ES2899607T3 - Conjunto de emisión y de recepción para una antena de haces múltiples y antena de haces múltiples - Google Patents

Conjunto de emisión y de recepción para una antena de haces múltiples y antena de haces múltiples Download PDF

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Abstract

Conjunto (20) de emisión y de recepción para una antena de haces múltiples (12), incluyendo la antena (12) además un módulo de comunicación (22), de manera que el conjunto (22) comprende: - una pluralidad de elementos radiantes (32A,...,32F) que forman una superficie radiante (S), siendo cada elemento radiante (32A,...,32F) capaz de emitir y de recibir señales electromagnéticas corriente abajo de la superficie radiante (S); - una red de distribución en emisión (41) dispuesta corriente arriba de la superficie radiante (S) y que incluye una pluralidad de puertos de emisión, estando cada puerto de emisión conectado a un elemento radiante (32A,...,32F) por una guía de ondas de emisión (45A,...,45F) y capaz de emitir a través del elemento radiante (32A,...,32F) correspondiente una señal electromagnética formada a partir de una señal electromagnética procedente del módulo de comunicación (22); - una red de distribución en recepción (42) dispuesta corriente arriba de la superficie radiante (S) y que incluye una pluralidad de puertos de recepción (50A, 50B), una pluralidad de amplificadores de bajo ruido (55A, 55B, 55C) y medios de interconexión (56) de cada puerto de recepción (50A, 50B) para al menos un amplificador de bajo ruido (55A, 55B, 55C), de manera que cada puerto de recepción (50A, 50B) está conectado a un elemento radiante (32A,...,32F) por una guía de ondas de recepción (47A,...,47F) y es apto para recibir cada señal electromagnética procedente del elemento radiante (32A,...,32F) correspondiente y de transmitirla al amplificador de bajo ruido (55A, B, 55C) asociado para obtener una señal electromagnética amplificada destinada al módulo de comunicación (22); la red de distribución en recepción (42) y los elementos radiantes (32A, 32F) están desacoplados térmicamente, caracterizado porque: - la red de distribución en emisión (41) y la red de distribución en recepción (42) son distintas entre sí y están dispuestas en una misma caja (34) distinta del módulo de comunicación (22); y porque las guías de ondas de recepción (47A,...,47F) están hechas de un material termoaislante capaz de aislar térmicamente los amplificadores de bajo ruido (55A, 55B, 55C) de los elementos radiantes (32A,...,32F).

Description

DESCRIPCIÓN
Conjunto de emisión y de recepción para una antena de haces múltiples y antena de haces múltiples
[0001] La presente invención se refiere a un conjunto de emisión y de recepción para una antena de haces múltiples.
[0002] La presente invención se refiere también a una antena de haces múltiples que incluye dicho conjunto.
[0003] De manera conocida de por sí, el término «antena de haces múltiples» designa una antena que incluye varios elementos radiantes. Cada uno de estos elementos es capaz de recibir y/o de emitir un haz de ondas electromagnéticas que presentan una señal elemental que forma parte de una señal más compleja recibida por la antena o destinada a ser emitida por esta.
[0004] Algunas antenas de haces múltiples, como especialmente las usadas en el campo de las telecomunicaciones por satélite, usan un gran número de elementos radiantes lo que permite aumentar los rendimientos técnicos de estas antenas.
[0005] Para este fin, se pueden citar por ejemplo antenas de haces múltiples tales como las descritas en los documentos US 2005/052333 A1 y US 2014/194293 A1.
[0006] De manera general, en este tipo de antenas de haces múltiples, los elementos radiantes están dispuestos enfrente de un reflector situado en el exterior del satélite y están conectados a los otros componentes de la antena por guías de ondas que presentan estructuras rígidas.
