El Auge de los Amplificadores de Estado Sólido de Banda Ka (SSPAs) en la Tecnología de Telepuertos

Durante años, los amplificadores de estado sólido de banda Ka (SSPAs) se usaban raramente para la transmisión de datos a alta velocidad. Al no poder ofrecer el tipo de fiabilidad o rentabilidad que los radiodifusores necesitaban, los profesionales los pasaban por alto en favor de los amplificadores de tubo de ondas viajeras (TWTAs) para la mayoría de las aplicaciones.

En 2024, la situación se ha invertido. Las capacidades modernas de los SSPAs de banda Ka son casi irreconocibles en comparación con sus homólogos de décadas anteriores. Titánes del sector como SpaceX (Starlink), Amazon (Project Kuiper) y Telesat (Project Light Speed) han hecho de la banda Ka un pilar central de su cobertura global de Internet y operaciones de comunicación por satélite, y gran parte de esta capacidad se debe a la tecnología SSPA.

¿Qué ha cambiado? En pocas palabras: la mitigación del clima y la tecnología. Tradicionalmente, el talón de Aquiles de la transmisión en banda Ka era la sensibilidad a la lluvia y otras condiciones atmosféricas, lo que representaba una vulnerabilidad para la frecuencia. Con una serie de avances tecnológicos ahora disponibles, esta debilidad ha desaparecido en gran medida.

La resistencia a la atenuación por lluvia era la salvación de las frecuencias de banda C y Ku. Ahora, con nuevos esquemas de modulación y mejoras en toda la cadena de RF, las fortalezas de los sistemas de banda Ka brillan con luz propia.

Los amplificadores de estado sólido de banda Ka (SSPA) superan la tecnología TWTA en casi todos los aspectos, incluyendo:

1. Fiabilidad
2. Eficiencia energética
3. Tamaño y peso
4. Linealidad y pureza espectral
5. Gestión térmica
6. Encendido/Apagado instantáneo
7. Costo de vida útil

A pesar de su dominio técnico, la tecnología SSPA sigue esperando su oportunidad, mientras muchos optan por mantener sus sistemas heredados. Es comprensible que sea difícil dejar atrás viejos hábitos en la SatCom, donde cualquier riesgo para la consistencia de la señal es crítico y los costos iniciales para una nueva infraestructura a veces son difíciles de justificar.

En una industria donde maximizar las tasas de transmisión de datos y la eficiencia al menor costo es la clave, la lenta adopción de los BUCs de banda Ka podría resultar ser la opción más arriesgada.

Por qué el problema de la lluvia ha disminuido para la banda Ka.  

Las frecuencias de banda Ka (28.5 a 31 GHz) se ven significativamente afectadas por la lluvia y otras condiciones atmosféricas, un fenómeno comúnmente conocido como “atenuación por lluvia”. Esto puede causar atenuación y degradación de la señal durante lluvias intensas, lo que se traduce en una disminución de la potencia de la señal, reducción de las tasas de datos, e incluso una pérdida temporal de la señal.

Las bandas C y Ku que utilizan TWTAs han sido tradicionalmente preferidas en regiones con alta pluviosidad en todo el mundo debido a su mayor potencia de salida, lo que les permite superar parte de la atenuación de la señal, aunque a costa de la eficiencia y del tamaño en comparación con los SSPAs.

En los últimos años, se ha visto una proliferación de técnicas de mitigación para proteger las configuraciones de banda Ka de la amenaza de la atenuación por lluvia, proporcionando resiliencia en la transmisión en todos menos en los climas más extremos. Estas incluyen:

Modulación y Codificación Adaptativa (MCA)

Esta técnica ajusta dinámicamente el esquema de modulación y la tasa de codificación según las condiciones meteorológicas actuales para mantener una conexión confiable.

Control de Potencia

Aumentar la potencia de transmisión durante lluvias intensas puede ayudar a compensar la pérdida de señal.

Técnicas de Diversidad

El uso de múltiples antenas o sitios (diversidad espacial) puede proporcionar rutas alternativas para la señal, reduciendo la probabilidad de una pérdida total de la señal.

Modelos de Predicción Meteorológica

La implementación de modelos de predicción ayuda a anticipar y mitigar el impacto de la atenuación por lluvia.

Enlaces de Respaldo

Establecer enlaces de respaldo en diferentes bandas de frecuencia (por ejemplo, banda Ku o banda C) puede proporcionar mayor resiliencia.

Diferentes técnicas de mitigación pueden ser relevantes para ti según tu infraestructura, condiciones ambientales y requisitos de rendimiento. Una consideración cuidadosa del perfil de riesgo de atenuación por lluvia, y las elecciones adecuadas de mitigación, son fundamentales para los operadores durante la fase de diseño e implementación de los sistemas terrestres de banda Ka.

SSPA de Banda Ka vs. TWTA: Una Comparación Técnica

Con el problema de la atenuación por lluvia en gran medida resuelto y con los SSPAs reduciendo la brecha en términos de potencia de salida, la balanza está inclinándose hacia configuraciones de infraestructura óptimas. Veamos las áreas clave en las que la potencia de estado sólido está enfrentándose al amplificador de tubo de ondas viajeras (TWTA) tradicional.

