Tecnología de antena inspirada en origami para usar en satélites pequeños
Los sistemas de telecomunicaciones modernos se basan en satélites para transmitir señales en todo el mundo de manera rápida y confiable, lo que permite a los usuarios enviar mensajes a todo el mundo en un instante, ver televisión en vivo o, recientemente, antiguas conferencias telefónicas con socios globales directamente desde la mesa de la cocina.
Los satélites de comunicaciones utilizan ondas de radio de alta frecuencia para transmitir datos, con antenas que actúan como una interfaz bidireccional, convirtiendo la corriente eléctrica proporcionada por el transmisor en ondas de radio y viceversa cuando se combinan con un receptor. Por lo tanto, las antenas son equipos vitales, sin los cuales los satélites y los receptores terrestres serían prácticamente inútiles. Sin embargo, a pesar de los avances en el diseño y el rendimiento de los satélites modernos, la tecnología de antenas sigue siendo un factor limitante para las telecomunicaciones de próxima generación, como la 6G.
Los ingenieros luchan por miniaturizar las antenas para nanosatélites sin comprometer su costo o rendimiento. Por ejemplo, los nanosatélites como CubeSats pueden ser tan pequeños como 10 cm.3 cubo, pero fabricar una antena de comunicación lo suficientemente pequeña como para almacenarla en su interior durante el lanzamiento y el vuelo es costoso y tecnológicamente desafiante. “Muchas antenas de alto rendimiento reportadas para los sistemas CubeSat son desplegables, plegables o inflables”. explica el Dr. Sangkil Kim de la Universidad Nacional de Pusan en Corea del Sur.
Recientemente, el Dr. Kim y sus colegas de la Universidad Nacional de Pusan y la Universidad de Alabama, EE. UU., Desarrollaron una nueva antena desplegable para CubeSats utilizada en órbita terrestre baja (LEO). Curiosamente, su diseño se inspiró en las matemáticas del “origami”, el arte japonés del plegado de papel 攕 específicamente un campo llamado mapeo espacial 攚 que les permitió decidir la mejor geometría para una antena plegable y desplegable. Con el diseño en papel, se propusieron fabricar la antena y probarla.
Con notables dimensiones de 32,5 mm3 cuando está plegada y pesa solo 5 gramos, la antena prototipo encaja perfectamente dentro de un CubeSat. Los investigadores utilizaron un material económico para fabricar la mayor parte de la antena, utilizando juntas especiales para doblar las tablas cuadradas en un cubo, que se puede almacenar fácilmente durante el lanzamiento y el vuelo. Una vez en órbita, la antena se puede desplegar fuera del CubeSat, lista para recibir y transmitir datos.
El profesor Kim y su equipo dieron un paso más y establecieron diferentes modos de despliegue, dependiendo de si los satélites necesitaban comunicarse entre sí o con la Tierra. “El volumen, los patrones de radiación y las polarizaciones de la antena se pueden reconfigurar de acuerdo con el modo de operación requerido”, explica el Dr. Kim. Esta configuración permitió a los investigadores optimizar el rendimiento de la antena para cada tipo de comunicación.
Con resultados tan prometedores, los científicos esperan que su diseño inspire futuros diseños desplegables para la tecnología de antenas de nanosatélites y allane el camino para los sistemas de comunicación de próxima generación, como 6G. Su prototipo no solo reducirá el costo de los nanosatélites futuros y mejorará su rendimiento general, sino que también se puede escalar a satélites más grandes en órbita geoestacionaria y otras plataformas de comunicación en la Tierra.
