Lenti stampate in 3D per antenne direzionali a basso profilo di Jaroslav Zechmeister

Università tecnologica di Brno: lente stampata in 3D per antenna a basso profilo direzionale

Jaroslav Zechmeister, con il supporto per la ricerca dell’Internal Grant Agency della Brno University of Technology , ha sviluppato un’antenna a tromba come parte del programma di dottorato. Con i risultati recentemente pubblicati su ” Lenti stampate in 3D per antenne direzionali a basso profilo “, Zechmeister spiega quali tecniche e materiali sono stati utilizzati.

Ricordandoci i preziosi vantaggi della stampa 3D, Zechmeister sottolinea che questo metodo di produzione è in rapida crescita e si applica a molti settori industriali diversi, inclusa la tecnologia a microonde, consentendo tempi di consegna più rapidi, maggiore convenienza e accessibilità e la capacità di progettare senza dover aspettare un intermediario per prototipi o modifiche alle parti. La stampa 3D è stata utilizzata anche in molti progetti diversi che includono antenne, dalle antenne in metallo liquido alle antenne a più ingressi / uscite multiple e applicazioni multi-fascio .

Mentre altri studi sono stati pubblicati sulla lente dielettrica stampata in 3D, non erano direttamente correlati a questo tipo di lavoro, con Zechmeister che optava per una lente iperbolica, con un bordo curvo su un solo lato.

Modello di antenna con lente iperbolica a) e schema di lenti iperboliche b).

Grazie al lato curvo, l’obiettivo offre il vantaggio di non interferire al di sopra del piano di apertura. Il guadagno è alimentato dall’antenna a tromba, accentuata dall’aumento del raggio di apertura, una caratteristica che può essere ingrandita così tanto che l’energia della radiazione viene inviata attraverso i lobi laterali.

Dipendenza del raggio ideale a) e guadagno massimo b) dalla permittività relativa del materiale della lente.

Zechmeister ha scelto sia l’ABS che un fotopolimero per la stampa 3D, oltre a misurare la fabbricazione di lenti dielettriche da utilizzare con il silone e l’ertacel.

“Il metodo si basa sulla misurazione dei parametri di scattering di un campione situato in un supporto per campioni”, ha dichiarato Zechmeister. “In questo caso, è stato utilizzato un pezzo di una guida d’onda WR10 come supporto del campione.”

Dipendenza di frequenza misurata della permittività relativa e della conduttività del materiale ABS a) e del fotopolimero b) per la banda di frequenza 70 – 80 GHz.

Proprietà misurate dei materiali per lenti dielettriche a 77 GHz.

Utilizzando i parametri precedentemente misurati, Zechmeister è stato in grado di progettare gli obiettivi con il guadagno massimo teorico dell’antenna con l’obiettivo ABS a 30,2 dBi e l’obiettivo fotopolimerico a 31 dBi.

“Tuttavia, questi valori sono teorici, considerando i materiali senza perdita di dati e il raggio ideale dell’apertura. Per i modelli numerici, sono state incluse le perdite misurate dei materiali e il raggio dell’apertura è stato scelto 33 mm, il che rappresenta un compromesso tra i raggi ideali per il materiale ABS e il fotopolimero “, ha spiegato Zechmeister.

“L’antenna ottimizzata con l’obiettivo realizzato in materiale ABS ha a 77 GHz il guadagno 27,7 dBi e la larghezza angolare del lobo principale sul piano E e sul piano H è rispettivamente di 4,1˚ e 6,5˚. Il livello dei lobi laterali era di oltre 20 dB al di sotto del valore massimo. Il guadagno simulato dell’antenna con l’obiettivo in fotopolimero è di 27 dBi, la larghezza angolare del lobo principale nel piano E e nel piano H è rispettivamente di 3,5˚ e 5,7˚. Il livello dei lobi laterali è di 19 dB al di sotto del valore massimo. “

Sebbene gli strati della stampante fossero chiaramente indicati sulla superficie dell’obiettivo ABS, Zechmeister dichiarò che la superficie del fotopolimero era “quasi perfettamente liscia”. Lo svantaggio, tuttavia, era che la lente in fotopolimero mostrava anche “scarsa precisione geometrica”.

La tromba in ottone a), la lente ABS b) e la lente in fotopolimero c).

Confronto tra guadagno misurato e simulato dell’antenna con lente ABS nel piano E a) e piano H b) e dell’antenna con lente fotopolimerica nel piano E c) e piano H d).

“I risultati ottenuti mostrano che le lenti dielettriche stampate in 3D sono utilizzabili fino alla banda di frequenza W”, ha concluso Zechmeister.

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