ARIADNE:
“Artificial Intelligence Aided D-band Network for 5G Long Term Evolution” (H2020 5G PPP)
2019-2022
Se desarrollan e integran distintas tecnologías (Inteligencia Artificial, Maching Learning, Radiofrecuencia, por encima de 100 GHz) para redes de comunicaciones inalámbricas de banda ancha, más allá del 5G. El GEA está desarrollando una antena, basada en tecnología de cristales líquidos, capaz de adaptar electrónicamente la cobertura en interiores.
MARTA
«Multiple Beam Antennas based on Reflectarrays and Transmitarrays” ESA-AO8438
2016-2019
Hemos demostrado que una cobertura multihaz de cuatro colores (dos frecuencias y dos polarizaciones) se puede obtener con sólo dos antenas reflectarray, donde cada una de ellas genera el doble de haces que un reflector convencional.
ESA Innovation Triangle Initiative (ITI) Compact K/Ka band antenna feed for multi‐beam satellite communications
2015-2017
Desarrollo de alimentadores de antenas para satélites de comunicaciones con tecnología multihaz en doble banda K/Ka.
RAIPAD
Reflectarray Antennas with Improved Performances and Design Techniques (ESA-ESTEC)
2012-2016
Se ha diseñado, fabricado y medido un demostrador final de 1,1 m de diámetro para proporcionar una cobertura en Sudamérica desde el satélite Amazonas que opera en Tx (11,7-12,2 GHz) y Rx (13,75–14,25 GHz).
Innovative Reconfigurable Systems Based on Liquid Crystals (ESA-AO6419)
2011-2014
Se demostró una antena de barrido electrónico basada en cristales líquidos (LC), como alternativa a los sistemas de barrido mecánico que se utilizan en los instrumentos embarcados en satélites para el estudio de la atmosfera.
RESKUE
“Transportable REflectarray Antenna for Satellite KU-band Emergency Communications”, ESA ITT AO/1-5609/08/NL/ST
2009-2013
Se realizó el diseño, la fabricación y medida de una antena de barrido electrónico en banda Ku para comunicaciones por satélite en situaciones de emergencia, con resultados satisfactorios.
MEMS & Liquid Crystals based Agile Reflectarry Antenas for Security & COMunications European Comission FP7-ICT
2008-2011
Este proyecto se centró en la investigación y desarrollo de nuevos dispositivos basados en micro-nano tecnología para la realización de antenas con reconfiguración electrónica del haz.
X/Ka-band High Gain Data Transmission Antennas, ESA-CASA Espacio (Airbus), RYMSA, UPM
2007-2012
Se demostró una antena de alta ganancia con un reflectarray impreso en un sub-reflector curvo y un reflector principal, para mejorar la ganancia simultáneamente en las bandas X y Ka.
DEMORATA
Demonstration Model of a Reflectarray for Telecommunications Antenna
2006-2010
Se diseñó, fabricó y midió un demostrador de reflectarray de 1,2 metros para una antena que da cobertura a América del Sur desde el satélite Amazonas que opera en las bandas de frecuencias: Tx (11,7–12,2 GHz) y Rx (13,75–14,25 GHz).
ACE: Antenna Centre of Excellence, Network of Excellence
2004-2007
ACE fue una Red de Excelencia en el 6º Programa Marco de la Unión Europea. Su objetivo era estructurar la I+D en antenas y sus aplicaciones en Europa, así como impulsar la excelencia y la competitividad en algunas áreas seleccionadas, como redes de comunicaciones, espacio, automóvil y seguridad.
System application and realization of novel deployable antenna concepts for future development and tests (ESA)
2004-2006
Se estudiaron diferentes tecnologías para para antenas desplegables en espacio hasta 20 metros, incluyendo antenas formadas por paneles reflectarray desplegables y lentes de estructura periódica.
RAFP: Reflect-array Antennas in Flat Panels, ESA TRP AO/1-4133/02/NL/JA
2003-2005
Se diseñó, fabricó y midió por primera vez un reflectarray de tres capas para polarización dual con una cobertura diferente en cada polarización: un haz conformado para cobertura europea en polarización H (11,45-12,75 GHz) y un haz de pincel para la costa este de América del Norte en polarización en V (11,45-11,7 GHz).
Diseño de un subreflector dicroico para la sonda Mars Express (Airbus-ESA)
1999-2001
Se realizó el diseño eléctrico del sub-reflector dicroico de banda S/X para la antena de alta ganancia (HGA) de la «misión Mars Express».
