Новаторские инновации в области антенных технологий, основанные на сотрудничестве между Lockheed Martin Space и Penn State, в настоящее время рассматриваются для использования в полезных нагрузках спутников GPS следующего поколения.

Дуглас Вернер, Джон Л. и Женевьев Х. Маккейн, профессор кафедры электротехники, вместе со своими нынешними и бывшими аспирантами, Дж. Даниэль Бинион и Чжи Хао Цзян, соответственно, работали совместно с Эриком Лиером и Томасом Х. Хэндом из Lockheed Martin. Пространство для существенного улучшения конструкции обычной короткой задней антенны путем значительного увеличения эффективности диафрагмы (усиления), не затрагивая ее прочную и компактную конструкцию и не увеличивая ее вес.

Этот тип антенны был первоначально разработан в 1960-х годах в исследовательской лаборатории ВВС. С тех пор он использовался во многих наземных, морских и космических приложениях, возможно, наиболее заметно в связи между НАСА и космическим кораблем Аполлон, и сегодня он все еще используется на наземных антеннах связи. Тем не менее, несколько существенных достижений были сделаны в этой десятилетней конструкции.

«Чтобы использовать его в космосе, важно иметь максимальную производительность в целом, потому что разработка и эксплуатация полезных нагрузок обходится дорого, а у вас есть только один шанс», — сказал Лиер. «Наша антенна меньше, легче, имеет более высокую эффективность, более механически устойчива, чем традиционные конструкции, используемые на спутниках GPS, и может противостоять жестким космическим условиям».

Вернер согласился, добавив: «Мы смогли спроектировать электромагнитные свойства, чтобы они соответствовали строгим требованиям радиочастот (РЧ), не жертвуя другими эксплуатационными требованиями, уникальными для космической среды».

Эти свойства стали возможными благодаря использованию метаматериалов. По сравнению с обычными короткими задними антеннами новая антенна обеспечивает увеличение усиления на один децибел (увеличение на 25 процентов); шестиугольная форма вместо круглой, что приводит к дополнительному увеличению усиления при использовании в антенной решетке; и двухдиапазонная способность, которая позволяет антенне работать с высокой эффективностью на двух частотах, требуемых для применений GPS.

Недавно в журнале Nature Communications была опубликована статья, в которой подробно описываются их исследования и результаты «Конструкция на основе метаматериалов, расширяющая многолетнюю технологию коротких обратных антенн для космических применений» .

Партнерство между исследователями Lockheed Martin и Penn State имело решающее значение для воплощения этого видения усовершенствованной антенны в реальность.

«Это постоянное сотрудничество работает исключительно хорошо. Мы используем наши сильные стороны — понимание потребностей и требований, идей и концепций — но мы не можем сделать это без уникальных навыков и возможностей, которые предлагает Penn State», — сказал Лиер. «Penn State является мировым лидером в области радиочастотных систем на основе метаматериалов и связанных с ними инструментов электромагнитного моделирования и оптимизации, необходимых для реализации проектирования и реализации предложенной нами концепции. Мы даем видение Дагу и его команде, и они выполняют тяжелую вычислительную работу. Они передовые с этими вещами «.

Поскольку Lockheed Martin выиграла контракт на следующее поколение спутников GPS, проект исследовательской группы может идеально подходить для будущих нагрузок спутников GPS, и этот факт Вернер и его аспиранты находят особенно интересным.

«Что хорошего в этом сотрудничестве, так это то, что оно дает нам фокус для этого исследования», — сказал Вернер.