Nuevas estructuras de microsensores solares de alta precisi´on para el control de actitud de sat ...

246 Pages·2013·13.55 MB·English

Departamento de Ingenier´ıa Electro´nica
Escuela Superior de Ingenieros
Universidad de Sevilla
Nuevas estructuras de microsensores
solares de alta precisio´n para el control
de actitud de sate´lites
Francisco Jose´ Delgado Sesen˜a

Tesis doctoral
Nuevas estructuras de microsensores
solares de alta precisio´n para el control
de actitud de sate´lites
Francisco Jose´ Delgado Sesen˜a
IngenierodeTelecomunicacio´nporlaUniversidaddeSevilla
Presentadaenla
Escuela Superior de Ingenieros
dela
Universidad de Sevilla
paralaobtencio´ndel
T´ıtulo de Doctor Ingeniero de Telecomunicacio´n
Autor
Francisco Jose´ Delgado Sesen˜a
Directores
Dr. Jose´ Manuel Quero Reboul
Dr. Juan de la Cruz Garc´ıa Ortega
Sevilla,Abrilde2013

New structures of high-precision sun
microsensors for satellite attitude control
by
Francisco Jose´ Delgado Sesen˜a
Dissertationpresented inpartialfulfillmentoftherequirementsforthe
degreeof
Doctor in Philosophy
in
Telecommunications Engineering
by
Universidad de Sevilla
Directors
Professor Jose´ Manuel Quero Reboul, PhD.
Professor Juan de la Cruz Garc´ıa Ortega, PhD.
April,2013

7
DedicadaaGuada
8
´
Indice general
AGRADECIMIENTOS 23
RESUMEN 25
ABSTRACT 27
ACRO´NIMOS Y ABREVIATURAS 29
S´IMBOLOS Y UNIDADES. CONSTANTES F´ISICAS 31
1 INTRODUCCIO´N Y OBJETIVOS 33
1.1 Introduccio´n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
1.2 Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
2 ESTADO DEL ARTE 39
2.1 Introduccio´n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
2.2 Estructuratriangular1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
2.3 SemiesferaCIGS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
2.4 Estructuratriangular2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
2.5 4cuadrantes1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
2.6 4cuadrantes2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
2.7 4cuadrantes3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
2.8 Sensorcodificado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
2.9 Sensoresdigitales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
2.10 GrupodeMicrosistemasdelaUS . . . . . . . . . . . . . . . . 54
2.11 Conclusionesdelcap´ıtulo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
9
10 I´NDICEGENERAL
3 SENSOR MULTICELDA 65
3.1 Introduccio´n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
3.2 Disen˜o,modeladoysimulacio´n . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
3.3 Fabricacio´n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
3.4 Resultadosexperimentales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
3.5 Ana´lisisderesultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
3.6 Conclusionesdelcap´ıtulo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
4 SENSOSOL 101
4.1 Introduccio´n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
4.2 Sensor µFineSunSensor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
4.3 4-QuadrantSensor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
4.4 Prototipofinal1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122
4.5 Prototipofinal2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
4.6 Conclusionesdelcap´ıtulo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150
5 SAISOL: SENSOR INTEGRADO 153
5.1 Introduccio´n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154
5.2 Caracterizacio´ndelatecnolog´ıaCMOS . . . . . . . . . . . . 155
5.3 Disen˜ointegrado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177
5.4 Resultadosexperimentales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192
5.5 Trabajosfuturos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194
5.6 Conclusionesdelcap´ıtulo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194
5.7 Comparativa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195
6 SISTEMA DE CALIBRACIO´N 197
6.1 Introduccio´n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198
6.2 Calibrador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198
6.3 Modeladomatema´tico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203
6.4 Procesodecaracterizacio´n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219
6.5 Conclusionesdelcap´ıtulo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225
7 CONCLUSIONES 227
7.1 SensorMulticelda . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228
7.2 SENSOSOL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228
7.3 SAISOL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230
7.4 Sistemadecalibracio´n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231
7.5 L´ıneasabiertasytrabajosfuturosdeinvestigacio´n . . . . . . 232