Introducción.
La telemetría, el seguimiento y el telecomando, son servicios clave para el correcto funcionamiento de los satélites de comunicaciones.
La telemetría, es necesaria para monitorizar y evaluar el estado de funcionamiento y las prestaciones del satélite, así como de suministrar a los sistemas de la estación terrena, la información suficiente para realizar operaciones rutinarias y de diagnóstico de fallos.
El sistema de seguimiento, proporciona información sobre la posición angular y orbital del satélite, de modo que en la estación terrena se sepa en todo momento su evolución.
El servicio de telecomando, permite el ajuste de funciones que no están automatizadas en el satélite, y que no podrían realizarse.
La antena TT&C provee loas operaciones de seguimiento, telecomando y telemetría durante todas las fases de la misión desde la separación del vehículo de lanzamiento. La antena TT&C está diseñada para:
- Recibir las funciones de telecomando desde estaciones terrenas.
- Transmitir datos de telemetría desde el satélite a las estaciones terrenas.
- Emitir una señal de seguimiento que permita el apuntamiento del satélite desde las estaciones terrenas.
- Transmitir y recibir señales de seguimiento.
Una antena omnidireccional y polarizada circularmente permite la recepción continua de las señales de telecomando en cualquier operación de la misión. Para un satélite con estabilización spin un diagrama toroidal (omnidireccional en el plano perpendicular al eje de spin del satélite) proporcionará al satélite de un enlace para telemetría prácticamente en todas las direcciones. Para un satélite con estabilización de triple spin, se utiliza normalmente un haz de tipo cardioide para mantener una cobertura continua durante todas las maniobras desde la fase de transferencia a la de aparcamiento.
Tipos de antenas.
Aunque un gran número de antenas se han diseñado para generar un diagrama de radiación no direccional, pocas se adaptan a las necesidades de una satélite, donde el diseño esta determinado por el peso, la complejidad o la capacidad de adaptación que puedan tener a la hora de ser situadas en el satélite.
En un satélite con estabilización de spin la posición ideal de la antena TT&C es el cuerpo cilíndrico del satélite. Un array circular es una buena elección debido a las restricciones de posicionamiento y a la omnidireccionalidad requerida. También se puede optar por emplear una antena bicónica, que situada en una posición óptima minimiza la dispersión y reduce el bloqueo de otras antenas.
El haz de tipo cardioide se obtiene mediante una antena con forma de aro ranurada. El diagrama se puede conseguir usando una estructurada multianillo de ranuras en una guía cilíndrica o acoplando un reflector cónico a la guía onda circular.
El array circular.
El array circular permite obtener un diagrama de radiación omnidireccional en el plano del array. Los parámetros que rigen su diseño son el número de elementos, los elementos radiantes y el sistema de alimentación.
En concreto, el número de elementos determina en que medida el diagrama de radiación se aproxima al omnidireccional. Así, el mínimo número de elementos se toma de forma que se fija un valor máximo para el rizado del diagrama de radiación en términos de amplitud.
La evaluación de dicho rizado se define como la relación entre el máximo valor de amplitud del diagrama de radiación y el valor mínimo.
El valor de la fluctuación es función del tamaño del circulo y del número de elementos del array, y considerando los dos tipos de elementos radiantes utilizados normalmente, se demuestra que para fluctuaciones por debajo de 1 dB, la fluctuación es independiente del diagrama de radiación de los radiadores elementales. Esto se puede observar en la gráfica adjunta donde se representa la máxima fluctuación en función del número de elementos y el tamaño del cilindro.
En concreto los dos tipos de elementos radiantes comúnmente utilizados son la ranura axial (a) y la ranura azimutal (b).
Por último un ejemplo de este tipo de antena puede ser un array de 64 elementos, montado sobre un cilindro de 1.91 metros de diámetro y 1.63 metros de altura, diseñado para trabajar con un ancho de banda del 40 % en banda S. Con una separación entre elementos de 0.7l .
Fluctuación de amplitud:
Diagrama de radiación:
Bocina bicónica.
La bocina bicónica gracias a su simetría puede producir un diagrama omnidireccional en el plano azimutal. Los modos más bajos, el transversal electromagnético TEM, y el modo transversal eléctrico TE01, son excitados para generar respectivamente ondas polarizadas vertical y horizontalmente. Utilizando las propiedades de las distintas constantes de fase de estos dos modos se obtiene una onda polarizada circularmente.
La ganancia de la bocina se calcula mediante las siguientes aproximaciones:
GdB=10log(2a/l ) - Le para el modo TEM
GdB=10log(2a/l ) - (Lh + 0.91) para el modo TE01
Donde Le y Lh son factores de corrección, y a el diámetro de las bocinas.
Por último hay que indicar que el diagrama de radiación en elevación se obtiene de las curvas universales para los modos TEM y TE01 de una apertura.
Antena reflector de cilindro ranurado.
Este tipo de antena permite obtener un diagrama de radiación de tipo cardioide, que como se ha indicado minimiza el scattering. La antena consiste en un anillo de ranuras situado al final de una guía onda circular y un reflector, como podemos ver en la imagen.
El diseño de la antena se divide en dos partes. La primera se centra en la parte externa, se intenta determinar la excitación de las ranuras y el ángulo del reflector cónico, con el fin de no solo obtener el diagrama cardioide, sino también obtener un patrón adecuado en el plano de elevación.
La segunda parte del diseño se centra en el interior de la guía, su fin es establecer como se ha de excitar el modo fundamental TE11 con el fin de obtener la excitación necesaria en las ranuras y reducir el coeficiente de onda estacionaria.
Diagrama de radiación tipo cardioide
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