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SFIDA #6 / Aerospace

Come implementare la fabbricazione additiva dei metalli nella costruzione di antenne a onde millimetriche per le comunicazioni spaziali

Il problema

Finora, la fabbricazione di componenti per le telecomunicazioni per applicazioni spaziali, come ad esempio antenne e filtri, che operano ad alta frequenza (dai 10 GHz in avanti) è sempre rimasta legata a tecniche di costruzione ad alto costo, come il CNC, l’elettroformatura e l’elettroerosione. Oltre ad un costo elevato, queste tecniche di costruzione non permettono la realizzazione di geometrie troppo complesse a meno di dividere l’elemento da costruire in molte sotto parti che vanno poi assemblate. Inoltre, progettando apparati che operano dai 10 GHz ai 70 GHz è richiesta una precisione nelle lavorazioni che si aggira attorno ai +/- 0.02 mm. Pertanto, dover assemblare molte parti che devono avere una precisione molto spinta comporta non pochi problemi nella ripetibilità delle performance dei prodotti. Operando nel settore aerospaziale un ruolo importante è giocato dalla massa degli oggetti stessi. Le lavorazioni con tecniche standard (CNC, etc) richieste per la riduzione della massa del prodotto risultano inadeguate dal punto di vista tecnico ed economico.

Lo scenario ideale

Individuare una tecnica costruttiva che permetta di poter realizzare le antenne (ed altre componenti RF) con geometrie più libere rispetto agli usuali metodi di lavorazione dei metalli. Inoltre l’interesse va verso la costruzione dei prodotti in modo il più “monolitico” possibile, riducendo così il numero di componenti in cui deve essere diviso un prodotto (ad esempio un’antenna) al fine di ridurre gli errori di assemblaggio.

Il contesto

La necessità di trovare una nuova tecnica costruttiva deriva dalla difficoltà riscontrata nell’esecuzione di misure d’antenna su più prototipi realizzati interamente in CNC. Nonostante l’ottima precisione offerta dall’officina meccanica, l’eccessivo numero di componenti in cui era divisa l’antenna da misurare rendeva difficile ottenere risultati confrontabili, anche sugli stessi modelli (smontati e rimontati più volte). 

Soggetti interessati dal problema

Imprese produttrici di satelliti e/o altre apparecchiature per l’industria aerospaziale.

Implicazioni economiche, sociale ambientali del problema.

Il problema riscontrato rende difficile ottenere antenne operanti con buone caratteristiche. In particolare viene limitata la capacità di trasmissione dati e la possibilità di adoperare l’intera banda di funzionamento. Inoltre il ricorre alle già note tecniche costruttive per materiali metallici non permette di ridurre il materiale impiegato nella costruzione. Questo aspetto è essenziale perm l’industria aerospaziale, in quanto il fattore relativo alla massa incide in maniera sensibile sui costi di lancio e quindi sulle potenzialità di utilizzo.

Dati e biblografia (1)

Il disallineamento delle numerose parti componenti l’antenna, soprattutto per quanto riguarda il feed, parte fondamentale che si occupa di ricevere in ingresso il segnale lineare, eventualmente trasformando la polarizzazione in circolare per poi illuminare sub riflettore e riflettore dell’antenna, provoca un repentino peggioramento dei parametri S dell’antenna e dei valori di Axial Ratio (lavorando in polarizzazione circolare). Ciò comporta arte riflessioni all’interno dell’antenna che limitano le potenze e mettono in pericolo l’elettronica di controllo.

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