Sistema de emisión de haces electromagnéticos con red de antenas.

Sistema de emisión de haces electromagnéticos, que comprende una red (2) de elementos de emisión de haceselectromagnéticos en campo lejano,

siendo las señales que proceden de cada uno de los elementos y/o que llegan alos mismos ponderadas por unos coeficientes de excitación determinados digitalmente por unos medios de cálculo,que comprende

- una segunda red distinta de sensores (10) dispuestos en laproximidad de la red (2) de elementos radiantes con el fin de medir el campo próximo existente (Epj) irradiadopor los elementos,

- unos medios (32) de cálculo del campo lejano (El) irradiado porla red (2) a partir del campo próximo (Epj) medido realmente por los sensores (10),

- unos medios (31) de cálculo de corrección de los coeficientesde excitación de los elementos (2) a partir de la diferencia existente entre el campo lejano (El) calculado apartir de la medición del campo próximo (Epj) y un campo lejano (Elc) de consigna predeterminado,caracterizado porque el sistema comprende:

los elementos radiantes (2i) de la red (2) están fijados a un primer soporte (20), estando cada sensor (10) fijado a unsegundo soporte (100) distinto del primer soporte (20), estando el primer soporte (20) y los segundos soportes (100)fijados a una base común con un espacio (22) entre el primer soporte (20) y cada segundo soporte (100),comprendiendo el primer soporte (20) una placa de soporte en común de los elementos radiantes (2i) de la red (2),comprendiendo la placa unos orificios (23) para la travesía de los segundos soportes (100) con dicho espacio (22)presente entre el borde del orificio (23) y el segundo soporte (100), permitiendo dicho espacio (22) una deformacióndel primer soporte (20).

Sistema de emisión de haces electromagnéticos con red de antenas.

La invención se refiere a un sistema antenario de emisión y/o de recepción de gran dimensión que comprende una red de elementos radiantes.

El ámbito de aplicación de la invención es el de las antenas de satélites, las antenas de radares, las antenas de aeronaves, de forma general, las antenas de suelo o embarcadas que integran unas redes de elementos radiantes.

En emisión, los elementos radiantes de la antena de red son alimentados por unas señales electromagnéticas previamente ponderadas digitalmente en fase y en amplitud por unos coeficientes de excitación determinados por unos medios de cálculo. En recepción, las señales electromagnéticas recibidas por los elementos de la antena de red son ponderadas a continuación digitalmente en fase y en amplitud por unos coeficientes de excitación determinados por estos mismos medios de cálculo. Estos coeficientes de excitación sirven en recepción para transformar las señales recibidas por los elementos de la antena de red y que proceden de una o de varias direcciones en una señal coherente útil, y en emisión para transformar una señal útil en diferentes señales que alimentan los elementos de la red y que constituyen uno o varios haces de iluminación dados, en los dos casos para respetar una cierta ley de iluminación deseada para la red. El experto en la materia reconocerá en la generación digital de los coeficientes de excitación y la ponderación digital de las señales de los elementos de la antena de red una Red de Formación de Haces Digital (en inglés: Digital Beamforming Network o DBFN) .

Uno de los problemas de las antenas de red de gran dimensión es el hecho de que la disposición y la orientación de los elementos de la red pueden variar en el curso del tiempo.

Por ejemplo, un satélite en órbita puede estar sometido a variaciones bruscas de temperatura según esté iluminado o no por el Sol.

Se producen unas deformaciones de la antena debidas a la existencia de gradientes térmicos importantes.

De una manera general, la antena puede estar sometida a unas tensiones térmicas y mecánicas importantes que generan unas deformaciones de esta última.

Estas deformaciones perturban la ley de iluminación de los elementos de la red.

Actualmente, para limitar estas deformaciones, se ha recurrido a unas estructuras mecánicas de soporte de la antena de red, cuya concepción debe permitir el mantenimiento de la rigidez, la planeidad y la forma de la antena bajo unas tensiones térmicas y mecánicas muy severas. De hecho, estas estructuras mecánicas de soporte poseen en general una masa, un coste y un volumen importantes.

Actualmente, las funciones de calibrado de los elementos de la red están aseguradas generalmente utilizando unos acopladores insertados en el circuito de emisión para extraer una parte de la señal enviada a los elementos en emisión.

Otra solución de calibrado consiste en efectuar mediciones unas desviadas. Por ejemplo, en un satélite en órbita, las mediciones se efectúan desde una estación terrestre.

