Inovações revolucionárias em tecnologia de antenas, baseado em uma colaboração entre Lockheed Martin Space e Penn State, estão agora sendo considerados para uso na próxima geração de cargas úteis de satélites GPS.

Douglas Werner, John L. e Genevieve H. McCain Professor Catedrático de Engenharia Elétrica, junto com seus atuais e ex-alunos de pós-graduação, J. Daniel Binion e Zhi Hao Jiang, respectivamente, trabalhou em conjunto com Erik Lier e Thomas H. Hand da Lockheed Martin Space para melhorar drasticamente o design da antena curta convencional de backfire, aumentando significativamente sua eficiência de abertura (ganho), sem afetar seu design robusto e compacto, nem aumentando seu peso.

Este tipo de antena foi originalmente desenvolvido na década de 1960 no Laboratório de Pesquisa da Força Aérea. Desde então, tem sido usado em muitos campos, aplicações marítimas e espaciais, talvez mais notavelmente na comunicação entre a NASA e a espaçonave Apollo, e ainda está em uso em torres de antenas de comunicação terrestre hoje. Contudo, poucos avanços significativos foram feitos neste design de décadas.

"Para usar no espaço, é importante ter o melhor desempenho geral porque custa muito desenvolver e voar cargas úteis, e você só tem uma chance, "disse Lier." Nossa antena é menor, peso mais leve, tem maior eficiência, é mais robusto mecanicamente do que os designs herdados usados ​​em satélites GPS, e pode suportar o difícil ambiente espacial. "

Werner concordou, adicionando, "Fomos capazes de projetar as propriedades eletromagnéticas para atender aos rigorosos requisitos de radiofrequência (RF) sem sacrificar outros requisitos operacionais que são exclusivos do ambiente espacial."

Essas propriedades são possíveis por meio do uso de metamateriais. Em comparação com antenas curtas convencionais de contra-ataque, a nova antena oferece um aumento de um decibel no ganho (aumento de 25%); uma forma hexagonal em vez da forma circular, que resulta em um aumento de ganho adicional quando usado em uma aplicação de antena de matriz; e capacidade de banda dupla que permite que a antena opere com alta eficiência nas duas frequências necessárias para aplicações GPS.

O artigo que detalha suas pesquisas e resultados, "Um projeto habilitado para metamaterial que aprimora a tecnologia de antenas curtas de backfire de décadas para aplicações espaciais, "foi publicado recentemente em Nature Communications .

A parceria entre os pesquisadores da Lockheed Martin e da Penn State foi fundamental para tornar realidade essa visão de uma antena aprimorada.

"Esta colaboração contínua funciona excepcionalmente bem. Estamos usando nossos pontos fortes - a compreensão da necessidade e dos requisitos, as ideias e conceitos, mas não podemos fazer isso sem as habilidades e recursos exclusivos que a Penn State oferece, "disse Lier." A Penn State é líder mundial em sistemas de RF habilitados para metamateriais e nas ferramentas de simulação e otimização eletromagnéticas associadas, necessárias para realizar o projeto e a implementação de nosso conceito proposto. Trazemos a visão para Doug e sua equipe, e eles fazem o trabalho computacional pesado. Eles estão na vanguarda com essas coisas. "

Como a Lockheed Martin ganhou o contrato para a próxima geração de satélites GPS, o projeto da equipe de pesquisa pode ser um ajuste perfeito para futuras cargas úteis de satélites GPS, um fato que Werner e seus alunos de pós-graduação acham particularmente empolgante.

"O que é ótimo sobre esta colaboração é que nos dá um foco para esta pesquisa, "disse Werner.