[0007] Además, es habitual colocar estos otros componentes en la parte interna del satélite, es decir, en su carga útil. Esta acción tiene especialmente por objeto aislar térmicamente los elementos radiantes que presentan generalmente una zona denominada caliente de la antena de los otros componentes que deben permanecer en una zona denominada fría, con el fin de reducir al mínimo las pérdidas de rendimiento de la antena.
[0008] Entre los componentes citados, se distingue especialmente una red de distribución de guías de ondas en emisión que permite formar una pluralidad de señales elementales para emitir a través de los elementos radiantes y una red de distribución de guías de ondas en recepción que permite tratar señales elementales recibidas por los elementos radiantes.
[0009] La red de distribución de guías de ondas en recepción incluye generalmente una pluralidad de amplificadores que permiten así amplificar las señales elementales recibidas por los elementos radiantes.
[0010] Se entiende así que, con el aumento del número de elementos radiantes, la arquitectura de dicha antena de haces múltiples se complica considerablemente.
[0011] De hecho, cuando este número aumenta, es necesario aumentar el número de guías de ondas lo que se traduce en un aumento de la complejidad de encaminamiento de las guías de ondas hasta las redes de distribución correspondientes y, más en general, por un aumento de costes de la antena. Esta complejidad puede además degradar los rendimientos de la antena de haces múltiples.
[0012] La presente invención tiene por objeto proponer un conjunto para una antena de haces múltiples que permita reducir el uso de guías de ondas incluso cuando el número de elementos radiantes sea importante y sin degradación de los rendimientos de la antena.
[0013] Para este fin, la presente invención tiene por objeto un conjunto de emisión y de recepción de acuerdo con la reivindicación 1.
[0014] Según otros aspectos ventajosos de la invención, el conjunto comprende una o varias de las características de las reivindicaciones 2 a 10, tomadas de forma aislada o según todas las combinaciones técnicamente posibles.
[0015] La presente invención tiene también por objeto una antena de haces múltiples de acuerdo con la reivindicación 11.
[0016] Según otros aspectos ventajosos de la invención, la antena comprende la característica de la reivindicación 12.
[0017] Estas características y ventajas de la invención se desprenderán de la lectura de la descripción que se ofrece a continuación, dada únicamente a modo de ejemplo no limitativo y hecha en referencia a los dibujos adjuntos, en los que:
- la figura 1 es una vista esquemática de un satélite que incluye una antena de haces múltiples según la invención; - la figura 2 es una vista esquemática de la antena de haces múltiples de la figura 1, incluyendo la antena de haces múltiples una caja que comprende especialmente una red de distribución en emisión y una red de distribución en recepción;
- la figura 3 es una vista esquemática detallada de la caja de la figura 2; y
- la figura 4 es una vista esquemática detallada de la red de distribución en recepción de la caja de la figura 3.
[0018] El satélite 10 de la figura 1 es por ejemplo un satélite de telecomunicaciones dispuesto en una órbita terrestre y capaz de comunicarse con uno o varios centros terrestres emitiendo y recibiendo señales electromagnéticas a través de la antena de haces múltiples 12.
[0019] El satélite 10 presenta una parte interna 14 delimitada por un cuerpo de satélite 16. La parte interna 14 incluye especialmente una carga útil 18.
[0020] De manera conocida de por sí, la carga útil 18 incluye equipos que aseguran la misión del satélite 12 y está protegida, especialmente térmicamente, del espacio exterior por el cuerpo 16.
[0021] En lo que sigue de la descripción, por «exterior del satélite» se entiende el espacio en el exterior del cuerpo de satélite 16.
[0022] La antena 12 está dispuesta parcialmente en el exterior del satélite 10 y parcialmente en su parte interna 14 como se explicará a continuación.
[0023] En referencia a la figura 2, la antena 12 incluye un conjunto 20 de emisión y de recepción de señales electromagnéticas, un módulo de comunicación 22 y medios de conexión 24 del módulo de comunicación 22 al conjunto 20.
[0024] En el ejemplo descrito, los medios de conexión 24 se presentan en forma de cables coaxiales.
