Diseño e implementación de un arreglo de antenas en 5.8 GHz para una plataforma CubeSat

Abstract

Para el funcionamiento de las constelaciones de nanosatélites es necesaria la implementación de antenas, ya sea para la comunicación intersatelital o para la comunicación a estaciones terrenas. Dichas antenas deben ajustarse a restricciones debido a los limitados recursos que pueden ir a bordo de un nanosatélite, en particular, espacio y energía disponible. Considerando las características y restricciones que se tienen, se propone para este trabajo la implementación de un arreglo de fase, el cual consiste en un sistema de antenas acompañado de un circuito electrónico. El sistema de antenas propuesto es un arreglo de antenas, es decir, dos o más antenas funcionando en conjunto, lo que permite aumentar la ganancia al transmitir y recibir. Las antenas que le compongan deben ser pequeñas, livianas y eficientes a la frecuencia de operación 5.8 GHz. Las principales figuras de mérito durante este trabajo están asociadas a los parámetros S. Por otro lado, el circuito electrónico que acompaña al arreglo tiene el objetivo de modificar las fases de cada antena que compone a dicho arreglo, de manera de poder modificar la dirección de máxima ganancia. Además, para mejorar el funcionamiento del sistema, se considera incorporar amplificadores de potencia para la transmisión y amplificadores de bajo ruido para la recepción. Como los nanosatélites tienen restricciones de espacio y energía para sus componentes, este sistema debe ser diseñado de forma que se optimicen los recursos, siendo lo más pequeño posible y reduciendo los dispositivos al mínimo para no gastar energía innecesariamente. El circuito final propuesto está compuesto de divisores de potencia, cambiadores de fase, switchs, amplificadores y un Arduino. Para llevar a cabo estos puntos se siguió la siguiente metodología: Para el sistema de antenas, se implementaron distintos tipos de antenas variando sus parámetros. Una vez encontradas las características que mejor se ajustan a los objetivos, se procedió a replicar la antena seleccionada para la implementación de un arreglo. Para el circuito, se cotizaron distintos dispositivos electrónicos, buscando optimizar los recursos. Se modelaron placas de prueba para cada uno de estos dispositivos las que, si bien no pudieron ser construidas, incorporan una cotización completa con dos materiales distintos para evaluar la opción más conveniente. Finalmente, se diseñó un sistema completo que incorpora un arreglo de antenas microstrip patch y un circuito que permite, según las simulaciones, controlar la dirección del patrón de radiación.