ES2339449T3 - Antena de bajo perfil para comunicaciones satelites. - Google Patents
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Abstract
Antena (10) que comprende: una construcción de soporte; una pluralidad de paneles activos (14), acoplados de manera móvil a la construcción de soporte; y un actuador (41) adaptado para controlar el movimiento de la pluralidad de paneles activos (14), incluyendo el movimiento relativo entre los paneles activos (14) y una determinación de una distancia D entre al menos dos paneles adyacentes (14) de dicha pluralidad de paneles activos (14), para así rastrear un transmisor o receptor, de modo tal que los ejes (16) de la pluralidad de paneles activos (14) se configuren para moverse en una dirección sustancialmente paralela a un plano de referencia (11); en donde dicha pluralidad de paneles activos (14) puede rotar respectivamente sobre ejes paralelos (16) soportados por la construcción de soporte de modo tal que permanezcan sustancialmente paralelos unos a otros; y en donde, sobre un rango de ángulos inclinados, cada par de paneles activos adyacentes (14) sustancialmente limita con los demás en un plano perpendicular a una dirección del haz de la antena, y de la dirección del haz no se cubre ningún panel activo en forma total ni parcial.
Description
Antena de bajo perfil para comunicaciones
satelitales.
La presente invención hace referencia a antenas
y, más concretamente, a antenas de bajo perfil de
recepción/
transmisión, que pueden utilizarse en sistemas de comunicaciones satelitales y deben instalarse en terminales móviles para lograr cobertura global y/o en comunicaciones terrestres inalámbricas en plataformas con limitaciones en cuanto a las dimensiones físicas de la antena.
transmisión, que pueden utilizarse en sistemas de comunicaciones satelitales y deben instalarse en terminales móviles para lograr cobertura global y/o en comunicaciones terrestres inalámbricas en plataformas con limitaciones en cuanto a las dimensiones físicas de la antena.
La presente invención se refiere a una antena de
bajo perfil de recepción y/o transmisión y a un método para recibir
y transmitir señales mediante tal antena, que comprende las
características que se incluyen en las reivindicaciones.
Normalmente, se utilizan satélites para
transmitir o comunicar señales electrónicas, incluyendo señales de
audio, vídeo, datos, audio-visuales, etc. a y desde
cualquier parte de una gran área geográfica. En algunos casos, se
utilizan satélites para transmitir o comunicar señales electrónicas
entre un centro terrestre y terminales aerotransportadas que
usualmente se encuentran dentro de aeronaves. Por ejemplo, un
sistema de distribución de señal móvil o aerotransportado basado en
satélite generalmente incluye una estación terrestre que compila
una o más señales individuales de audio/visuales/de datos en una
señal de banda estrecha o de banda ancha, modula una banda de
frecuencia portadora con la señal compilada y después transmite
(mediante enlace ascendente) la señal modulada a uno o más, por
ejemplo, satélites geosincrónicos. Los satélites amplifican la
señal recibida, desplazan la señal a una banda de frecuencia
portadora recibida y transmiten (mediante enlace descendente) la
señal de frecuencia desplazada a aeronaves para la recepción a
unidades receptoras individuales o terminales terrestres
móviles.
Del mismo modo, las terminales individuales
móviles o aerotransportadas pueden transmitir una señal, por
satélite, a la estación base o a otras unidades receptoras.
Un conjunto de antenas que comprende una
pluralidad de paneles activos se divulga en la memoria
US-A-
4 801 943. Los paneles se montan sobre un soporte y pueden rotar sobre ejes paralelos soportados por la construcción de soporte.
4 801 943. Los paneles se montan sobre un soporte y pueden rotar sobre ejes paralelos soportados por la construcción de soporte.
La figura 1 es una vista diagramática
bidimensional de una realización del sistema según algunas
realizaciones de la presente invención;
La figura 2 es una vista en perspectiva
tridimensional de una realización del sistema según algunas
realizaciones de la presente invención;
La figura 3 es una vista diagramática de una
realización del sistema según algunas realizaciones de la presente
invención; y
La figura 4 es una ilustración diagramática de
la operación de un arreglo de antena según algunas realizaciones de
la presente invención.
