Sistema de antena de múltiples elementos en fase activa alimentado en el espacio y de peso ligero.

Un sistema de antena basado en el espacio (150) para un satelite, comprendiendo el sistema: un sistema central del sistema de antena basado en el espacio

(150), caracterizado por que el sistema central incluye:

un oscilador local estable (215) configurado para generar una serial de frecuencia de referencia, circuiteria (220) configurada para generar senates de transmision en base, por lo menos en parte, a la serial de frecuencia de referenda,

por lo menos un transceptor de sistema (250) para transmitir la serial de frecuencia de referenda y la serial de transmisión, y para recibir una serial de recepción; y,

multiples nodos de antena activa (300) que forman una porcion de un sistema de antena de multiples elementos en fase activa, en el que cada nodo de antena activa incluye:

por lo menos un transceptor de nodo (325) configurado para recibir la serial de frecuencia de referencia y la serial de transnnisión desde el transceptor de sistema, y para transmitir la serial de recepci6n al transceptor de sistema,

circuiteria de traslación de frecuencia (330) acoplada para recibir la serial de frecuencia de referenda, y para proporcionar traslación de sefiales entre las seriales de transmisión y de recepción para inhibir la interferencia entre las senales de transmision y de recepción,

una seccion de generaciOn de potencia (505), y

circuiteria de control (500) acoplada con el transceptor de nodo y la porci6n de generación de potencia (505), en el que la circuiteria de control (500) esta configurada para procesar o controlar las seriales de transmisión y de recepción, y configurada para por lo menos facilitar el control de la formación de haz y la orientación de haz del sistema de antena basado en el espacio usando, por lo menos en parte, la serial de frecuencia de referenda y, una o ambas de la serial de transmisión y de recepción.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/CA2006/000960.

Solicitante: MacDonald, Dettwiler and Associates Ltd.

Nacionalidad solicitante: Canadá.

Dirección: 13800 Commerce Parkway Richmond British Columbia V6V 2J3 CANADA.

Inventor/es: FOX,PETER ALLEN, JAMES,KENNETH VICTOR.

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... > H01Q21/29 (Combinaciones de unidades de antenas de tipos diferentes que actúan las unas sobre las otras para dar una característica direccional deseada (H01Q 25/00 tiene prioridad))
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > TECNICA DE LAS COMUNICACIONES ELECTRICAS > TRANSMISION > Sistemas de radiotransmisión, es decir, utilizando... > H04B7/185 (Estaciones espaciales o aéreas (H04B 7/204 tiene prioridad))
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > ANTENAS (elementos radiantes o antenas para calentamiento... > Dispositivos para cambiar o hacer variar la orientación... > H01Q3/34 (por medios eléctricos (lentes activas o redes reflectantes H01Q 3/46))

PDF original: ES-2489765_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Sistema de antena de múltiples elementos en fase activa alimentado en el espacio y de peso ligero Referencia cruzada a la solicitud o solicitudes relacionadas

La presente solicitud reivindica el beneficio de la solicitud de Patente Provisional de los Estados Unidos con N° 5 6/689.473, presentada el 9 de junio de 25 (número de expediente del mandatario 34716-82.US).

Antecedentes

Una importante ventaja de las antenas de múltiples elementos en fase es su capacidad de orientar el haz de forma electrónica, eliminando la necesidad de apuntamiento y alineamiento mecánicos. Otro beneficio es que la orientación de haz puede realizarse rápidamente, lo que permite el seguimiento de objetivos que se mueven con rapidez, y el 1 seguimiento de múltiples objetivos. La rápida orientación de haz también facilita las aplicaciones en las que una antena sobre una plataforma en movimiento (por ejemplo, una nave en el mar) ha de mantener contacto con una entidad fija tal como un satélite de comunicaciones o de radiodifusión.

Una aplicación común de las antenas de múltiples elementos en fase se da en la implementación de sistemas de radar, en especial sistemas de radar de abertura sintética.

La detección y determinación de distancias por radio, o radar como comúnmente se conoce, existe desde la Segunda Guerra Mundial y se usa para una amplia diversidad de aplicaciones. Por ejemplo, los radares se usan para seguir la posición de objetos tales como aviones, naves y otros vehículos o supervisar condiciones atmosféricas. Los radares de generación de imágenes se han desarrollado para generar imágenes del terreno o de objetos.

