Arquitectura de antena que implementa una síntesis de haces con muestreadores de paso variable.

Sistema de antena embarcado para satélite, que comprende un conjunto de fuentes,

que constituyen una red focal, y separadas un paso de muestreo, presentando cada fuente del conjunto de las fuentes un ángulo de desalineación, presentando dicha antena embarcada una directividad, una ganancia y una temperatura de ruido equivalente (Tsyst), caracterizado porque dicho paso de muestreo es:

• variable,

• y configurado de manera que se optimice la directividad de la antena en función del ángulo de desalineación de dichas fuentes y que se mantenga sensiblemente constante la relación de la ganancia con la temperatura del ruido equivalente (Tsyst), correspondiente al factor de calidad del sistema.

Arquitectura de antena que implementa una síntesis de haces con muestreadores de paso variable La presente invención se refiere a un dispositivo de antena que genera uno o varios haces y se destina a estar embarcado en un satélite, principalmente un satélite del tipo geoestacionario o funcionando en el modo HEO (High Elliptical Orbit) .

La concepción de la antena embarcada de acuerdo con la invención se inscribe en el contexto de una problemática general ligada al mantenimiento de los rendimientos en términos de campo de visión, de directividad y de factor de calidad G/T, en la que G es la ganancia de la antena y T la temperatura del ruido equivalente producido a nivel del sistema, y que por lo tanto implementa la arquitectura de la carga útil, con un mínimo de fuentes. El objetivo es llegar a un dimensionamiento optimizado de dicha antena en términos de complejidad y de coste, a la vez que se mantienen los objetivos de sistemas precisos con relación a la calidad del enlace previsto. Estos objetivos de sistemas se pueden parametrizar en función de la capacidad o de la velocidad o, a nivel del segmento de a bordo, por unas magnitudes como la ganancia G o el factor de calidad G/T.

La evolución actual de los satélites se efectúa en el sentido de servicios que generan unos focos, es decir unos haces, cada vez más finos, apropiados para aumentar las capacidades de los segmentos de a bordo. Varios motivos pueden explicar esta evolución.

De entrada, para unas aplicaciones de telecomunicaciones, el usuario es cada vez más móvil y dotado de un terminal portátil de pequeño tamaño, lo que necesita unos focos finos con el fin de alcanzar un nivel de rendimiento satisfactorio.

A continuación, para unas aplicaciones de alta velocidad, el problema consiste en maximizar la ganancia, principalmente en el caso en que los focos están fuertemente desalineados, lo que induce una directividad cada vez más fuerte. Los enfoques del tipo de servicio de renvío conducen a unos haces finos, fuertemente desalineados y que deben seguir a los usuarios en órbita base, tales como unos satélites de observación civiles o militares, a unas estaciones orbitales, a unos drones e incluso a unos aviones de reconocimiento o de cartografía.

En el contexto de esta búsqueda de un dimensionamiento óptimo de antenas embarcadas de buenas prestaciones y con costes de desarrollo lo más asegurados que sea posible, un eje de mejora consiste en reducir el número de fuentes. Para esto, es interesante el muestreo de una red focal constituida a partir de dichas fuentes. De esta manera, se espera mantener un alto nivel de rendimiento mientras se disminuye la complejidad técnica del sistema.

Con el fin de ilustrar el problema técnico resuelta por la invención, la presente descripción se basa en unos ejemplos de dimensionamiento de antenas embarcadas de haces múltiples. Partiendo de un procedimiento de dimensionamiento conocido, la descripción que sigue muestra cómo la presente invención permite principalmente reducir el número de fuentes necesarias, mientras se conservan unos objetivos de los sistemas de acuerdo a las necesidades del servicio.

Unos satélites de telecomunicación tales como los satélites conocidos del sistema INMARSAT IV comprenden 120fuentes que permite generar 220 haces. Éstos inducen cada uno la implementación de una red focal que ilumina un reflector de 9 m de diámetro. Esta red focal ocupa una superficie de aproximadamente 2, 5 m por 2, 5 m para un grosor de unos sesenta centímetros. La complejidad del sistema es el resultado del producto del número de fuentes por el número de haces.

Otros tipos de servicios de telecomunicación pueden inducir la implementación de 1000 haces: como se ha visto, el número de fuentes es un parámetro de dimensionamiento de tales sistemas y la reducción de este número reviste una importancia primordial.

