Antena (10) de un conjunto (ESA) de lentes exploradas electrónicamente orientables por un sistema (MEMS) microelectromecánico,

que comprende:

un conjunto (12) lineal orientable en el plano-H por un MEMS y un conjunto de módulos (17) de desfasador en un plano-H por un MEMS en una entrada del dispositivo (16) de alimentación del CTS; y

donde los módulos (17) de desfasador en el plano-H desplazan entradas de señales de RF al dispositivo (16) de alimentación del CTS basadas en los ajustes de fase de los módulos (17) de desfasador de plano-H,

caracterizado por

un conjunto (11) de lentes orientable en un plano-E por un MEMS incluyendo un primero y un segundo conjuntos de elementos (14a, 14b) radiantes en banda ancha, y un conjunto de módulos (18) de desfasador en el plano-E mediante un MEMS dispuesto entre los conjuntos primero y segundo de elementos (14a, 14b) radiantes;

haberse dispuesto el conjunto (12) lineal orientable en el plano-E mediante un MEMS contiguamente al primer conjunto de elementos (14a) radiantes del conjunto (11) de lentes orientables en el plano-E mediante un MEMS para proporcionar un frente de onda plano en el campo próximo;

los módulos (18) de desfasador en el plano-E que dirigen un haz radiado desde el conjunto (16) de alimentación del CTS a un plano-E basado en los ajustes de fase de los módulos (18) de desfasador del plano-E;

una pluralidad de montajes (118) de tableros (PCB) de circuito impreso de desfasador, que incluyen los conjuntos primero y segundo de elementos (14a, 14b) radiantes en banda ancha, y una pluralidad de espaciadores (122) para proporcionar un soporte estructural a la antena (10),

donde los montajes (118) de PCB y de espaciadores (122) se apilan de modo alternante para proporcionar espaciamiento reticular entre los elementos (14a, 14b) radiantes

Formación bidimensional explorada electrónicamente con alimentación CTS compacta y desfasadores MEMS.

El presente invento se refiere a una antena de un conjunto (ESA) de lentes exploradas electrónicamente orientables por medio de un sistema (MEMS) microelectromecánico, que comprende:

El presente invento se refiere además a un método de explorar frecuencias de la energía de radiofrecuencia utilizando una antena de un conjunto (ESA) de lentes exploradas electrónicamente orientables por un sistema (MEMS) microelectromecánico.

Tal antena y tal método se conocen por un documento de Lee, J.J. y otros titulado "Conjunto de antenas utilizando desfasadores de MEMS de baja pérdida", Simposio Internacional de la Sociedad de Antenas y Propagación de la IEEE. Resumen de 2002. Apartamentos San Antonio, Tejas, junio 16-21 de 2002, Nueva York, NY: IEEE, US, volumen 1 de 4, 16 de junio de 2002, páginas 14-17, ISBN: 0-7803-7330-8.

Campo técnico

El presente invento se refiere generalmente a antenas exploradas electrónicamente y, más en particular, a una antena explorada electrónicamente con un desfasador de radiofrecuencia (RF) con sistema (MEMS) microelectromecánico.

Antecedentes del invento

Sistemas avanzados de radar basados en aeronaves o en artefactos espaciales había utilizado hasta ahora antenas (ESA) exploradas electrónicamente, que incluían miles de elementos radiantes. Por ejemplo, radares de control de grandes incendios, que afectan a objetivos múltiples simultáneamente, pueden utilizar ESAs para proporcionar el producto con la apertura de energía requerida.

La construcción de las lentes basadas en el espacio es una aproximación para realizar la antena ESA para sistemas de radares basados en aeronaves o artefactos espaciales. Sin embargo, cuando la construcción de las lentes basadas en el espacio se utiliza con frecuencias más elevadas, por ejemplo, la banda-X, y componentes más activos tal como desfasadores se encapsulan dentro de un área definida, el peso, la densidad térmica incrementada y consumo de energía pueden afectar perjudicialmente al coste y la aplicabilidad de tales sistemas.

