FACULDADE DE ENGENHARIA DA UNIVERSIDADE DO PORTO Omnidirectional GPS Antenna For Vorsat João Pedro Lisboa Pinto MestradoIntegradoemEngenhariaElectrotécnicaedeComputadores Supervisor: SérgioReisCunha(Prof.Doutor) September2011 (cid:13)c JoãoPinto,2011 Omnidirectional GPS Antenna For Vorsat João Pedro Lisboa Pinto Mestrado Integrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores Aprovado em provas públicas pelo Júri: Presidente: ArturAndradeMoura(Prof.Doutor) Arguente: PauloMateusMendes(Prof.Doutor) Vogal: SérgioReisCunha(Prof.Doutor) 28deSetembrode2011 Resumo O desenvolvimento de satélites de reduzidas dimensões e peso, geralmente denominados por CubeSats, é uma área que tem sido alvo de atenção nos últimos anos. Com efeito, estes têm sido lançados em particular para uma LEO, com o propósito não só de estudar determinadosparâmetrosdoseucomportamentoemórbita,comotambémparatestarde- terminados aspectos dacomunicação em órbita, características dasua reentrada na Terra, oudetransportarexperiênciasbiológicasaserconduzidasabaixagravidade. Estadisser- tação surge então da necessidade de um CubeSat denominado Vorsat, de conhecer a sua posiçãoespacialporGPSemqualquerinstante. Paratal,énecessáriaaexistênciadeuma antena receptora GPS que o possibilite. Devido às características inerentes ao próprio funcionamento do GPS, e ao movimento incontrolado de constante rotação do satélite, impõe-se assim a utilização de uma antena cujo Diagrama de Radiação que aproxime a Isotropia. Posto isto, esta Dissertação aborda precisamente a implementação de um "array" de Polarização Circular de "Trimmed Square Microstrip Patch Antennas" para a criação do Padrão referido. Para o efeito, dois programas orientados para o "design" são realizados. Um primeiro em que um método que utiliza o Modelo de Transmissão para Linhas Microstrip, e cortes na "Patch" para criar Polarização Circular, é utilizado para projectar as sub antenas do "array". Um outro de simulação, para a determinação das características do "array". Um protótipo deste "array" de antenas é criado e testes e conclusõessãoapresentados. i ii Abstract Thedevelopmentofsatelliteswithlowdimensionsandweight,usuallynamedCubeSats, is an area that has been paid attention in recent years. This kind of satellites, has been launched particularly to a LEO. Its purpose is usually, to study certain parameters of its orbit behaviour, to test some aspects of in orbit communication, to study the character- istics of its Earth re-entry and also, for example, to transport biological experiments in low gravity. It’s from the need of a CubeSat named Vorsat to know its spatial position at any moment, using GPS, that this thesis gets its purpose. For such application a GPS receiver antenna is needed. Due to the characteristics inherent to the GPS operation, and alsoduetotheconstantuncontrolledrotationalmovementofthesatellite,anantennawith a Radiation Pattern that approximates Isotropy becomes essential. That said, this thesis addresses precisely the implementation of a Circular Polarized Trimmed Corners Square Microstrip Patch Antenna array with a near Isotropic Pattern. To do so, two software were developed. The first one is related to the design of the sub antennas that constitute the array. Although it’s widely based on the Transmission Line Model, it also uses the Truncated Corner Method to implement Circular Polarization. The other software is a simulation one and it’s used to determine the characteristics of the array of antennas it- self. Aprototypeofthisantennaarrayisbuiltandthetestsandconclusionsdrawnoutare presented. iii iv Acknowledgements First,Iwouldliketothankmysupervisor,ProfessorSérgioReisCunha,forallthesupport that he gave me during this last couple of months. Without this support it wouldn’t be possible to finish this thesis. I would also like to thank my family, particularly my sisters andmyparentsforallthetheopportunitiesandlovethattheygavemethroughoutallmy life. To my friends and colleagues , I thank you for all the support and companionship during this five years. In particular I thank the help provided by my colleagues Filipe Monteiro and Ricardo Pinto during this last months of course conclusion. To all the above mentioned and also to those that in some way made a contribute for this thesis, I expressmysincerethankyou. JoãoPedroLisboaPinto v vi