Antena Ressoadora de Metassuperfície
A Antena Ressoadora de Metassuperfície CanSat NeXT é um módulo de antena externa, que pode ser usado na estação terrestre para aumentar o alcance da comunicação e também tornar a comunicação mais confiável.
A antena do kit do CanSat NeXT foi usada com sucesso em missões CanSat onde o CanSat foi lançado a uma altitude de 1 quilômetro. No entanto, nessas distâncias, a antena monopolo começa a estar no limite do alcance operacional e também pode perder o sinal às vezes devido a erros de polarização decorrentes da polarização linear da antena monopolo. O kit de antena ressoadora de metassuperfície é projetado para permitir uma operação mais confiável nessas condições extremas e também permitir operação com alcances significativamente mais longos.
A antena ressoadora de metassuperfície consiste em duas placas. A antena principal está na placa do radiador, onde uma antena do tipo slot foi gravada no PCB. Esta placa por si só fornece aproximadamente 3 dBi de ganho e apresenta polarização circular, o que na prática significa que a intensidade do sinal não depende mais da orientação da antena do satélite. Portanto, esta placa pode ser usada como uma antena em si, se uma largura de feixe mais ampla for desejável.
A outra placa, onde a antena recebe seu nome, é a característica especial deste kit de antena. Deve ser colocada a 10-15 mm da primeira placa e apresenta uma matriz de elementos ressoadores. Os elementos são energizados pela antena slot abaixo deles, e isso, por sua vez, torna a antena mais diretiva. Com esta adição, o ganho dobra para 6 dBi.
A imagem abaixo mostra o coeficiente de reflexão da antena medido com um analisador vetorial de redes (VNA). O gráfico mostra as frequências nas quais a antena é capaz de transmitir energia. Embora a antena tenha um desempenho de banda larga bastante bom, o gráfico mostra uma boa correspondência de impedância na faixa de frequência operacional de 2400-2490 MHz. Isso significa que nessas frequências, a maior parte da potência é transmitida como ondas de rádio em vez de ser refletida de volta. Os valores de reflexão mais baixos no centro da banda estão em torno de -18,2 dB, o que significa que apenas 1,51% da potência foi refletida de volta da antena. Embora seja mais difícil de medir, simulações sugerem que 3% adicionais da potência de transmissão são convertidos em calor na própria antena, mas os outros 95,5% - a eficiência de radiação da antena - são irradiados como radiação eletromagnética.
Como mencionado anteriormente, o ganho da antena é em torno de 6 dBi. Isso pode ser ainda mais aumentado com o uso de um refletor atrás da antena, que reflete as ondas de rádio de volta para a antena, melhorando a diretividade. Embora um disco parabólico fosse um refletor ideal, até mesmo um plano de metal plano pode ser muito útil para aumentar o desempenho da antena. De acordo com simulações e testes de campo, um plano de metal - como uma chapa de aço - colocado a 50-60 mm atrás da antena aumenta o ganho para aproximadamente 10 dBi. O plano de metal deve ter pelo menos 200 x 200 mm de tamanho - planos maiores devem ser melhores, mas apenas marginalmente. No entanto, não deve ser muito menor do que isso. O plano idealmente seria de metal sólido, como uma chapa de aço, mas até mesmo uma malha de arame funcionará, desde que os buracos sejam menores que 1/10 do comprimento de onda (~1,2 cm) em tamanho.