Elemento radiante plano con polarización dual y antena de red que consta de tal elemento radiante.

Elemento radiante plano con polarización dual, que se caracteriza porque consta de una rejilla metálica externa (38,

82), de al menos un parche metálico (15) concéntrico a la rejilla metálica externa (38, 82) y de una cavidad (41) que separa la rejilla metálica (38, 82) y el parche metálico (15), la rejilla y el parche presentando una forma poligonal delimitada por al menos cuatro lados (42, 43, 44, 45) opuestos de dos en dos, porque consta de dos direcciones de polarización ortogonales asociadas a dos campos eléctricos ortogonales Ev y Eh, al menos una de las direcciones de polarización siendo paralela a dos lados del polígono y porque cada lado (42, 43, 44, 45) del parche metálico (15) paralelo a una dirección de polarización está eléctricamente conectado (46) a una zona (47, 48, 49, 50) de la rejilla externa donde uno de los campos eléctricos Ev o Eh es mínimo.

Elemento radiante plano con polarización dual y antena de red que consta de tal de elemento radiante.

La presente invención se refiere a un elemento radiante plano con polarización dual en el que el fenómeno de descargas electroestáticas se minimiza y a una antena de red que consta de este tipo de elemento radiante. La invención se aplica a cualquier tipo de antena que conste al menos de un elemento plano radiante con polarización dual, a las redes radiantes que forman algunas antenas y a las antenas de red instaladas en un vehículo espacial, por ejemplo en un satélite, como las antenas de red con reflector o las antenas de red con control de fase.

El documento US 6 061 025 describe una antena parche y unas bandas conductoras paralelas a los lados del parche en un mismo plano con el fin de ajustar el ancho de banda de manera dinámica al uso que se le dé.

Una antena de red, como por ejemplo una antena de red con reflector (en inglés: reflectarray antenna) o una antena de red con control de fase (en inglés: phased array antenna) , consta de un conjunto de elementos radiantes elementales ensamblados en una red radiante de una o dos dimensiones que permite aumentar la directividad y la ganancia de la antena. En las antenas de red con reflector, los elementos radiantes elementales de la red están a menudo formados por una disposición de parches y de ranuras cuyas dimensiones varían. La forma de los elementos radiantes, por ejemplo, cuadrada, circular, hexagonal, es por lo general fija y única para la red. Las dimensiones de los elementos radiantes se ajustan de tal modo que se obtenga un diagrama de radiación seleccionado cuando a estos los ilumina una fuente primaria. En las antenas de red con control de fases, la distribución de la señal hacia los elementos radiantes de la red se realiza por medio de un repartidor de formación de haz.

Los elementos radiantes elementales pueden estar formados por una estructura con cavidad y ranuras radiantes montada sobre un plano metálico o por una estructura plana que consta de un parche radiante metálico impreso en la superficie de un sustrato dieléctrico montado sobre un plano metálico, el parche metálico pudiendo constar de una o varias ranuras tal y como se representa, por ejemplo, en la figura 1. Las ranuras radiantes se pueden realizar en un material dieléctrico o en un material compuesto como la superposición de un nido de abeja de sustratos dieléctricos finos impresos utilizados como revestimiento del material compuesto. No obstante, para que la antena sea capaz de soportar un entorno espacial, hay que garantizar que los fenómenos de descargas electroestáticas entre los elementos radiantes se minimicen.

Es habitual minimizar las descargas electroestáticas en un vehículo espacial conectando todas las superficies externas eléctricamente conductoras y todos los elementos metálicos internos del vehículo espacial a la estructura metálica principal del vehículo. Para algunos elementos radiantes con polarización lineal, la puesta a masa se puede realizar sin problemas conectando los elementos radiantes a una rejilla metálica externa mediante un hilo metálico de acuerdo con un eje de simetría perpendicular a la dirección de polarización.

Sin embargo, para una red radiante formada por elementos radiantes elementales de estructura plana con polarización dual, es necesario tener en cuenta la polarización de los diferentes elementos radiantes. En efecto, una conexión directa de los elementos radiantes entre sí, por ejemplo por medio de un hilo metálico, afectaría a la polarización y al funcionamiento de estos elementos y podría destruir las resonancias y provocar la excitación de otros modos superiores. Además, en el caso de una antena de red, la adaptación de los elementos radiantes podría verse destruida.

