Metafelület Rezonátor Antenna
A CanSat NeXT Metafelület Rezonátor Antenna egy külső antennamodul, amely a földi állomás végén használható a kommunikációs hatótávolság növelésére, és a kommunikáció megbízhatóbbá tételére.
A CanSat NeXT készletantennáját sikeresen használták CanSat küldetések működtetésére, ahol a CanSat 1 kilométeres magasságba lett indítva. Azonban ezeknél a távolságoknál a monopól antenna az üzemi hatótávolság szélén kezd lenni, és néha elveszítheti a jelet a monopól antenna lineáris polarizációjából adódó polarizációs hibák miatt. A metafelület rezonátor antenna készletet úgy tervezték, hogy megbízhatóbb működést tegyen lehetővé ilyen szélsőséges körülmények között, és lehetővé tegye a jelentősen hosszabb hatótávolságú működést is.
A metafelület rezonátor antenna két táblából áll. A fő antenna a radiátor táblán található, ahol egy rés típusú antenna lett maratva a PCB-be. Ez a tábla önmagában körülbelül 3 dBi erősítést biztosít, és körkörös polarizációval rendelkezik, ami gyakorlatilag azt jelenti, hogy a jel erőssége már nem függ a műhold antenna tájolásától. Ezért ez a tábla önmagában is használható antennaként, ha szélesebb nyaláb szélesség kívánatos.
A másik tábla, amelyről az antenna a nevét kapja, az antenna készlet különleges jellemzője. Ezt 10-15 mm-re kell elhelyezni az első táblától, és rezonátor elemek sorozatát tartalmazza. Az elemeket az alattuk lévő rés antenna gerjeszti, és ezáltal az antenna irányítottabbá válik. Ezzel a kiegészítéssel az erősítés megduplázódik 6 dBi-re.
Az alábbi kép az antenna reflexiós együtthatóját mutatja, amelyet egy vektorhálózat-analizátorral (VNA) mértek. A grafikon azokat a frekvenciákat mutatja, amelyeken az antenna képes energiát sugározni. Bár az antennának elég jó szélessávú teljesítménye van, a grafikon jó impedanciailleszkedést mutat a 2400-2490 MHz-es üzemi frekvenciatartományban. Ez azt jelenti, hogy ezeknél a frekvenciáknál a teljesítmény nagy része rádióhullámként sugárzódik ki, szemben azzal, hogy visszaverődik. A sáv közepén a legalacsonyabb reflexiós értékek körülbelül -18,2 dB, ami azt jelenti, hogy a teljesítmény mindössze 1,51%-a verődött vissza az antennáról. Bár nehezebb mérni, a szimulációk azt sugallják, hogy a továbbított teljesítmény további 3%-a hővé alakul az antennában, de a fennmaradó 95,5% - az antenna sugárzási hatékonysága - elektromágneses sugárzásként sugárzódik ki.
Mint korábban említettük, az antenna erősítése körülbelül 6 dBi. Ez tovább növelhető egy reflektor használatával az antenna mögött, amely visszaveri a rádióhullámokat az antennába, javítva az irányítottságot. Míg egy parabola lemez ideális reflektor lenne, még egy sima fémlemez is nagyon hasznos lehet az antenna teljesítményének növelésében. A szimulációk és terepi tesztek szerint egy fémlemez - például egy acéllemez - amelyet 50-60 mm-re helyeznek el az antenna mögött, körülbelül 10 dBi-re növeli az erősítést. A fémlemeznek legalább 200 x 200 mm méretűnek kell lennie - a nagyobb lemezek jobbak lehetnek, de csak csekély mértékben. Azonban nem szabad sokkal kisebbnek lennie ennél. A lemez ideálisan szilárd fém lenne, például acéllemez, de még egy drótháló is működni fog, amennyiben a lyukak mérete kevesebb mint 1/10 hullámhossz (~1,2 cm).