Herramienta de software para determinar coberturas en un sistema de comunicaciones por satélite-DominioDigital

Síntesis de diagramas de radiación para aplicaciones radar y de comunicación por satélite utilizando arrays de antenas

En la presente memoria, se desarrollan algunas técnicas que permiten sintetizar diagramas de radiación de altas prestaciones mediante arrays de antenas, mejorando algunos de los resultados presentes en la literatura. Así, se comienza con una introducción general al problema de la síntesis de arrays, describiendo algunos de los problemas que plantean los métodos actuales. Posteriormente, se extiende el método de Orchard-Elliott para abordar la síntesis de diagramas de haz perfilado asimétricos utilizando distribuciones de abertura simétricas en amplitud y antisimétricas en fase, algo necesario en arrays con alimentación central.

También se proponen varias técnicas que permiten minimizar la variabilidad de las distribuciones de abertura de los diagramas sintetizados, lo que facilita la implementación física del array. A continuación se presentan dos métodos para localizar y compensar los elementos defectuosos en arrays de antenas, de gran interés tanto en aplicaciones radar como en antenas a bordo de satélites, pudiendo, en éstas últimas, localizarse los elementos defectuosos en órbita. En otro capítulo se describe una técnica para eliminar interferencias en las antenas de radar monopulso, de gran utilidad cuando las antenas están destinadas a operar en ciertos entornos.

Posteriormente se afronta la síntesis de diagramas de radiación en arrays de antenas destinados a la comunicación por satélite, optimizando a su vez la eficiencia de la distribución de abertura, puesto que se consigue realizar una síntesis en la que se eliminan los elementos innecesarios del array. También se introduce una técnica de síntesis de diagramas de radiación en arrays conformados, para los que la mayoría de las técnicas convencionales no son válidas. Finalmente se lleva a cabo el diseño de arrays de antenas considerando los efectos de acoplo mutuo, utilizando redes de alimentación relativamente sencillas.

▷ Aplicaciones de los satelites artificiales en telecomunicaciones

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Desde principios del siglo XIX, cuando los nuevos conocimientos sobre la electricidad condujeron al desarrollo del telégrafo, los científicos e ingenieros se han esforzado por hacer que las comunicaciones mundiales sean fiables y eficaces. Al telégrafo le siguió el teléfono, introducido en 1876. Sin embargo, no fue hasta 80 años después cuando el primer cable telefónico transatlántico unió Estados Unidos y Europa. El resto del mundo esperó aún más tiempo para estar conectado.

El siguiente paso en la revolución de las comunicaciones fueron los satélites de comunicaciones, que utilizan microondas para funcionar. Las microondas se utilizaron por primera vez para la comunicación a principios de la década de 1930. En 1946, gracias a su trabajo en el Proyecto Diana, los científicos descubrieron que podían hacer rebotar las microondas en la luna. En 1959, los ingenieros de la Armada estadounidense empezaron a utilizar la superficie lunar para reflejar las señales de radiocomunicación por microondas entre Washington D.C. y Hawai.

La llegada de los cohetes en la década de 1950 llevó a los ingenieros a pensar seriamente en poner satélites en órbita en el espacio. El escritor Arthur C. Clarke sugirió por primera vez la idea de los satélites de comunicaciones en geosincronía en el número de octubre de 1945 de Wireless World. Clarke se dio cuenta de que una estación de retransmisión de radio en el espacio podría dar servicio a una enorme zona de la superficie terrestre. Como el repetidor espacial estaría tan lejos de la superficie, sería como tener una torre de radio a miles de kilómetros de altura. En el número de abril de 1955 de la revista Jet Propulsion, J.R. Pierce, de los Laboratorios Bell, presentó sus ideas sobre los satélites de comunicaciones en un artículo titulado “Orbital radio relays”; hablaba tanto de los satélites pasivos como de los que disponían de repetidores motorizados, y calculaba que las comunicaciones por microondas entre puntos de la Tierra deberían ser posibles mediante satélites en órbita. Posteriormente, Pierce se convirtió en uno de los principales defensores de la utilización de “satélites” artificiales (objetos que giran alrededor de la Tierra) con fines de comunicación.

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Un satélite de comunicaciones es un satélite artificial que retransmite y amplifica las señales de radiocomunicación a través de un transpondedor; crea un canal de comunicación entre un transmisor fuente y un receptor en diferentes lugares de la Tierra. Los satélites de comunicaciones se utilizan para la televisión, el teléfono, la radio, Internet y las aplicaciones militares[1] A partir del 1 de enero de 2021, hay 2.224 satélites de comunicaciones en órbita terrestre[2] La mayoría de los satélites de comunicaciones están en órbita geoestacionaria a 22.300 millas (35.900 km) por encima del ecuador, de modo que el satélite parece inmóvil en el mismo punto del cielo; por lo tanto, las antenas parabólicas de las estaciones terrestres pueden apuntar permanentemente a ese punto y no tienen que moverse para seguir al satélite.

