Una antena de conjunto de elementos en fase, que puede desplegarse desde un estado retraído hasta un estado desplegado,

que comprende:

un elemento (12) de base que presenta, al menos en parte, una forma de sección transversal poligonal definida por una pluralidad de regiones (12.1 a 12.6) de borde, y

Antena de conjunto de elementos en fase.

La presente invención se refiere a una antena de conjunto de elementos en fase pensada en particular, pero no exclusivamente, para su utilización con satélites de telecomunicaciones.

Técnica anterior

Las estructuras de antena incorporadas en satélites de telecomunicaciones incluyen normalmente reflectores rígidos, de hasta 2,5 metros de diámetro aproximadamente, o estructuras más complejas, por ejemplo reflectores desplegables de malla metálica de una longitud de hasta 9 metros. El conjunto de elementos puede funcionar solamente como una antena de sólo transmisión, de sólo recepción o como una antena combinada de transmisión/recepción.

Las antenas de conjunto de elementos en fase son, por lo general, estructuras estacionarias y compactas para la dirección flexible de energía electromagnética para antenas de telecomunicaciones y radares multihaz de seguimiento de reacción rápida. Son mecánicamente estáticas pero pueden reconfigurarse electrónicamente para transmitir o recibir señales a través de una región de cobertura definida. Por ejemplo, los terminales de satélite terrestres utilizan conjuntos de elementos en fase para realizar seguimientos y comunicarse con satélites en una órbita terrestre baja, y antenas de conjunto de elementos en fase con placas planas se utilizan para la recepción de emisiones televisivas por satélite directas a los hogares.

Las antenas de conjunto de elementos en fase se utilizan como una alternativa a las antenas de reflector convencionales incorporadas en artefactos espaciales de comunicaciones. Algunos ejemplos son el satélite militar Boeing Gapfiller, que utiliza distintos conjuntos fijos (no desplegables) de elementos de banda X para la recepción y la transmisión (http://www.boeing.com/defense-space/space/bss/factsheets/702/wgs/wgsfactsheet.html), y el satélite comercial Boeing Spaceway que utiliza conjuntos de elementos en fase de banda Ka (http://www.boeing.com/ids/allsystemsgo /issues/voll/num3/story0 6.html). Estas antenas tienen una apertura relativamente pequeña y son estructuras fijas.

La patente estadounidense 6.505.381 muestra un mecanismo de articulación de acción compleja que actúa entre dos paneles que pueden ser paneles de un conjunto de elementos de antena.

Resumen de la invención

En al menos una realización preferida, un sistema de antena planar desplegable de conjunto de elementos en fase para un satélite de telecomunicaciones tiene un diseño de gran apertura y se despliega después de que el satélite esté en órbita en el espacio. La mayor apertura facilita la generación de haces puntuales de menor diámetro sobre la superficie terrestre, permitiendo aumentar la capacidad del sistema a través de órdenes superiores de reutilización de frecuencias. El menor tamaño de haz también se corresponde con un aumento en la EIRP (potencia radiada isotrópica efectiva, Effective Isotropic Radiated Power) de transmisión del satélite y en la sensibilidad de recepción permitiendo el funcionamiento con terminales pequeños, de baja potencia y menor coste.

La presente invención proporciona en un primer aspecto una antena de conjunto de elementos en fase que puede desplegarse desde un estado retraído hasta un estado desplegado, que comprende un elemento de base que presenta, al menos en parte, una forma de sección transversal poligonal definida por una pluralidad de regiones de borde, y una pluralidad de paneles de antena, estando conectado cada panel de antena, mediante un medio de articulación respectivo, a una región respectiva de dichas regiones de borde de dicho elemento de base de manera que, en dicho estado retraído, dos o más de los paneles de antena están apilados unos encima de otros en el elemento de base, y siendo los medios de articulación de tal manera que los paneles de antena rotan secuencialmente uno después de otro, alrededor de un único punto de pivote para cada medio de articulación respectivo, desde la pila hasta una posición en la que cada panel es adyacente a una región de borde de base respectiva para proporcionar dicho estado desplegado en el que la antena de conjunto de elementos en fase proporciona un área extendida.

La superficie superior del elemento de base proporciona preferentemente un panel de antena adicional. Con el fin de que la antena funcione correctamente, los paneles y el elemento de base pueden presentar preferentemente una superficie plana bidimensional, ya que de lo contrario pueden producirse incrementos de fase no deseados entre los elementos de radiación. Las superficies superiores de los paneles pueden estar alineadas con la superficie superior del elemento de base en el estado desplegado; sin embargo, pequeños desniveles o discontinuidades pueden corregirse mediante un procesamiento de señal.

