ES2676907T3 - Antena plana de telecomunicación por satélite - Google Patents

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ES2676907T3 ES15728822.6T ES15728822T ES2676907T3 ES 2676907 T3 ES2676907 T3 ES 2676907T3 ES 15728822 T ES15728822 T ES 15728822T ES 2676907 T3 ES2676907 T3 ES 2676907T3
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Abstract

Antena plana (10) de telecomunicación por satélite que comprende: - una chapa radiante (16), en un plano, que comprende al menos una línea radiante (17), y - un medio de adaptación (11) apto para modificar el retardo de los campos emitidos o recibidos por la al menos una línea radiante (17), caracterizada por que dicho medio de adaptación (11) incluye: - una bocina (12) dotada de movimiento giratorio, alrededor de un eje perpendicular al plano, entre las dos placas metálicas (13a, 13b) paralelas a dicho plano y que contienen una red de sensores (14), y - al menos un cable coaxial (8) conectado entre al menos un sensor de la red (14) y la al menos una línea radiante (17), - estando adaptada la longitud del al menos un cable coaxial (8) para introducir un retardo necesario para el enfoque de la onda radiada por la al menos una línea radiante (17).

Description

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DESCRIPCION
Antena plana de telecomunicacion por satelite Campo de la invencion
La presente invencion se refiere al campo de las antenas planas de telecomunicacion por satelite. La invencion esta particularmente adaptada para las aeronaves.
La invencion encuentra una aplicacion particularmente ventajosa para la emision y la recepcion de los datos hacia o desde un satelite, especialmente para las telecomunicaciones por satelites de tipo Satcom (acronimo de comunicacion por satelite o “Satellite communications” en la terminologfa anglosajona).
Estado de la tecnica
Para ciertas aplicaciones de telecomunicaciones, especialmente aerotransportadas, es preciso utilizar antenas planas de escasfsimo espesor con el fin de no modificar el perfil aerodinamico del portador, por ejemplo cuando la antena esta posicionada sobre la superficie de una aeronave.
Estas antenas de telecomunicacion incluyen una superficie plana que comprende al menos una lmea radiante apta para transmitir y recibir senales de una frecuencia determinada en funcion de la forma de la lmea radiante. Las senales son emitidas y recibidas en la direccion del satelite, que puede quedar desapuntada con respecto a la direccion normal de la antena en funcion de los movimientos del portador. Mas espedficamente, estas antenas deben apuntar un haz muy direccional en el interior de un cono de al menos 60° de semiangulo, con el fin de que la ganancia de la antena no deje de ser suficiente para garantizar la relacion senal a ruido necesaria para la calidad del enlace.
Consiste una solucion conocida para realizar este apuntamiento en utilizar una antena plana 100 tal y como se describe en la figura 1. Esta antena plana 100 se extiende en un plano xy sobre una pared externa 101 de una aeronave. Unas lmeas radiantes 102 de la antena plana 100 emiten y reciben senales en una direccion desapuntada 103 un angulo a con respecto a la direccion z normal a la superficie de la antena plana 100 en el plano perpendicular a las lmeas radiantes 102 (xoz). Este desapuntamiento precisa de un ajuste de la fase en cada lmea radiante por medio de, por ejemplo, desfasadores electronicos programables. La fase 9i que se debe exhibir en la lmea i para obtener un apuntamiento en la direccion a viene dada por la expresion:
Oi = 2n i d sin a/A;
con: i que corresponde al mdice de la lmea, d, al paso entre las lmeas y A, a la longitud de onda.
Con objeto de desapuntar las senales recibidas en un cono, la antena plana 100 esta ademas dotada de movimiento giratorio p alrededor de un eje z ortonormal con los ejes xy.
Esta primera solucion permite barrer electronicamente todas las direcciones de apuntamiento en el interior del cono.
