Design, analysis and optimization of deployable antenna for nanosatellite communication

The present study concerns the student's study and familiarization with the various types of deployable antenna technologies for space applications, which have been successfully developed and operated on a space mission. The ultimate goal is the creation of appropriate theoretical bases and a g...

Πλήρης περιγραφή

Λεπτομέρειες βιβλιογραφικής εγγραφής
Κύριος συγγραφέας: Παναγιωτοπούλου, Βασιλική
Άλλοι συγγραφείς: Panagiotopoulou, Vasiliki
Γλώσσα:English
Έκδοση: 2021
Θέματα:
Διαθέσιμο Online:http://hdl.handle.net/10889/15092
id nemertes-10889-15092
record_format dspace
institution UPatras
collection Nemertes
language English
topic Deployable mechanisms
Finite element analysis
Πτυσσόμενοι μηχανισμοί
Μέθοδος πεπερασμένων στοιχείων
spellingShingle Deployable mechanisms
Finite element analysis
Πτυσσόμενοι μηχανισμοί
Μέθοδος πεπερασμένων στοιχείων
Παναγιωτοπούλου, Βασιλική
Design, analysis and optimization of deployable antenna for nanosatellite communication
description The present study concerns the student's study and familiarization with the various types of deployable antenna technologies for space applications, which have been successfully developed and operated on a space mission. The ultimate goal is the creation of appropriate theoretical bases and a general understanding of the key elements of each technology as well as the advantages and disadvantages of implementing this specific type of antenna on a mission. After this research, the design, analysis and finally optimization of a deployable antenna that meets the specifications given by the Applied Mechanics and Vibrations Laboratory, may successfully be launched. The deployable antenna shall be truss structure with a 1-meter parabolic reflector. The available stowage volume is 10 × 10 × 30 3. Initially, the creation of an efficient deployable mechanism, which will be characterized by simplicity, reliability, low weight and cost as well as high ease in the production process is an important first step that will determine the subsequent analysis. The stiffness of the structure is of the utmost importance, as it holds the parabolic mirror and shapes the geometry of its surface, directly affecting the power of the signal it emits. In addition, the kinematic analysis of the structure is necessary, and to be more specific the study of the angular velocity, the angular acceleration, the necessary engine torques as well as the internal spring forces. The antenna deploys itself in 2 minutes with the help of stepper motors and springs. Dynamic analysis using the finite element method provides us with details about the resonant frequencies of the structure, the maximum deformations, stresses and strains at each phase (launch, final phase of operation) as well as the critical components at risk of failure. Finally, a basic radio frequency analysis (RF analysis) was performed and the antenna gain was calculated.
author2 Panagiotopoulou, Vasiliki
author_facet Panagiotopoulou, Vasiliki
Παναγιωτοπούλου, Βασιλική
author Παναγιωτοπούλου, Βασιλική
author_sort Παναγιωτοπούλου, Βασιλική
title Design, analysis and optimization of deployable antenna for nanosatellite communication
title_short Design, analysis and optimization of deployable antenna for nanosatellite communication
title_full Design, analysis and optimization of deployable antenna for nanosatellite communication
title_fullStr Design, analysis and optimization of deployable antenna for nanosatellite communication
title_full_unstemmed Design, analysis and optimization of deployable antenna for nanosatellite communication
title_sort design, analysis and optimization of deployable antenna for nanosatellite communication
publishDate 2021
url http://hdl.handle.net/10889/15092
work_keys_str_mv AT panagiōtopouloubasilikē designanalysisandoptimizationofdeployableantennafornanosatellitecommunication
AT panagiōtopouloubasilikē schediasmosanalysēkaibeltistopoiēsēptyssomenēskeraiasgiaepikoinōniananodoryphorōn
_version_ 1771297312706920448
