ES2856222T3 - Formador de haces cuasióptico, antena elemental, sistema de antenas, plataforma y procedimiento de telecomunicaciones asociados - Google Patents

Formador de haces cuasióptico, antena elemental, sistema de antenas, plataforma y procedimiento de telecomunicaciones asociados Download PDF

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Abstract

Formador (10) de haces cuasióptico para antena elemental (A) de telecomunicaciones, en particular por satélite, presentando el formador (10) de haces cuasióptico una entrada capaz de ser conectada a una fuente (16) de onda electromagnética y una salida capaz de alimentar al menos un elemento radiante (18), comprendiendo el formador (10) de haces cuasióptico al menos: - una primera capa (C1) y una segunda capa (C2) superpuestas de formación de haces cuasióptica, estando cada capa asociada a un estado de polarización de onda distinto, comprendiendo cada capa: - una guía de onda (12) de placas paralelas, y - un canto (14) de lente de gradiente de índice cuya forma corresponde a un elipsoide de revolución o a un semielipsoide de revolución, siendo el canto tomado según un plano meridiano del elipsoide de revolución, o del semielipsoide de revolución, y colocado en paralelo entre las placas paralelas de la guía de onda (12) de placas paralelas, y - un polarizador colocado en paralelo entre las dos capas superpuestas.

Description

DESCRIPCIÓN
Formador de haces cuasióptico, antena elemental, sistema de antenas, plataforma y procedimiento de telecomunicaciones asociados
[0001] La presente invención se refiere a un formador de haces cuasióptico para antena elemental de telecomunicaciones, en particular por satélite y preferentemente en la banda Ka. La invención se refiere también a una antena elemental que incluye dicho formador de haces, a un sistema de antena que incluye dicha antena elemental, a una plataforma, en particular terrestre, aérea o espacial, que incluye al menos una antena elemental o un sistema de antena citados anteriormente, y a un procedimiento de telecomunicación entre dos estaciones que usan la antena elemental o el sistema de antena citados anteriormente.
[0002] En el campo de las comunicaciones por satélite, la obtención de una comunicación de buena calidad implica altos rendimientos para las ondas electromagnéticas producidas por el sistema de antena usado en la comunicación en términos de ganancia y de nivel de los lóbulos secundarios (relación entre la intensidad de los lóbulos secundarios y la intensidad del lóbulo principal).
[0003] En el caso particular de la banda electromagnética Ka, están implicadas dos bandas de frecuencias distintas. De hecho, en emisión, las ondas electromagnéticas de la banda Ka tienen una frecuencia comprendida entre 27,5 Gigahercios (GHz) y 31 GHz mientras que, en recepción, las ondas electromagnéticas de la banda Ka tienen una frecuencia comprendida entre 17,3 GHz y 21,2 GHz. Además, las polarizaciones de las ondas en emisión y en recepción son generalmente de tipo circular opuestas o no.
[0004] Estas frecuencias y estas polarizaciones circulares en recepción y en emisión imponen restricciones en el sistema de antena. Además, en el contexto de unión por satélite, conviene orientar la antena con el fin de apuntar hacia el satélite que permite establecer la unión. Además, para reducir la signatura visual (el espacio físico ocupado), las soluciones de tipo antena parabólica en general no se prefieren especialmente en el contexto terrestre o aéreo.
[0005] Entre los sistemas de antena que permiten respetar estas diferentes restricciones, se sabe usar una antena de barrido electrónico que comprende dos paneles de antenas disjuntos respectivamente para la emisión de una onda a una frecuencia alrededor de 30 GHz y para la recepción de una onda a una frecuencia de alrededor de 20 GHz. Sin embargo, la antena de barrido electrónico obtenida presenta un espacio ocupado importante correspondiente a las superficies radiantes de cada uno de los modos de funcionamiento (emisión/recepción). Además, la eficacia de dicha antena a menudo es insuficiente ya que se usan muy a menudo antenas unitarias de tipo parche.
[0006] Por otra parte, la implementación de una polarización circular en un primer sentido en la parte de emisión y de una polarización circular en un segundo sentido opuesto al primer sentido para la parte de recepción se demuestra difícil. En particular, el empleo de un polarizador reduce la flexibilidad de uso de la antena de barrido considerada.
[0007] Con el fin de limitar las pérdidas de la antena de barrido electrónico, se sabe asimismo usar estructuras de tipo cuerno para obtener una mejor eficacia.
[0008] No obstante, también en este caso, la antena obtenida presenta un espacio ocupado importante debido al empleo de un polarizador y sobre todo de dos paneles usados para la emisión y la recepción.
[0009] Para remediar estos inconvenientes, en la solicitud FR 3013909 A1 se ha propuesto una estructura de antena que puede recibir ondas de una frecuencia distinta a la de las ondas emitidas a la vez que es compacta. Dicha estructura de antena se basa en la implementación de un cuerno de guía radiante cargado con dieléctrico y que integra un polarizador para la generación de la polarización circular necesaria.
