Antenas planas embarcadas en satélite

El Círculo de Innovación en Materiales, Tecnología Aeroespacial y Nanotecnología analiza en este informe la situación tecnológica actual de las antenas planas embarcadas en satélite. El informe ha sido elaborado a petición de la Asociación Española de Empresas del Sector Espacial (PROESPACIO). Para la realización del mismo, el CIMTAN ha contado con la colaboración de expertos del Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial (INTA), del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y de representantes de EADS-CASA, importante empresa del sector espacial español perteneciente a PROESPACIO.

Sea cual sea la misión de un satélite (comunicaciones, observación, científico….) necesita comunicarse con una o varias estaciones terrestres, a las que envía datos y de las que recibe órdenes y otros tipos de información. Los satélites de comunicaciones tradicionales, por ejemplo, actúan básicamente como espejos: reciben información procedente de un punto de la Tierra y la reflejan hacia otro u otros, sin hacer ninguna modificación en ella.

La comunicación satélite-Tierra se hace mediante señales electromagnéticas de determinadas frecuencias que viajan por el espacio. Para transmitir y recibir dichas señales, tanto en el satélite como en la Tierra son necesarios equipos transmisores y receptores con sus correspondientes antenas.

Las antenas de los satélites son, en principio, similares a las terrestres, pero diseñadas para trabajar en el entorno espacial. Así, por ejemplo, se construyen con materiales especiales que soportan los extremos térmicos propios del cambio entre exposición al sol y eclipse, la radiación espacial y las vibraciones que se producen en el lanzamiento. Igualmente, se tiene en cuenta en el diseño las características específicas de la plataforma del satélite, así como el espacio disponible dentro del lanzador que se va a utilizar. Otro aspecto importante es el peso de la antena y, por tanto, el coste del lanzamiento que puede ser un aspecto crítico para la viabilidad de la misión.

Tradicionalmente, el reflector ha sido el mejor candidato en los sistemas de antenas de satélites debido a su peso ligero, a su estructura simple y a la madurez de su diseño. El reflector parabólico es el más usado en la actualidad, especialmente en los sistemas geoestacionarios que necesitan antenas muy direccionales para aumentar la ganancia en la zona que tienen que iluminar.

En el informe elaborado por el CIMTAN se refleja la tendencia actual de sustituir las antenas parabólicas tradicionales por antenas planas. Éstas tienen dos características fundamentales: están definidas sobre un plano y tienen poco grosor. El hecho de tener forma geométrica plana tiene la ventaja de que se pliegan mejor para adaptarlas al espacio del lanzador y, después, el proceso de despliegue una vez que el satélite está en órbita es mucho más sencillo, seguro y eficiente que la recomposición de una parábola. Al tener poco grosor se disminuye peso y volumen respecto a las antenas parabólicas; esto reduce el coste y mejora la viabilidad del proyecto. Otra ventaja de las antenas planas es que pueden adaptarse a superficies del sistema espacial destinadas a otros usos como las velas solares o los paneles solares.

Entre las antenas planas detectadas en el informe destacan especialmente los arrays planos activos. Los arrays planos son agrupaciones de elementos radiantes individuales dispuestos sobre un plano; son activos cuando se incorporan elementos activos en la electrónica de los módulos transmisores/receptores que controlan cada elemento radiante o agrupaciones de éstos. Los arrays planos activos, diseñados de la forma adecuada, ofrecen la posibilidad de mover y conformar el haz de manera electrónica sin que la antena se mueva físicamente. Esto aporta interesantes ventajas para alcanzar el receptor en el caso de los satélites de baja órbita y para realizar tareas de conmutación (decidir a qué receptor orientar el haz) en el caso de los geoestacionarios. La posibilidad de cambiar el diagrama de radiación permite también adaptar el satélite a distintos usos, lo cual es especialmente útil para los operadores de comunicaciones que tienen que adaptarse a los cambios que se producen en el mercado durante los aproximadamente quince años de  vida útil del satélite.

Además de los distintos tipos de antenas planas, en el informe también se reflejan diferentes posibilidades para elementos radiantes individuales de los arrays, así como los tipos de satélites que usan antenas planas.

Un resumen del informe puede consultarse en el apartado de Vigilancia Tecnológica de la página web de madri+d.

El Círculo de Innovación en Materiales, Tecnología Aeroespacial y Nanotecnología es una de las herramientas de la Fundación madri+d y tiene como finalidad acercar el conocimiento a las empresas, asociaciones y emprendedores ubicados en la Comunidad de Madrid, así como a los grupos de investigación financiados por la misma para ayudar a las empresas a innovar y a preparar su futuro. Su labor se centra en la difusión de conocimiento para lo que se basa fundamentalmente en la realización de Informes de Vigilancia Tecnológica (como del que trata el presente artículo) y en la organización de eventos. Los servicios están financiados por la Comunidad por lo que no suponen coste para sus clientes.


Enlaces de interés:

www.madrimasd.org/cimtan
www.csic.es
www.inta.es
www.casa.eads.net
www.proespacio.org