Anténní systém pozemního segmentu bez pohyblivých mechanických částí

Bc. Tomáš SMAHA

Master's thesis

Ground station antenna system without movable mechanical parts

Abstract:

Předkládaná diplomová práce popisuje základní požadavky, návrh a výrobu fázovaných anténních řad bez pohyblivých mechanických částí, jež jsou často integrovány v pozemních anténních stanicích ke komunikaci s pikosatelity třídy CubeSat. Navržená anténa bude použita ke komunikaci s pikosatelitem VZLUSat-I (respektive s pikosatelitem PilsenCube-II), pracujícím ve volném radioamatérském frekvenčním pásmu 435 MHz a umístěna blízko polární oblasti, kvůli vyššímu počtu použitelných radiových kontaktů na polárních LEO drahách (elevační úhel od 10 °). Kvůli požadavkům na volbu polarizace a elevačního úhlu, požadavkům na vyzářený výkon a mechanickým požadavkům (v arktických podmínkách jsou použitelné pouze mechanicky nepohyblivé struktury) byla vybrána mikropásková fázovaná anténní řada jako nejlevnější řešení z hlediska návrhu i výroby. Výše zmíněná flíčková anténní řada byla navržena, simulována v CST Microwave Studio 2017 a výsledky byly vyhodnoceny. Veškeré požadavky byly v simulacích splněny (funkční fázovaná anténní řada s možností nastavení polarizace, elevačního úhlu od 10 ° a azimutu až do 360 °; dostatečný zisk anténní řady k pokrytí energetické bilance radiového spoje; relativně nízkonákladové řešení), a tudíž byla anténní řada následně vyrobena. Jako substrát byl zvolen materiál s vhodnou permitivitou a ztrátovým činitelem. Fáze je řízena analogovými fázovými posouvači založenými na principu PIN diod. Navíc bylo také uskutečněno měření vyrobené mikropáskové anténní řady k potvrzení všech odsimulovaných a vypočtených údajů.

Abstract:

This master thesis describes general conditions, design and production of phased antenna arrays without movable mechanical parts which are often used for ground antenna stations to communicate with CubeSat class picosatellites. The designed antenna will be used for communication with the picosatellite VZLUSat-I (respectively PilsenCube-II), working in free radio-amateur band 435 MHz and placed close to polar region, due to higher number of usable radio contacts at polar LEOs (the elevation angle from 10 °). Because of the polarization and elevation angle requirements, radiated power and mechanical requirements (non-movable mechanical parts are suitable in Arctic conditions), the micropatch phased array antenna was chosen as the cheapest possible technology for design and production. The above mentioned micropatch antenna array was designed, simulated in CST Microwave Studio 2017 and results were evaluated. All requirements were fulfilled during simulations (functional phased antenna array with possibility of setting polarization, elevation angle from 10 ° and azimuth angle up to 360 °; sufficient antenna array gain to cover the energy balance of radio link; relatively low-cost solution) and therefore the antenna array was produced. As a substrate was chosen material with suitable permittivity and loss factor. Phase is driven by analogue phase shifters based on PIN diodes. In addition, the measurement of this micropatch phased antenna array was realized to confirm all simulated and calculated data.

Keywords

Radiokomunikační subsystém pikosatelitu, volba azimutu a elevace, volba libovolné polarizace, energetická bilance rádiového spoje, flíčková anténa, fázovaná anténní řada, fázový posuv, CST Microwave Studio.

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 30. 5. 2019

Accessible from:: 31. 12. 2999

Thesis defence

• Supervisor: Ing. Jan Mráz, Ph.D.

University of West Bohemia

Faculty of Electrical Engineering

Master programme / field:
Electrical Engineering and Informatics / Telecommunication and Multimedia Systems