Antena de red con reflector(es) conformado(s), altamente reconfigurable en órbita.

Antena (AR) de red con reflector(es), que comprende i) una red (RS) de al menos dos fuentes

(Si), en la que una fuente (S1) se denomina central, dispuestas y situadas de manera que emitan y/o reciban unos haces (Fi) de ondas electromagnéticas en unas direcciones elegidas, ii) unos medios (MFF) de formación de haces dispuestos para controlar la amplitud y la fase de cada una de dichas fuentes (Si) por medio de leyes de amplitud/fase aplicadas sobre sus accesos y para asegurar un nivel de amplificación apropiado, con el fin de que cada fuente (Si) emita un diagrama de radiación elegido, que constituye un haz (Fi) y que comprende un lóbulo principal, destinado a cubrir una zona (Zi) elegida, y iii) al menos un reflector (RC) provisto de una superficie (SU) apropiada para reflejar los haces (Fi) proporcionados por dichas fuentes (Si) y/o destinados a dichas fuentes (Si), caracterizada porque:

- dicha superficie (SU) está conformada de manera tridimensional, que se presenta en la forma de huecos y de resaltes colocados en unos sitios elegidos de dicha superficie (SU) de manera que refleje el haz (Fi) proporcionado por cada fuente (Si) extendiendo su energía de manera que cubra la zona (Zi) asociada elegida, que el lóbulo principal del diagrama de radiación asociado a dicha fuente (S1) central defina una cobertura (CP) denominada primaria que engloba integralmente cada zona (ZCj) de cobertura activa de la antena (AR), de forma y dimensiones elegidas, y que el lóbulo principal del diagrama de radiación asociado a cada fuente no central recubra al menos parcialmente la cobertura (CP) primaria, y

- dichos medios de formación de haces están dispuestos para aplicar a los accesos de la red de fuentes (Si) una ley de amplitud y/o de fase elegida de manera que la combinación de los haces (Fi) proporcionados por dichas fuentes (Si) defina cada una de dichas zonas (ZCj) de cobertura activa.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/FR2006/050708.

Solicitante: THALES.

Nacionalidad solicitante: Francia.

Dirección: 45 RUE DE VILLIERS 92200 NEUILLY SUR SEINE FRANCIA.

Inventor/es: MAUREL, JACQUES, LEVEQUE, MICHEL, VOURCH,ERIC.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > ANTENAS (elementos radiantes o antenas para calentamiento... > Sistemas o redes de antenas (disposiciones para cambiar... > H01Q21/06 (Redes de unidades de antenas, de la misma polarización, excitadas individualmente y espaciadas entre ellas)
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > ANTENAS (elementos radiantes o antenas para calentamiento... > Dispositivos para la reflexión, refracción, difracción... > H01Q15/16 (curvadas según dos dimensiones, p. ej. paraboloidal)
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > ANTENAS (elementos radiantes o antenas para calentamiento... > Combinaciones de elementos activos primarios de antenas... > H01Q19/17 (la fuente radiante primaria comprende varios elementos radiantes (H01Q 19/15, H01Q 25/00 tienen prioridad))

PDF original: ES-2533262_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Antena de red con reflector(es) conformado(s), altamente reconfigurable en órbita

La invención se refiere a las antenas de redes con reflector(es), embarcadas en unos satélites y destinadas a transmitir y/o recibir unos haces de ondas electromagnéticas.

Se entiende en este caso por "antena de red con reflector(es)" una antena compuesta de un conjunto de fuentes (o elementos radiantes), que definen una red, y de uno o varios reflectores.

Las antenas de redes con reflector(es) antes citadas son particularmente interesantes debido a que permiten formar y posicionar uno o varios haces radiantes hacia una o varias coberturas dadas. Esta formación de haces se realiza mediante el control de la amplitud y/o de la fase en las fuentes.

La capacidad de modificar la posición y la forma de las coberturas en órbita (doblemente reconfigurable) es particularmente interesante principalmente para tener en cuenta la evolución del tráfico, para tomar el relevo de un satélite averiado, o en caso de cambio de posición sobre el arco orbital con conservación del balance del enlace sobre una zona dada. Con el fin de permitir que sea doblemente reconfigurable, las tres soluciones presentadas en el presente documento a continuación son las más frecuentemente utilizadas.