Hasta ahora, los circuitos de desfasadores para antenas con conjunto de lentes exploradas electrónicamente han incluido ferritas, diodos PIN (atenuador variable de microondas)y dispositivos interruptores FET (transistor de efecto de campo). Estos desfasadores son pesados, consumen una cantidad considerable de energía de DC (corriente continua) y son caros. También es complicada la implementación de diodos PIN e interruptores FET en conjuntos de circuitos de desfasador de RF por la necesidad de un circuito de polarización de DC adicional a lo largo de la trayectoria de la RF. El circuito de polarización de DC, que necesitan los diodos PIN y los interruptores FET limita el rendimiento de la frecuencia del desfasador e incrementa las pérdidas de RF. Resulta poco deseable dotar el conjunto ESA de módulos (T/R) transmisores/receptores disponibles actualmente debido a los elevados costes, la baja disipación térmica y el ineficiente consumo de energía. En resumen, el peso, el coste y el rendimiento de los circuitos de desfasadores disponibles no llegan a lo que se necesita para un radar basado en el espacio ni para conjuntos ESA de comunicación, donde se utilizan miles de dichos dispositivos.

El documento de Lee, J.J. y otros, mencionado al principio, revela una antena que utiliza desfasadores con MEMS de 5-bit de baja pérdida en vez de los desfasadores de diodo PIN convencionales.

El documento US 6.421.021 proporciona un sistema de antena con un conjunto de lentes activo alimentado espacialmente, que tiene conjunto de lentes activo con un primer conjunto de elementos radiantes, que definen una apertura de antena frontal que transmite y recibe energía de RF del espacio libre, y un segundo conjunto de elementos radiantes, que definen una apertura de antena trasera que transmite y recibe energía de RF de una apertura de alimentación. Además, un conjunto de módulos transmisores/receptores esta emparedado entre la apertura frontal y la apertura trasera.

Es un objeto del presente invento proporcionar una antena que ofrezca un beneficio en al menos una de las características de peso, coste o rendimiento y que presente una estructura mejorada para desarrollar la antena.

Compendio del invento

El presenta invento proporciona una antena con un conjunto (ESA) de lentes exploradas electrónicamente orientables por un sistema (MEMS) microelectromecánico según la reivindicación 1. La antena con ESA es orientable en el plano-E utilizando módulos de desfasador por un MEMS. La antena con ESA por un MEMS incluye un conjunto de lentes orientables en un plano-E por un MEMS y un conjunto lineal orientable en el plano-H por medio de un MEMS. El conjunto de lentes orientables en el plano-E por medio de un MEMS incluye un primero y un segundo conjuntos de elementos radiantes en banda ancha, y un conjunto de módulos de desfasador en plano-E por MEMS dispuesto entre el primero y el segundo conjunto de elementos radiantes. El conjunto lineal orientable en el plano-H por medio de un MEMS incluye un conjunto de alimentación de stub (CTS) transversal continuo y un conjunto de módulos de desfasador en el plano-H por medio de un MEMS en una entrada del conjunto de alimentación del CTS. El conjunto lineal orientable en el plano-H por medio de un MEMS se dispone contiguamente al primer conjunto de elementos radiantes del conjunto de lentes orientables en el plano-H por medio de un MEMS para proporcionar un frente de onda plano en el campo próximo. Los módulos de desfasador en el plano-H desplazan la entrada de señales de RF al dispositivo de alimentación del CTS basados en los ajustes de fase de los módulos de desfasador en el plano-H, y los módulos de desfasador en el plano-E orientan un haz radiado desde el dispositivo de alimentación del CTS a un plano-E basado en los ajustes de fase de los módulos de desfasador en el plano-E.

Se ha proporcionado adicionalmente un método de explorar frecuencia de energía de radiofrecuencia según la reivindicación 7, que comprende las etapas de alimentar energía de radiofrecuencia (RF) en un conjunto de módulos de desfasador en el plano-H por medio de un MEMS; ajustar la fase de la energía (RF) de radiofrecuencia basada en los ajustes de fase de los módulos de desfasador en el plano-H por medio de un MEMS; radiar las señales RF de radiofrecuencia ajustadas en fase en el plano-H por medio de una pluralidad de elementos radiantes del CTS en forma de una onda plana del campo próximo; emitir la onda plana de RF ajustada en fase en el plano-H a una apertura de entrada de un conjunto de lentes orientables en el plano-E por medio de un MEMS, incluyendo un conjunto de módulos de desfasador en el plano-E por medio de un MEMS; convertir la onda plana de RF en señales de RF discretas; ajustar la fase de las señales de RF discretas basada en los ajustes de fase de los módulos de desfasador en el plano-E por medio de un MEMS; y radiar las señales de RF ajustadas al plano-E y al plano-H a través de una apertura radiante del conjunto de lentes orientables en el plano-E por medio de un MEMS, recombinando de ese modo las señales de RF y formando un haz de antena.

Para implementar los fines precedentes y afines, el invento comprende, entonces, las características totalmente descritas más adelante y, en particular, mostradas en las reivindicaciones. La siguiente descripción y los dibujos adjuntos exponen detalladamente ciertas realizaciones ilustrativas del invento. Estas realizaciones son indicativas, a pesar de que sólo se hayan podido emplear unos pocos de los varios modos de los principios del invento. Otros objetos, ventajas y nuevas características del invento resultarán evidentes a partir de la siguiente descripción detallada del invento cuando se consideren en combinación con los dibujos.

Breve descripción de los dibujos

La figura 1 es una vista ambiental esquemática de varias aplicaciones...

1. Antena (10) de un conjunto (ESA) de lentes exploradas electrónicamente orientables por un sistema (MEMS) microelectromecánico, que comprende:

2. La antena (10) ESA mediante un MEMS de la reivindicación 1, donde los conjuntos primero y segundo de elementos (14a, 14b) radiantes en banda ancha se fabrican en un tablero (102, 126) (PCB) de circuito impreso, y el conjunto de módulos (18) de desfasador en el plano-E mediante un MEMS se montan en el PCB (102, 126) entre los elementos (14a, 14b) radiantes primero y segundo en banda ancha.

3. La antena (10) ESA mediante un MEMS de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que cada módulo (18) de desfasador del plano-E mediante un MEMS incluye un par de terminales (134) de RF, que corresponden a los respectivos elementos radiantes primero y segundo de los conjuntos primero y segundo de elementos (14a, 14b) radiantes del conjunto (11) de lentes orientables en el plano-E mediante un MEMS.

4. La antena ESA mediante un MEMS de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde el conjunto de módulos (18) de desfasador en el plano-E mediante un MEMS incluye dos o más filas y al menos una columna de módulos (18) de desfasador en el plano-E mediante un MEMS, y cada módulo (18) de desfasador en el plano-E mediante un MEMS incluye una pluralidad de terminales (138) de DC, que conectan eléctricamente con las respectivas señal de control de la DC y de las líneas (144) de polarización, de modo que los dos o más módulos (18) de desfasador en el plano-E mediante un MEMS a lo largo de la columna reciban el mismo ajuste de fase.

5. La antena ESA mediante un MEMS de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde cada módulo (18) de desfasador en el plano-E mediante un MEMS incluye un par de terminales (134) de RF, que corresponden a los respectivos elementos radiantes primero y segundo de los elementos (14a, 14b) radiantes primero y segundo de los conjuntos primero y segundo de elementos (14a, 14b) radiantes del conjunto (11) de lentes orientables en el plano-E mediante un MEMS, y una pluralidad de terminales (138) de DC para recibir órdenes de control para operar el respectivo módulo (18) de desfasador en el plano-E mediante un MEMS, y donde los terminales (134) de RF y los terminales (138) de DC se orientan perpendicularmente con respecto al cajetín del respectivo módulo (18) de desfasador mediante un MEMS para posibilitar la interconexión de los mismos con el PCB (102, 126) de un modo relativamente vertical.

6. La antena ESA mediante un MEMS de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde los elementos (14a, 14b) radiantes en banda ancha del conjunto de lentes (11) orientables en el plano-E por medio de un MEMS se orientan de tal modo que dicha exploración en el plano-E ocurra paralelamente a las filas de elementos radiantes.

7. Método de explorar frecuencias de energía de radiofrecuencia utilizando una antena (10) con un conjunto (ESA) de lentes exploradas electrónicamente orientables por medio de un sistema (MEMS) microelectromecánico, que comprende las etapas de:

8. Método de la reivindicación 7, incluyendo además una variación de la frecuencia de la señal de RF de entrada en el dispositivo (16) de alimentación del CTS, cambiando con ello la posición angular del haz de la antena en el plano-E del conjunto (11) de lentes orientables en el plano-E por medio de un MEMS y para efectuar una exploración de frecuencias por el haz de la antena.

9. Método de una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde la etapa de introducir energía de RF incluye alimentar elementos (68) radiantes del CTS en serie.

10. Método de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, incluyendo además la etapa de ajustar la salida del desfasador para los respectivos módulos (18) de desfasador en el plano-E por medio de un MEMS, ajustando la polarización de uno o más interruptores del desfasador por medio de un MEMS en los respectivos módulos (18) de desfasador en el plano-E por medio de un MEMS.