Estudio de antena LWA para radioastronomía solar en la banda de UHF de 400 MHz a 800 MHz.

Abstract

La red e-CALLISTO [1] es una cadena de estaciones de observación solar en ondas de radio, repartidas por todo el mundo para poder seguir el Sol 24 horas al día. Forma parte del programa de cooperación internacional de la ONU ISWI (International Space Weather Initiative), cuyo objetivo es el desarrollo del conocimiento científico necesario para entender y predecir la meteorología espacial cercana al planeta Tierra. Este desarrollo incluye la instrumentación, el análisis de datos, modelización, educación, formación de expertos y divulgación. Como parte de la instrumentación básica a ser usada en esta red, están las antenas y los espectrómetros o receptores de las onda de radio. En cuanto a los receptores, el profesor Monstein de la universidad UTH de Zurich diseñó un espectrómetro llamado Callisto (Compound Astronomical Low cost Low frequency Instrument for Spectroscopy and Transportable Observatory) [2], con la idea de que su bajo coste y portabilidad permitiera instalarlos en cualquier país, por pocos recursos que tuviera. En la UPCT disponemos de estos receptores, que han sido usados junto con una antena logoperiódica [3], así como junto con una antena parabólica de 3 metros de diámetro [4], [5]. El recepto CALLISTO puede recibir señales entre 45 MHz y 870 MHz, para realizar medidas espectrográfica con una resolución temporal de 0.25 sec para adquirir 200 canales de frecuencia (800 pixels por segundo). El tiempo de integración por canal es de 1 msec el ancho de banda radiométrico es de 300 KHz, presentando un rango dinámico general de más de 50 dB [2]. En cuanto a las antenas usadas en la red e-CALLISTO, normalmente se trata de antenas logoperiódicas, antenas de alta longitud de onda (long-waveguida antenna) o antenas parabólicas [6]. Estas antenas son capaces de observar en una determinada dirección, proporcionando cierta directividad y ganancia cuando observan el Sol. En este TFG se pretende proponer el uso de un nuevo tipo de antena de tipo leaky-wave (antena de onda de fuga, leaky-wave antenna LWA en inglés), que use la banda de frecuencias del espectrómetro CALLISTO, para recepción de señales radioeléctricas provenientes de las tormentas solares. La nueva antena estará basada en la susodicha tecnología de antenas de onda de fuga o LWA ([7]-[8]), que tienen la propiedad de genarar haces directivos capaces de escanear el espacio angular simplemente mediante barrido de la frecuencia de operación ("frequency-beam scanning"). El grupo de investigación GEAT tiene una amplia experiencia en el diseño de este tipo de antenas, que recientemente están aplicando para localización radioeléctrica usando redes inalámbricas comerciales [9], tales como WiFi [10], Bluetooth [11], Zigbee [12] en la banda de 2.4 Ghz, RFID pasiva [13], [14] o LoRa [15] en la banda de 900 Mhz, así como UWB en la banda de 6 Ghz a 8 GHz y RADARs en ondas milimétricas en la banda de 60 GHz [16]. Estas antenas son usadas con técnicas de procesado de señal tipo RADAR para realizar localización angular de las señales radioeléctricas [17]. De la misma forma, en este TFG se pretende usar un diseño de una LWA sintonizada en la banda de 400 MHz a 800 MHz, para proponer técnicas de frequency-beam scanning para localizar el origen espacial de las señales radioeléctricas provenientes del sol, y potencialmente conseguir algún tipo de imagen radioléctrica de las mismas