Una primera solución consiste en utilizar una antena de red activa de radiación directa (o DRA), es decir desprovista de reflector. Este tipo de antena de red ofrece una muy buena capacidad de ser doblemente reconfigurable, pero necesita un gran número de controles lo que convierte frecuentemente en prohibitivo su coste y su peso. Además, en la emisión, el reducido rendimiento del amplificador que está asociado a cada uno de los controles de la DRA induce una disipación frecuentemente insalvable.

Una segunda solución consiste en utilizar una red de fuentes en el plano focal o en la proximidad del plano focal de un reflector parabólico no conformado (o FAFR). Esta solución se describe principalmente en el documento de patente US 4.965.587. Con el fin de cubrir una zona dada, la red de fuentes se dimensiona de manera que cada una de las fuentes contribuya a una parte de la cobertura total. La posición de las fuentes está directamente ligada a la zona a cubrir. Se determina de manera geométrica aplicando el principio de reflexión sobre el reflector. Deben optimizarse las leyes de amplitud/fase de los diferentes controles para que se combinen los haces proporcionados por las fuentes dando un diagrama de radiación adaptado a cada zona a cubrir. Si no se desea cubrir más que una de las zonas, previstas inicialmente, no se utiliza más que la parte de la red correspondiente. La dinámica de amplitud aplicada a los elementos radiantes es importante, lo que hace frecuentemente necesario, en la emisión, la utilización de un dispositivo de equilibrado de la potencia entre los amplificadores (denominado MPA).

El hecho de que cada una de las fuentes esté directamente ligada a una parte de la cobertura, por un lado, impone una redundancia en los amplificadores con el fin de evitar la pérdida de esta zona caso de avería parcial y, por otro lado, Induce un número de fuentes (y frecuentemente de controles) directamente ligado al tamaño de la cobertura. La arquitectura de formación de los haces se convierte por tanto en particularmente compleja, induce unas pérdidas suplementarias ligadas a la presencia del MPA e implica un volumen y masa bastante elevados.

Una tercera solución, variante de la segunda, se ha propuesto en el documento de patente US 24/222932. Consiste en colocar una red de fuentes en el plano focal de un reflector cuya superficie reflectante esté conformada de manera que amplíe la zona de cobertura para cada haz que presenta un diagrama de radiación "plano" en el lóbulo principal proporcionado por la fuente elemental. El principio continúa siendo el mismo que el descrito en el presente documento anteriormente, no haciendo cada fuente más que contribuir a una parte de la cobertura. Debido a la ampliación de los haces elementales introducida por la conformación del reflector, puede por tanto reducirse el número de fuentes necesarias en el muestreo de la cobertura, lo que permite disminuir el número de los controles de la antena.

Ninguna solución conocida aporta una satisfacción completa en términos de coste y/o de peso y/o de simplicidad de los controles y/o de capacidad de ser reconfigurable en órbita, la invención tiene por tanto por objetivo mejorar la situación.

Propone con este fin una antena de red con reflector(es) que comprende i) una red de al menos dos fuentes, en la que una fuente se denomina central, dispuestas y situadas de manera que emitan (o reciban) unos haces de ondas electromagnéticas en unas direcciones elegidas, ¡i) unos medios de formación de haces que permitan controlar la amplitud y la fase de cada una de las fuentes por medio de leyes de amplitud/fase aplicadas sobre sus accesos y de asegurar un nivel de amplificación apropiado, con el fin de que cada fuente emita un diagrama de radiación elegido (que constituye un haz y que comprende un lóbulo principal) destinado a cubrir una zona elegida, y iii) uno o varios reflectores encargados de reflejar los haces proporcionados por las fuentes (o en dirección de estas fuentes).

Esta antena de red con reflector(es) se caracteriza por el hecho de que:

- la superficie de uno al menos de sus reflectores está conformada de manera tridimensional (3D) de manera que refleje el haz que se le proporciona por cada fuente extendiendo su energía con el fin de que cubra la zona

asociada elegida, que el lóbulo principal del diagrama de radiación asociado a la fuente central defina una cobertura denominada primaria que engloba integralmente cada zona de cobertura activa de la antena, de forma y dimensiones elegidas, y que el lóbulo principal del diagrama de radiación asociado a cada fuente no central recubra al menos parcialmente la cobertura primaria, y

- sus medios de formación de haces están encargados de aplicar a los accesos de la red de fuentes una ley de amplitud y/o de fase elegida de manera que la combinación de los haces proporcionados por las fuentes de la red defina cada una de unas zonas de cobertura activa de la antena.

