Σχεδίαση και Προσομοίωση Κεραιών σε Μικρό Δορυφόρο CubeSat

Abstract

Η παρούσα διπλωματική εργασία μελετά την επικοινωνία κεραιοσυστημάτων για την υποστήριξη δορυφορικών επικοινωνιών σε μικρούς δορυφόρους CubeSats. Τα CubeSats αποτελούν δομές μικρών δορυφόρων, οι γεωμετρικές διαστάσεις των οποίων ξεκινούν από πολύ μικρά μεγέθη με βάση την μετρική μονάδα 1U (10 x 10 x 10 cm3). Προφανώς τα κόστη ανάπτυξης και εγκατάστασης τους σε τροχιά, είναι πολύ μικρότερα σε σύγκριση με τους παραδοσιακούς δορυφόρους. Η επικοινωνία μεταξύ των CubeSats με χρήση των δορυφορικών τους καναλιών, μπορεί να επεκτείνει τη χρήση τους σχηματίζοντας αστερισμούς επικοινωνίας. Οι πιο σημαντικές εφαρμογές των CubeSats είναι η παρατήρηση της Γης, η εξερεύνηση του διαστήματος, μετεωρολογικές μελέτες, και η επικοινωνία. Οι κεραίες των CubeSats, αποτελούν τη βάση για την ανάπτυξη της επικοινωνίας. Η σύγχρονη τεχνολογία επιτρέπει χρήση μεγάλου πλήθους κεραιών, με δυνατότητα αξιόπιστης κατασκευής και ανάλυσης της λειτουργίας. Η εργασία παρουσιάζει όλο το πλήθος τεχνολογικών θεμάτων που αφορούν στην ανάπτυξη των κεραιοσυστημάτων επικοινωνίας μεταξύ δορυφόρων “intersatellite links ”, καθώς και με επίγεια συστήματα για ένα μικρό δορυφόρο CubeSat. Στο Κεφάλαιο 1 παρουσιάζονται τα τεχνικά θέματα για το σχεδιασμό διατάξεων κεραιών σε CubeSats. Τα θέματα αφορούν σε διάφορους τύπους κεραιών, στις εφαρμογές τους, στα τεχνικά χαρακτηριστικά πόλωσης και πυροδότησης και στην επιλογή των συχνοτήτων λειτουργίας. Στο Κεφάλαιο 2 παρουσιάζονται τα τεχνικά θέματα για τις διατάξεις κεραιών CubeSat, που προορίζονται για την υποστήριξη εφαρμογών Internet of Things (IoT). Ένα από αυτά, είναι η δυνατότητα αναδιαμόρφωσης των διαγραμμάτων ακτινοβολίας της διάταξης, για επίτευξη σύνδεσης σε μεταβλητές γεωγραφικές θέσεις. Στο Κεφάλαιο 3 παρουσιάζεται το περιβάλλον σχεδιασμού HFSS , το οποίο αποτελεί τη βάση για τη μελέτη και την ανάλυση της διάταξης κεραιών της εργασίας. Δίνονται οι προδιαγραφές σχεδιασμού της διάταξης και καθορίζονται οι επιλογές σχεδιασμού της. Στο Κεφάλαιο 4 παρουσιάζεται το σχεδιαστικό μοντέλο της διάταξης, και η ανάλυση της στο πεδίο των συχνοτήτων. Ελέγχεται επίσης η επίτευξη των επιθυμητών προδιαγραφών επικοινωνίας για τις δορυφορικές και με επίγεια συστήματα επικοινωνίες (προς τα κάτω ζεύξεις) . Το κεφάλαιο 5 παρουσιάζει τα αποτελέσματα και τα γενικά συμπεράσματα από τη σχεδίαση της διάταξης. Το κεφάλαιο παραθέτει επίσης τους ανοικτούς τεχνολογικούς τομείς για μελλοντική έρευνα και εξέλιξη των διατάξεων επικοινωνίας σε CubeSats. Οι τεχνολογίες των CubeSats είναι πολλά υποσχόμενες για την ανάπτυξη καθολικών εφαρμογών επικοινωνίας σε παγκόσμιο επίπεδο. Οι εφαρμογές τους αναμένεται να επιδράσουν σημαντικά στο άμεσο μέλλον στην επικοινωνία και διασύνδεση. Για το λόγο αυτό, αποτελούν έναν εξαιρετικά σημαντικό τομέα έρευνας, ο οποίος εξελίσσεται παράλληλα με τις άλλες τεχνολογίες και επιστήμες.