[0025] El módulo de comunicación 22 está dispuesto en la carga útil 18 del satélite 12. Este módulo 22 se presenta en forma de un componente electrónico conectado por ejemplo a un ordenador de a bordo del satélite 10.
[0026] Especialmente, el módulo de comunicación 22 es capaz de generar una señal de emisión a partir por ejemplo de los datos digitales transmitidos a este módulo 22 por el ordenador de a bordo y de transmitir esta señal de emisión al conjunto 20 a través de los medios de conexión 24.
[0027] El módulo de comunicación 22 es capaz además de recibir señales electromagnéticas recibidas por el conjunto 20, de transformarlas en datos digitales y de transmitir estos datos digitales hacia el ordenador de a bordo.
[0028] El conjunto 20 está dispuesto en el exterior del satélite 10, es decir, en el exterior del cuerpo de satélite 16, y comprende un reflector 30, una pluralidad de elementos radiantes 32A a 32F dispuestos enfrente del reflector 30 y una caja 34 conectada por una parte a los elementos radiantes 32A a 32F y por otra parte al módulo de comunicación 22 a través de los medios de conexión 24.
[0029] El reflector 30 es conocido de por sí. Así, por ejemplo, presenta una forma parabólica orientada hacia la superficie terrestre.
[0030] Los elementos radiantes 32A a 32F están dispuestos por ejemplo sustancialmente en el foco del reflector 30. En esta posición, son mantenidos por medios de soporte adaptados y conocidos de por sí.
[0031] Cada elemento radiante 32A a 32F se presenta en forma de una bocina de emisión y/o de recepción de señales electromagnéticas. Cada bocina tiene una forma alargada y presenta un extremo ancho y un extremo estrecho. Al menos una de las bocinas, por ejemplo, la bocina correspondiente al elemento radiante 32C, se prolonga según un eje, denominado eje de bocina X.
[0032] Las bocinas presentan una forma idéntica o bien formas diferentes.
[0033] Las bocinas en conjunto están dispuestas en una superficie plana de la caja 34 orientada hacia el reflector 30 y están fijas por ejemplo en esta superficie por sus extremos estrechos. Los extremos anchos de las bocinas sobresalen así con respecto a esta superficie y forman una superficie radiante S visible en la figura 3.
[0034] Esta superficie radiante S es por ejemplo sustancialmente plana y perpendicular al eje de bocina X. En este caso, todas las bocinas se prolongan según el eje de bocina X.
[0035] En el ejemplo descrito a continuación, las bocinas y, por tanto, los elementos radiantes 32A a 32F, son seis.
[0036] En la figura 3 se detallará más el contenido de la caja 34.
[0037] Debe observarse que en esta figura 3, este contenido se ilustra en forma de un diagrama, es decir, sin representar las formas y posiciones físicas reales de diferentes elementos.
[0038] En particular, en referencia a la figura 3, la caja 34 comprende una red de distribución en emisión 41, una red de distribución en recepción 42 y, para cada elemento radiante 32A a 32F, una vía de transmisión 43A a 43F que conecta el elemento radiante 32A a 32F correspondiente a la red de distribución en emisión 41 y/o a la red de distribución en recepción 42.
[0039] En el ejemplo de realización de la figura 3, las vías de transmisión 43A a 43F conectan cada elemento radiante 32A a 32F a la red de distribución en emisión 41 y a la red de distribución en recepción 42.
[0040] Para ello, cada vía de transmisión 43A a 43F comprende una guía de ondas de emisión 45A a 45F que conecta el elemento radiante 32A a 32F correspondiente a la red de distribución en emisión 41, y una guía de ondas de recepción 47A a 47F que conecta el elemento radiante 32A a 32F correspondiente a la red de distribución en recepción 42.
[0041] Además, cada vía de transmisión 43A a 43F comprende también una cadena de radiofrecuencia 49A a 49F que conecta las guías de ondas de recepción 47A a 47F y de emisión 45A a 45F correspondientes al mismo elemento radiante 32A a 32F, a este elemento radiante 32A a 32F.