A continuación se describe una antena de bajo
perfil de recepción/transmisión construida y que opera según
algunas realizaciones de la presente invención. La antena de bajo
perfil de recepción/transmisión se describe como construida para
utilizarla con un sistema de comunicaciones satelitales de onda
milimétrica (MMW, por sus siglas en inglés) geosincrónico. Sin
embargo, queda claro para cualquier persona con conocimientos
básicos en el arte que pueden construirse muchos tipos de antenas
según los principios expuestos en la presente solicitud a
continuación, para utilizarlas con otros sistemas de distribución de
señales de audio, vídeo, datos, audiovisuales, etc. por satélite o
terrestres que incluyen, pero no se limitan a, los llamados sistemas
"de banda C" (que transmiten a frecuencias portadoras entre
3,7 GHz y 4,2 GHz), sistemas de distribución inalámbricos de base
terrestre tales como sistemas de distribución multipunto multicanal
(MMDS, por sus siglas en inglés) y sistemas de distribución
multipunto locales (LMDS, por sus siglas en inglés), sistemas de
telefonía celular, y otros sistemas de comunicaciones inalámbricas
que necesitan una antena de bajo perfil debido a limitaciones
físicas.
De hecho, una antena de la presente invención
puede construirse según los principios aquí expuestos para
utilizarla con sistemas de comunicaciones que operan a longitudes
de onda más cortos que el alcance de onda milimétrica, tales como
sistemas de comunicaciones de onda submilimétrica y
terra-wave, o a longitudes de onda más largas que
el alcance de onda milimétrica, tales como sistemas de
comunicaciones por microondas.
Con referencia a las figuras 1 y 2, se muestra
una antena 10 según algunas realizaciones de la presente invención.
La antena 10 incluye una pluralidad de elementos de antena 12
dispuestos sobre paneles activos 14 preferentemente dispuestos en
un conjunto. El elemento de antena 12 puede comprender cualquier
tipo de unidad de recepción y/o transmisión de antena útil para la
operación en el rango de frecuencia que se pretende utilizar con la
antena 10. El elemento de antena 12 puede estar dispuesto sobre
paneles activos 14 que tienen cualquier forma básicamente de plano
deseada y preferentemente un plano rectangular. El elemento de
antena 12 puede estar dispuesto sobre paneles activos 14 en
cualquier diseño incluyendo, por ejemplo, pero sin limitarse a, un
conjunto de 3x5, un conjunto de 2x4, un conjunto de 5x8 y
similares, o cualquier diseño no rectangular incluyendo, por
ejemplo, cualquier diseño circular, oval o
pseudo-aleatorio.
Los elementos de antena 12 pueden ser,
preferentemente, elementos radiantes que tienen por ejemplo un
diámetro de la mitad de la longitud de onda (\lambda) de la señal
para la cual la antena 10 está diseñada, y pueden disponerse sobre
paneles activos 14 en un diseño rectangular tal como cualquiera de
los diseños antes mencionados.
El conjunto de elementos de antena 12 se dispone
sobre paneles activos 14 de modo tal que el punto focal eléctrico
de cada uno de los elementos de antena 12 apunta en una dirección
que está sustancialmente en un ángulo de incidencia \alpha con
respecto al plano de referencia designado 11 en la figura 1. Como se
ilustra en las figuras 1 y 2, los elementos de antena 12
direccionados en una dirección sustancialmente a lo largo de una
línea 17, perpendicular al panel activo 14 y que pasa
sustancialmente a través del centro del panel activo 14. Cada serie
de elementos 12 puede recibir radiación al llegar al ángulo de
incidencia \alpha1 con respecto al plano de referencia 11. En una
realización de transmisión cada uno de los elementos 12 puede
transmitir radiación a un ángulo de incidencia \alpha1 con
respecto al plano de referencia 11.
En la realización que se ilustra en las figuras
1 y 2, la antena 10 se sintoniza para recibir las señales que
tienen una longitud de onda de aproximadamente 24 mm, es decir, 12,5
GHz. El ancho del panel activo 14 se indica como d_{L}.