La presente invención tiene como objetivo resolver este problema proponiendo un elemento radiante plano con polarización dual en el cual el fenómeno de descargas electroestáticas se minimiza sin alterar la respuesta del elemento radiante sometido a una onda polarizada ortogonalmente.

Para ello, la invención tiene por objeto un elemento radiante plano con polarización dual, que se caracteriza porque consta de una rejilla metálica externa, al menos de un parche metálico concéntrico a la rejilla metálica externa y de una cavidad que separa la rejilla metálica y el parche metálico, la rejilla y el parche presentando una forma poligonal delimitada por al menos cuatro lados opuestos de dos en dos, porque consta de dos direcciones de polarización ortogonales asociadas a dos campos eléctricos ortogonales, al menos una de las direcciones de polarización siendo paralela a dos lados del polígono y porque cada lado del parche metálico paralelo a una dirección de polarización está eléctricamente conectado a una zona de la rejilla externa donde uno de los campos eléctricos es mínimo.

De manera ventajosa, la forma poligonal del parche metálico se selecciona entre una forma de cuadrado, de rectángulo, de cruz o de hexágono.

De manera ventajosa, el elemento radiante plano consta de cuatro lados ortogonales de dos en dos y cada lado del parche metálico paralelo a una dirección de polarización está conectado respectivamente a un lado de la rejilla externa perpendicular a dicha dirección de polarización.

De manera preferente, cada lado del parche metálico paralelo a una dirección de polarización consta de un centro conectado a un centro de un lado de la rejilla externa perpendicular a dicha dirección de polarización.

De acuerdo con un modo de realización particular, el parche metálico puede constar de varias ranuras ortogonales que forman una cruz.

De acuerdo con otro modo de realización, el parche metálico consta de un parche anular externo, de al menos un parche interno concéntrico al parche anular externo y de al menos una ranura anular que separa los parches interno y externo, los parches interno y externo presentando la misma forma poligonal, cada lado del parche interno paralelo a una dirección de polarización estando conectado a un lado del parche anular externo perpendicular a dicha dirección de polarización.

De manera opcional, el parche interno puede constar de varias ranuras ortogonales que forman una cruz central.

De manera preferente, cada lado del parche interno paralelo a una dirección de polarización consta de un centro conectado a un centro de un lado del parche anular externo perpendicular a dicha dirección de polarización.

De acuerdo con un modo de realización particular, la forma poligonal de los parches metálicos es una cruz y la rejilla externa tiene forma de cuadrado.

De acuerdo con un modo de realización particular, el parche metálico consta de un parche anular externo, de al menos un parche interno concéntrico al parche anular externo y de al menos una ranura anular que separa los parches interno y externo, los parches interno y externo presentando una forma de hexágono que consta de dos lados paralelos a una dirección de polarización y de cuatro lados inclinados oblicuamente con respecto a dicha dirección de polarización y conectados de dos en dos mediante un vértice, cada lado del parche metálico externo paralelo a dicha dirección de polarización estando eléctricamente conectado a un vértice del parche interno y cada lado del parche interno paralelo a dicha dirección de polarización estando eléctricamente conectado a un vértice del parche metálico externo.

La invención también se refiere a una antena de red que consta de al menos un elemento plano radiante con polarización dual, la rejilla metálica externa de cada elemento radiante estando conectada a un plano de masa metálica de la red.

Se mostrarán con claridad otras particularidades y ventajas de la invención en la siguiente descripción que se da a título de ejemplo puramente ilustrativo y no excluyente, en referencia a los dibujos esquemáticos que se anexan, que representan:

figura 1: un esquema de un ejemplo de antena de red; figura 2: un esquema de un primer ejemplo de elemento radiante elemental con polarización dual realizado en tecnología planar; figuras 3a y 3b: dos vistas esquemáticas desde arriba, de un segundo y de un tercer ejemplos de elemento radiante elemental con polarización dual realizado en tecnología planar; figuras 4, 5a, 5b: tres vistas esquemáticas desde arriba de tres ejemplos de elemento radiante, de acuerdo con la invención; figura 6 una vista esquemática desde arriba... [Seguir leyendo]