Fiabilidad

Los SSPAs no tienen partes internas móviles, lo que mejora significativamente su fiabilidad y longevidad. Por lo general, tienen una vida útil operativa más larga y requieren menos mantenimiento que los TWTAs y sus tubos electrónicos.

El rendimiento de los tubos puede degradarse con el tiempo, lo que lleva a mayores necesidades de mantenimiento y una vida útil más corta para tu equipo.

Eficiencia energética

En general, los SSPAs son más eficientes energéticamente que los TWTAs. Convierten más potencia de entrada en potencia de salida de RF, lo que resulta en un menor consumo de energía y menores costos operativos. Los TWTAs son menos eficientes, demandan más energía y pierden una parte significativa de su potencia de entrada en forma de calor.

Esto tiene importantes implicaciones para tus costos, ya que los TWTAs se convierten en un costo operativo más caro a lo largo del tiempo.

También es más costoso para el planeta. Un mayor uso de energía significa una mayor huella de carbono y mayores costos. Los SSPAs podrían convertirse en un paso cada vez más importante hacia operaciones sostenibles.

Tamaño y peso

Los SSPAs son típicamente más pequeños y ligeros, lo que los hace más fáciles de integrar en varios sistemas. Son ideales para aplicaciones donde el espacio y el peso son consideraciones críticas, como en telepuertos y unidades de comunicación móvil.

Los TWTAs son generalmente más voluminosos y pesados, lo que puede ser una desventaja en aplicaciones con limitaciones de espacio. En general, puedes esperar que tu sistema SSPA ocupe menos espacio que un amplificador basado en tubos.

Linealidad y pureza espectral

A frecuencias altas como la banda Ka, incluso pequeñas no linealidades pueden distorsionar significativamente tu señal, lo que puede llevar a errores, corrupción de datos y reducción de la integridad de la señal.

Los SSPAs ofrecen mejor linealidad y pureza espectral, lo cual es crucial para una transmisión de señal de buena calidad, especialmente en bandas de alta frecuencia como la banda Ka.

Si bien los TWTAs pueden proporcionar altas salidas de potencia, pueden sufrir problemas de no linealidad que pueden degradar la calidad de la señal.

Al elegir SSPAs, minimizarás la ocurrencia de distorsiones de señal y otros componentes de frecuencia no deseados.

Gestión térmica

Debido a su mayor eficiencia, los SSPAs generan menos calor, simplificando los requisitos de gestión térmica. Esto puede llevar a soluciones de enfriamiento más compactas y menos complejas, lo que probablemente resultará en menores dolores de cabeza de mantenimiento y menores costos operativos. Podrás configurar tus SSPAs de manera densa o específica, permitiendo una mayor gama de soluciones para cumplir con los requisitos de cualquier proyecto.

Los TWTAs producen más calor, lo que requiere sistemas de enfriamiento más robustos y, a menudo, más engorrosos, con impactos adicionales en tus costos de energía, emisiones de carbono y el tamaño de tu equipo.

Encendido/Apagado instantáneo

Los SSPAs se pueden encender y apagar instantáneamente sin periodos de calentamiento o enfriamiento, lo que proporciona una mayor flexibilidad operativa. Podrás apagar tus amplificadores cuando no se usen o apagar algunas unidades si no se requiere la capacidad total, ahorrando energía y dinero.

Los TWTAs generalmente requieren un periodo de calentamiento antes de que puedan operar a plena capacidad y un periodo de enfriamiento después de su uso, por lo que a menudo se operan durante períodos más largos y cuando no se necesitan por completo.

Costo de vida útil

Aunque el costo inicial de los SSPAs de alta potencia podría ser más caro, sus menores requisitos de mantenimiento y mayor vida útil pueden llevar a un menor costo total de propiedad con el tiempo.

En las aplicaciones modernas de comunicación por satélite, la eficiencia, fiabilidad y rendimiento son primordiales, y destacan a los SSPAs como la opción ideal para operaciones con visión de futuro.

Reflexiones finales 

Con la disminución de los riesgos climáticos para los sistemas de banda Ka, esta se está convirtiendo rápidamente en la frecuencia de transmisión de alta capacidad preferida.

La reducción de los riesgos climáticos significa que, dentro de las opciones de banda Ka, los cálculos de costo-beneficio se han inclinado a favor de los SSPAs. Están avanzando rápidamente en una serie de áreas clave de rendimiento, ofreciendo a los operadores una gama de mejoras impresionantes en términos de salida, fiabilidad y sostenibilidad.

En Milexia, entendemos la necesidad constante de equilibrar la fiabilidad con la rentabilidad al desarrollar infraestructura satelital. Está claro que la nueva generación de SSPAs de banda Ka ofrece una flexibilidad sin precedentes, junto con una serie de nuevas eficiencias, para los operadores que miran hacia el futuro.

Como un distribuidor líder de equipos Satcom con valor añadido, conectado a proveedores de renombre mundial, Milexia está en una posición ideal para asesorar sobre el mejor hardware y diseños para operaciones satelitales de alto rendimiento.

Ya sea que estés buscando construir una nueva infraestructura de banda Ka, avanzar desde un sistema heredado, o simplemente mejorar el rendimiento, los SSPAs seguramente jugarán un papel clave.