spelling nemertes-10889-150922022-09-05T20:41:13Z Design, analysis and optimization of deployable antenna for nanosatellite communication Σχεδιασμός, ανάλυση και βελτιστοποίηση πτυσσόμενης κεραίας για επικοινωνία νανοδορυφόρων Παναγιωτοπούλου, Βασιλική Panagiotopoulou, Vasiliki Deployable mechanisms Finite element analysis Πτυσσόμενοι μηχανισμοί Μέθοδος πεπερασμένων στοιχείων The present study concerns the student's study and familiarization with the various types of deployable antenna technologies for space applications, which have been successfully developed and operated on a space mission. The ultimate goal is the creation of appropriate theoretical bases and a general understanding of the key elements of each technology as well as the advantages and disadvantages of implementing this specific type of antenna on a mission. After this research, the design, analysis and finally optimization of a deployable antenna that meets the specifications given by the Applied Mechanics and Vibrations Laboratory, may successfully be launched. The deployable antenna shall be truss structure with a 1-meter parabolic reflector. The available stowage volume is 10 × 10 × 30 3. Initially, the creation of an efficient deployable mechanism, which will be characterized by simplicity, reliability, low weight and cost as well as high ease in the production process is an important first step that will determine the subsequent analysis. The stiffness of the structure is of the utmost importance, as it holds the parabolic mirror and shapes the geometry of its surface, directly affecting the power of the signal it emits. In addition, the kinematic analysis of the structure is necessary, and to be more specific the study of the angular velocity, the angular acceleration, the necessary engine torques as well as the internal spring forces. The antenna deploys itself in 2 minutes with the help of stepper motors and springs. Dynamic analysis using the finite element method provides us with details about the resonant frequencies of the structure, the maximum deformations, stresses and strains at each phase (launch, final phase of operation) as well as the critical components at risk of failure. Finally, a basic radio frequency analysis (RF analysis) was performed and the antenna gain was calculated. Η παρούσα διπλωματική εργασία αφορά την μελέτη και την εξοικείωση της φοιτήτριας πάνω στις διάφορες τεχνολογίες πτυσσόμενων κεραιών για διαστημικές εφαρμογές, που έχουν αναπτυχθεί και λειτουργήσει σε κάποια διαστημική αποστολή. Απώτερος στόχος είναι η δημιουργία κατάλληλων θεωρητικών βάσεων και γενικότερης κατανόησης της τεχνολογίας αυτής, ώστε να ακολουθήσει ο σχεδιασμός, η ανάλυση και τέλος η βελτιστοποίηση μίας πτυσσόμενης κεραίας που θα ικανοποιεί τις δοθείσες από το εργαστήριο Τεχνικής Μηχανικής και Ταλαντώσεων, προδιαγραφές. Η πτυσσόμενη κεραία με παραβολικό κάτοπτρο με τύπου offset τροφοδοτικό πρέπει να είναι διαμέτρου 1 μ. και με δυνατότητα αποθήκευσης σε χώρο διαστάσεων 10×10×30 3. Αρχικά η δημιουργία αποδοτικού μηχανισμού, ο οποίος θα χαρακτηρίζεται από απλότητα, αξιοπιστία, χαμηλό βάρος και κόστος καθώς και ευκολία στην διαδικασία της παραγωγής είναι σημαντικό πρώτο βήμα που θα καθορίσει την μετέπειτα ανάλυση. Η στιβαρότητα της δομής είναι υψίστης σημασίας, καθώς συγκρατεί το παραβολικό κάτοπτρο και διαμορφώνει την γεωμετρία της επιφάνειάς του, επηρεάζοντας άμεσα την ισχύ του σήματος που εκπέμπει. Στην συνέχεια, απαραίτητη είναι η κινηματική ανάλυση της κατασκευής, δηλαδή η μελέτη της γωνιακής ταχύτητας, της γωνιακής επιτάχυνσης, των αναγκαίων ροπών κινητήρων καθώς και των εσωτερικών δυνάμεων ελατηρίων. Η πτυσσόμενη κεραία λαμβάνει την τελική της μορφής μετά από 2 λεπτά με την βοήθεια βηματικών κινητήρων και ελατηρίων. Η δυναμική ανάλυση με την μέθοδο των πεπερασμένων στοιχείων μας παρέχει λεπτομέρειες σχετικά με τις κρίσιμες ιδιοσυχνότητες της δομής, τις μέγιστες παραμορφώσεις, τάσεις και επιμηκύνσεις σε κάθε φάση (εκτόξευση, τελική φάση λειτουργίας) καθώς και τα κρίσιμα σημεία που κινδυνεύουν από αστοχία. Τέλος πραγματοποιήθηκε μια βασική ανάλυση ραδιοσυχνοτήτων (RF analysis) και υπολογισμός του κέρδους ισχύος της κεραίας. 2021-07-23T07:07:28Z 2021-07-23T07:07:28Z 2020-07-23 http://hdl.handle.net/10889/15092 en application/pdf