La forma de la sección transversal poligonal puede tener cualquier forma, pero es preferentemente regular. Puede ser triangular, rectangular, pentagonal, etc., pero en una forma preferida, a partir de consideraciones eléctricas de diseño de antena, es hexagonal, con seis lados. Los paneles de antena pueden presentar la misma sección transversal que el elemento de base, y están apilados encima del elemento de base para presentar una sección transversal uniforme en una dirección longitudinal. Esto es particularmente deseable cuando la antena forma parte de un satélite de telecomunicaciones que debe lanzarse a través de la atmósfera terrestre. Sin embargo, los paneles pueden presentar secciones transversales diferentes si fuera necesario. En una forma preferida, los bordes exteriores de cada panel presentan una forma almenada, de manera que los subconjuntos de elementos de radiación pueden presentar una configuración óptima.

Según se prefiera, los paneles están conformados y dimensionados de manera que en el estado desplegado, los bordes del panel son contiguos a la región de borde de base respectiva. Esto permite la continuidad eléctrica de la antena y permite establecer conexiones eléctricas a través de los bordes. Los bordes de cada panel que se extienden desde la región de borde de base pueden estar situados a continuación del borde correspondiente de un panel adyacente; de esta manera, el área de la antena, cuando está desplegada, es cerrada.

En una construcción alternativa puede proporcionarse un conjunto adicional de paneles de antena, estando articulado cada panel de antena adicional a uno de los primeros paneles de antena mencionados anteriormente, de manera que cuando los paneles de antena se despliegan desde el estado retraído, en primer lugar un primer panel de antena se mueve hasta la posición desplegada y, posteriormente, el panel de antena adicional pivota desde una posición situada encima del primer panel hasta una posición desplegada. De esta manera puede proporcionarse una antena con un área muy grande.

En la posición desplegada, la antena proporciona preferentemente un área cerrada aproximadamente circular, de manera que la antena proporciona una apertura óptimamente grande.

En una manera preferida de articular los primeros paneles de antena, cada panel de antena está acoplado al elemento de base mediante un medio de articulación que presenta un punto de pivote que está situado con respecto a la posición del panel de antena en la pila retraída de elementos de antena, de manera que el panel de antena durante la rotación de la articulación hasta el estado desplegado, realiza una rotación de 180º y un movimiento de traslación hasta el plano en la parte superior del elemento de base en la posición totalmente desplegada.

La articulación es preferentemente de una construcción "embutida", con una estructura de soporte que se extiende desde el punto de pivote a través del lado inferior del elemento de panel; de esta manera no interfiere con las características eléctricas de la antena. El pivote de la articulación está formado preferentemente como una disposición de manguito alargado y vástago, para garantizar que el punto de pivote permanezca colocado de manera precisa en todas partes.

La pila de paneles de antena puede comprender todos los paneles a un lado del elemento de base. Como alternativa, uno o más paneles de antena pueden estar dispuestos cuando están retraídos en el lado opuesto del elemento de base. Esto puede ser el caso cuando la antena está destinada a un satélite de telecomunicaciones, donde el elemento de base está acoplado a un módulo de servicio mediante un elemento de brazo, con el fin de evitar la colisión con el elemento de brazo.

En una configuración preferida,...

1. Una antena de conjunto de elementos en fase, que puede desplegarse desde un estado retraído hasta un estado desplegado, que comprende:

un elemento (12) de base que presenta, al menos en parte, una forma de sección transversal poligonal definida por una pluralidad de regiones (12.1 a 12.6) de borde, y

una pluralidad de paneles (14) de antena, estando conectado cada panel de antena, mediante un medio (16.1 a 16.6) de articulación respectivo, a una región respectiva de dichas regiones de borde de dicho elemento de base de manera que, en dicho estado retraído, dos o más de los paneles de antena están apilados unos encima de otros en el elemento de base, y siendo los medios de articulación de tal manera que los paneles de antena rotan secuencialmente uno después de otro, alrededor de un único punto de pivote para cada medio de articulación respectivo, desde la pila hasta una posición en la que cada panel es adyacente a una región de borde de base respectiva para proporcionar dicho estado desplegado en el que la antena de conjunto de elementos en fase proporciona un área extendida.

