[ca] Aquest projecte forma part del programa global Student Satellite desenvolupat a la NTN dins el programa CubeSat. Aquest projecte parteix amb un treball inicial ja realitzat prèviament sobre el disseny del satèlit i haurà de prendre's com a premissa inicial alhora de fer els dissenys de l'estació terrestre. En concret el projecte consisteix en el disseny del sistema d'antenes situat a l'estació terrena. El CubeSat es tracta d'un programa fundat per la universitat de Stamford que ofereix l'oportunitat de treballar a la construcció de petits satèl·lits a estudiants de vàries universitats. El satèl·lit s'ha dissenyat amb una configuració doble. Inclou dos transceptors a les freqüències de 145MHz i 437MHz. El transceptor de 437MHz s'ha dissenyat com a payload downlink. Ha estat implementat com una antena directiva consistent en un dipol amb un reflector. L'antena de 145MHz és quasi omnidireccional (també és un dipol). Aquest estudi tracta sobre les antenes terrestres que hauran de comunicar-se amb l'antena del satèl·lit ja definida. Una part essencial de la planificació del sistema satèl·lit és el càlcul del balanç de l'enllaç. Aquest pas és important per a garantir una comunicació fiable entre el satèl·lit i l'estació terrestre. Aquest anàlisi proporciona les consideracions necessàries que han de ser tingudes en compte en el disseny de l'antena. Es realitza el balanç per especificar les pèrdues i guanys que existeixen entre el transmissor i el receptor de l'enllaç. El paràmetres que intervenen en el balanç són la potència del transmissor, el guany de l'antena receptora, les pèrdues en el transmissor i receptor, l'altura i forma de l'òrbita del satèl·lit i l'efecte produït per la ionosfera. La ionosfera és la capa de l'atmosfera que va des dels 100 km fins als 400 km per sobre de la superfície terrestre. Aquesta capa conté una elevada quantitat d'electrons i ions. Un dels seus efectes més importants és la rotació de Faraday. Les ones que viatgen per aquesta capa es descomponen en dues ones característiques amb una velocitat constant. Però la velocitat de cada una de les ones és diferent. Per tant les ones resultants tenen una fase diferent. Aquest efecte provoca que les ones incidents canvien la seva fase. En freqüències elevades la rotació polaritzada no és molt significativa i pot ser rectificada amb petits ajustos. Però en freqüències de VHF i UFH les rotacions són més considerables. La millor solució per resoldre aquest problema és fer servir un receptor amb polarització circular. Aquesta solució produeix una pèrdua fixa de 3dB però assegurarà la recepció del senyal malgrat la remarcable depolarització. Les característiques de l'antena estan condicionades pels paràmetres que s'han analitzat en el càlcul del balanç. Els aspectes més destacats en el disseny són les freqüències fixades pels estudis previs, el mínim guany requerit i la polarització de l'antena imposada per la ionosfera. Per l'obtenció de la polarització circular s'ha decidit utilitzar antenes helicoïdals. Una antena helicoïdal consisteix bàsicament en un cable en forma d'espiral amb un pla de terra adequat. L'antena emet radiació en la direcció del axis de l'hèlix. El diàmetre de la hèlix i l'espai entre voltes són paràmetres que es defineixen durant l'estudi per a poder obtenir la freqüència desitjada de l'antena. Les freqüències de les antenes estan en bandes de VHF i UHF per tant les dimensions de l'antena poden tenir una longitud de diversos metres. És desitjable que l'antena no sigui de grans dimensions per a poder fer els estudis i tests inicials. El fet de tenir dues antenes treballant al mateix temps a diferents freqüències pot produir grans pèrdues. L'objectiu del disseny és treballar amb un únic grup d'antenes que sigui capaç de treballar a les dues freqüències a l'hora. Cadascun dels arrays es construeix amb una base plana quadrada amb un costat de mida igual a dues vegades λ. El punt d'alimentació per a una de les hèlix s'ha determinat a partir de les simulacions i mesures realitzades. Al fer el muntatge de l'hèlix a l'array es garanteix que totes les hèlix tinguin el punt d'alimentació situat en la mateixa posició per a aconseguir mantenir la polarització de l'antena. La configuració escollida és situar els dos arrays en diagonal de manera que totes les hèlix estiguin a la màxima distància possible de les demés, per tal d'obtenir una menor influència entre elles. Al finalitzar el disseny inicial es realitzen vàries simulacions en ordinador per a verificar i refinar els càlculs inicials. Les simulacions són necessàries per a verificar que l'antena es comporta com s'espera. Els resultats obtinguts durant les simulacions i les conclusions derivades es detallen al capítol 4 del document. El software utilitzat per a la realització de les simulacions és el WIPL-D. És un programa fàcil de utilitzar i potent que es fa servir per a realitzar ràpides i precises simulacions i dissenys d'antenes i altres aparells que emeten ones electromagnètiques en espai lliure. Desprès de vàries simulacions