STELLA
STeerable BEam Reflectarray Antenna in Q, V/W bands for Gateway Links from LEO Satellites
En Evaluación
El objetivo es demostrar una tecnología de antenas de haz reconfigurable electrónicamente en bandas Q V/W, basada en reflectarrays de cristal líquido (LC-RA), para comunicaciones de banda ancha mediante constelaciones de satélites de órbita baja”.
ARIADNE: “Artificial Intelligence Aided D-band Network for 5G Long Term Evolution” (H2020 5G PPP)
Web del proyecto: https://www.ict-ariadne.eu/
El GEA participa en el proyecto ARIADNE, financiado por la Comisión Europea mediante el Programa Marco Horizonte 2020. Este tipo de proyectos busca promover el liderazgo industrial en Europa y reforzar la excelencia de su base científica. En este proyecto participamos 12 instituciones de 5 países europeos, destacando el liderazgo de Telefónica I+D, Nokia, y varias PYMES; además de instituciones con amplia experiencia y prestigio científico, como el Instituto Fraunhofer de Alemania, el Centro Nacional de Investigaciones Científicas de Francia (CNRS), el Centro Nacional de Investigaciones Científicas Demokritos de Grecia, las Universidades de Piraeus, Aalto, Oulu, y por supuesto la Universidad Politécnica de Madrid. El objetivo es desarrollar e integrar tecnología para comunicaciones inalámbricas de banda ancha, más allá del 5G. Se trata de combinar técnicas como el Maching Learning y la Inteligencia Artificial con tecnología de radiofrecuencia por encima de 100 GHz, es decir, frecuencias mucho más altas que las que actualmente se utilizan en las comunicaciones móviles. El resultado: redes de comunicaciones mucho más rápidas, más eficientes y más confiables. Sin embargo, también más sensibles a la posición del usuario y al entorno mismo, que es parte del problema que se busca resolver. El GEA concretamente está desarrollando una antena, basada en tecnología de cristales líquidos, capaz de adaptar electrónicamente la cobertura dentro de casas y edificios. El proyecto arrancó en noviembre de 2019 y tiene una duración de 3 años.
MARTA: “Multiple Beam Antennas based on Reflectarrays and Transmitarrays” ESA-AO8438
En este proyecto de la ESA, el objetivo era reducir el número de antenas en los satélites que proporcionan acceso a Internet de banda ancha, mediante una cobertura multihaz de cuatro colores (dos frecuencias y dos polarizaciones). Hoy en día, estos satélites utilizan 4 antenas reflectoras, una antena para cada color.
Se ha demostrado una configuración de antena tipo reflectarray parabólico que permite generar la cobertura completa de 4 colores con sólo dos antenas, donde cada una de ellas genera el doble de haces que un reflector convencional. Se ha diseñado una antena de 1,8-m de diámetro que con 27 alimentadores genera 54 haces (la mitad de la cobertura), que van alternando en polarización circular dextrógira y levógira. Los diagramas de radiación, prácticamente cumplen las especificaciones típicas de una antena para satélite.
Hemos diseñado, fabricado y medido un modelo a escala ½ de la antena real (90cm). Se trata de un reflectarray parabólico, que genera dos haces adyacentes en polarización circular ortogonal por cada alimentador (ver figura). Esto es posible gracias a que un reflectarray puede generar de forma independiente un haz para cada polarización. De esta forma se reduce el número de alimentadores a la mitad, proporcionando un ahorro considerable en el peso y volumen en la carga útil del satélite.
ESA Innovation Triangle Initiative (ITI) Compact K/Ka band antenna feed for multi‐beam satellite communications
Desarrollo de alimentadores de antenas para satélites de comunicaciones con tecnología multihaz en doble banda K/Ka.
RAIPAD: Reflectarray Antennas with Improved Performances and Design Techniques
El GEA-UPM fue coordinador de un equipo que incluyó a las Universidades de Sevilla y Oviedo para la realización de este proyecto TRP de la ESA ganado en convocatoria abierta. En este proyecto, hemos propuesto y validado una nueva célula de reflectarray de altas prestaciones (ancho de banda, baja polarización cruzada y bajas pérdidas) que permite simplificar los procesos de fabricación (sólo 2 capas de metalizaciones impresas sobre substrato dieléctrico). Dicho reflectarray ha sido protegido por una patente de la ESA. Se ha desarrollado y entregado a la ESA una herramienta software para el diseño de antenas reflectarray que operan en transmisión (Tx) y recepción (Rx) en banda Ku para generar haces conformados con prestaciones mejoradas con respecto al estado de la técnica. La herramienta de diseño optimiza todas las dimensiones de los dipolos impresos para mejorar las prestaciones de la antena, y ha sido validada por varios demostradores. En primer lugar, se ha fabricado y medido un demostrador de 40 cm, mostrando una excelente concordancia entre los diagramas de radiación medidos y simulados.