Los sistemas de radar básicos funcionan mediante la transmisión de una señal de radiofrecuencia, habitualmente en forma de un impulso corto en un objetivo. Un sistema de radar básico está limitado tanto en la resolución de determinación de distancia como en la resolución de azimut. Se han desarrollado diversas técnicas para superar las limitaciones de un sistema de radar básico. Por ejemplo, para mejorar la resolución de determinación de distancia, pueden usarse técnicas tales como la compresión de impulsos.

Para mejorar la resolución de azimut sin requerir una antena inadmisiblemente grande, se ha desarrollado la técnica de Radar de Abertura Sintética. Los Radares de Abertura Sintética se usan comúnmente en la actualidad en aplicaciones basadas tanto en el aire como en el espacio (por ejemplo, un avión o satélite).

Los sistemas de radar de Abertura Sintética modernos requieren una flexibilidad operativa al soportar la generación de imágenes a lo largo de un amplio intervalo de resoluciones y anchuras de zona explorada de imagen. Esta 3 flexibilidad operativa requiere el uso de un sistema de antena de múltiples elementos en fase activa.

Los sistemas de múltiples elementos en fase activos para aplicaciones espaciales adolecen de un número de limitaciones, lo que restringe un uso más amplio de los mismos. Las antenas son relativamente grandes, del orden de 1 a 2 metros de longitud, y de 1 a 2 metros de anchura. Preservar la calidad del haz y mantenerla estable requiere que la propia antena sea rígida y que esta esté soportada de manera rígida para mantener la antena plana 35 dentro de las tolerancias requeridas. Esto da como resultado una antena con una masa elevada y requiere armazones de soporte u otros medios mecánicos para proporcionar la rigidez requerida cuando está extendida.

El tamaño de la antena impide en general el lanzamiento de las antenas en su configuración operativa, debido a que esta es demasiado grande para caber dentro del volumen de carga útil disponible del vehículo de lanzamiento. La antena ha de plegarse y estibarse para el lanzamiento, entonces se despliega una vez se encuentra en órbita. Han 4 de diseñarse especialmente unos mecanismos complicados y costosos para desplegar la antena y mantenerla rígida cuando está desplegada. También pueden diseñarse y construirse mecanismos de propósito especial para sujetar de forma segura los paneles de antena mientras que están estibados durante el lanzamiento y asegurar que la antena no se ve dañada por las tensiones en las que se incurre durante el lanzamiento. La elevada masa de la antena hace mucho más difícil la tarea de estibar y desplegar la misma.

Los elementos del conjunto de múltiples elementos en fase activo requieren un conjunto complejo de interconexiones entre la estructura de bus principal y los elementos de antena. Son necesarias conexiones para la alimentación, el control, la supervisión y la distribución de señales de radiofrecuencia tanto para la transmisión como para la recepción. Se requieren unas interconexiones y dispositivos de formación de haz de elevación y azimut complicados. Estas interconexiones aumentan adicionalmente la masa, complejidad y coste globales de la antena. 5 Además, puede hacerse que fas interconexiones conecten las articulaciones entre los paneles de la antena aumentando la complejidad de fabricación y el coste, y reduciendo la fiabilidad global.

La nave espacial RADARSAT-2 es un ejemplo de un Sistema de Radar de Abertura Sintética del estado de la técnica que usa una antena de múltiples elementos en fase activa. La antena en este caso es de 15 metros de longitud y de 1,5 metros de anchura. Esta consiste en dos alas, conteniendo cada una 2 paneles con cada panel de

aproximadamente 3,75 metros de longitud y de 1,5 metros de anchura. Cada panel contiene 4 columnas con cada columna conteniendo 32 módulos de transmisión / recepción, cada uno con un subconjunto asociado con 2 elementos radiantes. Un total de 512 módulos de transmisión y de recepción se usan en la antena. La masa global de la antena es de aproximadamente 785 kg. La estructura de soporte extensible requerida para desplegar los 5 paneles de antena y mantener los mismos en su posición tiene una masa de aproximadamente 12 kg. Los mecanismos que se usan para sujetar la antena mientras que está estibada, y liberar esta entonces para el despliegue, añaden aproximadamente 12 kg adicionales de masa. La masa total requerida por la antena es de aproximadamente 125 kg. Esta gran masa impulsa, a su vez, el diseño de la estructura de bus de nave espacial y los sistemas de control de actitud, lo que da como resultado una nave espacial más grande y más pesada.

