Questo nuovo design della lente dell'antenna "a goccia d'acqua" per dirigere i segnali delle onde radio è stato sviluppato da una coppia di ingegneri di antenne dell'ESA e del Royal Institute of Technology svedese, KTH.

Allo stesso modo in cui le lenti ottiche focalizzano la luce, le lenti a guida d'onda servono a dirigere l'energia delle onde radio elettromagnetiche in una data direzione, ad esempio per inviare un radar o un segnale di comunicazione, e ridurre al minimo la perdita di energia nel processo.

Le lenti a guida d'onda tradizionali hanno un materiale dielettrico complesso elettricamente sensibile per limitare i segnali elettromagnetici come desiderato, ma questa lente guida d'onda a goccia d'acqua, una volta aggiunta la sua piastra superiore, si riduce esclusivamente alla sua forma curva che dirige i segnali attraverso di essa.

Gli inventori di questo nuovo design di lenti, che ha ricevuto un premio ESA Technical Improvement nel febbraio 2017, piace chiamarla la lente a goccia d'acqua perché la sua forma ricorda le increspature prodotte da una goccia d'acqua sulla superficie di un fluido.

La mancanza di dielettrici in questo design basato sulla forma è un vantaggio, soprattutto per lo spazio, dove rischierebbero di emettere fumi indesiderati nel vuoto orbitale.

"La struttura estremamente semplice dell'obiettivo dovrebbe renderlo facile ed economico da produrre, aprendo strade a un'ampia varietà di potenziali materiali come la plastica metallizzata, " spiega l'ingegnere delle antenne dell'ESA Nelson Fonseca.

"Questo prototipo è stato progettato per la gamma di microonde a 30 GHz, ma la semplicità del suo design basato sulla forma significa anche che dovrebbe essere applicabile a un'ampia gamma di frequenze:maggiore è la frequenza, più piccola è la struttura, facilitandone l'integrazione».

L'idea è nata da una sessione di brainstorming durante una conferenza, spiega l'ingegnere dell'antenna KTH Oscar Quevedo-Teruel:"Abbiamo preso l'obiettivo "Rinehart-Luneburg, " detta anche lente geodetica, come nostro punto di partenza. Questa è una lente a guida d'onda cilindrica sviluppata alla fine degli anni '40, principalmente per applicazioni radar.

"Volevamo la stessa prestazione, riducendone le dimensioni e l'altezza. Quindi l'idea che abbiamo avuto era di mantenere la curvatura funzionale del design originale piegandolo su se stesso, riducendone il profilo di un fattore quattro nel caso specifico del prototipo fabbricato."

Questo primo prototipo di lente a goccia d'acqua è stato testato presso le strutture KTH, Oscar aggiunge, per misurare i suoi schemi di radiazione, efficienza e guadagno:"Mentre una lente Luneburg convenzionale potrebbe soffrire di elevate perdite dielettriche, soprattutto se utilizzato a frequenze più alte, questo design mostra una perdita di segnale marginale grazie al suo design completamente metallico."

Oltre alle applicazioni spaziali, come l'osservazione della Terra e le comunicazioni satellitari su piccoli satelliti, questa antenna ha attirato anche l'attenzione di compagnie non spaziali. L'azienda Ericsson sta valutando l'utilizzo del design compatto per le reti di telefonia mobile di quinta generazione. Il concetto potrebbe essere utilizzato anche per i radar di guida nella prossima generazione di auto a guida autonoma.