German Aerospace Center: tworzenie anten polimerowych z nadrukiem 3D dla systemów z radarem syntetycznym (SAR)

Ze względu na wymagania w zakresie doskonałości mechanicznej, druk 3D został wybrany jako metoda produkcji z odpornego na temperaturę tworzywa sztucznego. Naukowcy zaangażowani w projekt stworzyli dwa różne prototypy anten z tworzywa sztucznego i mosiądzu. Ponieważ niemieckie Centrum Lotnictwa i Kosmonautyki jest tak rozległe, szczyci się wieloma różnymi instytutami w 20 różnych niemieckich zakładach, ich zasoby są znaczne w badaniach takich aplikacji jak:

W Instytucie Mikrofal i Radaru skupiają się jednak wyłącznie na badania nad nowymi technologiami związanymi z radarem, teledetekcją, a zwłaszcza z tym badaniem, powietrznymi i satelitarnymi systemami radarowymi z syntetyczną aperturą - wykorzystywanymi na przykład do lepszej dokładności w dostarczaniu danych - z kosmosu. Interferometria SAR może działać jako rozszerzenie, z dwoma różnymi czujnikami wykonującymi zdjęcia tej samej rzeczy. Wysokość monitorowanych obiektów można precyzyjnie określić, co jest pomocne w aplikacjach mapowania. Sygnały radarowe mogą być również wykorzystywane do uzyskiwania większych ilości danych o takich cechach, jak stan powierzchni.

„Odbicie od ziemi może zmienić polaryzację w zależności od powierzchni odbicia” - stwierdza Reifenhäuser. „Ta zmiana jest wykrywana po otrzymaniu echa i można wyciągnąć wnioski dotyczące powierzchni. Ta procedura nosi nazwę polarymetrii. ”

Obecnie instytut wykorzystuje samoloty badawcze (takie jak samoloty Do228-212) do kompilacji obrazów SAR, z ich zainteresowaniem takimi zastosowaniami i polepszeniem systemów satelitarnych— i rozszerzenie na systemy SAR w paśmie Ka, ponieważ na całym świecie rośnie zainteresowanie. Pasmo Ka wyróżnia się krótszą długością fali i możliwością użycia „niższej głębokości penetracji” do objętości. To nadaje jej zastosowania aplikacjom wymagającym precyzji, takim jak badania pogody i klimatu.

Dotychczas jednak naukowcy mieli ograniczone doświadczenie w stosowaniu systemów SAR w paśmie Ka, w tym jednoprzebiegowych interferometrycznych lub polarymetrycznych możliwości - są coraz większa liczba komponentów sprzętowych na paśmie Ka staje się dostępna dla konsumentów na rynku komercyjnym. Tworząc swój zespół demonstracyjny PolInSAR w paśmie Ka, DLR wkracza w sferę systemów PolInSAR opartych na samolotach Ka-band.

Antena z nadrukiem 3D musiała zostać utworzona z następujących względów:

Testy zostały zakończone zarówno symulowanymi ćwiczeniami, jak i pomiarem fizycznym, z mosiężną anteną służącą jako punkt odniesienia dla wersji drukowanej 3D.Oba urządzenia zostały przetestowane w temperaturze 21 ° C w kompaktowym zakresie testowym DLR (CTR), dzięki czemu naukowcy dalej badali „wpływ temperatury”. Stwierdzili, że zaleca się stosowanie kilku pojedynczych grzejników w celu lepszego zdefiniowania charakterystyki promieniowania, naukowcy połączyli kilka z nich razem w „antenę grupową”, osiągniętą przez stworzenie „szczelin” w ścianie falowodu.

Ostatecznie, system PolInSAR w paśmie Ka składa się z wielu anten skonfigurowanych w celu zachęcania do formowania wiązki, z poziomym i anteny pionowe na przemian, co powoduje bardzo małą odległość między polaryzacjami. Naukowcy zlecili drukowanie 3D jednego prototypu, podczas gdy drugi został wyfrezowany z mosiądzu przy użyciu tradycyjnych metod produkcji. Drukowana antena 3D została wykonana z tworzywa sztucznego, ale wykończona warstwą miedzi. Rozszerzalność cieplna miała największy wpływ na obie anteny - ale naukowcy odkryli także bardzo małe różnice między zyskiem anteny a odbiciem wejściowym.

Zespół zauważył również, że podczas testowania prototypów pod kątem wpływu zmiany temperatury zauważyli transformacja w fazie sygnału. Zauważyli również większy błąd w przydzielaniu faz, ponieważ zwiększona liczba elementów została rozmieszczona w tablicy falowodowej. Ostatecznie jednak podobne anteny ustawione w różnych zakresach częstotliwości wykazywały takie same ustawienia znaków

„Patrząc na pojedynczy element układu antenowego, można powiedzieć, że mały ustalony błąd wskazywania jest kompensowany przez symetrię antena dzięki centralnemu zasilaniu ”- podsumowali naukowcy. „Drukowane tworzywo sztuczne nadaje się zatem jako materiał na układ antenowy systemu PolInSAR w paśmie Ka.”