La antena de red con reflector(es) según la invención puede comprender otras características que se pueden tomar separadamente o en combinación, y principalmente:

- sus fuentes se pueden situar o bien en el plano focal del reflector, o bien fuera de éste, en cualquier forma delante del reflector;

- las fuentes pueden estar constituidas por un elemento radiante de no importa qué tipo (por ejemplo de corneta circular o rectangular, elemento impreso (o "patch"), ranura o hélice) que funcione en emisión y/o en recepción y en no Importa qué polarización;

- la superficie de uno de sus reflectores presenta preferentemente una forma general de tipo paraboloide conformada de manera tridimensional;

- uno al menos de su reflectores puede comprender un mecanismo de apuntado encargado de modificar la posición del lóbulo principal asociado a la fuente central de la red.

Surgirán otras características y ventajas de la invención con el examen de la descripción detallada a continuación, y de los dibujos adjuntos, en los que:

- la figura 1 ilustra de manera muy esquemática y funcional un ejemplo de realización de una antena de red con reflector(es) según la Invención, y

- la figura 2 ilustra de manera esquemática el principio de formación de zonas de cobertura activa por medio de una antena de red con reflector(es) según el presente inventor.

Los dibujos adjuntos podrían servir no solamente para completar la invención, sino también contribuir a su definición, llegado... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Antena (AR) de red con reflector(es), que comprende i) una red (RS) de al menos dos fuentes (Si), en la que una fuente (S1) se denomina central, dispuestas y situadas de manera que emitan y/o reciban unos haces (Fi) de ondas electromagnéticas en unas direcciones elegidas, ii) unos medios (MFF) de formación de haces dispuestos para controlar la amplitud y la fase de cada una de dichas fuentes (Si) por medio de leyes de amplitud/fase aplicadas sobre sus accesos y para asegurar un nivel de amplificación apropiado, con el fin de que cada fuente (Si) emita un diagrama de radiación elegido, que constituye un haz (Fi) y que comprende un lóbulo principal, destinado a cubrir una zona (Zi) elegida, y iii) al menos un reflector (RC) provisto de una superficie (SU) apropiada para reflejar los haces (Fi) proporcionados por dichas fuentes (Si) y/o destinados a dichas fuentes (Si), caracterizada porque:

- dicha superficie (SU) está conformada de manera tridimensional, que se presenta en la forma de huecos y de resaltes colocados en unos sitios elegidos de dicha superficie (SU) de manera que refleje el haz (Fi) proporcionado por cada fuente (Si) extendiendo su energía de manera que cubra la zona (Zi) asociada elegida, que el lóbulo principal del diagrama de radiación asociado a dicha fuente (S1) central defina una cobertura (CP) denominada primaria que engloba integralmente cada zona (ZCj) de cobertura activa de la antena (AR), de forma y dimensiones elegidas, y que el lóbulo principal del diagrama de radiación asociado a cada fuente no central recubra al menos parcialmente la cobertura (CP) primaria, y

- dichos medios de formación de haces están dispuestos para aplicar a los accesos de la red de fuentes (Si) una ley de amplitud y/o de fase elegida de manera que la combinación de los haces (Fi) proporcionados por dichas fuentes (Si) defina cada una de dichas zonas (ZCj) de cobertura activa.

2. Antena de red con reflector(es) según la reivindicación 1, caracterizada porque dicha cobertura (CP) primaria engloba integralmente al menos una zona (ZCj) de cobertura activa.

3. Antena de red con reflector(es) según una de las reivindicaciones 1 y 2, caracterizada porque dicha cobertura (CP) primaria engloba integralmente al menos dos zonas (ZCj) de cobertura activa.

4. Antena de red con reflector(es) según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque dichas fuentes (Si) se sitúan en un plano focal de uno de dichos reflectores (RC).

5. Antena de red con reflector(es) según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque dichas fuentes (Si) se sitúan fuera un plano focal de uno de dichos reflectores (RC).

6. Antena de red con reflector(es) según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada porque dicha superficie (SU) de dicho reflector (RC) presenta una forma general de tipo paraboloide conformada de manera tridimensional.

7. Antena de red con reflector(es) según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada porque uno al menos de dichos reflectores comprende un mecanismo de apuntado dispuesto para modificar la posición del lóbulo principal asociado a dicha fuente (S1) central de la red (RS).

8. Antena de red con reflector(es) según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizada porque cada una de dichas fuentes (Si) está constituida por un elemento radiante elegido en un grupo que comprende al menos un corneta circular o rectangular, un elemento impreso, una ranura o una hélice.