CAPITOLO 2
DESCRIZIONE DELL’ANTENNA SAR 2000
2.1 L’ANTENNA SAR 2000 DELLA COSTELLAZIONE DI SATELLITI DELLA MISSIONE COSMO - SKYMED
L’antenna SAR 2000 è un’antenna planare attiva dispiegabile. Quest’ultima caratteristica permette di avere una struttura compatta del satellite nella fase di lancio, senza rinunciare ad un’antenna di dimensioni ottimali una volta che il satellite abbia raggiunto l’orbita desiderata. L’antenna SAR 2000 è composta da tre pannelli inizialmente disposti sui lati del corpo del satellite. A lancio ultimato, esplodono delle piccole cariche tra il corpo del satellite ed i pannelli, che permettono di rompere i sistemi di blocco e far dispiegare del tutto l’antenna nella posizione corretta in qualche decina di secondi. L’antenna è stata progettata con una struttura modulare. Questo permette la completa programmazione del modo di funzionamento dell’antenna a partire dalla selezione del modo di funzionamento di ogni singolo blocco o ‘tile’. E’ un’antenna progettata per lavorare in banda X ,
ad una frequenza centrale di 9.6 GHz, in doppia polarizzazione lineare e capace di generare e direzionare i fasci in trasmissione e ricezione che, lungo il piano di elevazione dell’antenna, possono assumere differenti profili.
Fig2.1
Schema del metodo di dispiegamento dell’antenna SAR 2000
Le dimensioni dell’antenna sono di 5.74m x 1.41m. I tiles sono 40 e posizionati in 8 righe. Ogni tile è composto da 32 moduli T/R con due canali in trasmissione e due in ricezione ognuno. Ogni modulo T/R è un array di 12 slot fed patches (antenna patch alimentata tramite slot) alimentate in doppia polarizzazione. All’interno dei tiles i moduli T/R sono raggruppati in 4 banchi da 8 arrays ciascuno. Per ridurre il livello di
grating lobe in condizione di direzionamento del fascio in azimut, i tiles
sono montati sulle strutture di supporto dei pannelli su una griglia triangolare anziché rettangolare. Il principio di funzionamento di
superiore, avviene tramite una fessura praticata nel piano metallico tra i due substrati. Se l’antenna è alimentata in doppia polarizzazione, è presente una linea ed un piano metallico con rispettiva fessura per ognuna delle due
polarizzazioni, come illustrato nelle figure 2.3 e 2.4.
Fig 2.2
Disegno schematizzato del satellite con dettaglio dell’antenna, di un tile e dei moduli T/R.
Per ridurre gli effetti di mutuo accoppiamento tra i segnali sulle due polarizzazioni, si preferisce avere delle linee di alimentazione che in corrispondenza delle slot si biforcano, evitando la sovrapposizione di linee a microstriscia e slot relative a polarizzazioni diverse.
Fig 2.3
Rappresentazione della struttura di un’antenna patch per irradiazione in doppia polarizzazione.
Fig 2.4
Patch Substrati dielettrici
Slot praticate nei piani metallici
Piani metallici
Linea di alimentazione a microstriscia
2.2 MODELLO UTILIZZATO PER L’ANTENNA
Per l’analisi della back radiation dell’antenna SAR 2000 si sono modellati i
patch radianti come una coppia di dipoli magnetici elementari per ogni
polarizzazione. Inoltre è stato trascurato, per semplicità, il montaggio dei
tiles su una griglia triangolare. Questo ha anche permesso di assumere un
profilo lineare per le fessure tra i 3 pannelli.
Si sono perciò considerati tutti gli elementi radianti come disposti su una griglia rettangolare di 64 righe (8 arrays x 8 tiles) e 240 colonne (12
patches x 4 banchi x 5 tiles) , uniformemente separati. Le dimensioni
utilizzate nelle simulazioni sono queste:
• Dimensione del singolo patch: D = 10mm x 10mm • Separazione dei patch sull’asse x: Lx = 23.51 mm
• Separazione dei patch sull’asse y: Ly = 21.75 mm
• Distanza dei patch esterni dai bordi dei pannelli: b = 20.00mm
Poiché i patch sono alimentati in doppia polarizzazione, vi è nel modello da noi utilizzato, una coppia di dipoli per ognuna delle polarizzazioni. La separazione fra gli elementi della coppia è pari a 10mm. Per i dipoli magnetici disposti parallelamente all’asse x, il piano E nella direzione di broadside è il piano y-z. Per i dipoli magnetici disposti parallelamente all’asse y, il piano E nella direzione di broadside è il piano x-z. La direzione di massima direzione è parallela a z ed ha verso opposto. La geometria dell’antenna è illustrata nelle figure 2.5 e 2.6. Il materiale di cui sono composti i pannelli è stato supposto un PEC (Perfect Electric Conductor) , le dimensioni relative alla figura 2. 6 sono:
Fig 2.5
Geometria dell’antenna usata nelle simulazioni
• La = 5.74 m • Lb = 1.41 m • a1 = 2.29 m • a2 = 1.152 m • a3 = 5 mm • L = 52 mm
Vista frontale. (Piano x-y, piano dell’antenna)
Vista laterale. (Piano x-z)
La Ld a3 a1 a2 z y x Lb x - - - - - - - - -
- = Patch sulla faccia anteriore dell’antenna
Fig 2.6
Schematizzazione di un patch alimentato in doppia polarizzazione
I patch sono stati posti idealmente su una griglia delle dimensioni dell’antenna in z = - Ld . Per comodità per i patch è stata ipotizzata una
alimentazione uniforme ed in fase, ma è possibile studiare, con il metodo proposto in seguito, il campo irradiato nella zona posteriore dell’antenna per una alimentazione qualsiasi.
Fig. 2.7
Disposizione dei patch nel modello utilizzato per l’antenna
Coppia di dipoli magnetici per la polarizzazione sul piano x-z Coppia di dipoli magnetici per la polarizzazione sul piano y-z 1cm x y 1cm Lx Ly Asse x : 240 colonne Asse y : 64 righe
