2 4 e Sebuah G = (Unitless, linier) Gain antena sama dengan 4 kali yang "efektif" area antena dibagi dengan persegi panjang gelombang ruang bebas. (Di sini luas efektif mengkompensasi efek efisiensi ohmik, kerugian ketidakcocokan impedansi, dan semua mekanisme kerugian lain). Persamaan ini yang paling langsung diterapkan untuk aperture-jenis antena reflektor seperti (piring) antena, antena planar (microstrip patch array), dan antena tanduk. Dalam kebanyakan kasus aperture efektif adalah sekitar 50% dari area fisik. Ada pro dan kontra terkait dengan berbagai jenis antena aperture. Antena reflektor agak sial dalam bahwa mereka memerlukan pengaturan iluminasi offset, prime-fokus, atau konfigurasi Cassegrain misalnya. Reflektor antena, Namun, memiliki banyak potensi keuntungan - mereka dapat gain tinggi, ringan dan luas band. Antena Horn juga dapat mengganggu karena mereka mungkin membutuhkan panjang panjang jika gain tinggi. Di sisi lain, antena tanduk dapat memiliki banyak keuntungan seperti bandwidth yang luas, tinggi daya, dan sederhana struktur ringan.

Patch antena microstrip array yang dapat menguntungkan karena struktur mereka hampir sejati bentuk dua dimensi. Antena microstrip memiliki area efektif besar (sekitar 80% dari wilayah fisik) tetapi menderita dari kerugian yang lebih tinggi (kerugian dapat berada di urutan 3 dB untuk 34 dB gain antena X-band, misalnya). Oleh karena itu, antena microstrip mungkin memerlukan tentang aperture yang sama sebagai antena reflektor meskipun antena mikrostrip memiliki efektif yang lebih besar daerah. Halaman 6 \ \ Fileserver1 \ shareddocs \ ADC \ Ops \ Iklan \ Makalah \ ADC-0807201305 - R0 Kecil Antena pesawat ruang angkasa Seleksi Tutorial.doc Revisi R0 Tanggal: 7/20/08 Status = Pembuangan Aktif = T / E Halaman 6 dari 20 Beberapa aturan yang berguna karakteristik ibu jari dan kinerja untuk antena ini adalah: Reflektor antena tinggi, beamwidth, dan mendapatkan: Ketinggian antena reflektor dengan pakan fokus utama adalah tentang (5) D f 3. 0 (Meter) Kekuatan setengah lebar balok bisa sangat simetris terhadap sumbu dan diberikan oleh: (6) D HPBW 72 (Derajat) D = diameter reflektor antena. Gain didekati dengan: (7) 2 27000 HPBW G (Linier) Gambar 1. Perdana fokus makan antena reflektor parabola. Halaman 7 \ \ Fileserver1 \ shareddocs \ ADC \ Ops \ Iklan \ Makalah \ ADC-0807201305 - R0 Kecil Antena pesawat ruang angkasa Seleksi Tutorial.doc Revisi R0 Tanggal: 7/20/08 Status = Pembuangan Aktif = T / E Halaman 7 dari 20

Antena tanduk panjang, beamwidth, dan mendapatkan: Rectangular Horn Antena: Sebuah antena tanduk khas persegi panjang linear terpolarisasi akan memiliki panjang yang diberikan oleh: (8) 245 .9 10 036 .0 dB G L (Linear, panjang gelombang) (Dikembangkan dari Gambar 13-25a dalam [2]) L = Panjang tanduk dalam satuan panjang gelombang. G dB = Gain dari antena dalam dBiL (deci Bells sehubungan dengan sebuah isotropik linear antena terpolarisasi). Setengah lebar balok daya untuk sebuah tanduk persegi panjang linear terpolarisasi (9) e e D HPBW 56 (Derajat) (10) h h D HPBW 67 (Derajat) De = lebar tanduk dalam arah medan listrik, sama unit sebagai Dh = lebar tanduk dalam arah medan magnet, satuan yang sama dengan Dan gain (11) h

e HPBW HPBW G 32000 (Unitless, linier) Halaman 8 \ \ Fileserver1 \ shareddocs \ ADC \ Ops \ Iklan \ Makalah \ ADC-0807201305 - R0 Kecil Antena pesawat ruang angkasa Seleksi Tutorial.doc Revisi R0 Tanggal: 7/20/08 Status = Pembuangan Aktif = T / E Halaman 8 dari 20 Gambar 2. Antena linear terpolarisasi persegi panjang tanduk. Kerucut Horn Antena: Antena Horn juga dapat dibangun dalam bentuk kerucut cylindrically simetris dan dapat menerima dan memancarkan radiasi sirkuler terpolarisasi. Sekali lagi, gain dapat didekati dari rumus: (12) 2 4 e Sebuah G = (Unitless, linier) Area efektif (termasuk efisiensi ohmik) sangat dekat dengan 50% dari fisik aperture daerah. Panjang tanduk berbentuk kerucut adalah diberikan oleh: (13) 10 10 06 .0 dB G L (Linear, panjang gelombang) dan diameter apertur (14) 9.