Con respecto a las figuras 1 y 2, la distancia
horizontal entre puntos correspondiente en paneles activos 14
adyacentes está dada por
D=d_{L}/sin(\alpha)
en
donde:
- \alpha =
- ángulo entre la línea normal 17 al panel activo y el plano de referencia 11 que usualmente es paralelo al cuerpo de una plataforma móvil a la cual puede adherirse la antena 10;
- d_{L} =
- ancho del panel activo 14.
\vskip1.000000\baselineskip
Cuando la dirección de la antena 10 rastrea de
forma apropiada la dirección de la radiación, en ángulo \alpha
entre la línea normal 17 a los paneles activos 14 y el plano de
referencia 11 es sustancialmente igual al ángulo \alpha1 entre la
fuente de radiación y el plano de referencia 11.
Para n paneles activos 14 en la antena 10 la
longitud total D' de la antena 10 puede recibirse a partir de
D'=
(n-1)*D + d_{L}*sin(\alpha).
(n-1)*D + d_{L}*sin(\alpha).
La distancia D puede determinarse para que sea
tal que al mirar la antena 10 desde un ángulo de incidencia
\alpha, un panel activo 14 no cubrirá sustancialmente, en forma
parcial ni total, parte alguna de un panel activo 14 adyacente.
Además, a partir de un ángulo \alpha, todos los paneles activos 14
parecerán limitar con los otros sustancialmente. Para permitir esto
para un rango de ángulos \alpha inclinados, el eje 16 del panel
activo 14 puede estar adherido de modo deslizable a una construcción
de soporte con posible movimiento en una dirección paralela al
plano de referencia 11, de manera que los ejes 16 de todos los
paneles activos 14 permanezcan sustancialmente paralelos los unos a
los otros y perpendicular a la construcción de soporte, para así
controlar la distancia D. Dicho control de la distancia D puede
estar dirigido a seguir la adaptación del ángulo \alpha de
recepción/transmisión para mantener el solapamiento entre líneas
externas de paneles activos 14 adyacentes, como se describiera con
anterioridad, para todos los valores de \alpha.
Se ha determinado que una antena configurada
según los principios dispuestos en la presente solicitud elimina la
pérdida de ganancia del haz de antena debido a la cobertura parcial
de plano de conjunto a plano de conjunto. Además, debido a que
todos los focos de paneles activos 14 están abiertos a la radiación
que incide en la antena 10 en el ángulo de incidencia \alpha todas
las aperturas del panel activo en toda la antena 10 se suman y la
apertura total de la antena es alta y la antena 10 tiene una
ganancia de antena relativamente alta, lo cual permite que la
antena 10 se utilice en sistemas de comunicaciones de baja energía,
tales como por ejemplo con fines de comunicaciones satelitales.
Además, una antena configurada según los principios expuestos en la
presente solicitud elimina los llamados lóbulos de rejilla debido a
los espacios que pueden crearse entre la proyección de dichos
paneles activos en un plano perpendicular a dicho ángulo de
incidencia preferente.
Se destaca que el ángulo acimutal orientación de
la antena 10 puede cambiarse a través de la rotación alrededor de
un eje central, que es perpendicular al plano de referencia y lo
cruza sustancialmente por su punto central. De manera similar, el
ángulo de elevación de la antena 10 puede cambiarse inclinando los
paneles activos 14 de manera sincrónica, y la distancia D puede
ajustarse. Los ángulos acimutal y de elevación de la antena 10 y la
distancia D pueden establecerse en forma manual o automática,
utilizando cualquier actuador motriz apropiado 41, tal como pero
sin limitarse a, un actuador lineal neumático, un actuador lineal
eléctrico, un motor con una transmisión apropiada, etc.
La antena 10 también puede ubicarse en un medio
de carga rotativo que puede permitirle rotar alrededor de un eje
que es perpendicular al plano de referencia 11 a cualquier ángulo
acimutal deseado.
Utilizando cualquier medio motriz controlable
adecuado, el haz de la antena 10 puede direccionarse para que
apunte a cualquier combinación deseada de ángulos acimutal y de
elevación, para así recibir o transmitir señales de o hacia una
fuente/receptor móvil, o para representar el movimiento de la antena
con respecto a una fuente/receptor fijo o móvil.