Para las aplicaciones de alta velocidad afianzadas por unos satélites de observación en órbita base, reforzados por unos satélites geoestacionarios, se presenta igualmente la problemática de la reducción del número de fuentes.

En efecto, el enlace entre satélites de un satélite estacionario hacia el satélite en órbita base presenta un requisito sobre la directividad de los haces de la antena embarcada sobre dicho satélite geoestacionario. De ese modo, la fijación de un requisito sobre la directividad, típicamente 44 dBi y de una limitación en la relación G/T, siendo G la ganancia de la antena y T la temperatura de ruido equivalente, típicamente 17 dB/K, supone, para una frecuencia de funcionamiento dada, por ejemplo 8 GHz, un diámetro mínimo para el reflector de la antena, 2, 5 metros en el presente ejemplo. De acuerdo con los procedimientos conocidos del estado de la técnica en función de los requisitos ligados al servicio, es posible a continuación calcular la geometría de una bocina adaptada a una antena así, que presenta típicamente en este caso un diámetro de 14 centímetros para una longitud de 45 centímetros y el tamaño de una red focal correspondiente, configurada para asegurar los rendimientos deseados en términos de directividad, a saber 44 dBi, para una desalineación que pueda alcanzar 9º. Los cálculos, con los datos del ejemplo elegido aquí, dan una red focal de 1, 25 a 1, 3 metros de diámetro. Queda, para cerrar este ejemplo de aplicación, determinar el número de fuentes a implementar, que depende del paso de las fuentes, siendo conocido el tamaño de la red focal.

En el estado de la técnica, el muestreo de las fuentes se realiza con paso constante.

Es necesario indicar que el paso de la fuente se elige proporcional a la longitud de onda de funcionamiento de la antena. Aplicando los procedimientos conocidos de dimensionamiento, se encuentra un óptimo para un paso de muestreo de alrededor de 1 a 1, 2 veces la longitud de onda de funcionamiento, lo que da, con las ya 217 fuentes, un diámetro máximo de la red focal de 800 milímetros, lo que está demasiado lejos de los requisitos de 1, 25 a 1, 3 metros. Esto implica añadir unas coronas de una parte y otra de las fuentes con el fin de crear una red focal de aproximadamente 1, 3 metros de diámetro.

Encontrándose la desalineación requerida en aproximadamente +/- 9º, es necesario incrementar el número de coronas y hacer evolucionar este primer resultado de dimensionamiento hacia un número mayor de fuentes. El cálculo óptimo, dado un paso de las fuentes de 1, 2 veces la longitud de onda de funcionamiento, y que permite mantener los rendimientos invocados, permite calcular un número de fuentes próximo a 630.

Un objetivo de la invención es simplificar la concepción y sobre todo el dimensionamiento de las antenas embarcadas de haces simples o múltiples y principalmente disminuir el número de fuentes a implementar, con rendimientos iguales o superiores.

El hecho inventivo se apoya en tres elementos: una observación del orden del sistema, un principio de flexibilidad en el nivel de las fuentes muestreadas y un saber hacer en la concepción de las antenas para unas aplicaciones espaciales.

Con este fin, la invención tiene por objetivo un sistema de antena embarcado para satélite, que comprende un conjunto de fuentes, que constituyen una red focal y separadas en un paso de muestreo, presentando cada fuente del conjunto de fuentes un ángulo de desalineación, presentando dicha antena embarcada una directividad, una ganancia y una temperatura de ruido equivalente, caracterizada porque dicho paso de muestreo es:

• variable,

• y configurado de manera que se optimice la directividad de la antena en función del ángulo de desalineación de dichas fuentes y que se mantenga sensiblemente constante la relación de la ganancia a la temperatura de ruido equivalente, correspondiente a un factor de calidad del sistema.

De acuerdo con un modo de realización de la invención, dicha antena genera una pluralidad de haces.

Ventajosamente, la antena del sistema de acuerdo con la invención puede comprender n filas de fuentes en el que un primer subconjunto de p filas de fuentes presenta un primer paso de muestreo, constante, y un segundo subconjunto de n-p n presenta un segundo paso de muestreo, constante y diferente de dicho primer paso de muestreo, siendo n y p números naturales superiores o iguales a 1 y siendo n superior o igual a p.

