Cómo dimensionar un enlace descendente UHF de 9600 baudios para un CubeSat de 3U: tutorial completo

La misión

Estás diseñando un cubesat de 3U para una misión de radio amateur de una universidad o una startup. Frecuencia de enlace descendente: 437,5 MHz (UHF amateur). Velocidad de datos: 9600 baudios, BPSK o GMSK. Estación terrestre: una configuración modesta en un patio trasero con un Yagi cruzado sobre un rotor de acimut o elevación, o una estación SatNogs que funciona desde una Raspberry Pi.

¿Se puede cerrar el enlace? ¿Qué margen tiene? ¿Qué ocurre durante una pasada que apenas despeja el horizonte?

Vamos a explicarlo con el rftools Satellite Link Budget Analyzer y su ajuste preestablecido Amateur CubeSat (UHF, AMSAT/SatNogs) incorporado.

El ajuste preestablecido

Carga el preset Amateur CubeSat (UHF, AMSat/SatNogs) y obtendrás:

El satélite emite unos 500 mW desde una pequeña antena con torniquete inclinado, que proporciona un EIRP de −3 dBW (27 dBm). La antena tierra G/T de −12 dB/K es una estación típica de la clase Satnogs: una Yagi cruzada de unos 12 dBi, una pérdida de alimentación de un par de dB y un receptor con una cifra de ruido del sistema de alrededor de 1,5 dB más el ruido del cielo.

La distancia de la trayectoria es el rango de inclinación, no la altitud de la órbita. Un satélite en una órbita de 400 km está a 400 km de distancia solo cuando está directamente sobre su cabeza. A una altitud de 30°, está a 739 km de distancia:

con $R_E$ = 6378 km, $h$ = 400 km y $\theta$ = 30°. Introducir la altitud, en cambio, subestimaría la pérdida de espacio libre en 5,3 dB.

Paso 1: El presupuesto a una altitud de 30°

Haga clic en Ejecutar y la herramienta calculará:

• FSPL = $20\log_{10}(4\pi \cdot 739\,\mathrm{km} \cdot 437\,\mathrm{MHz}/c)$ = 142,6 dB.
• Absorción gaseosa = 0,02 dB. La atenuación de las nubes y la lluvia se aproxima a cero en UHF.
• C/N0 = EIRP + G/T − FSPL − pérdidas + 228,6 = 70,65 dBHz, incluidos 0,3 dB de pérdida de puntería y polarización.
• C/N0 obligatorio = $E_b/N_0 + 10\log_{10}(R_b) = 5 + 10\log_{10}(9600)$ = 44,82 dBHz.
• Margen = 25,8 dB.

Dos advertencias. Los modelos de lluvia y gas de la UIT-R se especifican a partir de 1 GHz, por lo que a 437 MHz la herramienta los extrapola; en ambos casos, las pérdidas son de unas centésimas de dB. Y el único término utilizado en la herramienta para apuntar y polarizar, de 0,3 dB, es pequeño para un cubesat que se tambalea: una pérdida de polarización de 0,5 a 3 dB entre un torniquete inclinado y un Yagi cruzado, según la posición.

Un margen de 25,8 dB es enorme. Los enlaces de aficionados en UHF son generosos porque la velocidad de datos es muy baja: 9600 bit/s solo necesitan 44,8 dBHz.

Paso 2: La geometría del pase

El mismo satélite durante toda una pasada:

Incluso a 5°, el margen del presupuesto de enlace es de 18 dB. Los enlaces UHF de Cubesat no se interrumpen por falta de presupuesto de enlace. Se retiran debido a:

1. Doppler: a 437 MHz, un pase LEO desplaza la portadora hasta aproximadamente ±10 kHz en cuestión de minutos. El receptor debe rastrearlo.
2. Caída de naves espaciales: un cubesat descontrolado barre los nulos de su antena por toda la estación terrestre. Presume un margen de caída de 5 a 10 dB.
3. Ruta múltiple del terreno: las elevaciones bajas provocan reflejos en el suelo que atenúan la señal.
4. Ruido local: el zumbido de la línea eléctrica, las fugas de la televisión por cable y los suministros de conmutación de la caseta pueden elevar la temperatura acústica efectiva entre 10 y 20 dB.

