Antenas para satélites más ligeras y económicas

"La industria espacial cada vez busca antenas más ligeras, ya que estos aspectos reducen considerablemente el coste del lanzamiento de los satélites”, explica la ingeniera de telecomunicación Amagoia Tellechea de la Universidad Pública de Navarra (UPNA), quien ha diseñado dos nuevos prototipos.

En los últimos años, se han registrado avances en este campo, gracias al desarrollo de distintas tecnologías como las antenas basadas en superficies parcialmente reflectivas (PRS, por sus siglas en inglés) o las antenas ultra finas basadas en metasuperficies (unas estructuras artificiales diseñadas para presentar características que no se encuentran en la naturaleza).

Ahora, la investigadora ha empleado la tecnología basada en superficies parcialmente reflectivas para optimizar una antena de un satélite destinada a tracking, telemetría y control, que es un sistemas crucial para el correcto funcionamiento de otros satélites, como, por ejemplo, los de GPS, situados en órbita media a unos 20.000 kilómetros de la Tierra. El estudio también se ha publicado en Applied sciences.

“Las funciones principales de los sistemas de tracking, telemetría y control están relacionadas con la monitorización de los subsistemas de los satélites, como el encendido y el apagado de motores, el despliegue de paneles solares... Además, son los encargados del control de los parámetros orbitales de los satélites y supervisan la comunicación con los centros de control en la Tierra para detectar posibles fallos y ejecutar soluciones”, señala Tellechea, que ha realizado la tesis en el Grupo de Investigación de Antenas de la UPNA.

Solución plana, ligera y barata

El prototipo desarrollado con esta tecnología es una solución plana, ligera y barata, compuesta por un plano de masa metálico con un elemento radiante en la parte central y una superficie reflectante en la parte superior. El diseño genera una cavidad resonante que aumenta la ganancia. Esta antena se puede emplear para sustituir un sistema convencional mucho más complejo y voluminoso, compuesto por 27 antenas tipo parche.

En la segunda parte de su estudio, su autora ha diseñado una antena satelital basada en la tecnología emergente de metasuperficies para aplicaciones como televisión, internet o radar, que operan en la banda Ku (una parte del espectro electromagnético no visible situado en el rango de las microondas).

El trabajo ha sido realizado en colaboración con el Grupo de Electromagnetismo Aplicado de la Universidad de Siena, experto en el campo de las metasuperficies, y ha incluido, por primera vez, el modelado teórico, la implementación y los detalles de fabricación de una antena de metasuperficie capaz de proveer doble polarización circular.

El diseño inédito realizado por la doctora muestra una antena de metasuperficie innovadora capaz de proveer diagramas de radiación con polarización circular tanto a derechas como a izquierdas, garantizando así comunicaciones robustas y versátiles entre los satélites y las estaciones terrestres.

La antena propuesta está compuesta por un material de baja conductividad eléctrica (llamado dieléctrico) y, gracias a ello, se ha conseguido una configuración de tan sólo un milímetro de grosor. La solución ha sido validada experimentalmente y se ha demostrado que puede ser empleada para sustituir dos antenas distintas empleadas en la actualidad para aplicaciones en la citada banda Ku.

La incorporación de este tipo de antenas en los sistemas satelitales supone un ahorro muy importante para la industria espacial. Por ello, compañías tanto nacionales como internacionales han mostrado gran interés en este tipo de soluciones. Entre otras, la Agencia Espacial Europea y el fabricante EADS Astrium han colaborado en el proyecto.