Diseño e implementación de una estación terrena en la banda de 2.4 GHz para nanosatélites tipo Cubesat de 2/3U

Abstract

Las estaciones terrenas son las encargadas de recibir la información enviada por los satélites, para que dicha información sea utilizada por los usuarios que la requieran en tierra. En particular, el uso de nanosatélites por distintas instituciones de investigación y universidades, crea la necesidad de que estas estaciones terrenas sean capaces de mantener un enlace de comunicaciones estable y de un desempeño tolerable para la transmisión de datos utilizados para la ciencia.

En el presente trabajo se presenta el diseño e implementación de un esquema de comunicaciones en la banda de 2,4GHz para desarrollar una estación terrena que opere en dicha frecuencia y pueda ser utilizada en un enlace de comunicaciones para nanosatélites. En la primera parte de esta memoria se presenta el marco teórico que permite entender los distintos bloques que componen un esquema de comunicación digital, para luego analizar el uso de enlaces de radio en comunicaciones. Junto con lo anterior, se explican los elementos que componen a los sistemas de comunicación satelital, y se detalla el esquema de comunicación del proyecto Suchai 1, para luego introducir la problemática abordada. Se diseñó e implementó un esquema de comunicaciones en la banda ISM en torno a 2,4 GHz, por medio de la utilización de Radios Definidas por Software, lo cual permitía modificar de manera versátil los parámetros fundamentales de dicho sistema de comunicaciones. Se procedió a adaptar una antena satelital existente a la banda de operación deseada, y así, incluir dicha antena al sistema de comunicaciones implementado en Radios Definidas por Software. De esta forma, se definen por completo los bloques de una estación terrena satelital. Se realizaron pruebas para cuantificar tanto el desempeño del enlace como la adaptación realizada. De esta forma, utilizando como figura de mérito la tasa de error de bits, y aprovechando la versatilidad de las radios definidas por software, se pudo observar el desempeño del sistema de comunicaciones digitales mediante la variación de la razón señal a ruido del sistema. Por otro lado, se realizaron mediciones del parámetro de scattering S11 en la entrada de la antena para asegurar que su operación este dentro de la banda. También se realizaron pruebas para medir el punto de máxima ganancia y el valor de esta última para cuantificar si la adaptación era óptima. Una vez hecho lo anterior, se realizaron pruebas del esquema de comunicaciones incluyendo a la antena adaptada y en un escenario con pérdidas equivalentes a la distancia entre la estación terrena y el satélite en órbita. Finalmente, utilizando modulación FSK en la banda de 2,4 GHz, se logró obtener un enlace de comunicaciones con una tasa de 10 kbps, logrando alcanzar una distancia equivalente superior a 700 km, con lo que se puede concluir que la arquitectura propuesta mediante el uso de radios definidas por software para una estación terrena satelital es factible.