Se ha diseñado, fabricado y medido un demostrador final de 1,1 m de diámetro para proporcionar una cobertura en Sudamérica desde el satélite Amazonas que opera en Tx (11,7-12,2 GHz) y Rx (13,75–14,25 GHz).
Los diagramas de radiación medidos en las frecuencias de Tx y Rx muestran mejores prestaciones que los de dos antenas de referencia: 1) Un reflectarray de 1,2m con 3 capas de parches apilados (DEMORATA) y 2) un reflector convencional de 1,1 m.
La antena medida ha demostrado plenamente la viabilidad de esta tecnología con prestaciones muy prometedoras para antenas TX/RX de banda Ku para satélites de difusión directa (televisión vía satélite, o acceso a internet)
Innovative Reconfigurable Systems Based on Liquid Crystals. ESA-ESTEC/Contract 4000103061
El objetivo de este proyecto era el desarrollo de antenas de barrido electrónico basadas en cristales líquidos (LC), como alternativa a los sistemas de barrido mecánico que se utilizan en los instrumentos embarcados en satélites para el estudio de la atmosfera. Estos instrumentos (radiómetros) reciben señales muy débiles, emitidas por los gases que componen la atmosfera, para ello tienen que utilizar unas antenas muy directivas que debe reorientar su haz para obtener la información de distintas capas de la atmosfera. El GEA participó en este proyecto de la ESA (2011-2014) junto con el “National Physics Laboratory (NPL) y Queen’s University Belfast (QUB), ambos en Reino Unido. El GEA realizó el diseño y las medidas de un demostrador formado por un reflector parabólico y un reflectarray LC como subreflector, capaz de cambiar la dirección del haz electrónicamente en un rango entre -8º y 6º a la frecuencia de 100 GHz.
RESKUE: “Transportable REflectarray Antenna for Satellite KU-band Emergency Communications” (ESA 2009-2013)
El GEA-UPM ha participado como subcontratista en esta actividad de la ESA ARTES-5 (2009-2012) en un consorcio liderado por R. Vincenti de RF-Microtech (Italia), que incluye las empresas Elital (Italia) y Triagnosys (Italia). Se realizó el diseño, la fabricación y medida de una antena de barrido electrónico en banda Ku para comunicaciones por satélite en situaciones de emergencia, con resultados satisfactorios. Para operar en este tipo de escenario, la antena es desplegable, transportable y fácilmente reapuntable. La antena funciona en las bandas de 10,7-12,5 GHz para recepción y en 14-14,5 GHz para transmisión. El demostrador consiste en un sistema de doble reflectarray que comprende un sub-reflectarray pasivo (diseñado por el GEA) y un reflectarray principal activo implementado mediante celdas reconfigurables de 1 bit basadas en diodos PIN. Los resultados de este proyecto han validado las técnicas utilizadas para el análisis y diseño de antenas de doble reflectarray y han demostrado el barrido electrónico del haz.
ARASCOM: MEMS & Liquid Crystals based Agile Reflectarray Antenas for Security & Comunications
European Commission FP7-ICT
Este proyecto se centró en la investigación y desarrollo de nuevos dispositivos basados en micro-nano tecnología para la realización de antenas con reconfiguración electrónica del haz a un coste moderado. Este tipo de antenas reconfigurables, son cada vez más necesarias en sistemas avanzados de Comunicaciones, Seguridad y Seguridad. Se diseñaron, fabricaron y midieron varios prototipos innovadores de antenas «reflectarray“ de haz reconfigurable para comunicaciones (estaciones base y satélites), utilizando dos tecnologías diferentes: interruptores RF-MEMS y celdas de reflectarray reconfigurables basadas en cristales líquidos (LC-RA), ambas integradas en la cara radiante de la antena. Los resultados de este proyecto incluyen varios artículos en IEEE Trans. on Antennas & Propagation y Congresos internacionales.
El consorcio estaba formado por 9 socios complementarios de Francia, Alemania, Italia y España: 1) entre los mejores grupos en universidades europeas para el diseño basado en MEMs y LC (U. Perugia, T.U. Darmstadt), y para el diseño de antenas reflectarray (GEA- UPM, Perugia); 2) Institutos públicos de investigación, líderes para el desarrollo de RF-MEMS en una amplia gama de frecuencias (LETI, FBK); y 3) Industrias de usuarios finales entre los principales actores de Comunicaciones, Seguridad y Espacio: SELEX-SI para la detección de armas ocultas, EADS-Innovation Works para radares de aterrizaje en helicópteros, Thales Alenia Space para satélites y S.R.F.Moyano para estaciones base.
