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Publication
ADDITIVE MANUFACTURING FOR ANTENNA TECHNOLOGIES
| Name: | Description: | Size: | Format: | |
|---|---|---|---|---|
| 50.32 MB | Adobe PDF |
Authors
Abstract(s)
This dissertation explores the use of Additive Manufacturing (AM) technology,
commonly known as Three-dimensional (3D) printing, for fabricating antennas,
focusing on both static 3D and dynamic Four-dimensional (4D) printing techniques.
It evaluates the cost-effectiveness and performance of these antennas compared to
the ones fabricated using traditional methods (e.g. commercially available antennas).
The study begins with the characterisation of dielectric properties of 3D printed
materials through various extraction methods, which is crucial for accurate simulation
and performance prediction. With this research several antennas were 3D
printed and analysed, including pyramidal horn antennas, which were fully dielectric,
with metallised polymers, with metal composites, and fully metallic, operating
at K-Band. Additive manufacturing techniques, such as Laser Powder Bed Fusion
(LPBF), were employed, with findings indicating that the resultant full metal
horn antennas offered the best performance in terms of gain, impedance matching,
and bandwidth.
Additionally, the study examines 3D printed C-Band microstrip rectangular patch
antennas. Results show that while 3D printed microstrip patch antennas can achieve
reasonable efficiency and gain, they still lag behind traditional laminate-based
antennas.
A novel aspect of this research is the design of an X-Band pneumatic-deployable
4D petal horn antenna, which demonstrates potential for real-time adaptability
through computational fluid dynamics and electromagnetic simulations.
The dissertation concludes that 3D printing technology offers significant advantages
for antenna fabrication, particularly in rapid prototyping and customisation.
The emergence of 4D printing presents new possibilities for dynamic, adaptable
antennas, though further research is needed to address material and fabrication
challenges to fully harness its potential.
Esta dissertação explora o uso da tecnologia de fabricação aditiva, conhecida como impressão a Três Dimensões (3D), para a fabricação de antenas, com o foco tanto em técnicas de impressão estáticas como a impressão 3D e dinâmicas a impressão a Quatro Dimensões (4D). Avalia a relação custo-benefício e o desempenho dessas antenas em comparação com antenas fabricadas por métodos tradicionais (ex. antenas disponíveis comercialmente). O estudo começa com a caracterização das propriedades dielétricas dos materiais impressos em 3D através de vários métodos de extração, o que é crucial para simulações precisas e previsões de desempenho. Com esta pesquisa, várias antenas foram fabricadas por impressão 3D e analisadas, incluindo antenas corneta piramidais totalmente dielétricas, de polímero metalizado, de compósitos metálicos, e totalmente metálicas, a operar na banda K. Foram utilizadas técnicas de fabricação aditiva, como a Laser Powder Bed Fusion (LPBF), indicando que as antenas corneta totalmente metálicas apresentavam o melhor desempenho em termos de ganho, adaptação de impedância e largura de banda. Além disso, o estudo examina antenas patch retangulares impressas 3D, a operar na banda C. Os resultados mostram que, embora as antenas patch impressas em 3D possam alcançar uma eficiência e ganho razoáveis, ainda ficam aquém das antenas baseadas em laminados tradicionais. Um aspecto inovador desta pesquisa é o design de uma antena corneta acionada pneumaticamente, a operar na banda X. Esta demonstra potencial para adaptabilidade em tempo real através de simulações de dinâmica dos fluidos e eletromagnéticas. A dissertação conclui que a tecnologia de impressão 3D oferece vantagens significativas para a fabricação de antenas, particularmente na prototipagem rápida e personalização. O surgimento da impressão 4D apresenta novas possibilidades para antenas dinâmicas e adaptáveis, embora mais pesquisa seja necessária para enfrentar os desafios relacionados aos materiais e à fabricação para aproveitar plenamente o seu potencial.
Esta dissertação explora o uso da tecnologia de fabricação aditiva, conhecida como impressão a Três Dimensões (3D), para a fabricação de antenas, com o foco tanto em técnicas de impressão estáticas como a impressão 3D e dinâmicas a impressão a Quatro Dimensões (4D). Avalia a relação custo-benefício e o desempenho dessas antenas em comparação com antenas fabricadas por métodos tradicionais (ex. antenas disponíveis comercialmente). O estudo começa com a caracterização das propriedades dielétricas dos materiais impressos em 3D através de vários métodos de extração, o que é crucial para simulações precisas e previsões de desempenho. Com esta pesquisa, várias antenas foram fabricadas por impressão 3D e analisadas, incluindo antenas corneta piramidais totalmente dielétricas, de polímero metalizado, de compósitos metálicos, e totalmente metálicas, a operar na banda K. Foram utilizadas técnicas de fabricação aditiva, como a Laser Powder Bed Fusion (LPBF), indicando que as antenas corneta totalmente metálicas apresentavam o melhor desempenho em termos de ganho, adaptação de impedância e largura de banda. Além disso, o estudo examina antenas patch retangulares impressas 3D, a operar na banda C. Os resultados mostram que, embora as antenas patch impressas em 3D possam alcançar uma eficiência e ganho razoáveis, ainda ficam aquém das antenas baseadas em laminados tradicionais. Um aspecto inovador desta pesquisa é o design de uma antena corneta acionada pneumaticamente, a operar na banda X. Esta demonstra potencial para adaptabilidade em tempo real através de simulações de dinâmica dos fluidos e eletromagnéticas. A dissertação conclui que a tecnologia de impressão 3D oferece vantagens significativas para a fabricação de antenas, particularmente na prototipagem rápida e personalização. O surgimento da impressão 4D apresenta novas possibilidades para antenas dinâmicas e adaptáveis, embora mais pesquisa seja necessária para enfrentar os desafios relacionados aos materiais e à fabricação para aproveitar plenamente o seu potencial.
Description
Keywords
3D printin Dielectric properties 3D printed antenna: 4D antenna