Nuevo diseño de antenas para satélites geoestacionarios

Un nuevo diseño para agrupar antenas de satélites geoestacionarios permite reducir el volumen, peso y calentamiento del sistema de antena sin perder prestaciones de radiación. De esta forma la energía se recibe uniformemente en todos los puntos de la Tierra que el satélite observa, según un estudio liderado por Alberto Reyna, investigador de la Universidad Autónoma de Tamaulipas (México) y que ha presentado su tesis en la Universidad Pública de Navarra (UPNA).

Entre los tipos de antenas que se utilizan en los sistemas de telecomunicación se encuentran las llamadas agrupaciones o arreglos de antenas, que consisten en colocar varias antenas próximas entre sí. “Una de las ventajas es que podemos dirigir la señal de un lugar a otro sin necesidad de estar reorientando continuamente la antena o incluso formar radiaciones de alguna forma específica—explica Reyna—, porque es algo que se puede hacer electrónicamente: manipular las características de la radiación. En el desarrollo de la investigación, esto lo hicimos con diferentes tipos de agrupaciones de antena en forma de cuadrado, de anillos, lineal, etc.”

Principalmente se abordó un problema que se presenta en las comunicaciones vía satélite: “Al colocar una agrupación de antenas en el satélite, se hace muy voluminoso, pesado y complicado en la formación de la radiación. Por ejemplo, el tener las antenas conectadas a distinto amplificador, con diferente valor de ganancia de amplificación, provoca que algunos de ellos se calienten más que otros y entonces hay que encontrar algún modo de disipar el calor en el espacio, donde no hay aire”.

Darwin inspira la solución

Para solucionarlo, sin perder prestaciones de la radiación de la agrupación de antenas, se utilizaron métodos inspirados en la teoría de la evolución de Darwin, “donde la agrupación de antenas sería un individuo que va evolucionando en el tiempo hasta tener una aptitud mejor cada vez”, y el comportamiento social de las especies, “por ejemplo las bandadas de aves que vuelan siguiendo algún líder de la especie para llegar a un punto especifico es lo que sería la solución al problema”.

Según explica este investigador, “optamos por diseñar las agrupaciones de antenas con métodos evolutivos, de modo que en vez de conectar cada antena a un amplificador con distinta ganancia de amplificación pudiéramos utilizar un amplificador para varias antenas con la misma ganancia de amplificación; por ejemplo, puedo tener sesenta antenas con sólo tres amplificadores y conseguir reducir el tamaño, el volumen, el peso, que el calor generado en el satélite no sea tan difícil de disipar y todo ello manteniendo las prestaciones de radiación”.

Finalmente, las agrupaciones de antenas se diseñaron para conseguir una radiación de tipo 'isoflux', que consigue que la energía que se recibe en la Tierra sea igual en cualquier punto. “Al ser la Tierra achatada en los polos y tener forma elíptica, la señal procedente del satélite llega retrasada o puede perderse energía, así que diseñamos el arreglo de antenas para que la señal tenga forma parecida a un cono, para que abarque toda la superficie de la Tierra por igual”, indica Reyna. “En pocas palabras, se puede decir que hemos diseñado un tipo de arreglo de antenas para satélite que consiguen que la radiación llegue uniformemente a todas las partes de la Tierra, evitando que a unas zonas llegue más energía que a otras”.

La tesis doctoral Evolutionary Antenna Arrays Synthesis for Isoflux Radiation in Satellite Applications ha sido dirigida por los doctores Marco Antonio Panduro, de la Universidad Autónoma de Tamaulipas (México) -donde se formó y trabaja el investigador- y Carlos del Río Bocio, de la UPNA. Con motivo de esta investigación se publicaron seis artículos científicos en revistas especializadas - el último en Expert Systems with Applications- y se produjeron cuatro presentaciones en congresos internacionales.