Las ondas de radio de alta frecuencia utilizadas para los enlaces de telecomunicaciones viajan por la línea de visión y, por tanto, están obstruidas por la curva de la Tierra. El propósito de los satélites de comunicaciones es retransmitir la señal alrededor de la curva de la Tierra permitiendo la comunicación entre puntos geográficos muy separados[3] Los satélites de comunicaciones utilizan una amplia gama de frecuencias de radio y microondas. Para evitar las interferencias de la señal, las organizaciones internacionales tienen normas sobre los rangos de frecuencias o “bandas” que pueden utilizar determinadas organizaciones. Esta asignación de bandas minimiza el riesgo de interferencia de la señal[4].

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¿Cómo funciona la comunicación por satélite? Dado que los satélites se utilizan hoy en día, entre otras cosas, para la comunicación, esta pregunta es cada vez más pertinente. Lo que nos lleva al tema de nuestro último blog. Pero antes de ver cómo los satélites nos ayudan a comunicarnos a través de enormes distancias, empecemos por el principio.

Un satélite es básicamente cualquier objeto que gira (o en otras palabras, orbita) alrededor de otro objeto en el espacio. Algunos satélites son naturales, mientras que otros son artificiales (hechos por el hombre). La Luna es un ejemplo de satélite natural que orbita alrededor de la Tierra. En el sistema solar hay seis sistemas de satélites planetarios que contienen 185 satélites naturales conocidos.

En la actualidad, el término satélite suele referirse a los objetos artificiales que vuelan en el espacio. Al igual que sus homólogos naturales, éstos orbitan alrededor de un planeta y la diferencia clave es que han sido puestos en órbita intencionadamente.

El Sputnik 1 es el primer satélite artificial del mundo. Fue lanzado al espacio el 4 de octubre de 1957 por la Unión Soviética. Desde entonces, se han lanzado unos 8.900 satélites de más de 40 países.

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Cuando hablamos de satélites naturales no referimos a aquellos cuerpos celestes que están en órbita sobre otro cuerpo celeste de mayor tamaño. Sin embargo, cuando nos referimos a satélites artificiales hablamos de cualquier objeto no natural que esté orbitando alrededor de un cuerpo celeste. Estos objetos suelen tener un objetivo específico, como comprender mejor el universo. Nacen como resultado de la tecnología humana y se utilizan para obtener información sobre el cuerpo celeste que estudia. La mayoría de los satélites artificiales orbitan alrededor del planeta Tierra. Son de gran importancia para el desarrollo de la tecnología humana y hoy no podríamos vivir sin ellos.

A diferencia de lo que ocurre con los satélites naturales, como la Luna, los satélites artificiales están hechos por el hombre. Estos se mueven alrededor de un objeto que es más grande que ellos ya que son atraídos por la fuerza de la gravedad. Suelen ser máquinas muy sofisticadas que cuentan con una tecnología revolucionaria. Se envían al espacio para obtener una gran cantidad de información sobre nuestro planeta. Podemos decir que no se consideran satélites artificiales los desechos o restos de otras máquinas, las naves espaciales tripuladas por astronautas, las estaciones orbitales y las sondas interplanetarias.

Herramienta de software para determinar coberturas en un sistema de comunicaciones por satélite

From the beginning of the space exploration, the satellite communications systems have been a viable alternative for the transmission of information. As we will see later, the satellite communications systems are complex, it is required lots of calculus to obtain the expected results. Therefore, we will need computing programs that allow design and simulate orbits and coverages in a satellite communications system. The goal of this final degree project is develop a program that allows to design and simulate orbits and coverages in a satellite communications system. We have to point out that our program isn’t limited to these requirement, it works with a graphic interface very useful for the user, also has various additional functionalities like, for instance, the 2D and 3D visualization of the simulation and the establishment of routes. Thanks to these additional functionalities, the program has a didactic function, as it facilitates the understanding of the basic parameters of a satellite communications system. We will see the foundations of the orbital mechanics and the foundations of the satellite communications, in order to show the base of our program. We have used the Java programming language for the development of the program. Nevertheless, we have considered others alternatives for this development. According to our opinion, Java is the best option considering the different alternatives. Once the program has been developed, we have evaluated its performance by different tests. Our main purpose is to check the correct working of the program.