Search

Tässä työssä tutkittiin ja kehitettiin mahdollisia uusia antenniratkaisuja tuleviin piensatelliitteihin, erityisesti alle 10 kilogramman satelliitteihin, eli ns. nanosatelliitteihin. Työssä keskityttiin laitteiston etupään (front end) antenniin ja matalakohinavahvistimeen (Low Noise Amplifier). Radiomittalaitteistoa käytetään havaitsemaan keski- ja korkeataajuuksilla, 0.3 - 3 MHz (MF) ja 3 - 30 MHz (HF), joilla tutkitaan mm. Maan ionosfääriä ja sen läpäisytaajuuksia. Tavoitteena oli luoda laajakaistaisen radiospektrin antenni ja vahvistimen etupää niin, että lopullista radiomittalaitetta voitaisiin käyttää laajasti Aurinkokunnan erilaisten plasmaympäristöjen radioaaltotutkimuksessa. Työssä tutkittiin erityisesti radiomittalaitetta, joka pystyisi tutkimaan Maan ionosfääriä havaitsemalla EISCAT:in (European Incoherent Scatter Scientific Association) kuumentimen lähettämää radiosignaalia lähettimen yläpuolella. Havaittavien sähkökenttien suuruus tulee tällöin olla yli muutamia millivoltteja metriä kohden. Radiomittalaitteen komponenttien ja antennin toimintaa tutkittiin teorian ja simulaatioiden avulla. Antenni suunniteltiin käytettäväksi ns. CubSat-nanosatelliitissa, jonka pienin koko, ns. 1U, on 10 cm x 10 cm x 10 cm. Antennin ja satelliitin rakenteet simuloitiin CST Studio Suite-ohjelmalla. Vahvistin simuloitiin LTSpice-ohjelmalla. Tämän lisäksi työssä perehdyttiin kirjallisuuskatsauksena plasmafysiikan teorian pohjalta määrittämään havaittavien aaltojen perusominaisuuksiin plasmassa, sekä esitettiin erilaisia plasmaympäristöjä ja niiden perusominaisuuksia. Työn tuloksena esiteltiin laajakaistainen antennin ja vahvistimen muodostama yhdistelmä, sekä osoitettiin se, että keski- ja korkeataajuiselle on mahdollista suunnitella leveäkaistainen pienikokoinen antennijärjestelmä. Työssä tehdyt simulaatiot osoittavat erilaisten antennien antavan erilaisen jännitteen antennin ulostulossa niin, että signaalin voimakkuus kasvoi antennin koon kasvaessa. Lisäksi simulaatiot osoi, This thesis investigated and developed a new antennas solutions for a small satellites, especially for satellites below 10 kg, i.e. so-called nanosatellites. The thesis focused on Front end part which includes antenna and Low noise amplifier. The radio spectrometer will be used to do measurements at medium- and high frequencies, 0.3 to 3 MHz and 3 to 30 MHz, which are used to investigate ionosphere's thickness and penetration rates. The goal was to create a broadband radio spectrometer antenna and an amplifier front end so that the final radio measuring instrument could be widely used in radiowave research of different plasma environments in the Solar System. In particular, the thesis investigates a radio measuring device that could study the Earth's ionosphere by detecting the radio signal transmitted by the EISCAT (European Incoherent Scatter Scientific Association) heater above the transmitter. The magnitude of the detectable electric fields must then be more than a few millivolts per meter. The operation of the components and antenna of the radio measuring device is studied with the help of theory and simulations. The antenna is designed for use in the so-called CubSat-nanosatellite, with a minimum size of 1U, that is 10 x 10 x 10 cm. The antenna and satellite structure is simulated with CST Studio Suite. The amplifier is simulated with with LTSpice software. In addition, this thesis examines the basic properties of observable waves in plasma on the basis of the theory of plasma physics and presents various plasma environments and their basic properties. As the result, the thesis presents a wideband antenna and LNA combination, and it is shown that it is possible to design a wideband small-sized antenna system for medium and high frequency. The simulations performed in the thesis show that different antennas give different voltages at the antenna output so that the signal strength increased as the size of the antenna increased. In addition, the simulations show

In this thesis the feasibility of using a ferrite rod antenna as a part of a radio instrument in a nanosatellite was studied. Ferrite rod antennas are used as receiving antennas for amplitude modulation transmissions in the medium and high frequencies. At these frequencies it is possible to study ionospheric properties due to the refraction of radiowaves from different ionospheric layers. The behavior of the antenna was determined from theory and tested using electromagnetic simulation software and measurements. The aluminum body and other metallic structures in the satellite affect the operation of the antenna and its position must be chosen carefully. The results show that ferrite rod antennas can be used for the purpose of receiving medium and high frequency transmissions in an aluminum framed nanosatellite., Tässä työssä tutkittiin ferriittiantennien käyttöä nanosatelliittiin tulevassa radioinstrumentissa. Ferriittiantenneja käytetään amplitudimodulaatiolähetyksien vastaanottoantenneina keski- ja korkeataajuuksilla. Näillä taajuuksilla ionosfäärin ominaisuuksia voidaan tutkia ionosfäärin eri kerrosten aiheuttamasta radioaaltojen refraktion johtuen. Antennin toimintaa tarkasteltiin teorian kautta ja se todennettiin sähkömagnetismisimulaatio-ohjelmaa käyttäen sekä mittauksilla. Alumiininen runko sekä muut metallirakenteet satelliitissa vaikuttavat antennin toimintaan ja sen sijoitus tulee tehdä tarkoin. Tulokset näyttävät, että ferriittiantennia voidaan käyttää keski- ja korkeiden taajuuksien vastaanottoantennina alumiinirunkoisessa nanosatelliitissa.