Innovaciones revolucionarias en tecnología de antenas, basado en una colaboración entre Lockheed Martin Space y Penn State, ahora se están considerando para su uso en la próxima generación de cargas útiles de satélites GPS.

Douglas Werner, John L. y Genevieve H. McCain Catedrático de Ingeniería Eléctrica, junto con sus estudiantes de posgrado actuales y anteriores, J. Daniel Binion y Zhi Hao Jiang, respectivamente, trabajó en conjunto con Erik Lier y Thomas H. Hand de Lockheed Martin Space para mejorar drásticamente el diseño de la antena de retroceso corta convencional al aumentar significativamente su eficiencia de apertura (ganancia), sin afectar su diseño robusto y compacto, ni aumentar su peso.

Este tipo de antena se desarrolló originalmente en la década de 1960 en el Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea. Desde entonces, se ha utilizado en muchos terrenos, aplicaciones marinas y espaciales, quizás más notablemente en la comunicación entre la NASA y la nave espacial Apolo, y todavía se utiliza en torres de antenas de comunicaciones terrestres en la actualidad. Sin embargo, Se han realizado pocos avances significativos en este diseño de décadas.

"Para usarlo como espacio, es importante tener el mejor rendimiento general porque cuesta mucho desarrollar y volar cargas útiles, y solo tienes una oportunidad, "dijo Lier." Nuestra antena es más pequeña, peso más ligero, tiene mayor eficiencia, es más robusto mecánicamente que los diseños tradicionales utilizados en los satélites GPS, y puede soportar el duro entorno espacial ".

Werner estuvo de acuerdo, agregando, "Pudimos diseñar las propiedades electromagnéticas para cumplir con los estrictos requisitos de radiofrecuencia (RF) sin sacrificar otros requisitos operativos que son exclusivos del entorno espacial".

Estas propiedades son posibles mediante el uso de metamateriales. En comparación con las antenas de retroceso cortas convencionales, la nueva antena ofrece un aumento de un decibelio en la ganancia (aumento del 25 por ciento); una forma hexagonal en lugar de la forma circular, lo que da como resultado un aumento de ganancia adicional cuando se usa en una aplicación de antena de matriz; y capacidad de doble banda que permite que la antena funcione con alta eficiencia en las dos frecuencias requeridas para aplicaciones de GPS.

El documento que detalla su investigación y resultados, "Un diseño habilitado con metamateriales que mejora la tecnología de antenas de retroceso corto de décadas de antigüedad para aplicaciones espaciales, "fue publicado recientemente en Comunicaciones de la naturaleza .

La asociación entre Lockheed Martin y los investigadores de Penn State fue fundamental para hacer realidad esta visión de una antena mejorada.

"Esta colaboración continua funciona excepcionalmente bien. Estamos utilizando nuestras fortalezas:la comprensión de la necesidad y los requisitos, las ideas y los conceptos, pero no podemos hacerlo sin las habilidades y capacidades únicas que ofrece Penn State, ", dijo Lier." Penn State es un líder mundial en sistemas de RF habilitados para metamateriales y las herramientas asociadas de simulación y optimización electromagnéticas necesarias para realizar el diseño y la implementación de nuestro concepto propuesto. Traemos a Doug y su equipo la visión, y hacen el trabajo computacional pesado. Son vanguardistas con esas cosas ".

Debido a que Lockheed Martin ganó el contrato para la próxima generación de satélites GPS, El diseño del equipo de investigación puede ser perfecto para futuras cargas útiles de satélites GPS. un hecho que Werner y sus estudiantes de posgrado encuentran particularmente emocionante.

"Lo bueno de esta colaboración es que nos da un enfoque para esta investigación, "dijo Werner.