Search

Χάρη στην εξελισσόμενη τεχνολογία είναι πλέον αρκετά εύκολο να υπάρξει επικοινωνία μεταξύ της επιφάνειας της Γης και του διαστήματος. Ολοένα και περισσότερες υπηρεσίες που μέχρι σήμερα στηρίζονταν στις επίγειες επικοινωνίες τείνουν να επεκτείνονται εκμεταλλευόμενες όλα εκείνα τα πλεονεκτήματα που προσφέρουν οι δορυφορικές επικοινωνίες. Έτσι, η έρευνα και η σχεδίαση κατάλληλων κεραιών επιθέματος, με χαρακτηριστικά όπως επαναπροσδιοριζόμενο διάγραμμα ακτινοβολίας αλλά και επαναπροσδιοριζόμενη πόλωση, είναι άκρως απαραίτητες. Θα σχεδιαστούν κεραίες οι οποίες με κατάλληλα ηλεκτρονικά κυκλώματα θα είναι ικανές να μεταβάλλουν την πόλωση και να στρέφουν τον κύριο λοβό ακτινοβολίας οπουδήποτε αυτό καθίσταται απαραίτητο. Επομένως, κύριος στόχος αυτής της διπλωματικής εργασίας αποτελεί η μελέτη και η σχεδίαση στον ηλεκτρομαγνητικό προσομοιωτή, τυπωμένων κεραιών επιθέματος, και συγκεκριμένα α) μία ορθογώνια παραλληλόγραμμη κεραία επιθέματος με δύο ορθογώνια παραλληλόγραμμα παρασιτικά στοιχεία και β) μία κεραία επιθέματος με ένα κυκλικό ενεργό στοιχείο και τέσσερα παρασιτικά κυκλικά στοιχεία. Αρχικά, η συγγραφή αυτής της διπλωματικής εργασίας βασίστηκε στην θεωρία αλλά και την μελέτη προηγούμενων ερευνών με κύριο γνώμονα την σχεδίαση κεραιών οι οποίες θα ικανοποιούν κάποια κριτήρια, όπως για παράδειγμα, επαναπροσδιοριζόμενο κύριο λοβό ακτινοβολίας με την συμβολή κατάλληλων διόδων PIN. Σε τελικό στάδιο, περιγράφονται αναλυτικά όλα τα παραχθέντα αποτελέσματα από τις προσομοιώσεις αλλά και κατά το πόσο αυτά είναι ικανοποιητικά.

Η παρούσα εργασία πραγματεύεται τη σχεδίαση μιας μικροταινιακής (microstrip) κεραίας κυκλικής πόλωσης με ακτινοβολία στα 3 GHz, η οποία θα μπορεί να βρει εφαρμογή στο επίγειο τμήμα ενός LEO (Low Earth Orbit) δορυφορικού συστήματος. Κύριο χαρακτηριστικό των μικροταινιακών κεραιών είναι η ευκολία στην κατασκευή, το χαμηλό κόστος και το περιορισμένο μέγεθος, σε συνδυασμό με την αρκετά καλή απόδοση που εμφανίζουν κατά τη λειτουργία τους και τη δυνατότητα ηλεκτρονική σάρωσης που διαθέτουν, καθιστώντας τες έτσι έναν εκ των κυριότερων υποψηφίων στη δημιουργία δορυφορικών συστημάτων. Αυτές, καλούνται να αντικαταστήσουν τα ήδη υπάρχοντα συστήματα κεραιών που λειτουργούν στο επίγειο τμήμα δορυφορικού συστήματος LEO, τα οποία αποτελούνται κυρίως από παραβολικούς ανακλαστήρες (parabolic reflectors). Αυτοί, χαρακτηρίζονται από το μεγάλο τους μέγεθος, τη δυσκολία στην τεχνική υλοποίηση, και τον περιορισμό που επιφέρει η μηχανική σάρωση που διαθέτουν. Με βάση τα παραπάνω, η εκκίνηση του ερευνητικού έργου πραγματοποιήθηκε με τη μελέτη των τεχνικών χαρακτηριστικών των μικροταινιακών κεραιών, ως στοιχείο τυπωμένων κυκλωμάτων, αλλά και του πλήθους των εφαρμογών που βρίσκουν. Στη συνέχεια, δόθηκε ιδιαίτερη προσοχή στις απαιτήσεις που εμφανίζει ένα δορυφορικό σύστημα LEO κατηγορίας. Τέλος, έπειτα από τη σταδιακή ανάλυση και σχεδίαση διαφόρων μοντέλων μικροταινιακών κεραιών, με τη χρήση του ηλεκτρομαγνητικού προσομοιωτή CST, προέκυψε ο τύπος μικροταινιακής κεραίας NOSCIPRA, ο οποίος εμφανίζει άριστα αποτελέσματα όχι μόνο σε ό,τι αφορά το ποσοστό της ανακλώμενης ακτινοβολίας σε σχέση με την τροφοδοτούμενη, αλλά κυρίως στην ποιότητα της κυκλικής πόλωσης, που αποτελούσε και την κύρια επιδίωξη της παρούσας εργασίας., The present work addresses the issue of the design of a circularly polarized microstrip antenna, which radiates at 3 GHz, and can be applied to the ground segment of a Low Earth Orbit (LEO) satellite system. The main feature of microstrip antennas is the ease of manufacture, the low cost and limited size, coupled with the fairly good performance they present during their operation, along with the ability of electronic scanning, making them one of the major candidates for satellite systems. These are required to replace the already existing antenna systems operating in the ground segment of a LEO satellite system, which is mainly consisted of parabolic reflectors. These are characterized by their large size, the difficulty in the technical implementation and the limitation of their mechanical scanning. Based on the above, the first step of this research work was the study of the technical characteristics of the microstrip antennas, as a printed circuit element, but also in the number of applications they are used. Exceptional attention was given to the requirements of a LEO satellite system. Finally, after the gradual analysis and design of various models of microstrip antennas using the CST electromagnetic simulator, the NOSCIPRA type of microstrip antenna was created, providing excellent results not only in the reflection coefficient, but mainly in the quality of circular polarization which was the main objective of this work.