X/Ka-band High Gain Data Transmission Antennas, ESA-CASA Espacio (Airbus), RYMSA, UPM
El grupo GEA de UPM ha participado en este proyecto, como subcontratista de EADS-CASA ESPACIO (ahora Airbus). En este proyecto, se ha propuesto una configuración de antena de alta ganancia de banda X-Ka utilizando un reflectarray impreso en un sub-reflector curvo (diseñado por GEA-UPM) y un reflector principal, para mejorar la ganancia simultáneamente en las bandas X y Ka. El consorcio incluía socios con gran experiencia en el diseño de reflectarrays(GEA-UPM), en el diseño y la tecnología de alimentadores multi-frecuencia (Rymsa) y en diseño y tecnológica de fabricación para antenas de espacio (EADS CASA Espacio). El diseño del reflectarray hizo posible optimizar la ganancia de la antena simultáneamente para las dos bandas de frecuencia. El reflectarray se fabricó en dos capas de parches impresos en Kapton separados por capas laminadas de fibra de cuarzo pegadas sobre la superficie del sub-reflector, que previamente había sido optimizada para maximizar la ganancia en banda X. Los diagramas de radiación medidos fueron satisfactorios en ambas bandas de frecuencia. Los resultados validaron las herramientas de análisis y diseño, así como las técnicas de fabricación del sub-reflectarray, empleando materiales cualificados para espacio.
DEMORATA: Demonstration Model of a Reflectarray for Telecommunications Antenna
El GEA-UPM como coordinador, junto con EADS-Astrium CASA (Airbus), ganó el este proyecto ARTES-5 de la ESA en convocatoria abierta. En este proyecto se diseñó, fabricó y midió un demostrador de reflectarray de 1,2 metros. El demostrador se diseñó en base a unas especificaciones reales de una antena DBS que da cobertura a América del Sur (PAN-S) desde el satélite Amazonas (ubicado a 61º W en órbita geoestacionaria), que opera en las bandas de frecuencias: Tx (11,7–12,2 GHz) y Rx (13,75–14,25 GHz).
El demostrador se realizo empleando 3 capas de arrays de parches rectangulares en un sándwich de honeycomb empleando materiales cualificados para espacio (AstroQuartz).
Los requisitos de ganancia mínima se cumplieron prácticamente en todas las zonas en ambas bandas de frecuencia. Las pérdidas medidas en el reflectarray fueron de 0,3 dB. Sin embargo, los niveles de contrapolar fueron mayores de lo esperado, siendo este problema abordado en un proyecto posterior (RAIPAD).
Los resultados de este proyecto incluyen: 1 documento en IEEE Trans. On Antennas & Propagation, varias publicaciones en Congresos internacionales y 1 patente de la ESA.
ACE: Antenna Centre of Excellence (Network of Excellence) European Commission FP6, FIST-2004-508009 & IST-2006-026957
ACE ha sido una exitosa Red de Excelencia en el 6º Programa Marco Europeo IST, que contribuyó a promover la colaboración entre los principales actores en la investigación de antenas en Europa. Las universidades y la industria han trabajado juntas en algunas actividades seleccionadas de I+D.
El GEA ha participado en las dos fases de l red de Excelencia ACE (2004-2007) en varias actividades, como en «Técnicas numéricas para el análisis de antenas y arrays», como el Método de Elementos Finitos (FEM) y el Método de Momentos (MoM) y en «Antenas tipo array y reflectarray». El GEA ha coordinado la actividad “WP 2.4-2: Reflectarrays technology and design”. En esta actividad, evaluamos las actividades de I+D en el análisis, diseño y aplicaciones de las antenas reflectarray, en estrecha colaboración con Universidades, Centros de Investigación y la Industria Europea.
El demostrador producido en el Proyecto RAFP de la ESA fue utilizado como “bench mark” para las técnicas computacionales de onda completa desarrolladas por diferentes instituciones, como la Universidad de Florencia, la Universidad de Alcalá de Henares y Universidad Politécnica de Cataluña.
