Los sistemas de microondas en satélites de comunicaciones han de operar en condiciones extremas con altas potencias de radio-frecuencia. Son esenciales para su diseño las simulaciones numéricas, como las realizadas por algunos investigadores de la Universidad Autónoma de Madrid (UAM), que predicen el desarrollo de descargas destructivas y ahorran onerosos ensayos de sus componentes en el laboratorio.
Los satélites de comunicaciones son instrumentos complejos cuyos sistemas y componentes han de superar rigurosos controles y ensayos en el laboratorio. El enorme esfuerzo económico de desarrollo y puesta en órbita ha de recuperarse a lo largo de su vida útil, proporcionando la mayor variedad posible de servicios (televisión, telefonía, internet, etc), con el mayor número posible de canales independientes.
La demanda creciente de servicios obliga a miniaturizar los componentes empleados y aumentar el número de frecuencias operativas. Para dar servicio a zonas mayores de la superficie terrestre, y por tanto a un mayor número de usuarios, la potencia de radio-frecuencia transmitida ha de ser muy grande, con lo que se dan las condiciones ideales para el desarrollo de descargas de ruptura no deseadas: intensos campos eléctricos de microondas en el interior de espacios pequeños, dentro del sistema de comunicaciones del satélite. Se dan circunstancias análogas en otros sistemas complejos que emplean microondas, como los aceleradores de partículas o equipos de procesado de materiales semiconductores.
La respuesta de los sistemas de microondas empleados para comunicar el satélite desde y hacia la superficie terrestre ha de ser óptima, y resulta esencial predecir la posible aparición de descargas destructivas. Las simulaciones numéricas ahorran costosos ensayos de los equipos en el laboratorio y proporcionan a los diseñadores información muy útil sobre las condiciones límites de funcionamiento de los equipos.
Las descargas eléctricas son básicamente un fenómeno de multiplicación de cargas. Los dos procesos fundamentales provocados por las microondas se denominan multipactor y descarga de corona. El primero tiene lugar para presiones de gas muy bajas (típicamente por debajo de 10-5 mBar) cuando electrones, acelerados por el campo eléctrico de la microonda, impactan una superficie (metálica o dieléctrica) produciendo la emisión de un nuevo electrón secundario.
La descarga de multipactor tiene lugar por esta reiterada multiplicación de los electrones secundarios, desempeñando las propiedades de los materiales un papel esencial. La descarga de corona tiene lugar a presiones más elevadas (por encima de 10-2 mBar) por ionización del gas residual que llena el dispositivo, y depende básicamente de las propiedades del mismo. Entre ambos rangos de presión existe una zona de transición donde coexisten ambos mecanismos de multiplicación de cargas, llamado multipactor colisional.
El trabajo publicado en la revista Physical Review E por tres miembros del grupo GHIA, del Departamento de Ingeniería Informática de la UAM, en colaboración con el profesor Luis Conde de la UPM, y David Raboso, de la Agencia Espacial Europea, tiene como objetivo la simulación predictiva de las descargas de multipactor y corona en guías de ondas. En particular, puede utilizarse en el rango de presiones de transición, donde hasta la fecha no existían herramientas de simulación disponibles, y sus resultados para presiones bajas e intermedias han sido validados con datos experimentales publicados en la literatura científica.
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