[0010] Sin embargo, dicha estructura requiere la implementación de una alimentación compleja de un cuerno, o de una pluralidad de cuernos, en particular, por medio de una red de distribución en guía. De hecho, el uso de una guía implica un mecanizado que presenta tolerancias, una masa y un coste importantes que obligan a recurrir a dispositivos de accionamiento voluminosos.
[0011] Se han propuesto soluciones a base de formadores de haces en particular en la solicitud FR 3038457 basada en una estructura con excrecencias correspondiente a una estructura parabólica integrada en la alimentación. Sin embargo, dicha estructura no está adaptada para un uso en banda electromagnética Ka, ya que es inadecuada para generar una polarización circular, y presenta una estructura de excrecencias cuyo grosor es apto para reducir la capacidad de desapuntamiento de un sistema de antena unidimensional activo de barrido electrónico. En el documento uS 6,426,726 B1 se describe otro formador de haz.
[0012] Por tanto, existe la necesidad de una alimentación simplificada, compacta y ligera y capaz de permitir la generación de una polarización circular a la vez que es compacta y conserva la capacidad de desapuntamiento de una estructura de antena capaz de recibir ondas a una frecuencia distinta de las ondas emitidas.
[0013] Para este fin, la invención tiene por objeto un formador de haces cuasióptico para antena elemental de telecomunicaciones, en particular por satélite, presentando el formador de haces cuasióptico una entrada capaz de conectarse a una fuente de onda electromagnética y una salida capaz de alimentar al menos un elemento radiante, comprendiendo el formador de haces cuasióptico al menos:
- una primera capa y una segunda capa superpuestas de formación de haces cuasióptica, estando cada capa asociada a un estado de polarización de onda distinto, comprendiendo cada capa:
- una guía de onda de placas paralelas, y
- un canto de lente de gradiente de índice cuya forma corresponde a un elipsoide de revolución o a un semielipsoide de revolución, siendo el canto tomado según un plano meridiano del elipsoide de revolución, o del semielipsoide de revolución, y colocado en paralelo entre las placas paralelas de la guía de onda de placas paralelas, y - un polarizador colocado en paralelo entre las dos capas superpuestas.
[0014] Según realizaciones particulares de la invención, el formador de haces cuasióptico presenta asimismo una o varias de las características siguientes, tomadas de forma aislada o según cualquier combinación técnicamente posible:
- la lente de gradiente de índice está formada por un material dieléctrico;
- la lente es una lente hemisférica inhomogénea de gradiente de índice de tipo ojo de pez de Maxwell, cuyo canto está formado por:
- una pluralidad de N materiales dieléctricos, que presentan características dieléctricas discretas distintas, y distribuidos en continuo, sucesivamente, y concéntricamente según el radio del canto, con 3 < N < 10, o - un material dieléctrico difractivo que presenta una pluralidad de orificios cuya densidad aumenta concéntricamente según el radio del canto;
- la lente de gradiente de índice se forma a partir de un material que corresponde a un conjunto de bornes metálicos.
[0015] La invención tiene también por objeto una antena elemental que comprende al menos un elemento radiante y un formador de haces cuasióptico tal como se describe anteriormente, siendo la salida del formador de haces cuasióptico capaz de alimentar la entrada de dicho al menos un elemento radiante.
[0016] Según realizaciones particulares, la antena elemental presenta también una o varias de las características siguientes, tomadas de forma aislada o según cualquier combinación técnicamente posible:
- dicho al menos un elemento radiante comprende un cuerno que comprende una primera parte de emisión-recepción alimentada por la primera capa del formador de haces cuasióptico, y una segunda parte de emisión-recepción alimentada por la segunda capa del formador de haces cuasióptico,
siendo cada una de las partes primera y segunda de emisión-recepción capaz de emitir y recibir una onda electromagnética a una primera frecuencia o a una segunda frecuencia, siendo la relación entre la segunda frecuencia y la primera frecuencia superior a 1,2, preferentemente superior a 1,5, de manera que la primera frecuencia y la segunda frecuencia pertenecen a la banda Ka del espectro electromagnético,
siendo el polarizador del formador de haces cuasióptico apto para extenderse entre la primera parte de emisiónrecepción y la segunda parte de emisión-recepción.
- el polarizador es capaz de polarizar circularmente en un primer sentido las ondas electromagnéticas que la primera parte de emisión-recepción puede emitir y de polarizar circularmente las ondas electromagnéticas que la segunda parte de emisión-recepción puede emitir en un sentido opuesto al primer sentido.
[0017] La invención tiene también por objeto un sistema de antena que incluye al menos una antena elemental tal como se describe anteriormente.
[0018] Además, la invención se refiere también a una plataforma, en particular aérea, que incluye al menos una antena elemental tal como se describe anteriormente o un sistema de antena tal como se describe anteriormente.
[0019] La presente invención tiene también por objeto un procedimiento de telecomunicaciones, en particular por satélite, entre dos estaciones, comprendiendo el procedimiento el empleo de al menos una antena elemental tal como se describe anteriormente o un sistema de antena tal como se describe anteriormente.