Estos medios son pesados y costosos de utilizar y las correcciones no pueden efectuarse siempre en tiempo real por cuestiones de logística y/o de rentabilidad. Además, se hacen numerosas aproximaciones durante estas mediciones (acoplamientos mutuos entre elementos no tenidos en cuenta, comportamiento de los elementos radiantes no tenidos en cuenta, ensayos no exhaustivos, etc.) . Esto es perjudicial para un funcionamiento óptimo de las antenas, ya que las condiciones medioambientales en las que se encuentran éstas (gradientes de temperatura elevados y rápidos, por ejemplo para las antenas espaciales, vientos para las antenas de radar de suelo, etc.) provocan variaciones de la forma de la red, de las prestaciones de los elementos radiantes y del diagrama de radiación resultante de la antena. Resultan de esto conceptos de antenas con estructuras mecánicas complejas y frecuentemente pesadas y voluminosas.

Un objetivo de la invención es evitar estos inconvenientes proponiendo un sistema de antena de red que permita respetar lo máximo posible una ley de iluminación y un diagrama de radiación deseados.

Otro objetivo de la invención es obtener un sistema de antena de red que sea menos pesado de utilizar.

Otro objetivo de la invención es permitir un control en tiempo real de cada uno de los elementos de la antena y del diagrama irradiado en campo lejano.

Un primer objeto de la invención es un sistema de emisión de haces electromagnéticos según la reivindicación 1.

Gracias a la invención, se controla en tiempo real la ley de iluminación de la red a partir de mediciones locales del campo próximo irradiado por ésta, permitiendo así una reconfiguración rápida de los haces. El sistema comprende así unos medios de control embarcados que permiten verificar el diagrama de radiación de la antena de red en tiempo real. Esto permite un ajuste y una compensación en tiempo real del diagrama de radiación de la antena en caso de deformación de la red o bien de avería de uno o varios elementos de la red. Se corrigen en tiempo real los diagramas de radiación de emisión o de recepción de la antena jugando con los valores de los coeficientes de excitación de cada uno de los elementos de la red. El sistema permite tener en cuenta las deformaciones mecánicas y térmicas que podría sufrir la antena y que pueden ser no despreciables ante la longitud de onda en banda Ku o Ka para un satélite en órbita, por ejemplo.

Esto permitirá, como consecuencia, relajar ciertas tensiones de fabricación de las antenas de red de grandes dimensiones y de sus medios de soporte, en particular en el medio espacial, y reducir la masa y los costes de las antenas y del sistema. Así, se podrá aceptar una cierta posibilidad de deformación de la antena de red y de sus medios de soporte bajo el efecto de condiciones exteriores, sabiendo que el control embarcado de la ley de iluminación de la antena y los cálculos de corrección de los coeficientes de excitación permitirán compensar esta deformación en tiempo real.

Así, según este modo de realización, los elementos radiantes de la red están fijados a un primer soporte, estando la segunda red de sensores fijada a un segundo soporte distinto del primer soporte, estando el primer soporte y el segundo soporte fijados a una base común con un espacio entre el primer soporte y el segundo soporte que permite una deformación del primer soporte.

Según otros modos de realización de la invención:

-El primer soporte comprende una placa de soporte en común de los elementos radiantes de la red, y está previsto un segundo soporte para cada sensor, comprendiendo este soporte para cada sensor un vástago de mantenimiento, del cual un extremo está fijado al sensor y del cual el otro extremo está fijado a una base, a la cual está fijado asimismo el primer soporte por medio de riostras, comprendiendo la placa unos orificios para la travesía de los vástagos con dicho espacio presente entre el borde del orificio y el vástago.

-Los sensores están posicionados en el espacio libre y distribuidos por encima del plano de la red de elementos radiantes.

-La altura entre los sensores y los elementos radiantes de la red es superior a una fracción de la longitud de onda de trabajo de los elementos.

-Los coeficientes de excitación comprenden un desfase y una amplitud, el sistema comprende para cada elemento de la red una vía asociada de recepción y/o una vía asociada de emisión, estando los medios de cálculo previstos para calcular los ajustes en desfase de los coeficientes de excitación y los ajustes en amplitud de los coeficientes de excitación para que el diagrama de radiación medido a partir de los sensores sea lo más parecido posible a un diagrama de radiación de una consigna.

