Diseño de una unidad de conmutación de radiofrecuencia y de adquisición de datos para la antena VIL1

Abstract

A raíz del nuevo plan de la Agencia Espacial Europea (ESA) para externalizar el soporte del segmento terreno, la antena VIL1 de Villafranca del Castillo es cedida al Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial (INTA) para que actualice los equipos y proporcione soporte a las diversas misiones que tiene actualmente la ESA en funcionamiento. Dicha antena ha estado fuera de funcionamiento desde 1995 debido a la obsolescencia de los equipos de RF. El presente proyecto fin de grado parte de las labores llevadas a cabo por el INTA para reacondicionar la antena, durante las cuales se encontraron diversos fallos en varios equipos electrónicos. Se ha realizado un estudio de los diversos equipos afectados para poder diseñar, montar y validar una unidad electrónica que sustituya a los equipos anómalos. Los subsistemas anómalos a los que hacemos referencia son la unidad encargada que controlar y monitorizar los conmutadores de radiofrecuencia, la unidad de adquisición de datos y la unidad encargada de alimentar los amplificadores de bajo ruido, además de los conmutadores RF de guía de onda. Para logar este cometido, se ha realizado un estudio teórico de los diferentes equipos anómalos, analizando y evaluando tanto el funcionamiento de los mismos como las causas de fallo. Tras este estudio, se ha optado por reacondicionar los conmutadores de RF de guía de onda y por el diseño de una única unidad electrónica que englobe todas las funcionalidades de los equipos afectados. Se ha utilizado una metodología de diseño incremental separando cada circuito en módulos separados, realizando una verificación independiente, para al final poderlos unir todos mediante el uso de un microcontrolador, formando así la unidad electrónica. Para la verificación del diseño propuesto se han realizado una serie de simulaciones por ordenador y a continuación, se han implementados los circuitos en placas de prototipado donde se han realizado medidas reales con equipos de laboratorio, validando y caracterizando cada circuito. Tras esta verificación, se ha diseñado e implantado una serie de circuitos impresos formando así la unidad electrónica, la cual ha sido instalada en la antena solventado la problemática encontrada en los equipos anómalos. Finalmente, tras implementar y verificar todo el sistema se han analizado todos los resultados y se han obtenido unas conclusiones que además incluyen unas líneas de trabajo futuras.
Abstract:
Following the new plan of the European Space Agency (ESA) to outsource the ground segment support, the Villafranca del Castillo VIL1 antenna is transferred to the National Institute of Aerospace Technology (INTA) to update the equipment and provide support to the various missions that ESA has currently in operation. This antenna has been out of service since 1995 due to the obsolescence of RF equipment. This bachelor thesis is based on the work carried out by INTA to recondition the antenna, during which various failures were found in various electronic equipment. A study has been carried out on the various affected equipment to be able to design, assemble and validate an electronic unit to replace the anomalous equipment.
The anomalous subsystems to which we refer are the unit in charge of controlling and monitoring the radio frequency switches, the data acquisition unit and the power stage of the low noise amplifiers, in addition to the RF waveguide switches.
To achieve this task, a theoretical study of the different anomalous equipment has been carried out, analyzing and evaluating both their operation and the causes of failure.
Following this study, it was decided to recondition the RF waveguide switches and to design a single electronic unit that encompasses all the functionalities of the affected equipment. An incremental design methodology has been used, separating each circuit into modules, carrying out an independent verification, and finally integrating all sub-systems in an electronic unit based on a microcontroller. To verify the proposed design, a series of computer simulations have been firstly carried out, then the circuits have been implemented in prototyping boards, and finally the prototypes have been validated and characterized. After this verification, a series of printed circuits has been designed and implemented, thus forming the electronic unit, which has been installed in the antenna, solving the problems found in anomalous equipment.
Finally, after implementing and verifying the entire system, all the results have been analysed and some conclusions have been obtained that also include future lines of work.