[0020] Otras características y ventajas de la invención se desprenderán a partir de la lectura de la descripción detallada que se ofrece a continuación, de realizaciones de la invención, proporcionadas a modo de ejemplo únicamente y en referencia a los dibujos que son:
- figura 1, una vista esquemática en perspectiva de una antena elemental que comprende un formador de haces cuasióptico según una primera realización;
- figura 2 , una vista esquemática en perspectiva de una antena elemental que comprende un formador de haces cuasióptico según una segunda realización;
- figura 3, una vista esquemática en perspectiva de un sistema de antena según una realización de la invención; - figura 4, una vista esquemática en perspectiva de un ejemplo de elemento radiante de antena elemental según la presente invención.
[0021] En lo que sigue de la descripción, la expresión «sustancialmente» expresará una relación de igualdad más o menos el 10%.
[0022] La antena elemental A según la presente invención comprende un formador de haces cuasióptico 10, o FFQO, cuyos ejemplos de realización se representan respectivamente en las figuras 1 y 2.
[0023] De manera general, dicho formador de haces cuasióptico 10 comprende al menos una primera capa C1 y una segunda capa C2 superpuestas de formación de haces cuasióptica, estando cada capa C1 o C2 asociada a un estado de polarización de onda distinto, comprendiendo cada capa C1 o C2:
- una guía de onda 12 de placas paralelas, y
- un canto 14 de lente de gradiente de índice cuya forma corresponde a un elipsoide de revolución o un semielipsoide de revolución, siendo el canto tomado según un plano meridiano del elipsoide de revolución, o del semielipsoide de revolución, y apto para ser colocado en paralelo entre las placas paralelas de la guía de onda 12 de placas paralelas, y
- un polarizador 15 colocado en paralelo entre las dos capas superpuestas.
[0024] Más en concreto, de manera conocida, para cada capa C1 o C2, la guía de onda 12 de placas paralelas (PPW del inglés «Parallel Plate Waveguide») es una guía de transmisión que comprende dos placas metálicas apiladas, separadas entre sí por un grosor de capa Ec y que se extiende según dos direcciones longitudinal X y transversal Y.
[0025] Dicha guía de onda 12 PPW es apta para concentrar la energía suministrada por una fuente de alimentación 16 capaz de producir una o varias ondas electromagnéticas.
[0026] Según la presente invención, para una capa C1 o C2 considerada, la guía de onda 12 PPW comprende una estructura plana focalizante que corresponde a un canto 14 de lente de gradiente de índice (es decir, que presenta un índice de refracción variante en función de la posición dentro de la lente) cuyo grosor El se extiende según la dirección Z ortogonal al plano XY y cuya cara posterior se basa en una de las placas metálicas de la guía de onda 12.
[0027] Por «canto» (14) se entiende una porción de grosor El tomada según un plano de toma meridiana en un elipsoide de revolución o un semielipsoide de revolución. Dicho de otro modo, el contorno según el grosor El del canto es elíptico, respectivamente semielíptico.
[0028] Más en concreto, el canto 14 de lente de gradiente de índice de la primera capa C1 se apoya sobre la placa metálica 15 común a la vez en la primera guía de onda 121 de la primera capa C1 y en la segunda guía de onda 122 de la primera capa C2, correspondiendo esta placa metálica común al polarizador del formador de haces cuasióptico 10 según la presente invención.
[0029] El canto 14 de lente de gradiente de índice está orientado según la dirección longitudinal X de difusión de la energía suministrada por la fuente 16 hacia un elemento radiante 18 o una pluralidad de M elementos radiantes 18 idénticos unidos unos con otros según la dirección transversal Y (con M > 2), de manera que el diámetro D de la lente de gradiente de índice, opuesto al polo P del canto 14 de lente de gradiente de índice, está en contacto con la entrada de una pluralidad de elementos radiantes 18. Dicho de otro modo, la antena elemental A, según las realizaciones de las figuras 1 y 2 , corresponde a una línea radiante de elementos radiantes 18 idénticos unidos.
[0030] Cada elemento radiante 18 presenta una forma paralelepipédica, y comprende, en el diámetro D del canto 14 de lente de gradiente de índice, una primera parte 20 polarizante en la que se prolonga el polarizador 15 del formador de haces cuasióptico 10 según la invención, siendo el polarizador 15 capaz de suministrar para cada capa C1 o C2 una onda plana polarizada circularmente a partir de la onda electromagnética esférica suministrada en salida de la fuente 16, y una segunda parte o salida 22 dedicada a la emisión/recepción como tal.
[0031] A modo de alternativa, también puede usarse según la presente invención un elemento radiante 18 de forma cilíndrica representado en relación con la figura 4, detallada a continuación.
[0032] Según la presente invención, el grosor El del canto 14 de lente de gradiente de índice, es inferior o igual al grosor Ec de la guía de onda 12 de placas paralelas, lo que permite garantizar una compacidad de cada capa plana Ci o C2.
