Transmisores de matriz en fase plegables desarrollados para satélites livianos, más pequeños y rentables

Un transmisor de matriz en fase plegable de nuevo diseño puede ayudar a que los satélites sean livianos, más pequeños y rentables para lanzar, informan científicos de Tokyo Tech. El transmisor está hecho de capas apiladas de polímero de cristal líquido e incorpora pliegues flexibles que brindan flexibilidad y facilidad de despliegue. El nuevo diseño podría hacer que la investigación y la implementación de tecnologías espaciales sean más accesibles para empresas privadas y nuevas empresas.

Ha habido un cambio reciente en la industria espacial hacia lo que ahora se llama la “era del nuevo espacio”. El término se refiere a cómo el espacio ya no está dominado exclusivamente por agencias gubernamentales como la NASA, sino que se ha convertido en un campo de juego para muchas empresas privadas y nuevas empresas interesadas en explorar y desplegar tecnologías espaciales. Si bien esto abre un vasto océano de posibilidades para la investigación, la exploración y las telecomunicaciones espaciales, el lanzamiento de satélites sigue siendo una tarea costosa.

En general, los satélites de órbita terrestre baja (LEO) son de bajo costo y baja latencia. Sin embargo, los diseños de antenas modernas para satélites LEO son pesados, lo que lleva a un compromiso entre hacer que los satélites sean compactos y lograr una gran apertura de antena para un mejor rendimiento. Estos problemas aumentan significativamente los costos de lanzamiento y se consideran los principales obstáculos a superar en la era del nuevo espacio.

En este contexto, un equipo de científicos dirigido por el profesor asociado Atsushi Shirane del Instituto de Tecnología de Tokio (Tokyo Tech) en Japón ha desarrollado un transmisor plegable desplegable para pequeños satélites LEO que operan en la banda Ka. Su diseño y configuración innovadores, presentados en el Simposio Internacional de Microondas 2023 y publicados en IEEE Microwave and Wireless Technology Letters, podrían allanar el camino para satélites más pequeños y livianos sin comprometer su rendimiento de transmisión.

La clave de este novedoso diseño, que consiste en un transmisor de matriz en fase activa de 64 elementos, radica en un apilamiento inteligente de capas de polímero de cristal líquido (LCP) para crear pliegues plegables sin obstaculizar las conexiones eléctricas. Los investigadores apilaron seis capas para las áreas designadas para las antenas de parche y los elementos del circuito, pero usaron solo dos capas para los pliegues. Esto hizo que la matriz de fase fuera plegable sin causar ningún daño a las líneas del circuito (Figura 1).

En particular, para permitir el funcionamiento adecuado de la matriz en fase, el equipo tuvo que tener en cuenta el ángulo de plegado variable del transmisor. “En una matriz en fase desplegable montada en un satélite, la calibración de una geometría plana de matriz en fase deformada mecánicamente es un proceso inevitable”, explica el Dr. Shirane. “En el diseño actual, al controlar cada fase del elemento de la antena de forma independiente, el transmisor propuesto podría funcionar correctamente en ángulos de flexión que van desde -10° a 20°”. Las medidas correspondientes del patrón de haz se muestran en la Figura 2.

Los investigadores también tuvieron que compensar las asimetrías introducidas por los pliegues, que afectan a los parches de antena más cercanos modificando ligeramente su tamaño y ubicación.

Después de pruebas exhaustivas, informaron una alta potencia radiada isotrópica de 46,7 dBm para una antena notablemente liviana. “Con la placa LCP de heterosegmento flexible, el transmisor de matriz en fase propuesto pesaba solo 9,65 g con 64 elementos de antena, lo que es superior a un transmisor rígido de última generación que pesa 33,64 g con 16 elementos”, dice el Dr. Shirane.

Con información de Explore