IMPARABLE

Antenas Phased Array Integradas y Miniaturizadas para Mega-Constelaciones Basadas en Tecnologías Emergentes de Bajo Coste

La creciente demanda de disponibilidad de servicios banda ancha en tiempo real en localizaciones remotas por todo el mundo está revolucionando las comunicaciones por satélite. Para ofrecer este tipo de servicios, lo más adecuado sería utilizar satélites geoestacionarios (GEO) o de baja órbita (LEO). Los satélites GEO, los más utilizados históricamente para servicios similares, están situados en el ecuador a 35.800 Km con una órbita geoestacionaria, por lo que están localizados en una posición fija con respecto a la tierra. Los satélites LEO se sitúan a una distancia desde 160 hasta 2000 Km de la tierra; al estar situados más cerca de la tierra tienen una velocidad orbital más alta y se mueven a gran velocidad con respecto a la superficie terrestre, por lo que su posición no es fija con respecto a la tierra.

Los servicios banda ancha en tiempo real demandados implican baja latencia en las comunicaciones, amplia cobertura, alta eficiencia y bajo coste. Los satélites LEO ofrecen menor latencia en las comunicaciones que los satélites GEO, al estar más cerca de la tierra y tener menores pérdidas de trayecto. Por esta misma razón, la cobertura ofrecida por un satélite LEO es menor que por un satélite GEO, pero el uso de mega-constelaciones de satélites LEO asegura una cobertura equivalente al uso de satélites GEO. Dado que los satélites LEO están en continuo movimiento, son más eficientes que los satélites GEO para cubrir amplias áreas geográficas. Las comunicaciones con un satélite LEO implican un menor consumo de potencia que con un satélite GEO, ya que las pérdidas de trayecto son más bajas y, por lo tanto, tienden a ser más pequeños y económicos de fabricar, aunque sea necesario fabricar varias unidades simultáneamente. Del mismo modo, el lanzamiento de una satélite LEO es mucho más económico que de un satélite GEO, al estar mucho más cerca de la tierra y ser de menor tamaño, lo que deriva en un menor coste en los servicios ofrecidos por el proveedor de las comunicaciones al usuario.

Los anteriores motivos han llevado a las principales compañías satelitales a planificar el lanzamiento inminente de varias mega-constelaciones de satélites LEO que operarán en las bandas Ku y Ka con polarización circular.

Una estación terrena que trabaja con un satélite GEO utiliza generalmente una gran antena con un único haz fijo orientado al satélite, ya que la posición de este es fija con respecto a la tierra. Para trabajar con una mega constelación de satélites LEO, la estación terrena tiene que ser capaz de realizar un seguimiento fiable de los numerosos y rápidos satélites que le dan cobertura, para poder saltar de un satélite a otro antes de que deje de ofrecerle cobertura sin perder la comunicación. Las antenas más adecuadas para ofrecer este tipo de funcionamiento son los phased arrays con apuntamiento totalmente electrónico, ya que su dirección de apuntamiento y patrón de radiación se pueden controlar de manera casi instantánea cambiando las fases y amplitudes que llegan a sus elementos radiantes, sin necesidad de mover físicamente la antena.

Existen varios puntos limitantes que hacen que el desarrollo de este tipo de antenas sea un gran reto. Para un correcto apuntamiento del array en todas las direcciones y para el cumplimiento de la regulación al respecto, sus elementos deben estar distanciados, como máximo λ/2. Las mega-constelaciones LEO que próximamente serán lanzadas funcionarán en las bandas Ku y Ka, lo que implica una distancia máxima entre elementos del array muy pequeña. Un phased array de apuntamiento electrónico implica que cada elemento radiante debe tener su propia cadena de radiofrecuencia (RF) completa, incluyendo transmisión y recepción (módulos T/R). Al ser muy pequeña la distancia entre elementos radiantes, los subsistemas de radiofrecuencia, control y alimentación deben ser compactados, conectados y refrigerados en un espacio mínimo. La tarea de integración de estos subsistemas es altamente compleja con la tecnología convencionalmente utilizada para este tipo de arrays, ya que el espacio que normalmente ocupan es mayor que el espacio existente entre elementos radiantes. Las limitaciones de las tecnologías generalmente utilizadas para el conexionado de los diferentes subsistemas y para la distribución de alimentación y control tampoco permiten la alta integración de estos subsistemas en un phased array electrónico. Además, existe un problema inherente a este tipo de estructuras integradas de disipación de calor que es necesario abordar y solucionar.

El proyecto IMPARABLE (Integrated & Miniaturized Phased ARray Antennas for mega-constellations Based on Low-cost Emerging technologies, Antenas Phased Array Integradas y Miniaturizadas para Mega-Constelaciones Basadas en Tecnologías Emergentes de Bajo Coste) tiene como objetivo el desarrollo de la tecnología de alta integración y compactación de los subsistemas de antenas, RF, control y alimentación que permita la fabricación de un phased array de apuntamiento electrónico para segmento terreno en banda Ku/Ka. Por otro lado, el desarrollo de este proyecto permite a TTI capacitarse tecnológicamente para el desarrollo de estaciones de tierra basadas en phased arrays de apuntamiento electrónico integrados y miniaturizados para mega-constelaciones.

Datos del proyecto

Duración: 24 meses
Fecha inicio: junio 2018
Convocatoria: Programa INNOGLOBAL – Convocatoria 2018
Expediente: INNO-20181009