19 10 423 .0 dB G D (Linear, panjang gelombang) (Kedua persamaan dikembangkan dari Gambar 13-25b di [2].) Halaman 9 \ \ Fileserver1 \ shareddocs \ ADC \ Ops \ Iklan \ Makalah \ ADC-0807201305 - R0 Kecil Antena pesawat ruang angkasa Seleksi Tutorial.doc Revisi R0 Tanggal: 7/20/08 Status = Pembuangan Aktif = T / E Halaman 9 dari 20 Sebuah contoh dari sebuah antena tanduk berbentuk kerucut adalah ditunjukkan pada Gambar 3 (The Stardust pesawat ruang angkasa gain antena menengah, dirancang dan dibangun oleh Laboratorium Ilmu Fisika, Baru Meksiko State University). Antena ini beroperasi pada sekitar 8,4 GHz dan dirancang untuk spaceflight operasi. Antena memiliki keuntungan dari sekitar 22 dB, aperture 7 inci, dan beroperasi pada panjang gelombang sekitar 1,406 inci. Persamaan (13) memberikan panjang sekitar 9,5 panjang gelombang atau 13,4 inci. Panjang antena sebenarnya adalah sekitar 10 panjang gelombang atau 14,3 inci. Hal ini cukup dekat. Persamaan (14) memprediksi diameter 5,39 panjang gelombang atau 7,5 inci - juga sangat dekat dengan dimensi benar-benar digunakan. Panjang dan diameter jenis antena juga dapat dimainkan dari satu sama lain untuk memenuhi bentuk faktor persyaratan dikenakan pada desainer. Pola radiasi antena untuk ditunjukkan pada Gambar 4 dan menggambarkan tingkat tinggi karakteristik simetri antena jenis ini. Gambar 3. Stardust Menengah Gain Antenna. Halaman 10 \ \ Fileserver1 \ shareddocs \ ADC \ Ops \ Iklan \ Makalah \ ADC-0807201305 - R0 Kecil Antena pesawat ruang angkasa Seleksi Tutorial.doc Revisi R0 Tanggal: 7/20/08 Status = Pembuangan Aktif = T / E Halaman 10 dari 20 Gambar 4. Kerucut Tanduk Pola Radiasi. Antena memiliki keuntungan skala penuh dari 22 dBic. Skala plot adalah 10 dB per divisi dan polarisasi antena harus RHCP. Plot ini memiliki semua pemotongan phi 0-180 derajat dalam 10 derajat bertahap. Pada setiap phi, theta diputar 0-358 deg deg dalam 2 langkah. ng i az

i 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300 310 320 330 340 350 Halaman 11 \ \ Fileserver1 \ shareddocs \ ADC \ Ops \ Iklan \ Makalah \ ADC-0807201305 - R0 Kecil Antena pesawat ruang angkasa Seleksi Tutorial.doc Revisi R0 Tanggal: 7/20/08 Status = Pembuangan Aktif = T / E Halaman 11 dari 20 Array Antena microstrip patch: Sebuah antena microstrip patch array dapat struktur planet dan biasanya dibangun dengan khusus microwave-kompatibel kehilangan rendah papan sirkuit tercetak materi. Array antena dapat memiliki keuntungan sebagai kecil sekitar 10 dB dan setinggi 30 atau 40 dB atau bahkan lebih tinggi. Para

struktur dapat ringan dan bahkan elektronik steerable (jika Anda memiliki cukup uang). Antena cenderung sempit (kurang dari 20% bandwidth) dan baik linear atau sirkuler terpolarisasi. Keuntungan dan beamwidth yang didekati oleh persamaan berikut: (15) = 2 4 e Sebuah G (Linier) (16) D HPBW 59 (Derajat) dimana adalah efisiensi ohmik dari antena dan D adalah diameter dari array. (Di sini luas efektif aperture itu tidak termasuk kerugian ohmik). Efisiensi tergantung pada karakteristik kehilangan disipatif dari bahan papan sirkuit cetak konduktor dan dielektrik dan rincian pengaturan distribusi tenaga listrik. Efisiensi dapat serendah 50% atau lebih. Microstrip patch array memiliki bentuk struktural yang hampir selalu sangat sederhana seperti diwakili dalam Gambar 5 di bawah ini: Gambar 5. Rectangular patch Microstrip Antena Array. Halaman 12 \ \ Fileserver1 \ shareddocs \ ADC \ Ops \ Iklan \ Makalah \ ADC-0807201305 - R0 Kecil Antena pesawat ruang angkasa Seleksi Tutorial.doc Revisi R0 Tanggal: 7/20/08 Status = Pembuangan Aktif = T / E Halaman 12 dari 20 Linear Array Antena: Elemen antena dapat tersusun dalam satu dimensi untuk mencoba meminimalkan penggunaan berharga real estate satelit. Linear Array antena log periodik seperti, Yagi, dan heliks antena memiliki faktor bentuk didominasi oleh satu dimensi - panjang panjang mereka. Antena Helix Sebagai contoh, sebuah antena heliks membutuhkan area fisik lebih kecil daripada keuntungan yang sama aperturejenis antena. Namun, helix memiliki kedalaman yang jauh lebih besar (panjang). Biasanya panjang antena jauh lebih besar dari diameter. Persamaan yang berlaku untuk keuntungan adalah

terkait dengan kedua daerah tersebut antena dan antena panjang (17) 4 2 Sebuah (Panjang gelombang persegi) (18) N G 4 (Linier) (19) 4 N L (Panjang gelombang) dimana N = jumlah belitan dalam helix dan A adalah luas fisik antena. Sebuah contoh dari sebuah antena heliks pesawat ruang angkasa kecil khas ditunjukkan pada Gambar 6. Tabel 1. Antena helix spesifikasi. Frekuensi: Menerima 2056 - 2066 MHz (tengah = 2060.8250 MHz) Transmit 2233 - 2243 MHz (tengah = 2238.0000 MHz) VSWR: