ANTENA PLANA DE RANURAS PARA TRANSMISIÓN Y RECEPCIÓN EN BANDA X Y MÉTODO DE CAMBIO DE POLARIZACIÓN DE LA MISMA.

Antena plana de ranuras para transmisión y recepción en banda X y método de cambio de polarización de la misma.

El dispositivo está constituido a partir de dos antenas planas, cada una de las cuales se componen de varias placas de distinto tipo y grosor, y apiladas verticalmente formando un "sándwich" que determinan la frecuencia, el ancho de banda, polarización, eficiencia, ganancia, directividad en cada caso. En la cara anterior frontal de cada antena se dispone una plancha metálica conductora con ranuras dispuestas según curvas espirales, y en la cara posterior se encuentra los conectores coaxiales que permiten la inyección de señal de radiofrecuencia para la antena de transmisión y la extracción de las señales de radiofrecuencia en el caso de recepción.

Antena plana de ranuras para transmisión y recepción en banda X y método de cambio de polarización de la misma.

Sector de la técnica

Esta patente se refiere a un tipo de antenas planas implementadas en tecnologías de ranuras que ofrece varias ventajas que las hace atractivas para terminales SATCOM tanto en aplicaciones civiles como militares, como alternativa a las antenas de mayor volumen del tipo reflectoras. Las antenas planas objeto de esta patente permiten perfiles de dimensiones reducidas, mucho menor peso, robustas, fácilmente ajustables y utilizables en terminales portátiles de comunicaciones con satélites. La presente patente de antena plana se aplica a las banda X de comunicaciones por satélite.

Contexto tecnológico

A lo largo de estos últimos años y con el fin de dar respuesta a las necesidades de los Ministerios de Defensa y de otras entidades civiles de disponer de un terminal de mochila, ligero, alimentado con baterías, fácilmente desplegable y operable, se han diseñado y presentado diferentes posibilidades de producto que se caracterizaban por ser terminales diseñados específicamente para fines militares y también todos ellos se encuentran en capacidades de ancho de banda, pesos y volúmenes por debajo de los requisitos actualmente demandados, no solo en el campo militar sino también en el civil.

El tipo de terminales que están disponibles en el mercado están basados en tecnologías tradicionales incluyendo reflectores parabólicos para las antenas, filtros en guía de onda, bloques convertidores de elevado peso y consumo y modems en banda base de gran tamaño y modulaciones estándares de fase. Todo esto hace que estos terminales sean pesados y generalmente necesitan alimentaciones primarias en alterna para su puesta en marcha, y necesidad de ser transportados en varias mochilas, cajas y/o en vehículos.

En la actualidad cada vez hay mayor número de transpondedores de satélite de nueva generación, en bandas civiles y militares en bandas X, Ku y Ka, que se caracterizan por disponer de elevadas ganancias que permiten utilizar terminales con antenas de aperturas limitadas, y a costos reducidos.

Hasta ahora los terminales de comunicaciones por satélite diseñados para ser transportados fácilmente en pequeñas maletas o cajas están limitados a aquellos que funcionan en bandas bajas de frecuencias, tales como los terminales BGAN en banda L de Inmarsat, terminales Iridium, Thuraya, etc, en todos los casos se caracterizan por tener capacidades de transmisión reducidas (banda estrecha) y/o necesidad de pagar elevados precios de conexión por el servicio prestado.

Los terminales de mochila en estas bandas “X, Ku, Ka” surgen inicialmente en el campo militar como una necesidad que los ejércitos modernos tienen en cuanto a un requisito insatisfecho de ser transportado por un soldado sin otro medio de ayuda al transporte que llevarlo a la espalda en una mochila. Esto limita el peso máximo que se puede transportar y que en la actualidad para estas bandas está en el entorno de los 25 a 75 Kg.

También en el campo civil los reporteros, periodistas, profesionales en labores internacionales están demandando una antena tipo “maleta” que pueda ser transportado en líneas aéreas como equipamiento facturable y resistente al transporte en la bodega de un avión o en un vehículo todo terreno.

El desarrollo propuesto de antena de transmisión y de recepción persigue la realización de un nuevo tipo de Terminal de comunicaciones por satélite, innovador para poder conseguir un sistema muy ligero, portátil, plegable y compacto, para las bandas de frecuencia anteriormente mencionadas, con capacidad de funcionar con baterías, e incluso paneles solares plegables, y que puede competir con otro segmento de terminales de comunicaciones por satélite en banda bajas, que hasta ahora se reservaban la exclusiva de ser los únicos terminales realmente portátiles del mercado.

Los terminales de mochila o maleta propuestos incluirán una antena de alta eficiencia específicamente desarrollada para este proyecto, capaz de ser plegada. La antena será plana y portátil, apta para plataforma móvil, así como de tamaño y peso adecuados para una portabilidad en una maleta individual. A diferencia de las antenas parabólicas de pétalos, y de la dificultad que tienen al ser embaladas, esta antena será completamente plana pudiéndose plegar en dos mitades y disponiendo de un elevado aislamiento entre Tx y Rx.

Explicación de la invención

El método objeto de esta patente se refiere a las características y montaje de una antena plana de recepción y otra antena de transmisión en banda X de aplicación a sistemas portátiles de comunicaciones por satélite cuyo despliegue

o disposición sea fácil, como abrir una “maleta”, con las posibilidades y limitaciones propias de estos sistemas, en concreto del método de construcción de la antena plana en banda X, siendo éste económico, robusto y de aplicación tanto para transmisión y recepción, y con cambio de polarización circular a izquierdas o a derechas fácilmente, y cambio de banda de frecuencias fácilmente.

La patente tiene como objetivo definir una antena plana de ranuras de guía radial en la banda X para transmisión y recepción, que permite, una vez ensamblada y adaptada convenientemente, obtener un sistema radiante plano y compacto que pueda trabajar en las bandas de frecuencias de los transpondedores mas ampliamente extendidos para propósitos civil y militar (X, Ku y Ka) .

Son de aplicación las especificaciones dadas por las recomendaciones ITUR-S 580-1 y ITUR-S 465-5 para los sistemas de comunicaciones por satélite y en particular para las antenas pequeñas, cuyo diámetro es inferior a 50 longitudes de onda.

La antena plana propuesta objeto de esta patente se basa en un diseño modular que satisface los requerimientos de robustez, peso y dimensiones contenidas, fácil montaje y desinstalación, facilidad en el cambio de polarización.

Las principales innovaciones, objeto de esta patente, se encuentran en la antena plana en banda X, y la integración de la antena transmisora y la antena receptora del terminal en una caja de dimensiones reducidas. La antena plana está diseñada con materiales especiales, de montaje de materiales de forma apilable verticalmente y con posibilidad de cambiar la polarización de una manera rápida y fácil, lo que permite al Terminal funcionar en cualquier tipo de ambiente. La antena está diseñada para desplegarse y apuntarse fácilmente en muy poco tiempo.

El método de realización de estas antena planas objeto de esta patente permite, de forma esquemática, que pueden ir montadas una antena plana para recepción y otra antena plana para transmisión, una al lado de la otra, junto con los correspondientes sistemas de transmisión y recepción (que no son objeto de esta patente) .

Cada antena plana objeto de esta patente, sean de recepción como de transmisión, se componen de varias placas de distinto tipo y grosor, y apiladas verticalmente formando un “sándwich” que determinan la frecuencia, el ancho de banda, polarización, eficiencia, ganancia, directividad en cada caso.

Disposición de las placas en la antena plana de recepción y en la antena plana de transmisión

Cada antena objeto de esta patente está formada por los siguientes tipos de placas o substratos cuadrados, y elementos, apilados verticalmente detallados desde arriba hacia abajo: Plancha protectora o “radomo”, Plancha separadora aislante o “foam”, Placa metálica de ranuras, Plancha de dieléctrico, Plancha metálica de masa, y un conector coaxial posicionado en el punto central de la plancha metálica de masa.

Dicho conector coaxial será de tipo SMA, de tipo N, o similar, situado en su parte posterior y situado en su zona central.

Cada antena plana objeto de esta patente, sea de recepción como de transmisión, tiene polarización circular, siendo el sentido de giro de la polarización de la antena plana de recepción contrario al sentido de giro de la polarización de la antena plana transmisora.

En la cara anterior frontal de cada antena objeto de esta patente se dispone una plancha metálica conductora con ranuras dispuestas según curvas espirales, y en la cara posterior se encuentra los conectores coaxiales que permiten...

1. Antena plana de ranuras para transmisión y recepción en banda X, caracterizada porque está formada por:

• Dos elementos de iguales dimensiones, una antena de recepción y otra antena de transmisión, unidas por un mecanismo de tipo bisagra (10) , que permite abrirse o desplegarse como un libro (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9) .