-El sistema comprende unos medios de direccionamiento de los sensores para recoger la medición de campo próximo localmente en el lugar de cada sensor utilizando la técnica de difusión modulada, por ejemplo.

La invención se comprenderá mejor con la lectura de la descripción siguiente, dada únicamente a título de ejemplo no limitativo haciendo referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

-la figura 1 representa un sinóptico modular de un ejemplo de sistema antenario de emisión y de recepción según la invención,

-la figura 2 representa un sinóptico modular de una parte de regulación del sistema antenario según la figura 1,

-la figura 3 representa una vista lateral de un ejemplo de parte de la red de elementos del sistema antenario según la figura 1,

-la figura 4... [Seguir leyendo]

1. Sistema de emisión de haces electromagnéticos, que comprende una red (2) de elementos de emisión de haces electromagnéticos en campo lejano, siendo las señales que proceden de cada uno de los elementos y/o que llegan a los mismos ponderadas por unos coeficientes de excitación determinados digitalmente por unos medios de cálculo, que comprende

-una segunda red distinta de sensores (10) dispuestos en la proximidad de la red (2) de elementos radiantes con el fin de medir el campo próximo existente (Epj) irradiado por los elementos,

-unos medios (32) de cálculo del campo lejano (El) irradiado por la red (2) a partir del campo próximo (Epj) medido realmente por los sensores (10) ,

-unos medios (31) de cálculo de corrección de los coeficientes de excitación de los elementos (2) a partir de la diferencia existente entre el campo lejano (El) calculado a partir de la medición del campo próximo (Epj) y un campo lejano (Elc) de consigna predeterminado, caracterizado porque el sistema comprende:

los elementos radiantes (2i) de la red (2) están fijados a un primer soporte (20) , estando cada sensor (10) fijado a un segundo soporte (100) distinto del primer soporte (20) , estando el primer soporte (20) y los segundos soportes (100) fijados a una base común con un espacio (22) entre el primer soporte (20) y cada segundo soporte (100) , comprendiendo el primer soporte (20) una placa de soporte en común de los elementos radiantes (2i) de la red (2) , comprendiendo la placa unos orificios (23) para la travesía de los segundos soportes (100) con dicho espacio (22) presente entre el borde del orificio (23) y el segundo soporte (100) , permitiendo dicho espacio (22) una deformación del primer soporte (20) .

2. Sistema según la reivindicación 1, caracterizado porque el segundo soporte (100) para cada sensor (10) comprende un vástago de mantenimiento, del cual un extremo está fijado al sensor (10) y del cual el otro extremo está fijado a la base (40) , a la cual está fijado asimismo el primer soporte (20) por medio de riostras (21) , comprendiendo la placa unos orificios (23) para la travesía de los vástagos con dicho espacio (22) presente entre el borde del orificio (23) y el vástago.

3. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los sensores están previstos al lado y entre los elementos (2i) .

4. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque están previstos varios sensores alrededor y entre cada elemento (2i) .

5. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque uno de los sensores está previsto por encima de cada elemento (2i) , atravesando el segundo soporte (100) de este sensor previsto por encima de cada elemento (2i) el primer soporte (20) y dicho elemento (2i) .

6. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los sensores (10) están posicionados en el espacio libre y distribuidos por encima del plano de la red (2) de elementos radiantes (2i) .

7. Sistema según la reivindicación 6, caracterizado porque la altura (H) entre los sensores (10) y los elementos radiantes (2i) de la red (2) es superior a una fracción de la longitud de onda (A) de trabajo de los elementos (2i) .

8. Sistema según la reivindicación 7, caracterizado porque la altura (H) entre los sensores (10) y los elementos radiantes (2i) de la red (2) es superior a una quinta parte de la longitud de onda (A) de trabajo de los elementos (2i) .

9. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los coeficientes de excitación comprenden un desfase y una amplitud, el sistema comprende para cada elemento de la red una vía asociada de recepción y/o una vía asociada de emisión, estando los medios de cálculo previstos para calcular el ajuste en desfase de los coeficientes de excitación y los ajustes en amplitud de los coeficientes de excitación para que el diagrama de radiación medido a partir de los sensores (10) sea lo más parecido posible a un diagrama de radiación de una consigna.

10. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende unos medios de direccionamiento de los sensores y de recogida del valor de campo próximo (Epj) medido localmente en el lugar de cada sensor (10j) utilizando el método de difusión modulada.