[0033] Dicho canto 14 de lente de gradiente de índice permite focalizar la onda de radiofrecuencia esférica emitida por la fuente 16 transformándola en onda plana en la guía de onda 12 PPW. Al ser la ley del índice en el canto de lente de gradiente de índice por definición discreta (y no continua), la lente de gradiente de índice suministra un punto focal que permite una gama de desapuntamiento importante.
[0034] El formador de haces cuasióptico 10 que comprende dentro de una capa C1 o C2 dicha combinación es capaz por tanto de concentrar la energía y de focalizar la onda producida dentro de una guía 12 paralela de banda amplia compatible de la pluralidad de elementos radiantes 18 a la vez que se evitan las dificultades de mecanizado de las soluciones de la técnica anterior.
[0035] Además, la implementación del canto 14 de lente de gradiente de índice permite una reducción de masa significativa del orden de dos a tres veces menor que en las soluciones de la técnica anterior.
[0036] Así, la alimentación de elemento o elementos radiantes 18 según la presente invención presenta una simplificación de realización capaz de reducir el impacto de las tolerancias de mecanizado en los rendimientos inherente a las soluciones de la técnica anterior.
[0037] Diferentes tipos de lentes de gradiente de índice son aptos para su uso para extraer el canto 14 según la presente invención.
[0038] Según una realización, no representada, el canto 14 presenta un contorno según el grosor de forma elíptica, semielíptica o hemisférica tal como se representa en los ejemplos de las figuras 1 y
2. Las formas semielíptica, o incluso hemisférica, permiten limitar las dimensiones del formador de haces cuasióptico 10.
[0039] Además, el material usado para formar la lente de gradiente de índice es por ejemplo dieléctrico o metálico.
[0040] En relación con las figuras 1 y 2 se representan dos variantes de lentes a base de material dieléctrico. Más en concreto, en estas dos figuras, el canto 14 de lente es hemisférico e inhomogéneo de gradiente de índice de tipo ojo de pez de Maxwell (HMFE del inglés «half Maxwell's fish-eye»). El canto 14 de lente HMFE se toma según un plano meridiano del hemisferio de la lente (es decir, plano de hemisferio que comprende el polo P) y puede ser colocado en cada guía de onda 121 y 122 de placas paralelas.
[0041] Según la primera realización ilustrada por la figura 1, el canto 14 de lente HMFE está formado por una pluralidad de N materiales 141 a 14n, que presentan características dieléctricas discretas distintas, y distribuidos en continuo, sucesivamente, y concéntricamente según el radio R del canto, con 3 < N < 10.
[0042] En la figura 1 se implementa una configuración de N = 6 estratos concéntricos de materiales distintos, estando las constantes dieléctricas £1 a £n asociadas respectivamente a cada estrato de acuerdo con una distribución dieléctrica predeterminada, de manera que su valor está comprendido, por ejemplo, entre dos y cuatro, y es decreciente de 1 a N para los estratos concéntricos correspondientes partiendo del centro O hacia el polo P del canto de lente HMFE.
[0043] Un número máximo de estratos de materiales dieléctricos por ejemplo N = 10 permite mejorar la continuidad de la distribución de las constantes dieléctricas discretas asociadas a cada estrato de material dieléctrico con respecto a la configuración de N = 6 estratos distintos de materiales dieléctricos.
[0044] Según la figura 1, se representan M = 13 elementos radiantes 18. Ventajosamente, la estructura de capa del formador 10 de haces cuasióptico según la invención es fácil de cambiar de escala, es decir, puede adaptarse al número M de elementos radiantes 18 considerados modificando únicamente el diámetro D de la lente HMFE para diseñar con el fin de extraer el o los cantos usados según la presente invención.
[0045] Así, cuando se requiere un aumento de la ganancia de la antena elemental A, es necesario aumentar el número de elementos radiantes 18 y para hacerlo se procede al dimensionamiento de la alimentación correspondiente al formador 10 de haces cuasióptico según la invención de manera que aumenta proporcionalmente el diámetro D de lente HMFE y, según la dirección Y, la anchura de guía de onda 12 que contiene el canto de lente HMFE usado.
[0046] Por ejemplo, para un diámetro D = 60 mm asociado a M = 13 elementos radiantes 18 se obtiene por ejemplo una ganancia superior a 13,5 dB en emisión para la antena elemental A, mientras que se obtienen respectivamente ganancias de 15,5 dB y de 17 dB para diámetros D = 100 mm asociado a M = 21 elementos radiantes 18 y D = 200 mm asociado a M = 43 elementos radiantes 18.
[0047] Como alternativa, según la segunda realización ilustrada por la figura 2, el canto 14c1, 14c2 de lente HMFE de cada capa Ci y C2 está formado por un material dieléctrico difractivo que presenta una pluralidad de orificios H cuya densidad aumenta concéntricamente según el radio R del canto.
[0048] Dicho de otro modo, según esta segunda realización de la figura 2, el gradiente de índice en términos de constante dieléctrica del canto 14 de lente HMFE se obtiene considerando estratos distribuidos en continuo, sucesivamente y concéntricamente del mismo material pero que presentan una densidad de materiales distinta por estrato, siendo la densidad del material creciente desde el estrato de material que comprende el polo P hacia el estrato de material que comprende el centro O de la lente HMFE.