Sin embargo, la direccion del apuntamiento en a es variable con la longitud de onda A y no permite un funcionamiento simultaneo en dos bandas de frecuencias muy diferentes como en Satcom banda Ka por ejemplo (20 GHz en recepcion, 30 GHz en transmision).
Para subsanar este problema, se conoce utilizar una lente de ROTMAN descrita, por ejemplo, en la patente estadounidense n.° US 3.170.158. La lente de ROTMAN es un dispositivo conocido que habitualmente permite obtener una antena que radia varios haces desapuntados en un plano. La lente esta dotada de N accesos, cada uno de los cuales da un haz en una direccion dada independiente de la frecuencia. El barrido angular se obtiene mediante conmutacion entre los N haces disponibles.
La lente viene determinada por el espacio entre dos planos conductores paralelos, la red de entrada se constituye a partir de bocinas realizadas en grna de onda que radian una polarizacion perpendicular a los planos metalicos. La red de salida puede estar constituida por elementos de tipo monopolos perpendiculares a los planos metalicos y que permiten tomar la energfa radiada por las bocinas de la red de entrada. La red lineal de los elementos radiantes es alimentada por mediacion de enlaces (coaxiales, por ejemplo) de longitudes tales que la onda radiada sea plana.
De acuerdo con un principio afm, la patente estadounidense n.° US 8.284.102 da a conocer un desfasador electronico que comprende un seleccionador electronico para una red de fuentes lineal o curva. El enfoque de la antena se realiza mediante elementos reflectores internos y medios de enfoque dielectrico o refractivo.
Esta segunda solucion permite disponer de una antena plana fija sobre la superficie de una aeronave. Sin embargo, esta solucion limita el numero de direcciones en que la antena puede apuntar en funcion del numero de fuentes. Ademas, la implantacion de una red de fuentes lineal y de los medios de seleccion electronica aumenta el espacio ocupado por la antena plana.
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La tecnica anterior US 5398035 describe un sistema de antena de reflector de onda milimetrica por satelite para el seguimiento de satelite movil.
Explicacion de la invencion
La presente invencion pretende subsanar los inconvenientes de la tecnica anterior proponiendo una antena plana fija dotada de una bocina movil con el fin de barrer permanentemente todas las direcciones.
A tal efecto, la presente invencion concierne a una antena plana de telecomunicacion por satelite que comprende una chapa radiante que comprende al menos una lmea radiante, y un medio de adaptacion apto para modificar el retardo de los campos emitidos o recibidos por la al menos una lmea radiante, incluyendo dicho medio de adaptacion una bocina dotada de movimiento giratorio entre dos placas metalicas que contienen una red de sensores, y al menos un cable coaxial conectado entre al menos un sensor de la red y la al menos una lmea radiante, estando adaptada la longitud del al menos un cable coaxial para introducir un retardo necesario para el enfoque de la onda radiada por la chapa radiante.
Asf, la invencion permite barrer continuamente todas las direcciones asociadas a cada posicion de la bocina movil. La invencion permite fijar la antena sobre una superficie plana, limitando asf la fragilidad de la antena y mejorando el aerodinamismo del portador de la antena.
Esta estructura de antena funciona en una banda de frecuencias muy ancha, ya que da un apuntamiento independiente de la frecuencia.
De acuerdo con una forma de realizacion, la bocina es apta para transmitir entre las placas metalicas una onda cuyo campo electrico es perpendicular a las placas metalicas.
De acuerdo con una forma de realizacion, dicho medio de adaptacion incluye asimismo una red de monopolos sensores fijada sobre al menos una placa metalica, estando el al menos un cable coaxial conectado entre dicha red de monopolos sensores y la al menos una lmea radiante. Los monopolos sensores estan conectados en red y son aptos para tomar la energfa emitida por la bocina a un paso inferior a A longitud de onda. La red de monopolos sensores puede estar constituida a partir de simples hilos metalicos (monopolos) o de ranuras o de cualquier otro tipo de antena elemental. Asf, esta forma de realizacion permite transmitir la energfa captada por la bocina a las lmeas radiantes.