Con referencia a la figura 3, que ilustra la
antena 30 construida y operando según algunas realizaciones de la
presente invención, la antena 30 comprende un número limitado de
paneles activos 34, dos paneles activos en el ejemplo de la figura
3. Los paneles activos 34 pueden estar inclinados sobre su eje de
inclinación 32 según los principios de operación antes indicados.
La antena 30 también comprende uno o más paneles activos 35
auxiliares, que también pueden estar inclinados sobre sus ejes 36.
El panel activo auxiliar 35 puede estar inclinado según el
principio de operación de la operación de los paneles activos 34
cuando el ángulo de elevación \alpha está dentro de un rango de
inclinación predefinido. Esta disposición puede ser útil, por
ejemplo, en casos donde la dimensión longitudinal global de la
antena 30 es limitada, debido a limitaciones constructivas por
ejemplo, por lo que la distancia entre el panel activo 34 y el panel
activo auxiliar adyacente 35 no puede seguir las reglas antes
dictadas para cierto rango de ángulo de inclinación \alpha.
Preferentemente, los actuadores motrices pueden
utilizarse para ofrecer el máximo rango de dirección del haz que se
considera necesario para la utilización particular de la antena 30.
Pueden utilizarse actuadores motrices de cualquier tipo, tal como
pero sin limitarse a, un actuador lineal neumático, un actuador
lineal eléctrico, un motor con una transmisión apropiada, etc.
Queda claro que la orientación máxima del haz necesaria para
cualquier antena en particular dependerá de la cantidad de cambio
esperado en el ángulo de incidencia de la señal recibida (en el
caso de una antena de recepción) o en la posición del receptor (en
el caso de una antena de transmisión) y del ancho del haz de la
antena, que es una función del tamaño o apertura de la antena.
Mientras mayor sea la apertura, más estrecho será el haz. Con
referencia a la figura 4, que es una ilustración diagramática de la
construcción y operación de una disposición de antena según algunas
realizaciones de la presente invención, se presenta una realización
de la antena de bajo perfil 40. Se utiliza un actuador 41, rieles
guía 42, un panel activo 43 de la antena, un panel activo 45
auxiliar de la antena, una varilla extensible 44 y un medio de
soporte deslizable 47. El ángulo entre la varilla extensible 44 y el
panel activo 43 de la antena se asegura en forma rígida a un ángulo
predefinido, de aproximadamente 90° en el presente ejemplo de la
figura 4. La activación del actuador 41 puede hacer que las
varillas extensibles 44 se extiendan o se acorten a lo largo del
eje longitudinal mutuo de las varillas extensibles 44, mientras que
dos paneles activos 43 se mantienen sustancialmente paralelos unos
a otros mientras se cambia el ángulo \alpha. En forma similar, el
actuador 41 puede girar sobre su eje central 48, y así cambiar el
ángulo relativo entre las varillas extensibles 44 y los rieles guía
42 para cambiar el ángulo \alpha y mantener los paneles activos 43
sustancialmente paralelos unos a otros.
Claims (24)
1. Antena (10) que comprende:
- una construcción de soporte;
- una pluralidad de paneles activos (14), acoplados de manera móvil a la construcción de soporte; y
- un actuador (41) adaptado para controlar el movimiento de la pluralidad de paneles activos (14), incluyendo el movimiento relativo entre los paneles activos (14) y una determinación de una distancia D entre al menos dos paneles adyacentes (14) de dicha pluralidad de paneles activos (14), para así rastrear un transmisor o receptor,
- de modo tal que los ejes (16) de la pluralidad de paneles activos (14) se configuren para moverse en una dirección sustancialmente paralela a un plano de referencia (11); en donde dicha pluralidad de paneles activos (14) puede rotar respectivamente sobre ejes paralelos (16) soportados por la construcción de soporte de modo tal que permanezcan sustancialmente paralelos unos a otros; y
- en donde, sobre un rango de ángulos inclinados, cada par de paneles activos adyacentes (14) sustancialmente limita con los demás en un plano perpendicular a una dirección del haz de la antena, y de la dirección del haz no se cubre ningún panel activo en forma total ni parcial.
