Innovations révolutionnaires sur la technologie des antennes, basé sur une collaboration entre Lockheed Martin Space et Penn State, sont maintenant à l'étude pour une utilisation dans la prochaine génération de charges utiles de satellites GPS.

Douglas Werner, John L. et Genevieve H. McCain professeur titulaire de la chaire en génie électrique, avec ses étudiants diplômés actuels et anciens, J. Daniel Binion et Zhi Hao Jiang, respectivement, a travaillé conjointement avec Erik Lier et Thomas H. Hand de Lockheed Martin Space pour améliorer considérablement la conception de l'antenne de retour de flamme courte conventionnelle en augmentant considérablement son efficacité d'ouverture (gain), sans affecter sa conception robuste et compacte, ni augmenter son poids.

Ce type d'antenne a été développé à l'origine dans les années 1960 au Air Force Research Lab. Depuis, il a été utilisé dans de nombreux terrains, applications maritimes et spatiales, peut-être plus particulièrement dans la communication entre la NASA et le vaisseau spatial Apollo, et il est toujours utilisé sur les tours d'antenne de communication terrestre aujourd'hui. Cependant, peu d'avancées significatives ont été apportées à cette conception vieille de plusieurs décennies.

"Pour l'utiliser pour l'espace, il est important d'avoir les meilleures performances globales car cela coûte cher de développer et de faire voler des charges utiles, et tu n'as qu'une seule chance, " dit Lier. " Notre antenne est plus petite, Poids plus léger, a une plus grande efficacité, est plus robuste mécaniquement que les conceptions traditionnelles utilisées sur les satellites GPS, et peut résister à l'environnement spatial difficile."

Werner est d'accord, ajouter, « Nous avons été en mesure de concevoir les propriétés électromagnétiques pour répondre aux exigences strictes en matière de radiofréquence (RF) sans sacrifier les autres exigences opérationnelles propres à l'environnement spatial.

Ces propriétés sont rendues possibles grâce à l'utilisation de métamatériaux. Par rapport aux antennes de retour de flamme courtes conventionnelles, la nouvelle antenne offre une augmentation de gain d'un décibel (augmentation de 25 %); une forme hexagonale au lieu de la forme circulaire, ce qui entraîne une augmentation supplémentaire du gain lorsqu'il est utilisé dans une application d'antenne réseau ; et une capacité double bande qui permet à l'antenne de fonctionner avec un rendement élevé aux deux fréquences requises pour les applications GPS.

Le document qui détaille leurs recherches et leurs résultats, « Une conception compatible avec les métamatériaux améliorant la technologie d'antenne à retour de flamme courte vieille de plusieurs décennies pour les applications spatiales, " a été récemment publié dans Communication Nature .

Le partenariat entre Lockheed Martin et les chercheurs de Penn State a été essentiel pour faire de cette vision d'une antenne améliorée une réalité.

"Cette collaboration continue fonctionne exceptionnellement bien. Nous utilisons nos forces—la compréhension du besoin et des exigences, les idées et les concepts, mais nous ne pouvons pas le faire sans les compétences et les capacités uniques offertes par Penn State, " a déclaré Lier. " Penn State est un leader mondial des systèmes RF utilisant des métamatériaux et des outils de simulation et d'optimisation électromagnétiques associés nécessaires pour réaliser la conception et la mise en œuvre de notre concept proposé. Nous apportons à Doug et à son équipe la vision, et ils font le gros du travail informatique. Ils sont à la pointe de ces choses."

Parce que Lockheed Martin a remporté le contrat pour la prochaine génération de satellites GPS, la conception de l'équipe de recherche peut être parfaitement adaptée aux futures charges utiles des satellites GPS, un fait que Werner et ses étudiants diplômés trouvent particulièrement excitant.

« Ce qui est génial avec cette collaboration, c'est qu'elle nous donne une orientation pour cette recherche, " a déclaré Werner.