Nuevos diseños de antenas compactas listos para mejorar las comunicaciones de nanosatélites
Los nanosatélites y los picosatélites son tipos únicos de plataformas espaciales miniaturizadas de bajo coste construidas con dimensiones y formas normalizadas. Ambos son modulares y se pueden apilar para crear estructuras más grandes. Su utilidad en el espacio está limitada únicamente por su tamaño y la imaginación de sus diseñadores y usuarios. Los sectores público y privado los emplean cada vez más para la observación de la Tierra y para probar nuevas tecnologías de comunicaciones. La calidad de los datos recopilados por estos satélites miniaturizados depende de la calidad la señal que envían a la Tierra que, a su vez, depende de la calidad de la antena que la envía. Las antenas para satélites pequeños requieren, por lo general, un espacio específico en el bus del satélite y, con frecuencia, un despliegue mecánico tras el lanzamiento del satélite. Esto supone un peso adicional y ocupar un espacio valioso que podría dedicarse a otro cometido; además podría conllevar problemas de fiabilidad. El proyecto CSA-EU, financiado en el marco de las Acciones Marie Skłodowska-Curie, concibió nuevos diseños de antenas planas que introducen diversas mejoras en los diseños actuales. Una característica destacada es que son más compactas y no requieren un mecanismo de despliegue. Estas mejoras constituyen un primer paso esencial para reducir el tamaño y los costes de los nanosatélites. En cuanto a su uso, estas antenas son idóneas para la observación de la Tierra, donde las imágenes de alta resolución en tiempo real tienen un gran valor.
Diseño de antenas de parche en la superficie de paneles solares
En los últimos años, se han logrado avances considerables en pos de mejorar la funcionalidad conjunta de las antenas de parche con los paneles solares. Dicha combinación ahorra espacio en la superficie de los nanosatélites. Además, el coste de las antenas de parche es menor que el de otras clases de antena debido a la facilidad para fabricarlas sobre placas de circuito impreso. Los investigadores del proyecto fueron pioneros al desarrollar una antena de polarización circular con doble alimentación instalada sobre los paneles solares de un nanosatélite. La antena se fabricó con una malla cuadrada conductora montada sobre un sustrato transparente: una capa de vidrio de borosilicato. «Este material transparente no altera la estructura original de la celda fotovoltaica y, por lo tanto, no menoscaba su rendimiento. Sus elevados valores de transparencia permiten que los paneles solares funcionen con una alta eficiencia», comenta George Goussetis, coordinador de CSA-EU. La polarización circular de la señal permite que el satélite y la estación terrestre mantengan la comunicación incluso si el satélite gira en relación con el receptor. En conjunto, la antena demostró un buen ancho de banda de impedancia, un patrón de radiación estable y niveles de sombra mínimos. Los resultados de la investigación han sido publicados por la revista de acceso abierto «IEEE Access».
Aumento de la directividad de la señal de antenas de radiación longitudinal
Otra parte de la investigación se consagró al diseño de antenas de radiación longitudinal. Estas redes de antenas mejoran la directividad de la señal al emitir la máxima radiación desde un extremo. El concepto que subyace a la nueva antena desarrollada involucró un lanzador de guías de onda de placas paralelas basado en una guía de ondas integrada en sustrato. La señal satelital se propaga a través de la guía de ondas integrada en sustrato que la induce a un patrón electromagnético transversal. Esta fue la primera vez que los investigadores demostraron el modo electromagnético transversal con propagación de frente de onda plana. De nuevo, «IEEE Access» ha publicado los resultados de estos importantes trabajos de investigación. «Los nanosatélites en órbitas terrestres bajas se desplazan por el cielo para recorrer su órbita, por lo que carecen de una línea de visión constante con la antena receptora. El objetivo final es aprovechar al máximo el estrecho campo de visión de la antena para mejorar la capacidad para transmitir vídeos e imágenes en tiempo real y de alta resolución de la Tierra. Esto supone a todas luces optimizar la directividad y el ancho de banda», concluye Goussetis.
Palabras clave
CSA-EU, nanosatélites, panel solar, antenas de parche, ancho de banda, directividad, observación de la Tierra, antenas de radiación longitudinal, electromagnético transversal