[0049] Según otra alternativa, no representada, el canto 14 de lente HMFE está desprovisto de material dieléctrico y formado por un material metálico que corresponde a un conjunto de bornes metálicos dispuestos por ejemplo al aire en lugar de los orificios H de la figura 2 de manera que se obtiene igualmente un gradiente de índice según el radio R del canto 14.
[0050] El formador 10 de haces cuasióptico está adaptado especialmente a un uso en banda electromagnética Ka, ya que comprende las dos capas Ci y C2 superpuestas (dicho de otro modo, dos guías de ondas 12i y 122 superpuestas y que presentan una placa metálica común 15) de formación de haces cuasióptica, siendo cada capa capaz de funcionar según al menos dos frecuencias fi y f2 de funcionamiento distintas (es decir, siendo cada capa Ci y C2 al menos bibanda).
[0051] Además, cada capa Ci y C2 está asociada a un estado de polarización de funcionamiento distinto de manera que el formador 10 de haces cuasióptico está adaptado para suministrar en salida una onda polarizada circularmente cuando las dos capas Ci y C2 se activan simultáneamente, produciéndose un estado de polarización circular distinto para cada capa Ci y C2. Para ello, el formador 10 de haces cuasióptico comprende el polarizador 15 (no representado en las figuras i y 2) colocado en paralelo entre estas dos capas Ci y C2 y adecuado asimismo para extenderse, según la dirección X en una parte 20 polarizante de cada elemento radiante 18.
[0052] En otros términos, según este aspecto el formador 10 de haces cuasióptico es bibanda y capaz de implementar una polarización lineal distinta para cada capa Ci o C2 si se activa una sola capa a la vez selectivamente mediante la fuente 16 (es decir, se excita) o una polarización circular cuando se activan las dos capas Ci y C2 simultáneamente y están polarizadas circularmente de manera distintiva por medio del polarizador 15, lo que lo hace apto para un uso en banda electromagnética Ka, en la que las frecuencias dedicadas a la emisión y a la recepción son distintas, en particular para una aplicación por satélite SATCOM.
[0053] Dicho de otro modo, cuando las dos capas Ci y C2 están asociadas (es decir, unidas en superposición) mediante el polarizador 15 y se activan simultáneamente, cada capa Ci o C2 suministra un estado de polarización circular que le es propio, por ejemplo circular izquierdo para Ci y circular derecho para C2.
[0054] Más en concreto, cada capa Ci y C2 es capaz de recibir dos ondas radiofrecuencias distintas suministradas por una u otra de las dos partes 16i y I 62 de fuente 16. Las dos partes 16i y I 62 de fuente, que funcionan de manera idéntica, son capaces de suministrar ondas electromagnéticas según al menos dos frecuencias distintas, y por ello están dotadas cada una de un duplexor capaz de seleccionar al menos la generación de una onda electromagnética a una primera frecuencia fi, dedicada, por ejemplo, a la emisión de ondas electromagnéticas de la banda Ka, estando entonces fi comprendida entre 27,5 GHz y 31 GHz, o la generación de una onda electromagnética a una segunda frecuencia f2, dedicada, por ejemplo, a la recepción de ondas electromagnéticas de la banda Ka, estando entonces f2 comprendida entre l7,3 GHz y 21,2 GHz.
[0055] Según un ejemplo de implementación para la banda Ka, el grosor de capas Ci y C2 es tal que Eci = Ec2 = 2,2 mm y el grosor del polarizador 15 es del orden de 0,1 mm, lo que conduce a una altura global del formador 10 de haces cuasióptico según la presente invención de 4,5 mm, lo que hace que la alimentación de elementos radiantes sea compacta y esté adaptada para un ensamblaje en superposición de V líneas radiantes (es decir, niveles) de un sistema de antena 100 tal como se representa y se describe a continuación en relación con la figura 3. El polarizador 15 se dispone de manera que polariza las ondas electromagnéticas que la primera parte 16i de fuente 16 y la segunda parte I 62 de fuente 16 son capaces de suministrar de forma que alimentan el o los elementos radiantes 18.
[0056] El polarizador 15 incluye a su vez dos partes no representadas dispuestas de manera que polarizan circularmente en un primer sentido las ondas electromagnéticas que la primera parte 16i de fuente 16 puede emitir, y polarizan circularmente las ondas que la segunda parte I 62 de fuente 16 puede emitir en un sentido opuesto al primer sentido.
[0057] En particular, dicho polarizador 15 es por ejemplo un polarizador 15 basado en un tabique.
[0058] Así, el formador 10 de haces cuasióptico según la presente invención puede alimentar de manera compacta uno o varios elementos radiantes 18 capaces de emitir y/o recibir ondas en dos estados de polarización diferentes, en el caso del ejemplo de la figura 1 o de la figura 2 , polarizaciones circulares izquierda y derecha.
[0059] En la figura 3 se representa un sistema de antena 100 según una realización.