Los 18 dB en el horizonte absorben la mayor parte.

Paso 3: Una estación terrestre más pequeña

Una estación portátil (una antena Arrow portátil de unos 8 dBi que se coloca en un dongle SDR) tiene un G/T G/T más cercano a −22 dB/K. Cambie G/T a −22 dB/K y vuelva a funcionar a 30°:

• La C/N0 disminuye 10 dB hasta los 60,65 dBHz.
• Margen = 15,8 dB.

Sigue siendo cómoda, razón por la cual una estación portátil es un respaldo viable para una misión en fase inicial.

Paso 4: Una velocidad de datos más alta

¿Qué sucede si la carga útil necesita 115 kbit/s para imágenes en lugar de una telemetría de 9600 bit/s? Cambie la velocidad de datos a 115 000:

• C/N0 obligatorio = $5 + 10\log_{10}(115{,}000)$ = 55,61 dBHz.
• Margen a 30° = 15,1 dB.

A 1 Mbit/s, el margen a 30° sigue siendo de 5,7 dB, pero a 5° de elevación, el presupuesto es 7,9 dB peor, lo que deja alrededor de −2,2 dB, por lo que un enlace descendente de 1 Mbit/s solo funciona en la parte más alta de cada pasada. En ese momento, el límite lo suelen fijar los anchos de canal de la asignación amateur, no el presupuesto de enlace.

Paso 5: Montecarlo para la revisión del diseño

Antes de revisar el diseño o solicitar la coordinación de frecuencias de la IARU, ejecute el Montecarlo. Es un modelo de incertidumbre en torno al presupuesto nominal:

• EIRP y G/T: normales, σ = 0,3 dB cada uno.
• Pérdida de señalamiento: exponencial, media de 0,2 dB.
• Tasa de lluvia: logarítmica normal, σ = 0.5, irrelevante en UHF.
• Descoloramiento: |normal|, σ = 0,4 dB.

Para el ajuste preestablecido, los márgenes de p5/p50/p95 son de 24,4/25,3/26,2 dB. El diferencial está por debajo de los 2 dB porque las incertidumbres son pequeñas junto al margen de maniobra, una señal rápida de que el enlace es sólido. No modela la caída ni la trayectoria múltiple, así que mantenga el margen de caída explícito del paso 2.

Guardar el escenario

Cuando hayas explorado las variantes, haz clic en Copiar la URL del escenario y pega el enlace en la documentación de la misión. Los revisores ven exactamente las mismas entradas. Export CSV escribe el presupuesto en una hoja de cálculo tipo AMSAT/IARU para el paquete de revisión del diseño.

Conclusiones para los equipos de Cubesat

1. Introduzca el rango de inclinación, no la altitud. A una elevación de 30° desde una órbita de 400 km, la diferencia es de 5,3 dB.
2. Los enlaces de aficionados en UHF tienen márgenes amplios: alrededor de 26 dB a 30° para 500 mW y 9600 bit/s.
3. Las restricciones de enlace son el Doppler, la caída, la trayectoria múltiple y el ruido local, no el presupuesto del enlace.
4. Una estación portátil portátil puede copiar el satélite, con unos 16 dB de sobra.
5. Las velocidades de datos más altas funcionan para una parte de cada pase. Consulta el presupuesto en la elevación útil más baja.

Actualizado el 2026-09-19. La distancia recorrida por el valor predeterminado era la altitud de la órbita de 400 km; ahora es el rango inclinado de 739 km a una elevación de 30°, y los márgenes superiores cambiaron en consecuencia (los 31,5 dB anteriores eran el valor aéreo). Se aplicó la misma corrección a todos los valores predeterminados de LEO de la herramienta. Abra el analizador presupuestario de Satellite Link →