s'arriba a la conclusió que el disseny desitjat és possible i que els paràmetres requerits poden ser assolits. El disseny final consisteix en tenir dos arrays de 2x2 a on l'element radiant és una antena helicoïdal amb 9 voltes. Per a poder conservar l polarització totes les hèlix han de tenir el punt d'alimentació en el mateix punt. Les simulacions han donat resultats correctes que han sigut comprovats posteriorment a la pràctica. L'antena real té unes dimensions elevades. Per tant es decideix construir un prototipus a una escala menor, tenint en compte que la freqüència també canviarà. Les simulacions també han posat de manifest un nou problema relacionat amb la impedància d'entrada que serà resolt i mesurat a la pràctica. Els resultats mostren la direcció de màxima radiació, l'amplada del feix, la polarització i les pèrdues d'entrada. Aquestes mesures es realitzen en el laboratori d'antenes de la NTNU, on s'ha pogut tenir accès a la càmara anecoïca i al Automatic Network Analyzer (ANA-HP 8720c), per a poder realitzar les mesures de diferents paràmetres en l'antena. L'equip de medició es completa amb un Network Analyzer, el Newport Model MM4005 Motion Controller i l'amplificador Hewlett-Packard Model 83017A per a excitar l'antena transmissora. L'antena transmissora consisteix en una antena de bocina piramidal, situada a l'obertura de la càmera. Dins la càmera situem l'antena que estem provant. Per a mesurar els dos plans situem primer l'antena en una posició i en segon lloc realitzem les mesures amb una rotació de 90 graus. Durant les simulacions es va detectar un problema relacionat amb la impedància d'entrada. Durant la construcció aquest problema s'ha analitzat i s'ha resolt. En aquest cas, per a poder conèixer com l'acoblament de la impedància s'ha analitzat una única hèlix. Les modificacions que es realitzen consisteixen en una tira de metall situada a prop del punt d'alimentació. Aquesta tira té una amplada de 70mm i es doblega progressivament al voltant de l'hèlix cilíndrica. Al final queda en posició paral•lela a la base. L'antena mesurada té aproximadament un guany de 20 dB. Aquest valor haurà de ser millorat en el futur si finalment es requereix un marge més ampli. El balanç d'enllaç s'ha realitzat amb un marge ampli, que requeria uns 20 dB. L'antena també ha requerit una adaptació d'impedància amb una tira metàl·lica afegida a prop del punt d'alimentació. El rebuig entre les dues antenes és correcte, per tant no existeixen interferències entre freqüències.

[es] Este proyecto es parte del programa global Student Satellite desarrollado en la NTNU. Está enmarcado dentro del programa CubeSat. El proyecto parte con un trabajo inicial ya realizado sobre el satélite y deberá tomarse como premisa para el diseño de la estación terrestre. En particular el proyecto consiste en el diseño del sistema de antena alocado en la estación terrestre. CubeSat es un programa fundado por la universidad de Stamford que proporciona la oportunidad de trabajar en la construcción de pequeños satélites a estudiantes de diferentes universidades. El satélite ha sido diseñado con una doble configuración. Incluye dos transceptores a las frecuencias de 145 MHz y 437 MHz. El transceptor de 437 MHz se diseñó como payload downlink. Se ha implementado con una antena directiva consistente en un dipolo con un reflector. La antena de 145MHz es casi omnidireccional (también un dipolo). Este estudio trata sobre la antena terrestre que deberá comunicarse con la antena satélite definida. Una parte esencial sobre la planificación del sistema satélite es el cálculo del balance del enlace. Este paso es importante para garantizar una comunicación fiable entre el satélite y la estación terrestre. Este análisis proporciona las consideraciones necesarias que deberán ser tenidas en cuenta en el diseño del sistema de antenas. Se realiza el balance del enlace para especificar las pérdidas y ganancias que existen entre el transmisor y el receptor. Los parámetros que intervienen en el balance son la potencia del transmisor, la ganancia de la antena receptora, las pérdidas en el transmisor y receptor, la altura y forma de la órbita del satélite y el efecto producido por la ionosfera. La ionosfera es la capa de la atmósfera que se extiende desde los 100 km a los 400 km por encima de la superficie terrestre. Esta capa contiene una elevada cantidad de electrones e iones. Uno de sus efectos más importantes es la rotación de Faraday. Las ondas que viajan a través de esta capa se descomponen en dos ondas características con velocidad constante. Pero la velocidad de cada onda es diferente, por tanto las ondas tienen fases diferentes. Este efecto hace que las ondas incidentes cambien su fase. En frecuencias elevadas la rotación polarizada no es muy significativa y puede ser rectificada con ajustes. Pero en frecuencias de VHF y UHF las rotaciones son considerables. La mejor solución es usar un receptor con polarización circular. Esta solución produce una pérdida fija de 3 dB pero asegurará la recepción de la señal a pesar