Un nuevo diseño de transmisor propuesto en un estudio reciente podría resolver algunos de los desafíos relacionados con la transmisión de señales en pequeñas constelaciones de satélites utilizadas para aplicaciones espaciales. Desarrollado por investigadores de Tokyo Tech, el nuevo transmisor ofrece un bajo consumo de energía junto con excelentes capacidades de dirección del haz con comunicación de alta velocidad, y puede diseñarse utilizando tecnología de fabricación estándar.
Hay muchas aplicaciones emergentes para pequeñas constelaciones de satélites, que van desde redes espaciales hasta monitoreo ambiental.
Cómo se comunican los satélites
Los satélites pequeños tienen necesidades especiales en lo que respecta a la tecnología de transmisión (TX). Por un lado, tienen limitaciones estrictas en el consumo de energía, ya que extraen energía de los paneles solares y no pueden disipar fácilmente el calor generado. Además, los satélites pequeños necesitan comunicarse con objetivos que se mueven rápidamente y que pueden estar a más de mil kilómetros de distancia. Por lo tanto, requieren capacidades de dirección de haz eficientes y precisas para dirigir la mayor parte de la potencia transmitida hacia el receptor.
Además de esto, los TX de satélites pequeños tienen que generar diferentes tipos de señales polarizadas circularmente (CP) según la situación. En pocas palabras, necesitan generar fielmente señales CP tanto para zurdos como para diestros para evitar interferencias con otra señal transmitida con la mano opuesta. Además, a veces necesitan generar señales CP duales para establecer enlaces de datos de alta velocidad.
Satisfacer todos estos requisitos simultáneamente ha demostrado ser un desafío, especialmente cuando los TX están destinados a operar con comunicación de alta velocidad. Afortunadamente, un equipo de investigación de Japón dirigido por el profesor asociado Atsushi Shirane del Instituto de Tecnología de Tokio (Tokyo Tech) ha estado trabajando en una solución convincente. Su último artículo, que se presentó en la Conferencia Internacional de Circuitos de Estado Sólido IEEE de 2023 , describe un diseño innovador de TX que resuelve todos los problemas mencionados anteriormente, allanando el camino para mejores comunicaciones basadas en satélites pequeños.
Especificaciones del Sistema de comunicación TX propuesto por investigadores de Tokyo Tech para redes de satélites
Especificaciones del TX propuesto para redes de satélites
El TX propuesto opera de 25,5 GHz a 27 GHz en la banda Ka utilizada para comunicaciones satelitales de alta velocidad de próxima generación. Sus capacidades de dirección de haz se rigen por una configuración de matriz en fase activa de 256 elementos. En pocas palabras, el TX impulsa 256 antenas diminutas que emiten la misma señal pero con retrasos de fase cuidadosamente calculados entre ellas. Esto permite una dirección precisa de la potencia del haz de salida aprovechando la interferencia constructiva y destructiva entre las señales.
La señal que se transmitirá a cada antena viene originalmente como dos componentes lineales independientes, después de lo cual el circuito integrado (IC) TX propuesto convierte estas dos señales en una señal CP con el retardo de fase requerido. Dado que cada TX IC tiene rutas centralizadas y distribuidas para las señales de entrada, se puede calibrar la fase y la amplitud de la señal para mejorar enormemente la inteligibilidad entre las señales CP para zurdos y diestros, independientemente de las calibraciones de dirección del haz.
Sin embargo, la característica más importante de este diseño TX es el uso de un acoplador híbrido activo para seleccionar el modo de transmisión CP.
La generación de señales CP izquierda, derecha y doble involucra varios elementos en el IC, incluidos amplificadores y cambiadores de fase. El acoplador híbrido activo puede «alterar» el diseño del IC en tiempo real, apagando los componentes que no son necesarios en el modo de transmisión deseado, ahorrando energía en el proceso.
El equipo probó varias métricas de rendimiento del TX propuesto y los resultados fueron prometedores. «Nuestro TX logró 63,8 dBm de potencia isotrópicamente radiada equivalente con un consumo de energía de 26,6 W, lo que representa una reducción del 62 % en comparación con el TX de última generación con el mismo nivel de potencia equivalente», destaca Shirane.
Para colmo, este pequeño TX se puede desarrollar utilizando tecnología de fabricación estándar. «El chip de matriz en fase propuesto se fabrica en un proceso CMOS a granel de 65 nm en un paquete a escala de chip a nivel de oblea con un tamaño de troquel de solo 4,4 mm × 2,5 mm», comenta.
«Con un poco de suerte», afirman en Tokyo Tech, el estudio ayudará a cosechar antes los beneficios de las comunicaciones basadas en pequeños satélites.
Referencia: A Small-Satellite-Mounted 256-Element Ka-Band CMOS Phased-Array Transmitter Achieving 63.8dBm EIRP Under 26.6W Power Consumption Using Single/Dual Circular Polarization Active Coupler (Un transmisor de matriz en fase CMOS de banda Ka de 256 elementos montado en un satélite pequeño que logra una EIRP de 63,8 dBm con un consumo de energía de 26,6 W utilizando un acoplador activo de polarización circular simple/doble)
Fuente: Tokio Institute of Technology
Más noticias sobre comunicaciones vía satélite y redes que te pueden interesar:
- Energía Solar wireless desde satélites en el espacio
- Antena inteligente para 5G, internet o satélites
- Control de Fauna vía Satélite en aeropuertos
- Antenas 5G y 6G impresas en 3D para lugares remotos
- La NASA prueba el 5G en el espacio con Radio Definida Por Software (SDR)
- Diseño de network para internet desde el espacio
- Cómo hacer negocios en el espacio con la ESA
- Velocidad cuántica en comunicaciones ópticas con láser infrarrojo
- Big Fast Data: cuando lo que importa es la velocidad
- Transceptores 5G de última generación
- Medición portátil de redes 5G con precisión milimétrica
