Un chip CMOS con una configuración integrada de híbrido cuadratura de tipo de conmutación y 4 aralga, montada en una matriz RX de 64 fases para formar un receptor de matriz en fase de 256 elementos (4 matrices/chip × 64). Crédito: Atsushi Shirane/Institute of Science Tokyo, Japón
El mundo se está moviendo constantemente hacia una conectividad global perfecta a través de las constelaciones satelitales. Pequeños satélites, que aumentan de 10 a 100 kgs, mejoran aún más la conectividad con su flexibilidad y escalabilidad. Pero la aplicación de satélites pequeños a menudo enfrenta un desafío significativo en su capacidad para aceptar vigas de comunicación.
Los satélites se comunican utilizando vigas de comunicación, que son ondas electromagnéticas. En algunas ondas, el campo eléctrico gira en espiral, y estas ondas se llaman vigas circularmente polarizadas.
Basado en la dirección de la rotación, las vigas pueden estar en polarización circular de la mano derecha (RHCP) o en la polarización circular de la izquierda (LHCP). Los satélites pequeños que pesan en los 10s de kgs solo pueden manejar vigas de polarización única, mientras que los satélites más voluminosos a menudo requieren una mayor potencia para manejar ambas vigas polarizadas.
Impulsado por esta necesidad, un equipo dirigido por el profesor asociado Atsushi Shirane en el Instituto de Tecnología de Tokio, que se integró en el Instituto de Ciencias, en Tokio, Japón, ha desarrollado con éxito un nuevo chip inalámbrico de banda KA para las sistemas de comunicación de pequeños satélites que pueden controlar de forma independiente las dos vigas polarizadas circulares, una propiedad que era inaccesible para las tecnologías convencionales.
La investigación se llevó a cabo en colaboración con Axelspace, Japón, y los hallazgos se presentaron en la Conferencia IEEE International Solid-State Circuits (ISSCC 2025), celebrada del 16 al 20 de febrero de 2025, en el Marquis de San Francisco Marriott en California.
“Los receptores de comunicación satelital convencional a menudo luchan por manejar las vigas RHCP y LHCP de forma independiente”, explica el Dr. Shirane. “Para superar esto, diseñamos un híbrido cuadratura de tipo Switch dentro de un chip inalámbrico que puede recoger señales de mano izquierda y polarizada circularmente de mano derecha”.
Los pequeños satélites tradicionales se limitan a una sola polarización. Esta nueva tecnología les permite usar doble polarización, duplicar efectivamente su capacidad de comunicación y mejorar el rendimiento en áreas remotas. Crédito: Atsushi Shirane/Institute of Science Tokyo, Japón
Un cuadratura-híbrido es un circuito especial que divide una señal en dos partes, con una parte retrasada ligeramente para crear una diferencia de fase de 90 grados. Rompe una señal polarizada circularmente en dos señales rectas y permite que el chip las compare. Esto ayuda a determinar si la señal giraba hacia la izquierda o hacia la derecha y, por lo tanto, le permite reconocer ambos tipos de polarización utilizados en la comunicación por satélite.
La capacidad de dirigir de forma independiente ambos tipos de vigas polarizadas circularmente permite una mayor flexibilidad de comunicación, lo cual es un requisito crítico para las redes satelitales, especialmente a medida que la demanda aumenta el acceso de banda ancha en áreas desatendidas y remotas. Además, esta innovación también duplicó la cantidad de vigas controlables que el satélite podría manejar, mejorando significativamente la capacidad del sistema.
Un beneficio notable es que el chip se ha fabricado utilizando el óxido de metal complementario ampliamente adoptado (CMOS), que es una tecnología de baja potencia, rápida y compacta utilizada para construir circuitos integrados. Esto se suma a la rentabilidad y la escalabilidad del receptor, que es crucial para las implementaciones del mundo real.
“Nuestro chip receptor funciona en frecuencia de banda KA, conocida por su transferencia de datos de alta velocidad”, enfatiza el Dr. Shirane. “De hecho, es la misma banda de frecuencia aprovechada por redes satelitales de vanguardia como SpaceX’s StarLink”.
Para verificar su rendimiento, el chip del receptor se probó dentro de un dispositivo de comunicación prototipo montado en satélite y se sometió a mediciones por aire. Esto confirmó el rendimiento del chip en el manejo de vigas de polarización circulares mientras mantenía los requisitos fundamentales para los sistemas de comunicación por satélite.
La tecnología es un salto fundamental para la conectividad global y se espera que tenga un profundo impacto en la infraestructura de comunicación por satélite. Otros desarrollos podrían permitir conexiones más amplias de alta velocidad, ofreciendo cobertura en vastas áreas geográficas que anteriormente eran inalcanzables.
En un mundo cada vez más conectado, esta innovación marca un nuevo capítulo para la comunicación basada en satélite, uno que promete dividir las divisiones digitales y hacer que la comunicación global sea eficiente, asequible y accesible para todos.
Más información: Sena Kato et al, 11.1 Un receptor de matriz de calificación CMOS KA de banda KA de 256 elementos utilizando una arquitectura de primer hibrido de tipo cuadratura de interruptores para constelaciones satelitales pequeñas, 2025 Conferencia IEEE International Solid-State Circuits (ISSCC) (2025). Doi: 10.1109/ISSCC49661.2025.10904607
Proporcionado por el Instituto de Ciencias Tokio
Cita: Dar a los satélites pequeños un impacto mayor con un chip inalámbrico avanzado (2025, 13 de mayo) recuperado el 13 de mayo de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-05-small-satellites-bigger-impact-advanced.html
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