¿Cómo obtiene tanta ganancia una antena de "parche" de banda X de 22 dBi y qué tan bien se comporta su patrón de radiación de alta ganancia?

La respuesta de @ NgPh a ¿Cómo transmitirá LICIACube cubesat imágenes de impacto DART a la Tierra? ¿Qué tipo de antena y radio usará? cita LICIACube en la misión DART: un impacto de asteroide capturado por la tecnología italiana de satélites pequeños (SSC20-WKIII-06 de la 34.ª Conferencia Anual de Satélites Pequeños):

Un artículo escrito por Simonetti: LICIACube on Dart Mission ... proporciona de manera corroborativa la siguiente información:

El subsistema [de comunicación] incluye un transpondedor de banda X que gestiona las comunicaciones de enlace ascendente y descendente y está conectado a cuatro antenas de parche de banda X.

Por lo tanto, se confirma la banda X. Más,

El conjunto de antenas se compone de:

  • El par principal compuesto por una antena transmisora, con ganancia de 22 dBi , y una antena receptora, con ganancia de 6 dBi, ambas ubicadas en el panel estructural del lado solar;
  • El par secundario compuesto por una antena transmisora, con una ganancia de 12 dBi, y una antena receptora, con una ganancia de 6 dBi, ambas ubicadas en el lado opuesto del par principal.

En esta respuesta, encuentro que una frecuencia de enlace descendente de banda X (espacio a la Tierra) puede ser de aproximadamente 8,4 GHz. Para una apertura circular que se aproxima a un conjunto de antenas de parche plano así como una esfera se aproxima a una vaca, una longitud de onda de 3,56 cm necesitaría un diámetro de "plato" de

GRAMO ≈ ( π D λ ) 2

D ≈ GRAMO 1 / 2 π λ ≈ 4 λ ≈ 14 cm .

Dart es un cubesat de 6U, por lo que un lado de 10 x 30 cm podría soportar fácilmente una antena de parche de un área similar, por lo que los números funcionan.

Pero el patrón de radiación de la matriz de parches podría ser complicado y grumoso y ofrecer la máxima ganancia en un patrón de forma extraña que restringe la actitud de la nave espacial durante los modos de transmisión.

Recuerde que una matriz de parches probablemente será una disposición plana de radiadores planos individuales de tal manera que sus amplitudes se suman en fase en una dirección determinada, en su mayoría probablemente normal a la superficie. Tal plano, pasivo como los terminales de tierra Starling de un solo usuario. donde los elementos tienen fases diferentes y variables para dirigir el haz.

Eso se opone a una matriz en fase donde los elementos se escalonan en grupos o individualmente para dirigir el haz electrónicamente.

Así que me gustaría preguntar:

Pregunta: ¿Cómo obtiene tanta ganancia una antena de "parche" de banda X de 22 dBi y qué tan bien se comporta su patrón de radiación de alta ganancia?

Según Wiki , "matriz en fase" implica implícitamente "direccionable electrónicamente". Esto contrasta con las matrices en fase pasivas, en las que el "ángulo de visión" se establece con cambiadores de fase fijos (pasivos).
Según esta otra Wiki , una antena de parche es de bajo perfil para que pueda montarse en una superficie. Además, las antenas de parche múltiples en el mismo sustrato (ver imagen), llamadas antenas de microstrip, se pueden usar para hacer antenas de matriz de alta ganancia y matrices en fase en las que el haz se puede dirigir electrónicamente .
No estoy seguro de cuál es la pregunta aquí. Incluso una "antena de parche" se puede diseñar con parches de diferentes tamaños para realizar la formación de haces deseada. Además, no es raro que un conjunto de antenas consista en varios conjuntos de parches lineales, cada línea direccionable con una fase diferente.
Sin problema. Solo para que todos estén en la misma página (sobre terminología). Sí, Wiki no es sistemáticamente la referencia. Pero para estos términos, sus definiciones son correctas.

Respuestas (1)

Al no ser un experto en antenas de matriz de parches, no puedo responder el "cómo".

Sin embargo, las antenas de banda X en este rango de ganancia y compatibles en factor de forma con Cubesats 6U están disponibles comercialmente.

Aquí hay un ejemplo de un 8x4 . La hoja de datos dice que tiene 20,7-21 dBi y mide 20 cm x 10 cm x 0,3 cm, peso 90 g.

Por supuesto, el patrón de haz no puede ser simétrico, pero no parece "mal comportamiento" (lo que sea que esto signifique). Esto simplemente implica que LICIACube debe mantener una mejor orientación en una dirección ("corte en X") que en la ortogonal ("corte en Y"). El ancho de haz de media potencia es de 10° para corte en X y de 18° para corte en Y (consulte la hoja de datos). No puedo ver ninguna gran restricción de esto.

Del ejemplo y la hoja de datos en PDF "High-Gain X-Band Microstrip Patch Array for CubeSat Systems" vinculados anteriormente:

Conjunto de parches Microstrip de banda X de alta ganancia para sistemas CubeSat

Conjunto de parches Microstrip de banda X de alta ganancia para sistemas CubeSat

¿Cómo obtiene tanta ganancia una antena de "parche" de banda X de 22 dBi y qué tan bien se comporta su patrón de radiación de alta ganancia?
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