De acuerdo con una forma de realizacion, dicha red de monopolos sensores incluye una superficie cerrada mediante un reflector metalico. El reflector metalico permite limitar la radiacion de la red de monopolos por el lado de la bocina.
De acuerdo con una forma de realizacion, dicho reflector metalico esta posicionado a A longitud de onda por detras de los monopolos sensores.
De acuerdo con una forma de realizacion, la longitud del al menos un cable coaxial esta adaptada para introducir un retardo suplementario que permite obtener un apuntamiento fijo inicial de manera tal que el apuntamiento total vane de 0° a 60° para un desplazamiento simetrico de la bocina de ± 30° aproximadamente. Esta forma de realizacion, asociada a la rotacion de la antena en su conjunto en 360° alrededor de su eje z, permite contener todas las direcciones en un cono de semiangulo 60° centrado en la direccion normal a la antena.
De acuerdo con una forma de realizacion, las dos placas metalicas estan fijadas sobre un plano paralelo al plano de dicha chapa radiante.
De acuerdo con una forma de realizacion, dicha chapa radiante incluye varias lmeas radiantes espaciadas una semilongitud de onda aproximadamente. Esta forma de realizacion permite especialmente evitar problemas relacionados con los lobulos de red.
De acuerdo con una forma de realizacion, dicha chapa radiante incluye varias lmeas radiantes constituidas a partir de una alineacion de elementos radiantes tales como dipolos, parches o ranuras.
De acuerdo con una forma de realizacion, dicha chapa radiante incluye varias lmeas radiantes que incluyen cada una de ellas un repartidor con una entrada y varias salidas correspondientes al numero de elementos radiantes de la lmea radiante.
Breve descripcion de los dibujos
Se comprendera mejor la invencion con ayuda de la descripcion, llevada a cabo a tttulo meramente explicativo, de las formas de realizacion de la invencion, con referencia a las figuras, en las cuales:
la figura 1 ilustra una antena de telecomunicaciones por satelite plana y movil segun el estado de la tecnica;
la figura 2 ilustra una antena de telecomunicaciones por satelite plana segun una forma de realizacion de la invencion; y
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la figura 3 ilustra la bocina movil de la antena de la figura 2.
Descripcion detallada de las formas de realizacion de la invencion
La figura 2 revela una antena plana 10 de telecomunicaciones por satelite constituida a partir de una chapa radiante 16 unida a un medio de adaptacion 11 apto para modificar los retardos de los campos emitidos o recibidos por la chapa radiante 16.
La chapa radiante 16 se extiende en un plano xy e incluye varias lmeas radiantes 17 dispuestas segun el eje y a un paso proximo a media longitud de onda segun el eje x. Cada lmea radiante 17 esta constituida a partir de una alineacion de N elementos radiantes (no representados), por ejemplo dipolos, parches o ranuras dispuestos a un paso inferior a una longitud de onda segun el eje de las y, y alimentados por un repartidor que incluye una entrada y N salidas.
El medio de adaptacion 11 esta constituido a partir de una bocina 12 dotada de movimiento giratorio entre dos placas metalicas 13a y 13b paralelas a la chapa radiante 16. La bocina 12, representada en la figura 3, esta dotada de movimiento giratorio alrededor del eje z' (paralelo o coincidente con el eje z) que se extiende en una direccion normal al plano xy. La movilidad de la bocina 12 recae en una grna 20 con control digital.
La bocina 12 radia entre las dos placas metalicas 13a, 13b una onda TEM (por transversal electromagnetica) cuyo campo electrico es perpendicular a las placas metalicas 13a, 13b. Una red de monopolos 14 va fijada sobre la placa metalica superior 13a con el fin de captar la onda TEM. La parte posterior de la red de monopolos 14 esta cerrada mediante un reflector metalico 15 situado a aproximadamente % de longitud de onda, con el fin de cerrar el medio de adaptacion.