1. Elemento radiante plano con polarización dual, que se caracteriza porque consta de una rejilla metálica externa (38, 82) , de al menos un parche metálico (15) concéntrico a la rejilla metálica externa (38, 82) y de una cavidad (41) que separa la rejilla metálica (38, 82) y el parche metálico (15) , la rejilla y el parche presentando una forma poligonal delimitada por al menos cuatro lados (42, 43, 44, 45) opuestos de dos en dos, porque consta de dos direcciones de polarización ortogonales asociadas a dos campos eléctricos ortogonales Ev y Eh, al menos una de las direcciones de polarización siendo paralela a dos lados del polígono y porque cada lado (42, 43, 44, 45) del parche metálico (15) paralelo a una dirección de polarización está eléctricamente conectado (46) a una zona (47, 48, 49, 50) de la rejilla externa donde uno de los campos eléctricos Ev o Eh es mínimo.

2. Elemento radiante plano de acuerdo con la reivindicación 1, que se caracteriza porque la forma poligonal del parche metálico se selecciona entre una forma de cuadrado, de rectángulo, de cruz o de hexágono.

3. Elemento radiante plano de acuerdo con la reivindicación 2, que se caracteriza porque consta de cuatro lados (42, 43, 44, 45) ortogonales de dos en dos y porque cada lado (42, 43, 44, 45) del parche metálico (15) paralelo a una dirección de polarización está conectado respectivamente a un lado (47, 48, 49, 50) de la rejilla externa (38) perpendicular a dicha dirección de polarización.

4. Elemento radiante plano de acuerdo con la reivindicación 3, que se caracteriza porque cada lado (42, 43, 44, 45) del parche metálico (15) paralelo a una dirección de polarización consta de un centro conectado con un centro de un lado de la rejilla externa (38) perpendicular a dicha dirección de polarización.

5. Elemento radiante plano de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, que se caracteriza porque el parche metálico (15) consta, además, al menos de dos ranuras ortogonales (18) que forman una cruz central.

6. Elemento radiante plano de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, que se caracteriza porque el parche metálico (15) consta de un parche anular externo (31, 83) , de al menos un parche interno (30, 84) concéntrico al parche anular externo (31) y de al menos una ranura anular (32) que separa los parches interno (30) y externo (31) , los parches interno y externo presentando la misma forma poligonal y porque cada lado del parche interno (30) paralelo a una dirección de polarización está conectado (37) a un lado del parche anular externo (31) perpendicular a dicha dirección de polarización.

7. Elemento radiante plano de acuerdo con la reivindicación 6, que se caracteriza porque cada lado del parche interno (30) paralelo a una dirección de polarización consta de un centro conectado con un centro de un lado del parche anular externo (31) perpendicular a dicha dirección de polarización.

8. Elemento radiante plano de acuerdo con una de las reivindicaciones 6 o 7, que se caracteriza porque el parche interno (84) consta de al menos dos ranuras ortogonales (86, 87) que forman una cruz central.

9. Elemento radiante plano de acuerdo con una de las reivindicaciones 6 a 8, que se caracteriza porque la forma poligonal de los parches metálicos (83, 84) es una cruz y porque la rejilla externa (82) presenta una forma de cuadrado.

10. Elemento radiante plano de acuerdo con la reivindicación 2, que se caracteriza porque el parche metálico (15) consta de un parche anular externo (61) , de al menos un parche interno (62) concéntrico al parche anular externo

(61) y de al menos una ranura anular (63) que separa los parches interno (62) y externo (61) , los parches interno y externo presentando una forma de hexágono que consta de dos lados (73, 72, 64, 65) paralelos a una dirección de polarización y de cuatro lados (56, 57, 58, 59, 66, 67, 68, 69) inclinados oblicuamente con respecto a dicha dirección de polarización y conectados de dos en dos mediante un vértice (74, 75, 70, 71) , porque cada lado (64, 65) del parche metálico externo paralelo a dicha dirección de polarización está eléctricamente conectado a un vértice (74, 75) del parche interno y porque cada lado (72, 73) del parche interno (62) paralelo a dicha dirección de polarización está eléctricamente conectado a un vértice (71, 70) del parche metálico externo (61) .

11. Antena de red que se caracteriza porque consta de al menos un elemento radiante plano con polarización dual de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores y porque la rejilla metálica externa de cada elemento radiante está conectada a un plano de masa metálica (17) de la red.