Progettazione e valutazione di fattibilità della stampa 3D a basso costo di antenne a forma di corno

Università di Città del Capo: fattibilità nella progettazione di antenne a tromba stampate in 3D a prezzi accessibili

Ming Gao ha preparato una tesi, ” Progettazione e valutazione di fattibilità della stampa 3D a basso costo di antenne di corno “, per il Dipartimento di Ingegneria Elettrica dell’Università di Cape Town . Concentrandosi su dispositivi a microonde e RF più convenienti, Gao esplora la realtà dell’utilizzo di tecniche di produzione additiva e metallizzazione, tra cui la stampa 3D e il test di un’antenna campione.

L’attività di creazione di antenne leggere continua a crescere a livello globale, e in particolare man mano che cresce la domanda di tecnologia come i droni. Nel caso di un drone, una tipica antenna metallica peserebbe troppo, specialmente nelle applicazioni in cui il dispositivo era responsabile del trasporto di oggetti.
Le tecniche convenzionali oggi implicano la fusione e la fresatura, ma sono in netto contrasto con i vantaggi della stampa 3D in quanto richiedono tempo e denaro a causa della maggiore quantità di materiali e precisione richiesta. Le dimensioni della guida d’onda devono essere esatte poiché si prevede che le antenne rispettino i “requisiti rigorosi” e che possano anche essere difficili da realizzare.

Le guide d’onda forniscono onde elettromagnetiche in una varietà di formati:

Modalità manuale
Modalità TMmn
Modalità TEM
L’efficienza di un’antenna è misurata dalla quantità di energia erogata all’antenna stessa, rispetto alla potenza che si irradia, con gli utenti che mostrano successo nell’uso della stampa 3D FDM per la produzione dei componenti necessari.

“Le larghezze del fascio e i livelli laterali sono caratterizzazioni del modello di radiazione dell’antenna. La larghezza del raggio è una misura del raggio principale a metà potenza, o −3 dB dalla potenza di picco, nota anche come larghezza del raggio a metà potenza (HPBW) ”, ha affermato Gao. “Le luci laterali rappresentano radiazioni che non si trovano nella direzione del raggio principale. Il livello di sidelobe (SLL) di un modello viene misurato come la differenza tra il picco del raggio principale e il picco del primo raggio laterale su entrambi i lati del raggio principale. “

Utilizzando una stampante 3D basata su Ultimaker 2+ FDM con ABS come materiale scelto, sono stati fabbricati i seguenti campioni:
Corno piramidale X-Band: questo esempio era un progetto semplice poiché Gao aveva accesso a un buon modello per la replica all’interno del dipartimento dell’Università. Le dimensioni sono state attentamente misurate per la simulazione FEKO e l’antenna è stata rivestita con NSCP, una vernice spray conduttiva a base di nichel. Le proprietà dell’antenna misurate sono risultate molto simili al corno prodotto commercialmente.
Trombe piramidali e coniche Ku-Band: queste trombe sono state entrambe metallizzate utilizzando la placcatura in rame eseguita da TraX Interconnect e rivestendo con NSCP. I confronti hanno mostrato che le trombe “hanno raggiunto un coefficiente di riflessione più elevato rispetto alla simulazione”, ma sfortunatamente, solo 3,16 della potenza sono state riflesse attraverso l’antenna.

“Entrambe le antenne a tromba forniscono fasci molto direzionali e alto guadagno. Il vantaggio del corno piramidale è che è più adatto se è necessaria una bassa X-pol, ma è anche più difficile da metallizzare a causa di spigoli vivi. Il corno conico ha un piano simmetrico adatto alla doppia polarizzazione e alla polarizzazione circolare e più facile da metallizzare. Tuttavia, a differenza del corno piramidale, ha una perdita di x-pol maggiore “, hanno concluso i ricercatori.

“Con la limitazione delle risorse disponibili, gli esperimenti e le misurazioni generali hanno mostrato risultati molto promettenti e la stampa 3D e i rivestimenti conduttivi sono stati considerati di successo. Inoltre, l’intero processo di fabbricazione ha un costo molto basso rispetto ai costi della produzione tradizionale. “