[0060] El sistema de antena 100 es un ensamblaje de antenas elementales A (o líneas radiantes) ensambladas de manera que se obtienen V líneas que agrupan cada una M elementos radiantes 18 idénticos unidos.
[0061] Resulta sencillo disociar la parte dedicada a la radiación en el sistema de antena 100 de los otros elementos del sistema de antena 100 y en particular, la parte dedicada a la conmutación, al filtrado y al circuito de distribución. Esta disociación permite minimizar las pérdidas globales del sistema de antena 100.
[0062] El sistema de antena 100 es más compacto y ligero que los sistemas de antenas de la técnica anterior. Este efecto se amplifica por la ligereza de la alimentación de cada antena elemental A, correspondiendo dicha alimentación, tal como se describe anteriormente, al formador de haces cuasióptico 10 según la invención. Por ejemplo, para V = 54 y M = 21 el sistema de antena 100 presenta por ejemplo una profundidad sustancialmente igual a 250 mm que corresponde al apilamiento de las 54 antenas elementales A, presentando cada antena elemental A una longitud sustancialmente igual a 150 mm correspondiente al diámetro D del canto 14 de lente HMFE del formador de haces cuasióptico 10 según la invención que alimenta M = 21 elementos radiantes 18, y una anchura sustancialmente igual a 112 mm correspondiente a la anchura de la guía 12 de onda de placas metálicas.
[0063] En esta realización, cada una de las partes primera y segunda de las fuentes 161, 162 de las diferentes antenas elementales A1 a Av puede unirse a un duplexor no representado con el fin de garantizar un buen aislamiento entre las capas C1 y C2 del formador 10 de haces cuasióptico según la presente invención. Un duplexor es un dispositivo que permite el empleo de una misma antena para la emisión y la recepción de una señal. Unos conmutadores insertados entre el duplexor y las partes primera y segunda de las fuentes 161, 162 pueden permitir una selección sencilla de la parte de fuente 161, 162 y del funcionamiento deseado para el sistema de antena 100.
[0064] Además, cada antena elemental A está asociada a un circuito de control de fase. Así, es posible orientar el haz del sistema de antena 100 en direcciones cualesquiera en un hemisferio, en función de los circuitos de control de fase asociados a cada una de las antenas elementales A, por ejemplo es posible realizar un desapuntamiento según el eje Z en el plano XZ.
[0065] En el vocabulario del especialista del campo de las antenas, esta acción consiste en realizar un barrido electrónico en una dimensión o barrido electrónico unidireccional. En esta configuración, para obtener un barrido multidireccional, al sistema de antena 100 se le asocia uno o varios sistemas motorizados complementarios según un eje, por ejemplo por medio de un plato giratorio.
[0066] Dicho sistema de antena 100 puede usarse ventajosamente en una plataforma, en particular terrestre, aérea o por satélite. En el marco de este uso, la compacidad y la ligereza del sistema de antena 100 permiten reducir las restricciones en las implantaciones de equipos en la plataforma.
[0067] Según un aspecto particular, el elemento radiante 18 alimentado por el formador de haces cuasióptico según la invención es cilíndrico y acorde con el objeto de la solicitud FR 3013909 A1 tal como se ilustra en la figura 4.
[0068] Más en concreto, tal como se ilustra mediante la figura 4, el elemento radiante 18 incluye un cuerno 24, una parte polarizante 20 que comprende un extremo 25, elementos dieléctricos 26 y dos accesos 28, 30 para las ondas emitidas o recibidas por el elemento radiante 18.
[0069] El cuerno 24 incluye una primera parte de emisión-recepción 221 capaz de emitir y recibir una onda según un estado de polarización y una segunda parte según otro estado de polarización 222, distinto de la primera parte de emisión-recepción 221.
[0070] Como se indica anteriormente, cada parte 221 y 222 está asociada respectivamente mediante los accesos 28 y 30 respectivamente, a la primera capa C1 de alimentación y a la segunda capa C2 de alimentación del formador 10 de haces cuasióptico según la presente invención.
[0071] Las partes 221 y 222 según una variante de realización pueden asociarse en un solo bloque.
[0072] Cada una de las partes primera y segunda de emisión-recepción 221, 222 puede emitir y recibir una onda electromagnética a una primera frecuencia f o a una segunda frecuencia f2, de manera que la relación entre la segunda frecuencia f2 y la primera frecuencia f es superior a 1,2, y preferentemente superior a 1,5.
[0073] Según una característica particular, el cuerno 24 tiene una forma cilindrica que confiere a la emisión de la antena elemental A un carácter de banda ancha. La banda cubierta por un cuerno se extiende normalmente un 40% a una y otra parte de la frecuencia de funcionamiento.
[0074] Así, en esta variante, la primera parte de emisión-recepción 221 y la segunda parte de emisión-recepción 222 tienen cada una la forma de un semidisco, de manera que la asociación de las dos partes de emisión-recepción forma el cuerno 24.
[0075] De forma clásica, un cuerno dimensionado para funcionar en una banda ancha de frecuencia presenta dimensiones exteriores que están restringidas por la longitud de onda de funcionamiento correspondiente a la más baja de las frecuencias para emitir o recibir. Además, el interior del mismo está vacío.