La gran masa en el diseño complejo significa que el coste global de diseñar, construir y lanzar esta clase de nave espacial es elevado. Esto restringe el uso de esta tecnología a aplicaciones especializadas y limita el número de naves espaciales que puede lanzarse, reduciendo la frecuencia de observación y limitando las misiones operativas que pueden soportarse.

El documento US-A-4 163 235 se refiere a una antena para señales de radiofrecuencia que incluye dos conjuntos en 15 fase de caras planas y un sistema de plano de tierra entre los mismos en la que las lineas de transmisión unen los planos de antena con paquetes de control electrónico de tal modo que se proporciona un desfase, una amplificación final y un sincronismo apropiados para la retransmisión por uno de los planos de antena en una dirección preseleccionada, y en la que las señales se alimentan en el espacio al plano de antena mediante un sistema de alimentación. Cada uno de los subconjuntos está conectado eléctricamente con un módulo electrónico soportado 2 sobre un plano en tierra por líneas de transmisión. El módulo está conectado por líneas de transmisión equilibradas con los terminales, véase la figura 5 del subconjunto y terminales similares en el otro subconjunto. La fuente de alimentación y la red de condensadores de filtro en el módulo suministran potencia a los diversos elementos.

C. H. Hightower y col. A space-fed phase array... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un sistema de antena basado en el espacio (15) para un satélite, comprendiendo el sistema:

un sistema central del sistema de antena basado en el espacio (15), caracterizado por que el sistema central incluye:

un oscilador local estable (215) configurado para generar una señal de frecuencia de referencia,

circuitería (22) configurada para generar señales de transmisión en base, por lo menos en parte, a la señal de

frecuencia de referencia,

por lo menos un transceptor de sistema (25) para transmitir la señal de frecuencia de referencia y la señal de transmisión, y para recibir una señal de recepción; y,

múltiples nodos de antena activa (3) que forman una porción de un sistema de antena de múltiples elementos en fase activa, en el que cada nodo de antena activa incluye:

por lo menos un transceptor de nodo (325) configurado para recibir la señal de frecuencia de referencia y la señal de transmisión desde el transceptor de sistema, y para transmitir la señal de recepción al transceptor de sistema, circuitería de traslación de frecuencia (33) acoplada para recibir la señal de frecuencia de referencia, y para proporcionar traslación de señales entre las señales de transmisión y de recepción para inhibir la interferencia entre las señales de transmisión y de recepción, una sección de generación de potencia (55), y

circuitería de control (5) acoplada con el transceptor de nodo y la porción de generación de potencia (55), en el que la circuitería de control (5) está configurada para procesar o controlar las señales de transmisión y de recepción, y configurada para por lo menos facilitar el control de la formación de haz y la orientación de haz del sistema de antena basado en el espacio usando, por lo menos en parte, la señal de frecuencia de referencia y, una o ambas de la señal de transmisión y de recepción.

2. El sistema de la reivindicación 1, en el que la circuitería de control emplea señales de sincronismo locales con respecto al nodo, y en el que el sistema de antena basado en el espacio emplea control de fase usando una frecuencia de referencia distribuida.

3. El sistema de la reivindicación 1, que comprende además por lo menos un ala de antena (15, 115) que retiene por lo menos alguno de los nodos de antena activa, y un sistema de compensación de distorsión de antena que incluye:

múltiples objetivos ópticos (715, 72, 725) colocados sobre el ala de antena;

por lo menos un sensor de imagen para ubicar por lo menos alguno de los múltiples objetivos sobre el ala de antena y emitir una señal de imagen; y

un subsistema de compensación de geometría para procesar la señal de imagen de salida y generar una señal de compensación de distorsión.

4. El sistema de la reivindicación 1, que comprende además por lo menos un ala de antena (15, 115) que retiene por lo menos alguno de los nodos de antena activa, en el que el ala de antena incluye una porción de panel radiante en un lado y células solares en un lado contrario, y proporciona tanto un soporte estructural como actúa como una antena.

5. El sistema de la reivindicación 1, que comprende además una circuitería de control de fase de oscilador local estable (36, 365) acoplada con el oscilador local estable para implementar un modo de recepción de barrido del sistema de antena basado en el espacio, en el que la circuitería de control de fase está configurada para ajustar una fase de barrido de señal recibida para apuntar el haz en elevación para recibir señales en un límite de alcance cercano en un comienzo del barrido, y en un límite de alcance lejano en un final del barrido.