• Cada antena, sea la de recepción o la de transmisión, presenta forma exterior cuadrada, o en su caso rectangular, incluyendo en su interior una disposición de planchas apiladas verticalmente. Cada antena plana, sea de recepción como de transmisión, se componen de varias placas de distinto tipo y grosor, y apiladas verticalmente formando un “sándwich” (14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 23) que determinan la frecuencia, el ancho de banda, polarización, eficiencia, ganancia, directividad en cada caso.

• Cada antena, de recepción y de transmisión, incorpora un conector coaxial (de tipo SMA, de tipo N, o similar) situado en su parte posterior y situado en su zona central (1, 20, 21, 34) .

• Cada antena, de recepción y de transmisión, tendrá un ancho de banda suficiente para incluir la información de recepción y de transmisión con el satélite en banda X.

• Cada antena, de recepción y de transmisión, tendrá polarización circular, a izquierdas la de recepción y a derechas la de transmisión o a derechas la de recepción y a izquierdas la de transmisión.

• Cada una de las dos placas superiores debe estar diseñada para una de las bandas de frecuencia.

• Toda la estructura iría atornillada o mediante bridas metálicas de sujeción o cierre.

2. Antena plana de ranuras para transmisión y recepción en banda X, según reivindicación 1ª, caracterizada porque cuando la antena es plana presenta unas dimensiones del orden 400 mm de lado (12) , y de 20 mm de altura máximo (22) , mientras que cuando ésta es rectangular, presenta unas dimensiones del orden de 500 mm de un lado (12) , y de igual o mayor de 250 mm del otro lado, y de 20 mm de altura máxima (22) .

3. Antena plana de ranuras para transmisión y recepción en banda X, según reivindicaciones 1ª y 2ª, caracterizada porque las placas que forman cada antena plana, ya sea de recepción como de transmisión, se materializan en los siguientes tipos de placas o substratos cuadrados, y elementos, apilados verticalmente detallando desde arriba hacia abajo (31, 32, 33, 34, 35, 36) :

• Plancha protectora o “radomo”,

• Plancha separadora aislante o “foam”,

• Placa metálica de ranuras,

• Plancha de dieléctrico,

• Plancha metálica de masa,

• y un conector coaxial posicionado en el punto central de la plancha metálica de masa.

4. Antena plana de ranuras para transmisión y recepción en banda X, según reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la placa metálica de ranuras para la antena de recepción y otra placa de ranuras para la antena de transmisión, presentan las siguientes características:

• Las ranuras se distribuyen por la placa metálica, para la antena de recepción, según un patrón en espiral compleja (24, 25) .

• Las ranuras se distribuyen por la placa metálica, para la antena de transmisión, según un patrón en espiral compleja (28, 29) .

5. Antena plana de ranuras para transmisión y recepción en banda X, según reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la plancha de ranuras tiene las ranuras con forma de “T”, es decir, cada ranura en “T” se compone de dos ranuras más pequeñas dispuestas perpendicularmente en su punto medio y con una pequeña separación entre ambas (37, 38, 39 y 40) .

6. Antena plana de ranuras para transmisión y recepción en banda X, según reivindicaciones 1ª a 3ª, caracterizada porque la antena plana de recepción y la antena plana de transmisión están dispuestas físicamente una al lado de la otra (1, 2, 3, 4, 5y7) y unidas por bisagras (6) que permiten formar un conjunto compacto, y que permite abrir o desplegar el conjunto formando un ángulo desde 0 grados a un máximo de 180 grados (8) , de manera que se despliegan las dos antenas en forma de libro, y al cerrar o plegar el conjunto ocupen el mínimo espacio.

7. Método de cambio de polarización de la antena de las reivindicaciones anteriores, de izquierdas hacia derechas

o de derechas hacia izquierdas caracterizado porque comprende la siguiente operativa:

• Se quita la plancha Protectora o “Radomo” (41) .

• Se quita la plancha aislante o “foam” (42) .

• Se quita la plancha metálica de ranuras (43) .

• se gira la plancha de ranuras 180 grados (44) .

• Se sitúa la plancha de ranuras sobre la plancha de dieléctrico (45) .

• Se sitúa la plancha de “foam” sobre la de ranuras (46) .

• Se sitúa la plancha “radomo” sobre la plancha de “foam” (47) .