\vskip1.000000\baselineskip
2. Antena según la reivindicación 1, en donde el
actuador se adapta para ajustarse a la distancia entre los paneles
activos (14).
3. Antena según la reivindicación 1 ó 2, en
donde los paneles activos (14) están conectados a dicha construcción
de soporte mediante bisagras.
4. Antena según la reivindicación 3, en donde
dichos paneles activos (14) pueden rotar sobre dichas bisagras, y
dichas bisagras son paralelas unas a otras.
5. Antena según la reivindicación 3 ó 4, en
donde los paneles activos (14) pueden moverse en forma paralela
unos de otros a lo largo de líneas que se incluyen en el mismo plano
con dichas bisagras.
6. Antena según la reivindicación 1 ó 2, que
además comprende al menos un panel activo auxiliar (35) en donde
dicho, al menos un, panel activo auxiliar puede rotar alrededor de
un eje (36) paralelo a los paneles activos (14) sólo por un rango
limitado relativo al ángulo de rotación de los paneles activos
(14).
7. Antena según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en donde un área de apertura efectiva
de la antena es sustancialmente igual a la suma de las áreas de
apertura de todos los paneles activos (14).
8. Antena según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en donde la construcción de soporte
puede rotar bajo el control del actuador (41).
9. Antena según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en donde el actuador (41) comprende un
actuador neumático.
10. Antena según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en donde el actuador (41) comprende un
actuador lineal eléctrico.
11. Antena según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en donde el actuador (41) comprende un
motor.
12. Antena según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en donde una pluralidad de elementos
de antena están dispuestos sobre cada panel (14) de la antena.
13. Antena según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en donde las direcciones de haz de los
paneles activos (14) comprenden puntos focales de los paneles.
14. Antena según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en donde la pluralidad de paneles
activos (14) comprende al menos tres paneles activos.
15. Antena según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en donde los paneles activos (14)
tienen una dirección de haz variable relativa a la construcción de
soporte.
16. Antena según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en donde los paneles activos (14)
están adheridos en forma deslizable a la construcción de
soporte.
17. Antena según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en donde los paneles activos (14) se
mantienen sustancialmente paralelos unos a otros.
18. Método para recibir o transmitir señales
eléctricas mediante una antena (10), que comprende:
- proporcionar una pluralidad de paneles activos (14) que se mueven acoplados a una construcción de soporte para proporcionar direcciones de haz variables;
- direccionar las direcciones de haz de los paneles activos (14) hacia un transmisor o receptor; y
- controlar el movimiento de los paneles activos (14) incluyendo el movimiento relativo entre los paneles activos (14) y una determinación de una distancia D entre al menos dos paneles adyacentes de dicha pluralidad de paneles activos (14), dicho movimiento relativo se realiza en una dirección sustancialmente paralela a un plano de referencia (11),
- para así rastrear el transmisor o receptor, los paneles activos (14) siendo movidos, de modo tal que cada par de paneles activos adyacentes (14) limite sustancialmente con los demás en un plano perpendicular a la dirección del haz sobre un rango de ángulos de inclinación, y en donde desde la dirección del haz ninguno de los paneles activos se cubra en forma parcial o total;
en donde durante dicho movimiento dicha
pluralidad de paneles activos (14) rote sobre sus ejes respectivos
(16) mientras permanecen sustancialmente paralelos unos a
otros.
19. Método según la reivindicación 18, en donde
dichos paneles activos (14) están direccionados por un actuador
(41).
20. Método según la reivindicación 18 ó 19, en
donde dichos paneles activos (14) rotan mediante por lo menos un
actuador (41).
21. Método según una de las reivindicaciones
18-20, que comprende ajustar distancias entre dichos
paneles activos (14).
22. Método según una de las reivindicaciones
18-21, que comprende ajustar distancias entre los
paneles activos (14) en respuesta a un cambio en la dirección del
haz.
23. Método según una de las reivindicaciones
18-22, que comprende rotar paralelamente los paneles
activos (14).
24. Método según una de las reivindicaciones
18-23, que comprende cambiar las direcciones de haz
de los paneles activos (14).
Applications Claiming Priority (2)
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