Antenas
ANTENAS REFLECTORAS
Las antenas reflectoras un elemento esencial en las comunicaciones vía satélite. Tanto en aplicaciones de radar como de comunicaciones por satélite se han desarrollado técnicas sofisticadas de diseño de reflectores. Una de estas técnicas es la conformación de reflectores, mediante la cual se actúa sobre la forma de la superficie para conseguir determinados objetivos en el diagrama de radiación.
Adicionalmente, para el desarrollo de cualquier línea de investigación en síntesis de antenas reflectoras (conformadas o no) es necesario un desarrollo paralelo en técnicas de análisis electromagnético de alta frecuencia, para el desarrollo de herramientas de simulación potentes que permitan predecir el comportamiento de las antenas reflectoras bajo estudio. Hay que tener en cuenta que el proceso de fabricación de prototipos de reflectores es costoso, por lo que es esencial contar con herramientas fiables de simulación electromagnética.
El grupo COM ha sido siempre muy activo en estas líneas de investigación y cuenta con numerosas publicaciones en revistas de impacto y congresos internacionales. De hecho, es la línea de trabajo inicial del grupo, a partir de la cual se desarrollaron otras. En 1985, ya se inician, por parte de investigadores del grupo, los primeros estudios de análisis de deformaciones en antenas reflectoras, que prosiguen con una primera tesis doctoral en 1989 sobre síntesis de antenas reflectoras. A esta tesis siguieron otras muchas, hasta la actualidad.
A lo largo de los años, se desarrollaron numerosas herramientas de simulación electromagnética y técnicas de conformado de reflectores en el marco de diversos proyectos financiados por los programas nacionales de Espacio o de Tecnologías de las Comunicaciones, programas autonómicos, la Agencia Europea del Espacio (ESA), o diversas empresas entre las que cabe citar a Televés, INDRA, SENER o ACORDE.
Se desarrolló una herramienta de simulación de reflectores de propósito general denominada ICARA (Induced Current Analisis of Reflector Antennas), que ha sido puesta a disposición de la comunidad científica una vez verificada la fiabilidad de sus resultados mediante su publicación en la revista IEEE Antennas and Propagation Magazine.
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La conformación de reflectores puede producir superficies fijas o superficies susceptibles de ser modificadas de forma activa mediante determinados actuadores mecánicos. Como ejemplo del primer caso, se puede mencionar el desarrollo de un sistema de doble reflector bifocal, diseñado para un sistema de radar de imágenes a 300 GHz desarrollado en colaboración con un grupo de la UPM.
La antena fue fabricada y el sistema medido y verificado con excelentes resultados. El diseño de este reflector recibió al premio como “Best Antenna Design” en la Conferencia Europea de Microondas EuCap 2013. La antena reflectora permitía ampliar el campo de exploración del haz del radar de imagen mediante un sistema de rotación, basado en dos ejes, de un espejo auxiliar que iluminaba las superficies reflectoras conformadas.
Como ejemplo de superficie conformada ajustable cabe mencionar el desarrollo de un subreflector para el sistema HMEPS (Hybrid Mechanical-Electronic Pointing System), proyecto financiado por la ESA, en la que el grupo colaboró con las empresas SENER, ACORDE e INASMET.
El proyecto se basaba en el ajuste superficial de un subreflector mediante un sistema sencillo de actuadores mecánicos, permitiendo la exploración de un haz en banda Q/V (50/60 GHz) cuando dicho subreflector ilumina un reflector principal de gran apertura.
Más recientemente, la experiencia acumulada en el desarrollo de reflectores ha permitido extender la línea de investigación hacia el concepto de Reflectarrays, en el que se ha colaborado con otro grupo de la UPM para un proyecto de la ESA denominado “Multiple Beam Antennas based on Reflectarrays & Transmit-Arrays” (MARTA).
El reflectarray sustituye la superficie reflectora metálica por un conjunto (array) de elementos radiantes impresos sobre una superficie plana o curva. El diseño adecuado de estos elementos permite dar un paso cualitativo en las prestaciones de la antena, a cambio de una limitación en el ancho de banda que va siendo superada por el avance tecnológico de los elementos radiantes. El sistema transmitarray es una variante en la que se optimiza el haz transmitido a través de la superficie en lugar del haz reflejado.
La aportación esencial de este trabajo consistió en la generación de dos haces separados con polarizaciones distintas mediante un único alimentador iluminando un reflectarray. Este concepto fue aplicado para desarrollar una antena multialimentada que con 27 alimentadores es capaz de producir 54 haces independientes.
Para una cobertura total, esto permite reducir de cuatro a dos el número de antenas necesarias en órbita. Para este objetivo fue crucial combinar la experiencia del grupo de la UPM en reflectarrays planos con la del grupo COM de UVigo en superficies reflectoras, ya que para un objetivo tan ambicioso el reflectarray se construyó sobre una superficie curva de forma parabólica. Se construyó y midió con éxito un demostrador del diseño.