Ventajosamente, la antena del sistema de acuerdo con la invención puede comprender n filas de fuentes en el que un primer subconjunto de p filas de... [Seguir leyendo]

1. Sistema de antena embarcado para satélite, que comprende un conjunto de fuentes, que constituyen una red focal, y separadas un paso de muestreo, presentando cada fuente del conjunto de las fuentes un ángulo de desalineación, presentando dicha antena embarcada una directividad, una ganancia y una temperatura de ruido equivalente (Tsyst) , caracterizado porque dicho paso de muestreo es:

• variable,

• y configurado de manera que se optimice la directividad de la antena en función del ángulo de desalineación de dichas fuentes y que se mantenga sensiblemente constante la relación de la ganancia con la temperatura del ruido equivalente (Tsyst) , correspondiente al factor de calidad del sistema.

2. Sistema de antena embarcado de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque dicha antena genera una pluralidad de haces.

3. Sistema de antena embarcado de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque comprende n filas de fuentes en el que un primer subconjunto de p filas de fuentes presenta un primer paso de muestreo, constante, y un segundo subconjunto de n-p filas presenta un segundo paso de muestreo, constante y diferente de dicho primer paso de muestreo, siendo n y p números naturales superiores o iguales a 1 y siendo n superior o igual a p.

4. Sistema de antena embarcado de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque comprende n filas de fuentes en el que un primer subconjunto de p filas de fuentes presenta un primer paso de muestreo, constante, y un segundo subconjunto de n-p filas presenta un segundo paso de muestreo, variable, siendo n y p números naturales superiores o iguales a 1 y siendo n superior o igual a p.

5. Sistema de antena embarcado de acuerdo con la reivindicación 4, para el que existe un fenómeno de relajación que corresponde a la disminución de la temperatura del ruido debido a la desalineación del haz, caracterizado porque esta (s) , entre el conjunto de fuentes, que presentan un ángulo de desalineación superior o igual a un umbral predeterminado, constituye (n) dicho segundo subconjunto de fuentes, que presentan el segundo paso de muestreo, variable.

6. Sistema de antena embarcado de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 4 a 5, que presenta una longitud de onda de funcionamiento λ, caracterizado porque:

• el conjunto de fuentes comprende aproximadamente 550 fuentes,

• dicho primer subconjunto está formado por unas fuentes, entre el conjunto de fuentes, que presentan un ángulo de desalineación inferior o igual a 7º, y presentan un paso de muestreo constante igual a 1, 4 λ,

• dicho segundo subconjunto está formado por unas fuentes, entre el conjunto de fuentes, que presentan un ángulo de desalineación comprendido entre 7º y 9º, y presentan un paso de muestreo variable, que varía de 1, 4 λ a 1, 6 λ,

• dicha antena presenta una directividad sensiblemente igual a 44 dBi.

7. Sistema de antena embarcado según la reivindicación 6, caracterizado porque presenta unos rendimientos de pérdidas por desalineación de acuerdo al conjunto de las direcciones de dicha antena inferiores a 1 dB.

8. Sistema de antena embarcado de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende además unas coronas dispuestas en uno y otro lado de al menos una parte de las fuentes.

9. Sistema de antena embarcado de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende un reflector (R) iluminado por el conjunto de fuentes y al menos una antena de bocina asociada con dicho conjunto de fuentes.

10. Sistema de antena embarcado según la reivindicación 9, caracterizado porque presenta una relación de la distancia focal al diámetro del reflector (R) superior o igual a 1, 6.

11. Procedimiento para dimensionar un sistema de antena embarcado de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque comprende las etapas siguientes:

• el cálculo de la temperatura del ruido equivalente (Tsyst) de dicha antena, en función del ángulo de desalineación de las fuentes del conjunto de fuentes, poniendo en evidencia un fenómeno de relajación;

• el cálculo de la necesidad de la directividad de las fuentes del conjunto de fuentes en función del ángulo de desalineación de dichas fuentes, teniendo en cuenta el fenómeno de relajación;

• el cálculo del paso de muestreo de las fuentes de manera que satisfaga la necesidad de directividad calculada para el conjunto de las fuentes.

12. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 11, para el dimensionamiento de un sistema de antena embarcado de acuerdo con la reivindicación 9, caracterizado porque comprende por otro lado una etapa de cálculo del desfase a aplicar a la red focal con relación al reflector, de manera que tenga en cuenta la disimetría de los rendimientos de pérdidas por desalineación de acuerdo con el conjunto de las direcciones de dicha antena.