Centro aerospaziale tedesco: creazione di antenne in polimero stampato 3D per sistemi radar ad apertura sintetica (SAR)
Lo studente di tesi Jan Reifenhäuser presso l’ Università di Scienze Applicate di Coblenza esplora gli usi della stampa 3D nella creazione di antenne migliorate per molteplici applicazioni, delineate in ” Ricerca di un’antenna a guida d’onda scanalata stampata in plastica per applicazioni SAR per via aerea “. L’interesse di Reifenhäuser nella creazione di antenne è direttamente correlato a un nuovo progetto presso il Centro aerospaziale tedesco, in quanto iniziano a lavorare con la tecnologia radar ad apertura sintetica (SAR) nella banda Ka, in particolare il sistema PolInSAR a banda Ka.
A causa dei requisiti di eccellenza nella precisione meccanica, la stampa 3D è stata scelta come metodo di produzione con plastica resistente alla temperatura. I ricercatori coinvolti nel progetto hanno creato due diversi prototipi di antenne con plastica e ottone. Poiché il Centro aerospaziale tedesco è così vasto, vantando numerosi istituti diversi in 20 diversi siti tedeschi, le loro risorse sono considerevoli nella ricerca di applicazioni quali:
Aeronautica
Spazio
Energia
Trasporto
digitalizzazione
Sicurezza
Amministrazione spaziale
Nell’Istituto Microwaves and Radar, tuttavia, si concentrano esclusivamente sulla ricerca di nuove tecnologie correlate al radar, al telerilevamento e, in particolare, a questo studio, sistemi radar aerei e satellitari con diaframma sintetico, utilizzati per una maggiore precisione nel fornire dati dallo spazio , per esempio. L’interferometria SAR può agire come un’estensione, con due diversi sensori che riprendono le immagini della stessa cosa. L’altezza degli oggetti monitorati può essere calcolata con precisione, il che è utile per la mappatura delle applicazioni. I segnali radar possono anche essere utilizzati per ottenere maggiori quantità di dati su caratteristiche come la condizione della superficie.
“Quando si riflette sul terreno, la polarizzazione può cambiare a seconda della superficie riflettente”, afferma Reifenhäuser. “Questo cambiamento viene rilevato quando si riceve l’eco e si possono trarre conclusioni sulla superficie. Questa procedura è chiamata polarimetria. “
Attualmente, l’istituto utilizza aeromobili di ricerca (come il velivolo Do228-212) per la compilazione di immagini SAR, con il loro interesse per tali applicazioni e il campo dei sistemi satellitari in aumento ed espansione verso i sistemi SAR in banda Ka in quanto vi è un interesse crescente in tutto il mondo pure. La banda Ka si distingue per la lunghezza d’onda più corta e per la capacità di usare “profondità di penetrazione inferiore” in volume. Questo presta i suoi usi alle applicazioni che richiedono precisione, come la ricerca sul clima e sul clima.
Finora, tuttavia, gli scienziati hanno avuto un’esperienza limitata nel trattare con i sistemi SAR in banda Ka, comprese le capacità interferometriche o polarimetriche a passaggio singolo: tuttavia, un numero sempre maggiore di componenti hardware della banda Ka è disponibile per i consumatori attraverso il mercato commerciale. Nel creare il dimostratore PolInSAR in banda Ka, DLR entra nel regno dei sistemi PolInSAR Ka-band basati su aeromobili.
L’antenna stampata in 3D doveva essere creata con le seguenti considerazioni:
Frequenza centrale di 35,75 GHz
Larghezza di banda di almeno 500 MHz
Larghezza del fascio di 30 ° in elevazione e 5 ° in azimut
Intervallo di altitudine da 0 m fino a 6000 m (lo standard dei test militari)
Operazione polarimetrica
Il test è stato completato sia con esercizi simulati sia con misurazioni fisiche, con un’antenna in ottone che funge da punto di riferimento per la versione stampata in 3D. Entrambi i dispositivi sono stati testati a 21 ° C nel range di test compatto (CTR) della DLR, lasciando i ricercatori a indagare ulteriormente sull’influenza della temperatura. Affermando che è consigliabile utilizzare diversi singoli radiatori per definire meglio le caratteristiche di radiazione, i ricercatori hanno riunito diversi di essi in una “antenna di gruppo”, ottenuta creando “slot” in una parete della guida d’onda.
In definitiva, il sistema PolInSAR a banda Ka consiste di antenne multiple impostate per incoraggiare la formazione del fascio, con le antenne orizzontali e verticali alternate, risultando in una distanza molto piccola tra le polarizzazioni. I ricercatori hanno esternalizzato la stampa 3D di un prototipo, mentre l’altro è stato ricavato da ottone utilizzando metodi di produzione tradizionali. L’antenna stampata in 3D era fatta di plastica ma rifinita con uno strato di rame. L’espansione termica ha avuto il maggiore impatto su entrambe le antenne, ma i ricercatori hanno anche riscontrato differenze minime tra il guadagno dell’antenna e la riflessione dell’input.
Il team ha anche osservato che durante il test dei prototipi per gli impatti del cambiamento di temperatura, hanno notato una trasformazione nella fase del segnale. Hanno anche notato un maggiore errore nell’assegnazione delle fasi in quanto un numero maggiore di elementi è stato disposto nell’array della guida d’onda. In definitiva, tuttavia, antenne simili impostate su gamme di frequenza differenti hanno mostrato le stesse regolazioni di carattere.
“Osservando il singolo elemento della serie di antenne, si può affermare che il piccolo errore di puntamento accertato è compensato dalla simmetria dell’antenna a causa dell’alimentazione centrale”, hanno concluso i ricercatori. “La plastica stampata è quindi adatta come materiale per la serie di antenne del sistema PolInSAR a banda Ka”.
