Proyectos Competitivos Nacionales

Este proyecto ha contribuido al desarrollo de nuevas tecnologías de antenas, que incluyen reflectores y sus alimentadores asociados, para sistemas de antena embarcados en satélite dedicados a la observación de zonas costeras y fluviales, altamente vulnerables al cambio climático. Se han diseñado y fabricado prototipos avanzados de alimentadores y reflectarrays para radiómetros capaces de operar en bandas de frecuencias milimétricas, fundamentales para obtener datos precisos del contenido de vapor de agua en la atmósfera.

El objetivo principal de este proyecto es el desarrollo de nuevas tecnologías de antenas que permitan afrontar los retos de las redes 5G y posteriores, conocidas como B5G (beyond 5G), en banda milimétrica. Este objetivo se aborda considerando redes heterogéneas en diferentes escenarios incluyendo redes terrestres y comunicaciones por satélite. El proyecto incluye el diseño, fabricación y validación de antenas pasivas y reconfigurables en distintas tecnologías, principalmente los arrays alimentados espacialmente, como reflectarrays, transmitarrays y metasuperficies, y soluciones en solo metal. Las bandas de trabajo se han centrado principalmente en la banda Ka, que incluye las bandas en 28 y 39 GHz, asignadas al despliegue de redes 5G, aunque también se han realizado desarrollos en bandas superiores, previstas para B5G y 6G.  En el trabajo se han desarrollado nuevas herramientas de modelado, diseño y optimización electromagnética para el control y conformado de haz de antenas en bandas de mm y sub-mm, como arrays modulados en tiempo, beamforming digital, aplicación de técnicas de aprendizaje automático, etc.

En paralelo, se desarrollan diferentes tecnologías que permitan implementar la reconfiguración del haz en tiempo real, requisito de las antenas necesarias en redes actuales y futuras. La principal solución tecnológica para el desarrollo de antenas reconfigurables consiste en el desarrollo de celdas desfasadoras de cristal líquido (LC) para estructuras planares periódicas y cuasi-periódicas. De manera complementaria, se ha trabajado en soluciones enfocadas a la aplicación de fabricación aditiva en metal, lentes y arrays principalmente. Desde un punto de vista de la aplicación final, uno de los principales objetivos del proyecto ha sido demostrar nuevas superficies reflectoras inteligentes (RIS/IRS) basadas en reflectarrays para resolver el problema conocido como zona ciega (o muerta) en coberturas 5G en milimétricas, principalmente en interiores de edificios. Para ello se proponen dos soluciones de RIS que incluyen respectivamente superficies pasivas que provea cobertura en la zona de campo cercano de la RIS, incluyendo conformado de haz, requisitos multibanda o supresión de bandas no deseadas; y reconfigurables donde un reflectarray basado en LC redirecciona el haz de la estación base dinámicamente.  Como parte de las nuevas redes de comunicaciones, se han desarrollado antenas multihaz en satélites LEO y HAPS, para proporcionar una cobertura a los usuarios en aviones, barcos o zonas remotas. Igualmente, se han demostrado nuevas configuraciones de reflectarray multipanel, que mejoren la flexibilidad de cara al despliegue en órbita de la antena. Finalmente, el proyecto ha contado con un alto grado de experimentalidad y se han fabricado y medido múltiples prototipos que ha permitido la validación experimental de las ideas propuestas.

Se ha demostrado una configuración de antena que genera haces múltiples en banda Ka para proporcionar acceso a internet de banda ancha desde satélites geoestacionarios. En los satélites actuales se utilizan 4 reflectores para generar una cobertura con 2 frecuencias y 2 polarizaciones.

La antena consiste en un reflectarray (RA) polarizador parabólico y un sub-RA plano alimentado por un conjunto de alimentadores para generar una cobertura celular. El sub-RA separa los haces de cada polarización lineal, que posteriormente son transformados en haces directivos de polarización circular (LHCP y RHCP). Esta configuración permite reducir el número de antenas en el satélite (de 4 reflectores a 2 reflectarrays).

Se ha diseñado, construido y medido un demostrador, a escala ½ de una antena real, formado por un RA parabólico de 90 cm y un sub-RA plano de 38cm y alimentado por 3 bocinas. Las medidas demuestran la generación de 6 haces en las bandas de frecuencia de transmisión (19,2- 20,2 GHz) y recepción (29-30GHz). Este tecnología permite una reducción en la masa y volumen de la carga útil del satélite, siendo una alternativa interesante para satélites geoestacionarios con dimensiones y coste reducidos.

Se han implementado nuevos métodos híbridos, que basándose en el trabajo previo del grupo, introducen nuevas capacidades de análisis eficiente de circuitos pasivos y agrupaciones de antenas de microondas y milimétricas. Algunos de estos métodos están orientados al diseño en tecnología SIW (Substrate Integrate Waveguide), aunque no limitados a ésta, por tratarse de una tecnología emergente de bajo coste y fácil integración.

Las nuevas técnicas de fabricación aditiva están cambiando el modelo de desarrollo en muchos sectores tecnológicos. El objetivo del Proyecto ha sido desarrollar dispositivos en tecnología de guía de para aplicaciones espaciales y de combinación de potencia mediante Sinterización Selectiva por Láser utilizando aleaciones de polvo de aluminio y de cobre. Se ha implementado diferentes dispositivos como conversores modales, polarizadores y transiciones.​

En este proyecto se han desarrollado varias tecnologías para un radar de detección de basura espacial, que situado en plataformas espaciales como la Estación Espacial Internacional o satélites de comunicaciones, se emplearía para evitar la colisión con objetos peligrosos. Ha de tenerse en cuenta que hay más de 100.000 objetos con diámetros menores de 10 cm orbitando la tierra a velocidades de 10 Km/s, lo que supone un peligro para los satélites comerciales. Ha sido necesario utilizar frecuencias muy elevadas (94 GHz) para conseguir la resolución que permita detectar objetos de pequeño tamaño. En el proyecto se han diseñado y validado antenas con capacidad de exploración electrónica y con capacidad de medida del ángulo de llegada. Se han diseñado, construido y medido los distintos subsistemas, y finalmente se ha construido y validado un prototipo del radar completo, como prueba de concepto.​