[0076] En el ejemplo presentado, de manera idéntica a los elementos dieléctricos 26, el interior del cuerno 24 está ocupado por un material dieléctrico con el fin de reducir las dimensiones físicas del cuerno 24. De hecho, la longitud de onda en un material dieléctrico es menor que la longitud de onda correspondiente en el aire. Así, para una estructura de cuerno dada se realiza una ampliación hacia la banda de frecuencia de funcionamiento. Este material dieléctrico es un sustrato que presenta una permitividad comprendida entre dos y cinco según las restricciones de realización.
[0077] Tal como se indica anteriormente, según un aspecto particular de la invención el polarizador 15 se extiende a la vez en la parte polarizante 20 del elemento radiante 18 y en el formador 10 de haces cuasióptico.
[0078] En la parte polarizante 20 del elemento radiante 18, el polarizador 15 se dispone de manera que polariza las ondas que la primera parte de emisión-recepción 221 y la segunda parte de emisión-recepción 222 pueden emitir.
[0079] El polarizador 15 incluye dos partes dispuestas, no representadas, de manera que polarizan circularmente en un primer sentido las ondas que la primera parte de emisión-recepción 221 puede emitir y polarizan circularmente las ondas que la segunda parte de emisión-recepción 222 puede emitir en un sentido opuesto al primer sentido.
[0080] En lo que sigue de la descripción, el primer sentido es la polarización derecha.
[0081] Así, dicho elemento radiante 18 según el objeto de la solicitud FR 3013909 A1 es por ejemplo capaz de emitir y/o recibir ondas que presentan una polarización circular derecha para la primera frecuencia f|. Dicho elemento radiante 18 es capaz también de emitir y/o recibir ondas que presentan una polarización circular izquierda para la segunda frecuencia f2.
[0082] Según una variante, el polarizador 15 forma parte asimismo del cuerno 24 (es decir, se prolonga también en el cuerno 24).
[0083] Según una variante de realización, los elementos constitutivos de la antena elemental A, que son el formador de haces cuasióptico 10 y el o la pluralidad de elementos radiantes 18, se mecanizan conjuntamente para formar una sola pieza en la cual el polarizador 15 se extiende en toda la dimensión según la dirección longitudinal X de difusión de la energía suministrada por la o las fuentes 16 hacia el elemento radiante 18 o la pluralidad de M elementos radiantes 18 idénticos unidos unos con otros según la dirección transversal Y (con M > 2). En el elemento radiante 18, los elementos dieléctricos 26 se insertan con el fin de reducir la dimensión eléctrica con respecto a la longitud de onda y así obtener una antena elemental A con dimensiones que permiten acercar los elementos radiantes 18 suficientemente durante la puesta en red con el fin de facilitar el barrido angular en un intervalo suficientemente amplio a la vez que se conservan los rendimientos de radiación compatibles de la aplicación de tipo unión por satélite contemplada. Los elementos dieléctricos 26 están localizados preferentemente de manera única a la altura de los accesos 28, 30 así como en el polarizador 15. Como variante, los elementos dieléctricos 26 se prolongan en las partes 221 y 222.
[0084] Cada acceso 28, 30 está frente a una parte de emisión-recepción del cuerno 24. Por ejemplo, un acceso 28 para una onda polarizada circular izquierda se prevé por tanto frente a la primera parte de emisión-recepción 221 del cuerno 24 mientras que un acceso 30 para una onda polarizada circular derecha se prevé frente a la segunda parte de emisión-recepción 222.
[0085] En funcionamiento, la primera parte de emisión-recepción 221 recibe ondas electromagnéticas según un estado de polarización cuando el cuerno 24 es excitado eléctricamente. Esta onda es polarizada como circular izquierda por el polarizador 15. Esta onda pasa a continuación por el acceso 28 previsto para una onda polarizada circular izquierda.
[0086] Una onda polarizada circular derecha pasa por el acceso 30 previsto para una onda polarizada circular derecha. Esta onda pasa a continuación a través del polarizador 15 antes de ser emitida por la segunda parte de emisión-recepción 222. Este funcionamiento de emisión-recepción puede invertirse entre los accesos 28 y 30.
[0087] Resulta así que un único elemento radiante 18 permite asegurar a la vez las funciones de emisión y recepción, para dos frecuencias f y f2 cuya relación es superior a 1,2. Se trata de un cuerno 24 bibanda compacto de polarización circular que hace a cada elemento radiante 18 bibanda.
[0088] Además, cada elemento radiante 18 puede emitir y/o recibir ondas en dos estados de polarización diferentes, por ejemplo, polarizaciones circulares izquierda y derecha. En el caso en que se desee una onda de polarización lineal, o bien se usen los dos accesos 28, 30 simultáneamente aplicando, a través de las capas C1 y C2 del formador 10 de haces cuasióptico y las partes de fuentes 161 y 162, un cierto desfase en función de la orientación de la polarización deseada, o bien se usa un solo acceso 28 o 30 y se excita una sola de las dos capas C1 o C2 selectivamente por medio de la fuente 16.
