info:eu-repo/semantics/masterThesis
Reconfiguración dinámica del patrón de radiación en agrupamientos de antenas a bordo de satélites de órbita baja
Dynamic reconfiguration of the radiation pattern in antenna arrays onboard low earth orbit satellites
Autor
Lennin Enrique Amador Castro
Institución
Resumen
Tradicionalmente los sistemas de satélites de órbita baja han sido diseñados para ofrecer servicio continuo empleando constelaciones de satélites que se distinguen por su capacidad de cobertura global, de difusión y de permitir movilidad a sus usuarios. Sin embargo, la baja ganancia que ofrece el empleo de antenas omnidireccionales, así como el gran número de traspasos de células dentro del área de cobertura del satélite debido al uso de antenas sectoriales, y la poca duración del satélite a la vista de la estación terrena, provocan que la calidad del enlace no se aproveche de la manera más eficiente. La tecnología de antenas inteligentes permite generar diagramas de radiación adaptables y más directivos, así como controlar el nivel de los lóbulos laterales, permitiendo adaptarse a las condiciones del medio de transmisión y mejorando los parámetros de calidad de servicio (QoS) en estos sistemas, optimizando los recursos del satélite y logrando un incremento en la capacidad de tráfico así como un mejor desempeño del enlace satelital. Se ha encontrado poca información acerca del uso de agrupamientos de antenas sobre satélites de órbita baja, y nada acerca del uso de haces dinámicos desde el satélite a la Tierra. Este trabajo de investigación considera la utilización de agrupamientos de elementos de antenas planares para establecer enlaces de comunicaciones entre satélites de órbita baja (LEOS) y estaciones terrenas de usuario (ET), dentro de una red satelital de comunicaciones basada en el uso de constelaciones de LEOS. Esto permite modificar el diagrama de radiación del agrupamiento de antenas, dirigiendo el lóbulo principal de manera adaptable a bordo del satélite hacia una dirección específica en la Tierra dentro de su ángulo de visibilidad. Además de obtener un haz más directivo y un mayor control sobre el impacto de sus lóbulos laterales, se realiza un análisis del máximo desplazamiento permitido del haz principal durante el tiempo de visibilidad del satélite, a fin de mantener una cierta probabilidad de error dentro de los límites de QoS, considerando un esquema de modulación QPSK. Traditionally Low Earth Orbit Satellites (LEOS) systems have been designed to offer continuos service using satellite constellations, which stand out for their global coverage capacity, broadcast and ability to support user mobility. However, the low gain that omnidirectional antennas offer, as well as the large number of handovers within the satellite footprint due to the use of sector and spot beam antennas, and the short satellite viewing time from the earth station, prevent the link quality to be used more efficiently. Array antenna technology allows the generation of steerable, adaptive and more directional radiation patterns with full control of sidelobe levels, adapting to the transmission channel conditions and improving Quality of Service (QoS) parameters, thus optimizing satellite resources and increasing traffic capacity as well as improving satellite link performance. Little information has been found on the use of antenna arrays onboard low earth orbit satellites, and nothing regarding the use of dynamic beams from the satellite towards an earth station. This research work considers the use of planar element antenna arrays to establish communications links between Low Earth Orbit Satellites (LEOS) and user earth stations (ET) within a satellite communications network based on the use of LEOS constellations. This allows modifying the antenna array radiation pattern, directing adaptively the main lobe onboard the satellite towards a specific direction over the Earth, within its visibility angle. In addition to obtaining a more directive beam and a better control over the impact of its side lobes, an analysis of maximum allowed beam displacement during the satellite visibility time is performed, in order to maintain a certain error probability within QoS limits, considering the use of QPSK modulation.
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