System application and realization of novel deployable antenna concepts for future development and tests (ESA 2004-2006)
El GEA ha participado como subcontratista en esta actividad TRP de la ESA (2004-2006) en un consorcio liderado por Alcatel Space (Toulouse), que también incluía: LLB (Instituto de Estructuras Ligeras, en alemán: Lehrstuhl für Leichtbau) de TU Múnich (Alemania), DSL (Laboratorios de Estructuras desplegables) de la Universidad de Cambridge y SFL (Laboratorio de Vuelo Espacial) dela Universidad de Toronto.
Los objetivos de este proyecto fueron: por un lado, extender el tamaño de antenas desplegables en espacio (hasta 20 metros en banda L), por otro mejorar la precisión y reflectividad de la superficie para que las antenas reflectoras desplegables pudieran ser utilizadas a frecuencias más altas. Se estudiaron las siguientes tecnologías: 1) reflectores inflables y desplegables, 2) antenas de lente, formadas por estructuras periódicas de pequeño espesor (ver dibujo) y 3) antenas tipo reflectarray en paneles planos. El GEA-UPM llevó a cabo estudios preliminares de antenas de lente periódica (transmitarrays de perfil bajo), reflectarrays planos y multipanel.
El GEA ha participado como subcontratista en esta actividad TRP de la ESA (2004-2006) en un consorcio liderado por Alcatel Space (Toulouse), que también incluía: LLB (Instituto de Estructuras Ligeras, en alemán: Lehrstuhl für Leichtbau) de TU Múnich (Alemania), DSL (Laboratorios de Estructuras desplegables) de la Universidad de Cambridge y SFL (Laboratorio de Vuelo Espacial) dela Universidad de Toronto.
Los objetivos de este proyecto fueron: por un lado, extender el tamaño de antenas desplegables en espacio (hasta 20 metros en banda L), por otro mejorar la precisión y reflectividad de la superficie para que las antenas reflectoras desplegables pudieran ser utilizadas a frecuencias más altas. Se estudiaron las siguientes tecnologías: 1) reflectores inflables y desplegables, 2) antenas de lente, formadas por estructuras periódicas de pequeño espesor (ver dibujo) y 3) antenas tipo reflectarray en paneles planos. El GEA-UPM llevó a cabo estudios preliminares de antenas de lente periódica (transmitarrays de perfil bajo), reflectarrays planos y multipanel.
RAFP: Reflect-array Antennas in Flat Panels, ESA TRP AO/1-4133/02/NL/JA
El GEA-UPM fue el coordinador de esta actividad de ESA TRP en la que participan las siguientes instituciones: Lehrstuhl für Leichtbau (LLB), TU München (Alemania), KRP-Mechatec Engineering (KRP-M), Múnich (Alemania) y ALCATEL SPACE, Toulouse (Francia).
En este proyecto, se diseñó, fabricó y midió por primera vez un reflectarray de tres capas para polarización dual con una cobertura diferente en cada polarización. La antena reflectarray proporciona un 10% de ancho de banda y esta diseñada para las especificaciones de un reflector “dual-gridded” de un satélite de telecomunicaciones, que son: un haz conformado para cobertura europea en polarización H (11,45-12,75 GHz) y un haz de pincel para dar servicio a la costa este en América del Norte en polarización en V (11,45-11,7 GHz).
La novedad de este trabajo fue la demostración por primera vez de que una antena reflectarray es capaz de generar dos haces independientes, uno para cada polarización, lo que permitiría una reducción significativa del peso y el volumen en la carga útil del satélite.
Los resultados de este proyecto fueron publicados en el artículo «Dual-Polarization Dual-Coverage Reflectarray for Space Applications», que recibió el premio «2007 S. A. Schelkunoff Transactions Prize Paper Award» por la IEEE Antennas and Propagation Society.
Diseño de un subreflector dicroico para la sonda Mars Express (Airbus-ESA, 1999-2001)
El GEA-UPM, como subcontratista de EADS-CASA ESPACIO (actualmente Airbus), realizó el diseño eléctrico del sub-reflector dicroico de banda S/X para la antena de alta ganancia (HGA) de la «misión Mars Express». En este proyecto se propuso una configuración innovadora para el subreflector, basada en dos superficies selectivas de frecuencia (FSS) en sándwiches separados, que proporcionaron un peso reducido y unas muy bajas pérdidas de inserción en banda S. El mismo diseño y configuración de sándwich fue utilizado en la misión «Venus Express». El diseño sólo se actualizó para tener en cuenta diferentes materiales. Ambas misiones han estado en funcionamiento con resultados satisfactorios.
En este proyecto, se validó la tecnología de diseño y fabricación de arrays impresos en superficies curvas, empleando materiales cualificados para el espacio.
