¿Cuáles son las especificaciones prácticas de diseño más comunes para antenas en el espacio?

En la parte superior de mi cabeza, aquí hay una serie de cosas que necesitaría abordar "aparte de las especificaciones eléctricas". En realidad, este es un gran caso para una sólida ingeniería de sistemas en su satélite. Dado que habrá grandes compensaciones entre potencia, apuntamiento, masa y rendimiento/rendimiento de RF.

• Materiales. Esto es principalmente fácil, ya que, por definición, la antena será de metal y, en general, el metal está bien en el espacio. Sin embargo, si el metal tiene algún tipo de recubrimiento, debe asegurarse de que el recubrimiento sea compatible con el entorno de vacío y oxígeno atómico. Por supuesto, los cables que conducen a la antena tendrán algún tipo de aislamiento, por lo que también deberá preocuparse por eso.
• Recubrimientos. Hablando de recubrimientos, algunos satélites han pintado específicamente las antenas en blanco y negro para impartir un giro de tipo radiómetro en el satélite.
• Conectores. Sí, esto raya en lo eléctrico, pero vale la pena mencionarlo. Un conector N grande y pesado no va a caber muy bien en un CubeSat pequeño
• Forma/tipo. Presumiblemente ya conoce las compensaciones de rendimiento. Pero las diferentes formas/tipos se empaquetarán de manera muy diferente en el satélite. Un parche pequeño, un dipolo simple y un plato tienen configuraciones diferentes. Los reflectores también tienen el problema de necesitar algún tipo de alimentación remota. ¿Cómo piensas instalar eso?
• Despliegue. Aparte de una simple antena de parche montada en el costado de su satélite, todas las demás antenas deberán desplegarse de alguna forma después del lanzamiento. ¿Cómo manejará el despliegue? La cantidad de antenas también afectará su implementación, especialmente si necesita organizarlas de una manera particular para obtener el patrón de haz o la polarización correctos.
• Vibración. Presumiblemente, su satélite viajará a la órbita en un cohete ruidoso, vibrante y tembloroso. Su antena tendrá que ser capaz de sobrevivir a esa vibración en una configuración replegada y aún así poder desplegarse y funcionar adecuadamente.
• Térmico. La antena verá cambios extremos de temperatura a lo largo de la órbita. Deberá asegurarse de que cualquier deformación térmica sea aceptable para el rendimiento de la antena.
• Sombreado. La antena no sirve si termina haciendo sombra a los paneles solares del satélite. Claro, tal vez a través de la magia de las membranas y los compuestos puedas desplegar un plato de 1 m desde un CubeSat de 3U, pero si hace sombra a todos los paneles solares, entonces es una misión aniquiladora.
• Masa. Rara vez nos preocupamos por eso en aplicaciones terrestres, pero en el espacio, la masa de su antena puede hacer o deshacer su presupuesto de masa. Seguro que podrías obtener 20 dB de una bonita antena elegante, pero si es el triple de la masa de tu antena de 4 dB, entonces puede que se acabe el juego.
• Amplitud de rayo. Un ancho de haz más pequeño aumentará su rendimiento. Pero ahora deberá apuntar la nave espacial, quizás con mucha precisión. Esto afectará los requisitos en el subsistema de control de actitud y, a su vez, podría tener un impacto en el presupuesto de energía.
• Compatibilidad con la estación terrestre: ¿planea tener una estación terrestre dedicada? ¿O espera utilizar otras redes como SATNOGS? Puede haber consideraciones "eléctricas" de segundo nivel, como el tipo de modulación y la polarización.

Lea este libro y luego aprenda sobre los balances de enlaces y la interferencia EM. Considerar:

• La banda en la que estás transmitiendo
• El tipo de antena (su cubesat probablemente afectará significativamente las opciones que tiene aquí, pero hay muchos tipos de antena con muchas ventajas y desventajas)
• La potencia de salida (si es una antena isotrópica, esto es más simple, pero si es direccional, deberá considerar lo siguiente)
• La ganancia de la antena (debido al diseño y cómo se ve afectada por las imperfecciones u otras cosas)
• Absorción atmosférica: la atmósfera es un fuerte absorbente de algunas bandas y es completamente transparente para otras. La banda afecta la longitud de onda, lo que afecta el tamaño de la antena y la apertura efectiva.
• El tamaño de la estación terrestre y su capacidad para recibir su señal (¿está tratando de captar esto con una antena de látigo o un radiotelescopio gigante?)

