用于小型卫星的创新折纸天线技术

一个多学科团队设计了一种小型、轻型、低成本的可部署天线，用于纳米和微型卫星通信。

在一项全新的研究中，韩国和美国科学家公布了一种新型天线设计，用于使用6G通信等最先进的通信系统的CubeSat纳米卫星。利用基于折纸理论、机械动力学和天线阵原理的理论知识，研究人员根据所选择的工作模式，为立方体卫星构建了一种小型、轻量化、可重构的天线。这可能标志着卫星通信新时代的开始!

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通信卫星使用高频无线电波传输数据，天线作为双向接口，将发射器提供的电流转换成无线电波，与接收器配对时，反之亦然。因此，天线是至关重要的设备，没有它，卫星和地面接收器实际上将毫无用处。

然而，尽管现代卫星的设计和性能有所进步，天线技术仍然是6G等下一代通信的限制因素。工程师们努力在不影响成本或性能的情况下将微型天线用于纳米卫星。例如，像立方体卫星这样的纳米卫星可以小到10厘米^3.但制造一个足够小的通信天线以便在发射和飞行期间存储在它里面是昂贵的和技术上的挑战。

据报道，CubeSat系统的许多高性能天线都是可展开、可折叠或可充气的。韩国釜山国立大学的Sangkil Kim博士解释道。

最近，Kim博士和他在釜山国立大学和美国阿拉巴马大学的同事为近地轨道(LEO)的立方体卫星开发了一种新的可展开天线。有趣的是，他们的设计灵感来自于“折纸”的数学，日本的折纸艺术，特别是一个称为空间映射的领域，这使他们能够决定一个可折叠的、可展开的天线的最佳几何形状。纸上的设计完成后，他们开始制造天线并进行测试。

其显著尺寸为32.5毫米^3.折叠后的原型天线仅重5克，就可以舒适地安装在立方体卫星中。研究人员使用了一种廉价的材料来制作大部分天线，使用特殊接头将方形板折叠成一个立方体，在发射和飞行过程中可以很容易地储存起来。一旦进入轨道，天线可以部署在立方体卫星之外，准备接收和发送数据。

金教授组更进一步，根据卫星是否需要相互通信或与地球通信，设置了不同的部署模式。“天线的体积、辐射模式和极化可以根据所需的操作模式进行重新配置，”Kim博士解释说。这种配置使研究人员能够针对每种通信类型优化天线的性能。

有了这些有希望的结果，科学家们希望他们的设计将启发未来可部署的纳米卫星天线技术，并为下一代通信系统(如6G)铺平道路。他们的原型不仅将降低未来纳米卫星的成本，并提高其整体性能，而且还可以按比例扩大到地球静止轨道和地球上其他通信平台上的更大的卫星。

参考文献:“用于立方体卫星应用的c波段折纸辐射模式和形状可重构偶极子阵列天线”，Myeongha Hwang, Gyoungdeuk Kim, Sangkil Kim和Nathan seonghejeong, 2020年10月20日，天线与传播学报．
DOI: 10.1109 / TAP.2020.3030908