2. Una antena según la reivindicación 1, en la que cada panel de antena tiene generalmente la misma forma de sección transversal que dicho elemento de base.

3. Una antena según la reivindicación 2, en la que cada panel de antena tiene una forma hexagonal.

4. Una antena según la reivindicación 2, en la que los bordes (60) exteriores de cada panel de antena, cuando está desplegado, tienen una forma almenada.

5. Una antena según cualquier reivindicación anterior, en la que al menos un panel (50.1) de antena está montado en el lado opuesto del elemento de base con respecto a dicha pila en el estado retraído.

6. Una antena según cualquier reivindicación anterior, en la que los paneles de antena están dispuestos de manera que cuando rotan desde la pila hasta la posición totalmente desplegada, un borde (56) del panel está situado de manera adyacente y contigua a un borde (54) respectivo del elemento de base.

7. Una antena según cualquier reivindicación anterior, en la que dichos bordes de cada panel desplegado que se extienden desde el elemento base son bordes laterales respectivos adyacentes de paneles adyacentes.

8. Una antena según cualquier reivindicación anterior, en la que cada panel de antena está acoplado al elemento de base mediante una articulación (16.1 a 16.6) embutida, que presenta un pivote que comprende un manguito extendido y un vástago giratorio en el mismo, y una estructura que se extiende desde dicho vástago y fijada al lado trasero del panel de antena.

9. Una antena según cualquier reivindicación anterior, en la que cada panel de antena está acoplado al elemento base mediante una articulación en un lado de la unidad de base y en la que el punto de pivote de la articulación a lo largo del lado de la unidad de base es diferente para cada panel, dependiendo la posición del punto de pivote de la posición del panel en la pila de manera que cuando la operación de articulación tiene lugar, el panel se articula desde la pila hasta una posición en el estado desplegado coplanar a los otros paneles de antena.

10. Una antena según la reivindicación 9, en la que el punto de montaje de la articulación se incrementa para paneles secuenciales en la pila en un valor igual a la mitad del grosor del panel de antena en la pila.

11. Una antena según cualquier reivindicación anterior, que incluye medios (27) de conexión eléctricos dispuestos a lo largo de bordes adyacentes, en el estado desplegado, de cada panel y dicho elemento de base, con el fin de establecer conexiones eléctricas entre el elemento de base y elementos de la antena en cada panel.

12. Una antena según cualquier reivindicación anterior, en la que los elementos de radiación del conjunto de elementos en fase están dispuestos en subconjuntos (66) configurados de manera regular.

13. Una antena según la reivindicación 12, en la que los bordes (60) exteriores de cada panel en el estado desplegado son almenados (62) y los subconjuntos se extienden hacia los almenados, extendiéndose los subconjuntos adyacentes al elemento de base a través de los bordes (54) del elemento (48) de base.

14. Una antena según cualquier reivindicación anterior, en la que la superficie superior del elemento de base proporciona un panel de antena central.

15. Una antena de conjunto de elementos en fase según cualquier reivindicación anterior, incorporada en un satélite de telecomunicaciones, presentando el satélite un módulo (2, 42) de servicio que incluye paneles (11) de células solares y estando acoplada la antena mediante una articulación (8) giratoria a un elemento (6) de brazo que está montado al módulo de servicio, para permitir la rotación relativa de la antena y del módulo de servicio en el estado desplegado.

16. Una antena de conjunto de elementos en fase según la reivindicación 15, en la que al menos un panel (14.1, 50.1) de antena está montado en el lado opuesto del elemento (12, 48) de base con respecto a dicha pila en el estado retraído para permitir el despliegue delante de dicho elemento de brazo.

17. Un satélite de telecomunicaciones que comprende un módulo (2, 42) de servicio y una antena (4, 44) de conjunto de elementos en fase según cualquier reivindicación anterior, estando acoplada la antena al módulo de servicio mediante un elemento (6, 46) de brazo, incluyendo el módulo de servicio paneles (11) solares, donde en el estado retraído, la antena está situada encima del módulo de servicio, e incluyendo el elemento de brazo medios (8) giratorios de manera que la antena, cuando está desplegada, puede rotar con respecto al módulo de servicio, donde para el despliegue, la antena se lleva en primer lugar mediante el elemento de brazo hasta una posición alejada del módulo de servicio y después los paneles (14, 50) de antena rotan hasta el estado desplegado.