Síntesis de diagramas para antenas planas

Introducción

Las antenas planas (o plannar arrays) son un tipo específico de antenas formadas por la unión de una serie de elementos individuales. Una configuración típica de este tipo de antenas es la mostrada en la Ilustración 1: una serie de elementos activos (en este caso los 52 elementos representados en azul) que definirán el comportamiento de la antena y un conjunto de elementos pasivos (los 12 elementos restantes) que pasarán a funcionar en el caso de detectarse algún malfuncionamiento en los elementos activos.

El comportamiento de la antena se establece en base a la configuración individual de cada uno de los elementos activos. Esta configuración individual se realiza asignando una intensidad concreta a cada elemento.

Este tipo de antenas suele usarse principalmente en satélites de telecomunicaciones, desde los que se cubre toda la superficie terrestre bajo la influencia del satélite.

Ilustración 1: Configuración espacial típica antena.

Problemática

Un problema típico en este tipo de sistemas reside en la existencia de interferencias electromagnéticas, bien sea por causas naturales o bien originadas con la intención de degradar el rendimiento del satélite o bien realizar un uso no autorizado del mismo.

Para evitar estas interferencias es necesario modificar el patrón de potencia de la antena, es decir su configuración, para que aísle la zona en la que se origina la interferencia. Este aislamiento consiste en modificar el patrón de potencia de tal manera que atenúe las señales recibidas desde una determinada coordenada. En la Ilustración 2, se muestra como se atenúan la región correspondiente a la región remarcada.

Esta reconfiguración implica el cálculo de los valores de intensidad asociados a todos los elementos de la antena. El cálculo exacto de estos nuevos valores requiere de una carga computacional elevada, con lo que no puede ser realizada directamente por el equipamiento existente en el propio satélite. Por lo tanto, una vez detectada una interferencia el nuevo patrón de potencia se obtiene en tierra (con el consiguiente retraso debido al tiempo requerido) y una vez obtenido se envía al satélite para aislar la región adecuada.

Ilustración 2: Diagrama de potencia con zona de atenuación para aislar interferencia.

Solución planteada

El grupo RNASA-IMEDIR, en colaboración con el grupo de Sistemas Radiantes de la Universidad de Santiago de Compostela, ha propuesto un método alternativo para que la eliminación de la interferencia pueda realizarse directamente desde el propio satélite, con la consiguiente reducción del tiempo requerido para la reconfiguración del mismo.

Para ello se parte de una serie coordenadas que se desean aislar y los patrones de potencia que el satélite ha de emplear para aislar cada una de dichas coordenadas. Una Red de Neuronas Artificiales se emplea para extraer las relaciones entre las coordenadas origen de la interferencia y las diferentes intensidades que han de aplicarse a la antena para conseguir el patrón de potencia aislado.

Una vez extraída esa información, la Red de Neuronas Artificiales será capaz de generar la configuración de cada elemento de la antena necesaria para aislar cualquier origen de interferencias dado.

Resultados

En la tabla 1 se muestran los errores de los valores de intensidad proporcionados por la Red de Neuronas Artificiales con respecto a los valores ideales. El hecho de obtener dos errores para los conjuntos de entrenamiento y validación se debe a que los mejores resultados se han obtenido mediante el empleo de dos redes: una encargada de proporcionar la parte real de la fase y otra encarga de proporcionar la parte imaginaria.

Cabe destacar que obtener un conjunto de intensidades que difiera en menos de un 5% de los valores ideales permite la obtención de diagramas de potencia para la configuración de la antena que cumplen perfectamente con el cometido de aislar la interferencia detectada (ver Ilustración 2).

Tabla 1: Error de los valores obtenidos con respecto a los ideales.

Ilustración 2: Comparación objetivo con resultado obtenido