Omnidirectional GPS Antenna For Vorsat

101 Pages·2011·4.93 MB·English

FACULDADE DE ENGENHARIA DA UNIVERSIDADE DO PORTO
Omnidirectional GPS Antenna For
Vorsat
João Pedro Lisboa Pinto
MestradoIntegradoemEngenhariaElectrotécnicaedeComputadores
Supervisor: SérgioReisCunha(Prof.Doutor)
September2011
(cid:13)c JoãoPinto,2011
Omnidirectional GPS Antenna For Vorsat
João Pedro Lisboa Pinto
Mestrado Integrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores
Aprovado em provas públicas pelo Júri:
Presidente: ArturAndradeMoura(Prof.Doutor)
Arguente: PauloMateusMendes(Prof.Doutor)
Vogal: SérgioReisCunha(Prof.Doutor)
28deSetembrode2011

Resumo
O desenvolvimento de satélites de reduzidas dimensões e peso, geralmente denominados
por CubeSats, é uma área que tem sido alvo de atenção nos últimos anos. Com efeito,
estes têm sido lançados em particular para uma LEO, com o propósito não só de estudar
determinadosparâmetrosdoseucomportamentoemórbita,comotambémparatestarde-
terminados aspectos dacomunicação em órbita, características dasua reentrada na Terra,
oudetransportarexperiênciasbiológicasaserconduzidasabaixagravidade. Estadisser-
tação surge então da necessidade de um CubeSat denominado Vorsat, de conhecer a sua
posiçãoespacialporGPSemqualquerinstante. Paratal,énecessáriaaexistênciadeuma
antena receptora GPS que o possibilite. Devido às características inerentes ao próprio
funcionamento do GPS, e ao movimento incontrolado de constante rotação do satélite,
impõe-se assim a utilização de uma antena cujo Diagrama de Radiação que aproxime
a Isotropia. Posto isto, esta Dissertação aborda precisamente a implementação de um
"array" de Polarização Circular de "Trimmed Square Microstrip Patch Antennas" para
a criação do Padrão referido. Para o efeito, dois programas orientados para o "design"
são realizados. Um primeiro em que um método que utiliza o Modelo de Transmissão
para Linhas Microstrip, e cortes na "Patch" para criar Polarização Circular, é utilizado
para projectar as sub antenas do "array". Um outro de simulação, para a determinação
das características do "array". Um protótipo deste "array" de antenas é criado e testes e
conclusõessãoapresentados.
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Abstract
Thedevelopmentofsatelliteswithlowdimensionsandweight,usuallynamedCubeSats,
is an area that has been paid attention in recent years. This kind of satellites, has been
launched particularly to a LEO. Its purpose is usually, to study certain parameters of its
orbit behaviour, to test some aspects of in orbit communication, to study the character-
istics of its Earth re-entry and also, for example, to transport biological experiments in
low gravity. It’s from the need of a CubeSat named Vorsat to know its spatial position
at any moment, using GPS, that this thesis gets its purpose. For such application a GPS
receiver antenna is needed. Due to the characteristics inherent to the GPS operation, and
alsoduetotheconstantuncontrolledrotationalmovementofthesatellite,anantennawith
a Radiation Pattern that approximates Isotropy becomes essential. That said, this thesis
addresses precisely the implementation of a Circular Polarized Trimmed Corners Square
Microstrip Patch Antenna array with a near Isotropic Pattern. To do so, two software
were developed. The first one is related to the design of the sub antennas that constitute
the array. Although it’s widely based on the Transmission Line Model, it also uses the
Truncated Corner Method to implement Circular Polarization. The other software is a
simulation one and it’s used to determine the characteristics of the array of antennas it-
self. Aprototypeofthisantennaarrayisbuiltandthetestsandconclusionsdrawnoutare
presented.
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Acknowledgements
First,Iwouldliketothankmysupervisor,ProfessorSérgioReisCunha,forallthesupport
that he gave me during this last couple of months. Without this support it wouldn’t be
possible to finish this thesis. I would also like to thank my family, particularly my sisters
andmyparentsforallthetheopportunitiesandlovethattheygavemethroughoutallmy
life. To my friends and colleagues , I thank you for all the support and companionship
during this five years. In particular I thank the help provided by my colleagues Filipe
Monteiro and Ricardo Pinto during this last months of course conclusion. To all the
above mentioned and also to those that in some way made a contribute for this thesis, I
expressmysincerethankyou.
JoãoPedroLisboaPinto
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