Utiliza estas y algunas otras restricciones para diseñar el presupuesto de su enlace, que determina cuánta potencia necesita transmitir para recibir X cantidad de potencia en el receptor (ya sea que tenga una sola antena para transmitir/recibir en el cubesat o no, pero si no, tendrá que hacer esto dos veces, una para el enlace ascendente y otra para el enlace descendente. Hay varias razones para hacerlo de esa manera y varias razones para no hacerlo).

Finalmente, diseñe su antena para que no interfiera con otros dispositivos electrónicos y no se destruya o su señal se degrade por el fondo de la radio ambiental.

Esto es lo que encontré después de investigar específicamente un poco sobre las antenas de PCB específicamente:

• Variación de temperatura:

Importante para cualquier discusión sobre la estructura de una nave espacial pequeña es el material de la estructura en sí. Por lo general, la estructura de una nave espacial se compone de materiales metálicos y no metálicos. Los metales suelen ser homogéneos e isotrópicos, lo que significa que tienen las mismas propiedades en todos los puntos y en todas las direcciones. Los no metales, como los compuestos, normalmente no son ni homogéneos ni isotrópicos. La elección del material depende del entorno operativo de la nave espacial y debe garantizar un margen adecuado para el lanzamiento y las cargas operativas, el equilibrio térmico y la gestión del estrés térmico, y la sensibilidad de la instrumentación y la carga útil a la desgasificación y los desplazamientos térmicos. [ 1 ]

• Desgasificación:

En la industria de las naves espaciales, la desgasificación se refiere a la sublimación o evaporación de materiales a medida que esos materiales se llevan a un entorno de alto vacío como el espacio. El material que se pierde por la desgasificación puede llegar a componentes sensibles y posiblemente afectar el éxito de una misión. [ 2 ]

Los materiales de CubeSat deberán satisfacer el siguiente criterio de baja emisión de gases para evitar la contaminación de otras naves espaciales durante la integración, las pruebas y el lanzamiento. Puede encontrar una lista de materiales de baja emisión de gases aprobados por la NASA en: http://outgassing.nasa.gov . [ 3 ]

• Los materiales de CubeSats tendrán una pérdida de masa total (TML) < 1,0 %
• Los materiales de CubeSat deberán tener un material condensable volátil recolectado (CVCM) < 0.1 %

• Oxígeno atómico:

El oxígeno atómico se puede encontrar en la órbita terrestre baja, entre 100 y 1000 km. Esta versión atómica del oxígeno se crea mediante la interacción de la luz ultravioleta y el oxígeno molecular. Estos átomos son muy corrosivos y, con el tiempo, oxidarán los metales, especialmente la plata y el osmio, y erosionarán los polímeros. [ 4 ]

• Descarga electrostática:

La fuente básica de los problemas de carga en el espacio es el entorno de partículas cargadas (CPE). Si no se puede evitar ese entorno, las siguientes fuentes de amenazas de ESD son elementos que pueden almacenar y acumular carga y/o energía. Los metales sin conexión a tierra (aislados) son peligrosos porque pueden acumular carga y energía. Los excelentes dieléctricos también pueden acumular carga y energía. Limitar el material de almacenamiento de carga o la capacidad de carga es un método útil para reducir la amenaza de carga interna. Esto se puede lograr proporcionando una ruta de sangrado para que todas las cargas causadas por el plasma puedan igualarse en toda la nave espacial o teniendo solo pequeñas cantidades de materiales de almacenamiento de carga. Los elementos de la antena generalmente deben conectarse a tierra eléctricamente a la estructura. La implementación de la conexión a tierra de la antena requerirá una consideración cuidadosa en la fase de diseño inicial. Todas las superficies metálicas, brazos, cubiertas y alimentaciones deben conectarse a tierra a la estructura mediante cables y tornillos metálicos (diseño corto de CC). Todos los elementos de la guía de ondas deben estar unidos eléctricamente con conectores soldados por puntos y conectados a tierra a la estructura de la nave espacial. Estos elementos deben estar conectados a tierra a la jaula de Faraday en sus puntos de entrada. [5 ]

• Radiación:

Proteger la nave espacial es a menudo el método más simple para reducir tanto la relación de la dosis ionizante total de la nave espacial con la acumulación de la dosis de daño por desplazamiento (TID/DDD) como la tasa a la que ocurren los SEE si se usa adecuadamente. El blindaje implica dos métodos básicos: blindaje con la masa preexistente de la nave espacial (incluida la piel externa o el chasis, que existe en todos los casos, se desee o no), y blindaje puntual/sector. [ 1 ]