Estudio y Desarrollo de una Antena en Banda UHF Utilizando la Teoría de Modos Característicos para el CubeSat 6S PoliSpace

Abstract

[ES] El objetivo de este Trabajo Fin de Máster consiste en el estudio y desarrollo de una antena de banda UHF para el CubeSat 6S de PoliSpace utilizando la Teoría de los Modos Característicos. Muchos estudiantes y universidades están actualmente desarrollando y construyendo CubeSats, atraídos por un mercado en crecimiento, costos reducidos y proyectos que permiten poner en práctica los estudios. De ahí nació el proyecto 6S CubeSat, cuyo objetivo es lanzar el primer satélite íntegramente construido y desarrollado por estudiantes del Politécnico de Milano. En la primera sección del presente trabajo se analizarán otros proyectos CubeSat lanzados en Europa, así como los últimos avances en materia de antenas para nanosatélites. A continuación, se expondrá una descripción detallada del sistema de comunicación del 6S CubeSat prestando especial atención a los requisitos y restricciones de la antena, debidas a las dimensiones reducidas del satélite y a la necesidad de alta eficiencia. En el trabajo se presentará, en concreto, el desarrollo de una antena de alta ganancia en banda UHF de 435 ¿ 438 MHz con polarización circular empleando la Teoría de los Modos Característicos. Asimismo, se profundizará en el estudio del sistema de alimentación y se expondrá un estudio comparativo entre la antena presentada es este trabajo, con sus características técnicas, y otras antenas disponibles en el mercado. Para evaluar sus prestaciones se procederá de un análisis de margen de enlace durante la ventana de comunicación con la estación terrena, tomando en cuenta los diferentes diagramas de radiación y posición relativa variable. Por último, se presentará el desarrollo el prototipo del sistema, validando su correcto funcionamiento y midiendo su rendimiento con respecto a las simulaciones.

[EN] The objective of this master¿s thesis consists of the study and development of a UHF band antenna for PoliSpace's CubeSat 6S using the Theory of Characteristic Modes. Many students and universities are now developing and building CubeSats, attracted by a growing market, reduced costs, and projects that give the opportunity to put studies into practice. In this context, the 6S CubeSat project was born to launch the first satellite entirely built and developed by students of the Politecnico di Milano. In the first section of this work, other CubeSat projects launched by European universities as well as the current state of the art in the field of nanosatellite antennas are analyzed. A detailed description of the 6S CubeSat communication system follows, paying special attention to the antenna requirements and restrictions. This paper presents the development of a high gain antenna in the UHF band of 435MHz-438MHz with circular polarization using the Theory of Characteristic Modes. In addition, the study of the feeding system is also deepened and the instrumentation and the plan of measures necessary to validate the system are identified. It follows a comparative study of the technical characteristics of the antenna presented in this paper versus the antennas available in the market. To evaluate its performance, a link margin analysis is performed during the communication window with the ground station, considering the different radiation patterns and the variable relative position. Finally, the development of the prototype of the system is presented, validating its correct functioning, and measuring its performance with respect to the simulations.