[0089] El cuerno 24 presenta alternativamente una forma paralelepipédica como se ilustra en las figuras 1 y 2 descritas anteriormente.
[0090] Así, la alimentación específica basada en el uso del formador 10 de haces cuasióptico según la presente invención permite en asociación con uno o varios elementos radiantes 18 tales como los de la solicitud FR 3013909 A1 o los elementos radiantes 18 paralelepipédicos obtener un sistema de antena muy eficaz principalmente por focalización, con restricciones de mecanizado y de costes de realización asociados reducidos con respecto a las alimentaciones según la técnica anterior, a la vez que se garantiza un diagrama de radiación según las normas, un uso para las antenas tanto pasivas como activas y una capacidad de cambio de escala de realización capaz de adaptarse a una variación del número de elementos radiantes para implementar de manera que se optimiza la ganancia de antena resultante.

Claims (10)

REIVINDICACIONES
1. Formador (10) de haces cuasióptico para antena elemental (A) de telecomunicaciones, en particular por satélite, presentando el formador (10) de haces cuasióptico una entrada capaz de ser conectada a una fuente (16) de onda electromagnética y una salida capaz de alimentar al menos un elemento radiante (18), comprendiendo el formador (10) de haces cuasióptico al menos:
- una primera capa (C1) y una segunda capa (C2) superpuestas de formación de haces cuasióptica, estando cada capa asociada a un estado de polarización de onda distinto, comprendiendo cada capa:
- una guía de onda (12) de placas paralelas, y
- un canto (14) de lente de gradiente de índice cuya forma corresponde a un elipsoide de revolución o a un semielipsoide de revolución, siendo el canto tomado según un plano meridiano del elipsoide de revolución, o del semielipsoide de revolución, y colocado en paralelo entre las placas paralelas de la guía de onda (12) de placas paralelas, y
- un polarizador colocado en paralelo entre las dos capas superpuestas.
2. Formador (10) de haces cuasióptico según la reivindicación 1, en el que la lente de gradiente de índice está formada por un material dieléctrico.
3. Formador (10) de haces cuasióptico según la reivindicación 2, en el que la lente es una lente hemisférica inhomogénea de gradiente de índice de tipo ojo de pez de Maxwell, cuyo canto (14) está formado por:
- una pluralidad de N materiales dieléctricos, que presentan características dieléctricas discretas distintas, y distribuidos en continuo, sucesivamente, y concéntricamente según el radio (R) del canto, con 3 < N < 10, o - un material dieléctrico difractivo que presenta una pluralidad de orificios (H) cuya densidad aumenta concéntricamente según el radio (R) del canto (14).
4. Formador (10) de haces cuasióptico según la reivindicación 1, en el que la lente de gradiente de índice está formada a partir de un material correspondiente a una pluralidad de bornes metálicos.
5. Antena elemental (A) que comprende al menos un elemento radiante (18) y un formador (10) de haces cuasióptico según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, siendo la salida del formador (10) de haces cuasióptico capaz de alimentar la entrada de dicho al menos un elemento radiante (18).
6. Antena elemental (A) según la reivindicación 5, en la que dicho al menos un elemento radiante (18) comprende un cuerno (24) que comprende una primera parte de emisión-recepción (221) alimentada por la primera capa (C1) del formador (10) de haces cuasióptico, y una segunda parte de emisión-recepción (222) alimentada por la segunda capa (C2) del formador (10) de haces cuasióptico, siendo cada una de las partes primera y segunda de emisión-recepción (221, 222) capaz de emitir y recibir una onda electromagnética a una primera frecuencia (fi) o a una segunda frecuencia (f2), siendo la relación entre la segunda frecuencia y la primera frecuencia superior a 1,2, preferentemente superior a 1,5, de manera que la primera frecuencia (f1) y la segunda frecuencia (f2) pertenecen a la banda Ka del espectro electromagnético,
siendo el polarizador del formador (10) de haces cuasióptico apto para extenderse entre la primera parte de emisiónrecepción (221) y la segunda parte de emisión-recepción (222).
7. Antena elemental (A) según la reivindicación 6, en la que el polarizador es capaz de polarizar circularmente en un primer sentido las ondas electromagnéticas que la primera parte de emisión-recepción (221) puede emitir y de polarizar circularmente las ondas electromagnéticas que la segunda parte de emisión-recepción (222) puede emitir en un sentido opuesto al primer sentido.
8. Sistema de antena (100) que incluye al menos una antena elemental (A) según cualquiera de las reivindicaciones 5 a 7.
9. Plataforma que incluye al menos una antena elemental (A) según cualquiera de las reivindicaciones 5 a 7 o un sistema de antena (100) según la reivindicación 8.
10. Procedimiento de telecomunicaciones, en particular por satélite, entre dos estaciones de telecomunicaciones, comprendiendo el procedimiento el empleo de al menos una antena elemental (A) según cualquiera de las reivindicaciones 5 a 7 o un sistema de antena (100) según la reivindicación 8.
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