de la remarcable depolarización. Las características de la antena están condicionadas por los parámetros que se han analizado en el cálculo del balance del enlace. Los aspectos más destacados en el diseño del sistema de antena son las frecuencias fijadas por los estudios realizados anteriormente, la mínima ganancia requerida y la polarización de la antena impuesta por la ionosfera. Para obtener la polarización circular se ha decidido utilizar antenas helicoidales. Una antena helicoidal consiste básicamente en un cable en forma de espiral con un plano de tierra adecuado. La antena emite radiación en la dirección del axis de la hélice. El diámetro de la hélice y el espacio entre vueltas de la hélice son parámetros que se definen durante el estudio para poder obtener la frecuencia deseada de la antena. Las frecuencias de las antenas están en bandas de VHF y UHF por tanto las dimensiones de la antena pueden tener una longitud de varios metros. Es deseable que la antena no sea de grandes dimensiones para hacer los estudios y test iniciales. Tener dos antenas trabajando al mismo tiempo a diferentes frecuencias puede producir grandes pérdidas. El objetivo del diseño es trabajar con un único grupo de antenas capaz de trabajar a dos frecuencias a la vez. Cada uno de los arrays se construye con una base plana cuadrada con un lado igual a dos veces λ. El punto de alimentación para una de las hélices se ha determinado a partir de las simulaciones y medidas prácticas. Al montar la hélice en el array se garantiza que todas las hélices tienen el punto de alimentación situados en la misma posición para conseguir mantener la polarización de la antena. La configuración elegida es situar los dos arrays en diagonal de manera que todas las hélices estén a la máxima distancia posible de las otras, para así obtener una menor influencia entre ellas. Al finalizar el diseño inicial se realizan varias simulaciones en ordenador para verificar y redefinir los cálculos iniciales. Las simulaciones son necesarias para verificar que la antena se comporta como se espera. Los resultados obtenidos durante las simulaciones y las conclusiones derivadas se detallan en el capítulo 4 del documento. El software utilizado para la realización de las simulaciones es WIPL-D. Es un programa fácil de usar y potente utilizado para realizar rápidas y precisas simulaciones y diseños de antenas y otros aparatos que emiten ondas electromagnéticas en espacio libre. Tras varias simulaciones se concluye que el diseño deseado es posible y que los parámetros requeridos pueden ser alcanzados. El diseño final consiste en tener dos arrays 2x2 donde el elemento radiante es una antena helicoidal con 9 vueltas. Para poder conservar la polarización todas las hélices deben tener el punto de alimentación en el mismo punto. Las simulaciones han dado resultados correctos que han sido comprobados posteriormente en la práctica. La antena real tiene unas dimensiones elevadas. Por lo tanto se decide construir un prototipo a una escala menor, teniendo en cuenta que la frecuencia también cambiará. Las simulaciones han puesto de manifiesto un nuevo problema relacionado con la impedancia de entrada de la antena. Los resultados muestran la dirección de máxima radiación, el ancho de haz, la polarización y las pérdidas de entrada. Estas medidas se realizan en el laboratorio de antenas de la NTNU, donde se ha podido tener acceso a la cámara anecoica y al Automatic Network Analyzer (ANA-HP 8720c), para poder realizar las mediciones de diferentes parámetros en la antena. El equipo de medición se completa con un Network Analyser, el Newport Model MM4005 Motion Controller y el amplificador Hewlett-Packard Model 83017A para excitar la antena transmisora. La antena transmisora consiste en una antena de bocina piramidal situada en la apertura de la cámara. Dentro de la cámara situamos la antena que está siendo probada. Para medir los dos planos situamos primero la antena en una posición y en segundo lugar realizamos las medidas con una rotación de 90 grados. Durante las simulaciones se puso de manifiesto otro problema relacionado con la impedancia de entrada. Durante la construcción este problema se ha analizado y resuelto. En este caso, para poder conocer cómo el acoplamiento de la impedancia se ha analizado una única hélice. Las modificaciones que se realizan consisten en una tira de metal situada cerca del punto de alimentación. Esta tira tiene un ancho de 70mm y se dobla progresivamente alrededor de la hélice cilíndrica y al final es paralela al plano de base. La antena medida tiene aproximadamente una ganancia de 20 dB. Este valor deberá ser mejorado en futuros estudios si finalmente se requiere un margen más amplio. El balance del enlace se realizó con un margen amplio que requería unos 20dB. La antena también ha requerido realizar la adaptación de impedancia para lo cual se ha utilizado una tira metálica añadida cercana al punto de alimentación. El rechazo entre ambas antenas es correcto, por tanto no existe interferencia entre ambas frecuencias.