Publication: Multi-beam antenna system for haps applications
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Publication date
2011-10
Defense date
2011-10-28
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Los satélites de órbita terrestre baja (LEO-satélites) están encontrando un uso cada vez mayor en servicios de comunicaciones en los últimos años. Teniendo en cuenta sus beneficios, una nueva familia de estaciones está siendo estudiada y desarrollada, las estaciones en plataformas de gran altitud (HAPS). Con menor tiempo de desarrollo y presupuestos más pequeños, pueden cumplir con muchas de las funciones de los satélites. En general, los satélites se encuentran en una órbita que está por encima de la tierra a una distancia de entre 200 y 4000 km. Los HAP son los dirigibles o aviones, que operan en la estratosfera, por lo general a una altura de 17 a 22 km. A esta altitud, se puede mantener una posición cuasi-estacionaria, y puede ofrecer una amplia gama de servicios, principalmente de comunicación y servicios de teledetección. En comparación con los satélites de órbita geoestacionaria (GEO), los satélites LEO-HAPS tienen algunas ventajas importantes tales como una menor distancia al suelo (menos potencia necesaria, antenas más pequeñas ...), menor retardo en el tiempo, disponibilidad de efecto Doppler para la determinación de la posición, menor costo, una mayor flexibilidad, aunque son menos potentes. Durante los últimos años una impresionante cantidad de trabajo ha sido llevado a cabo en el ámbito de los HAPS y los sistemas de telecomunicaciones relacionados con ellos, como se puede comprobar en. Desde el punto de vista de las antenas, modelos de antenas para HAPS se han utilizado en para analizar las prestaciones de un sistema basado en HAPS para comunicaciones inalámbricas. La comunicaciones a través de un HAPS puede proveer servicios de banda ancha ofreciendo soluciones rentables para proporcionar una alternativa viable al cable o los satélites, con el potencial de llegar a los usuarios rurales, urbanos y en movimiento. Los HAPS ofrecen una forma efectiva de explotación del espectro milimétrico mediante el uso de arquitecturas multicelulares. En el UIT-R este tipo de aplicación se estudia y la banda de frecuencias que se asigna se define como 27,5-31,3 GHz. Este documento expone que la viabilidad de estos sistemas depende en gran medida de la capacidad de datos del sistema general, que a su vez esta gobernado por las propiedades de carga de las antenas que sirven a las células en el suelo. Muchos servicios inalámbricos, como GPS y televisión, tienen la necesidad de utilizar polarización circular para alcanzar altos rendimientos. Ya que estos servicios se pueden mejorar mediante el uso de HAPS (dados sus beneficios intrínsecos antes mencionados), un sistema de antenas multi-haz can polarización es un elemento básico a desarrollar para la aplicación de HAPS. Por lo tanto, este documento presenta en la sección 1 posibles sistemas de antenas con las diferentes tecnologías que podrían ser utilizadas en estas aplicaciones. Después, sus inconvenientes y problemas potenciales son identificados y estudiados, las secciones 2 y 3 presentan los dos principales problemas y proponen soluciones para superarlos, incluyendo simulaciones y resultados de mediciones. Además, aunque no se ha considerado dentro de los objetivos iniciales del proyecto, un problema adicional se ha identificado y caracterizado en la sección 4 donde también se proponen soluciones y estas son comprobadas mediante mediciones. Por último, las nuevas posibilidades que se presentan como futuro trabajo y un resumen se recoge en la sección 6. Mención especial debe hacerse a la sección 3.3, donde un esfuerzo adicional se llevo acabo para proponer un método innovador para la optimización de las estructuras polarizador mediante líneas de meandro. ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Satellites using low earth orbit (LEO-satellites) are finding increasing use for new communications services in recent years; based on their benefits a new family of stations is currently being studied and developed, the High Altitude Platform Stations (HAPS). With shorter development time and smaller budgets, they can fulfill many of the functions of their larger counterparts. Generally, satellites are lofted into an orbit which is above the earth from 200 Km to 4000 Km. HAPS are airships or planes, operating in the stratosphere, at altitudes of 17-22 Km typically. At this altitude, they can maintain a quasi-stationary position, and support payloads to deliver a wide range of services, principally communication and remote sensing services. Compared with geostationary orbit (GEO) satellites, LEO-satellites and HAPS have some important advantages such as closer distance to ground (less power needed, smaller antennas…), smaller time delay, the availability of Doppler effect for position determination, lower cost, more flexibility, although less powerful. During last years an impressive quantity of work has been carried out on HAPS and their related telecommunication systems as can be checked in. From the antenna point of view, HAPS antenna models have been used in to analyze the performances of HAPS based wireless telecommunication system. Communications via HAPS will develop broadband capability to deliver cost effective solutions providing a viable alternative to cable and satellite, with the potential to reach rural, urban and travelling users. HAPS offer an effective way of exploiting mm-wave spectrum by supporting multi-cell architectures. In ITU-R this kind of application is studied and the frequency band to be allocated is defined as 27.5-31.3 GHz. It exposes that the viability of such systems is largely determined by the overall system data capacity, which is in turn governed by the properties of the antenna payload that serves the cells on the ground.
Satellites using low earth orbit (LEO-satellites) are finding increasing use for new communications services in recent years; based on their benefits a new family of stations is currently being studied and developed, the High Altitude Platform Stations (HAPS). With shorter development time and smaller budgets, they can fulfill many of the functions of their larger counterparts. Generally, satellites are lofted into an orbit which is above the earth from 200 Km to 4000 Km. HAPS are airships or planes, operating in the stratosphere, at altitudes of 17-22 Km typically. At this altitude, they can maintain a quasi-stationary position, and support payloads to deliver a wide range of services, principally communication and remote sensing services. Compared with geostationary orbit (GEO) satellites, LEO-satellites and HAPS have some important advantages such as closer distance to ground (less power needed, smaller antennas…), smaller time delay, the availability of Doppler effect for position determination, lower cost, more flexibility, although less powerful. During last years an impressive quantity of work has been carried out on HAPS and their related telecommunication systems as can be checked in. From the antenna point of view, HAPS antenna models have been used in to analyze the performances of HAPS based wireless telecommunication system. Communications via HAPS will develop broadband capability to deliver cost effective solutions providing a viable alternative to cable and satellite, with the potential to reach rural, urban and travelling users. HAPS offer an effective way of exploiting mm-wave spectrum by supporting multi-cell architectures. In ITU-R this kind of application is studied and the frequency band to be allocated is defined as 27.5-31.3 GHz. It exposes that the viability of such systems is largely determined by the overall system data capacity, which is in turn governed by the properties of the antenna payload that serves the cells on the ground.
Description
Keywords
Comunicaciones vía satélite, HAPS, Antenas, Satellite technology