¿Cómo impulsa la transmisión de datos el patrón de la antena del cubesat de MarCo?

Es el equivalente eléctrico de un espejo de Fresnel; el primo reflexivo de una lente de Fresnel.

Cada uno de los pequeños patrones cuadrados es en realidad un pequeño circuito pasivo que refleja las microondas incidentes con un cambio de fase diferente.

Se llama antena Reflectarray. Puede leer más sobre esto en este artículo de Researchgate Una antena desplegable de alta ganancia con destino a Marte: desarrollo de un nuevo conjunto de reflectores de panel plegado para la primera misión CubeSat a Marte.

Paywalled: la antena desplegable de alta ganancia Mars Cube One

Acceso abierto: antenas Reflectarray: una revisión

La superficie emula un espejo cóncavo, por lo que el centro debe ser el más "profundo" y así los cuadrados grandes retrasan más el reflejo. Al alejarse del centro, los patrones se retrasan cada vez menos. Pero una vez que llegas a 360 grados, es igual a cero, por lo que puede volver al retraso más largo.

La forma eléctrica emula una parábola fuera del eje, ópticamente muy parecida a las modernas antenas parabólicas.

Mientras tanto, puede leer el artículo en Hackaday: Entrevista: Nacer Chahat diseña antenas para Mars Cubesats y también puede ver el video a continuación.

También puede leer más sobre los sistemas de hardware de MarCo en esta respuesta .

Fuente

arriba: Fuente Haga clic para tamaño completo

La antena de banda X que transmite de vuelta a la tierra se pliega en tres paneles. Cuando se despliega, la matriz de reflectores es más ancha que alta, por lo que la fuente de señal también tiene una matriz para utilizar el reflector completo. Curiosamente, el patrón que puede ver en la matriz de reflectores ayuda a que los paneles planos actúen más como un reflector parabólico. MarCO también es capaz de recibir la banda X de la Tierra utilizando la matriz que se ve en la parte frontal del modelo plegado de arriba. Estos CubeSats no pueden transmitir en la banda UHF, solo reciben las comunicaciones UHF de los vehículos terrestres.

arriba: Fuente "MarCO Cube Sat. Antena de banda X"

Aquí hay otra antena reflectarray. de DARPA Prototype Reflectarray Antenna ofrece un alto rendimiento en un paquete pequeño y electrónico | DARPA R3D2 | Rocket Lab , aunque no muestran los detalles del patrón requerido aquí:

Captura de pantalla de la demostración de implementación de reducción de riesgos de radiofrecuencia (R3D2) :

Aquí se explica cómo calcular las longitudes de la ruta y el cambio de fase requerido para que funcione. Agregué una representación de dibujos animados de cuadrados que varían con el cambio de fase requerido solo para mostrar cómo se puede calcular un escenario real en Python.

Usé las dimensiones de esta imagen en esta respuesta y una cifra redonda de 8,4 GHz, pero los tamaños de las zonas no coinciden perfectamente. Lo dejaré como está en lugar de manipular los números, ¡es un acertijo residual interesante!

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
import matplotlib.patches as patches

halfpi, pi, twopi = [f*np.pi for f in (0.5, 1, 2)]
degs, rads = 180/pi, pi/180

clight     = 2.9979E+08      # m/s
d, h, w,   = [0.01 * thing for thing in (31.5, 33.5, 59.7)] # meters
nx, ny     = 51, 28
nn         = 15
nnx, nny   = [nn*n for n in (nx, ny)]
dx, dy     = w/nnx, h/nny

hh, hw     = 0.5 * h, 0.5 * w
hfeed      = hh - 0.01 * 13.2
freq       = 8.4E+09         # Hz, roughly
lam        = clight/freq     # meters

theta      = rads * 22.59

X_feed     = np.array([0, hfeed, -d])

print "w, h: ", w, h
print "nx, ny: ", nx, ny
print "dx, dy: ", dx, dy

y = dy * (np.arange(nny) + 0.5)
x = dx * (np.arange(nnx) - 0.5*(nnx-1))

Y, X = np.meshgrid(y, x, indexing='ij')
Z    = np.zeros_like(X)
XYZ  = np.stack((X, Y, Z), axis=2)

r_zero   = np.sqrt(((XYZ - X_feed)**2).sum(axis=2))

OPL      = r_zero - Y * np.sin(theta)
phase    = twopi * np.mod((OPL-OPL.min())/lam, 1)

iX  = nn/2 + nn*np.arange(nx)
iY  = nn/2 + nn*np.arange(ny)
pairs = sum([[(iy, ix) for ix in iX] for iy in iY], [])
vals  = phase[zip(*pairs)]

rects = []
for pair, val in zip(pairs, vals):
    w = (nn-6) * (1-val/twopi) + 4
    y0, x0 = pair[0] - nn/2, pair[1] - nn/2
    rect = patches.Rectangle((x0,y0),w,w,linewidth=1,edgecolor=None,facecolor='k')
    rects.append(rect)

if True:
    fig = plt.figure()
    ax  = fig.add_subplot(1, 1, 1)
    wow = ax.imshow(phase, origin='lower')
    plt.colorbar(wow)
    # ax.set_title('phase')
    for rect in rects:
        ax.add_patch(rect)
    ax.set_xticklabels([])
    ax.set_yticklabels([])
    plt.show()