Un equipo de investigadores españoles ha desarrollado una nueva tecnología capaz de aumentar la resistencia de los sistemas de comunicación de pequeños satélites en órbita baja, mejorando su capacidad para soportar altas potencias y reduciendo el riesgo de fallos eléctricos durante el lanzamiento espacial.
El avance se centra en filtros de microondas utilizados en comunicaciones espaciales y permite minimizar el denominado efecto corona, una descarga eléctrica que puede deteriorar o incluso inutilizar componentes electrónicos cuando los satélites atraviesan determinadas condiciones de presión durante su ascenso al espacio.
La investigación, publicada en la revista científica IEEE Microwave and Wireless Technology Letters, abre la puerta al desarrollo de dispositivos de comunicación más robustos, seguros y eficientes para futuras misiones espaciales.
El efecto corona es uno de los principales riesgos para los sistemas electrónicos espaciales
Durante el lanzamiento de pequeños satélites en órbita baja, algunos componentes atraviesan fases de despresurización que generan condiciones críticas para los sistemas electrónicos de alta frecuencia.
En esos escenarios, la potencia máxima admisible disminuye considerablemente y puede aparecer el efecto corona, una descarga eléctrica capaz de alterar el funcionamiento de los dispositivos o provocar daños permanentes.
Según explica Stephan Marini, investigador de la Universidad de Alicante, el trabajo “aborda un problema especialmente relevante en aplicaciones espaciales, como el lanzamiento de pequeños satélites en órbita baja”.
El investigador añade que “la despresurización de ciertos componentes obliga a pasar por rangos de presión críticos en los que la potencia máxima admisible se reduce considerablemente y en estas condiciones puede aparecer el efecto corona, una descarga eléctrica muy perjudicial que limita el funcionamiento seguro de los dispositivos y en el peor de los casos, su daño permanente”.
La tecnología redistribuye el campo eléctrico para evitar descargas
La solución propuesta por los investigadores consiste en modificar el diseño de filtros paso banda de microondas que operan a 10,5 GHz mediante pequeñas aperturas estratégicamente situadas en las zonas más sensibles del dispositivo.
“La solución propuesta en el artículo consiste en introducir aperturas en zonas críticas de los filtros para redistribuir el campo eléctrico y minimizar su intensidad máxima”, explica Stephan Marini.
El procedimiento combina simulaciones electromagnéticas avanzadas y modificaciones estructurales en filtros desarrollados con tecnología ESIW (Guía de Onda Vacía Integrada en Sustrato), una plataforma cada vez más utilizada en sistemas compactos de comunicaciones espaciales.
“En primer lugar, se identifican las regiones críticas donde el campo eléctrico alcanza su intensidad máxima mediante simulaciones electromagnéticas”, señala el investigador. Posteriormente, el equipo aplica “una estrategia basada en la introducción de ranuras en las tapas inferior y superior de los filtros ESIW y así modificar la distribución del campo en las zonas más críticas sin comprometer su respuesta eléctrica”.
Las pruebas muestran una mejora significativa frente a diseños convencionales
Los resultados obtenidos muestran que el nuevo diseño incrementa notablemente el umbral de descarga eléctrica respecto a filtros convencionales equivalentes.
“Los resultados muestran un aumento del umbral de la potencia de descarga, con respecto a un filtro paso banda ESIW de referencia, sin ranuras y con las mismas especificaciones eléctricas”, destaca Marini.
Según explica Vicente E. Boria, investigador de la Universidad Politécnica de Valencia y coordinador del trabajo experimental, “los resultados medidos demuestran un aumento del umbral de descarga corona, con mejoras de entre 2 y 3,1 dB respecto al filtro ESIW de referencia, lo cual mejora el estado del arte actual de filtros en tecnología ESIW y contribuye al desarrollo de componentes pasivos de microondas más robustos y eficientes para futuras comunicaciones espaciales”.
Un desarrollo coordinado entre tres universidades españolas
La investigación ha sido desarrollada por especialistas de la Universidad de Alicante, la Universidad Politécnica de Valencia y la Universidad de Castilla-La Mancha.
El equipo de la Universidad de Alicante, integrado en el Grupo de Microondas y Electromagnetismo Computacional Aplicado (GMECA), se encargó del diseño teórico y electromagnético de los componentes.
La Universidad de Castilla-La Mancha asumió la fabricación de los dispositivos, mientras que la Universitat Politècnica de València realizó las pruebas experimentales y el análisis práctico de funcionamiento.
Darío Herraiz, investigador de la Universidad de Castilla-La Mancha, subraya que “nuestra experiencia técnica ha permitido afrontar y resolver con eficacia los distintos retos tecnológicos surgidos a lo largo del proyecto, especialmente aquellos relacionados con la complejidad de los prototipos y las exigencias propias de este tipo de dispositivos de alta frecuencia”.