Cada monopolo de la red 14 esta conectado a cada lmea radiante 17 de la chapa radiante 16 por mediacion de un cable coaxial 18. Los cables coaxiales 18 son todos ellos de longitudes diferentes e introducen el retardo necesario para el enfoque de la onda radiada por la chapa radiante 16. Asimismo, introducen un retardo suplementario que permite obtener un apuntamiento fijo inicial de manera tal que el apuntamiento total vane de 0° a 60° para un desplazamiento simetrico de la bocina 12.
Asf, la invencion permite apuntar a todas las direcciones contenidas en el cono de semiangulo 60° centrado en el ejez por mediacion de un giro de la bocina 12 de ±30° aproximadamente alrededor del eje z' y de un giro del conjunto de antena de 360° alrededor del eje z. Esta estructura de antena funciona en una banda de frecuencias muy ancha, ya que la bocina movil 12 permite obtener un apuntamiento independiente de la frecuencia.

Claims (10)

  1. 5
    10
    15
    20
    25
    30
    35
    REIVINDICACIONES
    1. Antena plana (10) de telecomunicacion por satelite que comprende:
    - una chapa radiante (16), en un plano, que comprende al menos una lmea radiante (17), y
    - un medio de adaptacion (11) apto para modificar el retardo de los campos emitidos o recibidos por la al menos una lmea radiante (17),
    caracterizada por que dicho medio de adaptacion (11) incluye:
    - una bocina (12) dotada de movimiento giratorio, alrededor de un eje perpendicular al plano, entre las dos placas metalicas (13a, 13b) paralelas a dicho plano y que contienen una red de sensores (14), y
    - al menos un cable coaxial (8) conectado entre al menos un sensor de la red (14) y la al menos una lmea radiante (17),
    - estando adaptada la longitud del al menos un cable coaxial (8) para introducir un retardo necesario para el enfoque de la onda radiada por la al menos una lmea radiante (17).
  2. 2. Antena plana segun la reivindicacion 1, caracterizada por que la bocina (12) es apta para transmitir entre las placas metalicas (13a, 13b) una onda cuyo campo electrico es perpendicular a las placas metalicas (13a, 13b).
  3. 3. Antena plana segun la reivindicacion 1 o 2, caracterizada por que dicho medio de adaptacion (11) incluye asimismo una red de monopolos sensores (14) fijada sobre al menos una placa metalica (13a, 13b), estando el al menos un cable coaxial (8) conectado entre dicha red de monopolos sensores (14) y la al menos una lmea radiante (17).
  4. 4. Antena plana segun la reivindicacion 3, caracterizada por que dicha red de monopolos sensores (14) incluye una superficie cerrada mediante un reflector metalico (5).
  5. 5. Antena plana segun la reivindicacion 4, caracterizada por que dicho reflector metalico (5) esta posicionado a % de longitud de onda de la red de monopolos sensores (14).
  6. 6. Antena plana segun una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada por que la longitud del al menos un cable coaxial (8) esta adaptada para introducir un retardo suplementario que permite obtener un apuntamiento fijo inicial de manera tal que el apuntamiento total vane de 0° a 60° para un desplazamiento simetrico de la bocina (12).
  7. 7. Antena plana segun una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada por que las dos placas metalicas (13a, 13b) estan fijadas sobre un plano paralelo al plano de dicha chapa radiante (16).
  8. 8. Antena plana segun una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizada por que dicha chapa radiante (16) incluye varias lmeas radiantes (17) espaciadas una semilongitud de onda aproximadamente.
  9. 9. Antena plana segun una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizada por que dicha chapa radiante (16) incluye varias lmeas radiantes (17) constituidas a partir de una alineacion de elementos radiantes tales como dipolos, parches o ranuras.
  10. 10. Antena plana segun una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizada por que dicha chapa radiante (16) incluye varias lmeas radiantes (17) que incluyen cada una de ellas un repartidor con una entrada y varias salidas correspondientes al numero de elementos radiantes de la lmea radiante.
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