En respuesta a la creciente demanda de objetos conectados, se necesita más comunicación y, por lo tanto, más antenas. Estos dispositivos deben ser más asequibles, más pequeños y con la mayor eficiencia energética posible, especialmente para comunicaciones satelitales de baja velocidad de datos, que es un nuevo objetivo para laboratorios y empresas emergentes como LEAT. Para lograr este objetivo, LEAT está trabajando en antenas de banda S (frecuencias de 2 y 4 GHz) y resonadores dieléctricos acoplados (DRA). El laboratorio ha identificado la tecnología de impresión 3D Zetamix como un medio para lograr su objetivo: construir la próxima generación de antenas.
Resonadores dieléctricos: una pieza de vanguardia
Los resonadores dieléctricos tienen un papel muy importante en este tipo de antenas: transmiten las ondas para ampliar su alcance. Están fabricados en cerámica, por ejemplo zirconio, que presenta tanto una buena permitividad como una pequeña pérdida de señal.
Para cada patrón de frecuencia se requiere un resonador específico, con una permitividad dada por la elección del material y un diseño adaptado. Sin embargo, alcanzar la frecuencia de resonancia adecuada manteniendo un dispositivo de pequeño tamaño no es tarea fácil. De hecho, para compensar el valor de la permitividad de un material, los ingenieros suelen tener que cambiar el tamaño del objeto, lo que provoca problemas de diseño.
Además, las antenas normales se fabrican en dos partes: una para admitir la comunicación por satélite de enlace descendente y la otra para la comunicación por satélite de enlace ascendente. Se requieren dos resonadores dieléctricos con diferente frecuencia de resonancia. Los ingenieros tratan de encontrar el material adecuado y la proporción adecuada entre el tamaño de la pieza y la permitividad de ambas piezas.
Impresión de diferentes porosidades gracias a la impresión 3D cerámica
Aquí es donde entra la tecnología Zetamix. Además de ofrecer materiales técnicos como la zirconia, la impresión 3D Zetamix es una tecnología muy sencilla y asequible.
El proceso de fabricación es sencillo: la parte impresa es una mezcla de cola y cerámica. Se requieren los siguientes procesos de separación y sinterización para lograr una densidad del 99%. Al combinar las impresionantes propiedades de los materiales que ofrece la marca con las impresionantes capacidades de modelado de la impresión 3D, el laboratorio logró encontrar una solución con una baja inversión.
Para imprimir su DRA, LEAT utilizó zirconia con excelentes propiedades dieléctricas: permitividad ε = 30 y baja pérdida: tan δ = 10-3. FFF puede variar la densidad de impresión, lo que permite imprimir piezas de zirconio con porosidad controlada, controlando así la constante dieléctrica por debajo de 30, alcanzando así el valor óptimo. Pero la revolución del proceso no se detiene ahí: la impresión 3D permite crear placas cerámicas con diferentes áreas con diferentes densidades y, por lo tanto, diferentes constantes dieléctricas equivalentes.
Resultados de la tecnología impresión 3D
Las piezas fueron impresas por Nanoe utilizando filamento de zirconio blanco Zetamix, con un tamaño de capa de 0,1 mm, y 2 rellenos giroides con una densidad del 25 y 95% respectivamente. A continuación, las piezas se desvincularon en acetona durante 2 horas y se sinterizaron a 1450 °C en un horno zetasinter.
Luego, estas piezas fueron probadas por LEAT en una pequeña cámara anecoica, en un plano de tierra, agregando 2 conectores RF. Se salió del resonador en el ancho de banda y se adquirió un espectro completo girando la antena en la cámara.
Los primeros resultados muestran una muy buena eficiencia del DRA y un diagrama que coincidía bastante con la versión simulada. Además, también muestra una desviación a una frecuencia más alta (2600 MHz), que se adaptará mediante iteraciones en el diseño del DRA. Estos resultados serán completamente detallados en la conferencia EUCAP (Conferencia Europea sobre Antenas y Propagación) en marzo en Madrid, España.
Conclusión
La tecnología Zetamix hace posible producir materiales con impresionantes propiedades con una baja inversión. Las telecomunicaciones son un campo innovador impulsado por la demanda cada vez mayor de la industria y la sociedad de soluciones más pequeñas y económicas. Al explorar las posibilidades de configuración de la impresión 3D, LEAT está listo para enfrentar los desafíos de la próxima generación de antenas.
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