[0042] La red de distribución en emisión 41 incluye una pluralidad de puertos de emisión conectados a los elementos radiantes 32A a 32F a través de las guías de ondas de emisión 45A a 45F correspondientes.
[0043] La red de distribución en emisión 41 está conectada además al módulo de comunicación 22 a través de los medios de conexión 24 y es capaz de recibir cada señal electromagnética procedente de este módulo de comunicación 22 para emitirla a través de los elementos radiantes 32A a 32F en forma de señales elementales.
[0044] La red de distribución en emisión 41 presenta así un componente electrónico dispuesto entre la superficie radiante S y la red de distribución en recepción 42.
[0045] Dicho de otro modo, la red de distribución en emisión 41 está dispuesta más cerca de la superficie radiante S que la red de distribución en recepción 42.
[0046] Además, las guías de ondas de emisión 45A a 45F presentan una longitud más corta que la de las guías de ondas de recepción 47A a 47F.
[0047] Al igual que la red de distribución en emisión 41, la red de distribución en recepción 42 incluye una pluralidad de puertos de recepción conectados a los elementos radiantes 32A a 32F a través de las guías de ondas de recepción 47A a 47F correspondientes.
[0048] La red de distribución en recepción 42 está conectada también al módulo de comunicación 22 a través de los medios de conexión 24 y es capaz de recibir señales elementales obtenidas de los elementos radiantes 32A a 32F correspondientes, de amplificarlas y de transmitirlas hacia el módulo de comunicación 22 a través de los medios de conexión 24.
[0049] La red de distribución en recepción 42 se explicará más en detalle en referencia a la figura 4 que ilustra una sección de una parte de esta red de distribución en recepción 42.
[0050] De hecho, en esta figura 4, solo pueden verse dos puertos de recepción 50A y 50B conectados respectivamente a las guías de ondas de recepción 47A y 47B.
[0051] Además, como puede verse también en la figura 4, la red de distribución en recepción 42 se presenta en forma de una placa dispuesta transversalmente con respecto al eje de bocina X y presenta una primera superficie 51 orientada hacia los elementos radiantes 32A a 32F y una segunda superficie 52 opuesta a la primera superficie 51. Los puertos de recepción 50A y 50B están dispuestos en la primera superficie 51 por ejemplo según posiciones predeterminadas.
[0052] La placa está hecha por ejemplo en capas apiladas.
[0053] La red de distribución en recepción 42 incluye además una pluralidad de amplificadores de bajo ruido 55A a 55C dispuestos en la segunda superficie 52 y medios de interconexión 56 dispuestos a través de la placa y que conectan cada puerto de recepción 50A, 50B a al menos un amplificador de bajo ruido 55A a 55C. En la figura 4 se aprecian solo tres amplificadores 55A a 55C.
[0054] Cada amplificador de bajo ruido 55A a 55C es conocido de por sí y presenta por ejemplo un amplificador de tipo LNA (del inglés «Low Noise Amplifier»).
[0055] Los medios de interconexión 56 incluyen guías de ondas y una pluralidad de conmutadores electromecánicos 57A, 57B integrados en las guías de ondas. Cada conmutador 57A, 57B puede controlarse de manera que conmute la interconexión del puerto de recepción 50A, 50B correspondiente entre al menos dos amplificadores de bajo ruido 55A a 55C diferentes. En la figura 4 se aprecian solo dos conmutadores 57A y 57B.
[0056] El control de los conmutadores 57A, 57B se efectúa por ejemplo mediante señales específicas transmitidas por el módulo de comunicación 22 a través de los medios de conexión 24.
[0057] Según una realización especialmente ventajosa, los medios de interconexión 56 forman un bucle de redundancia que permite sustituir al menos algunos amplificadores 55A a 55C averiados por amplificadores 55A a 55C redundantes.
[0058] En particular, el bucle de redundancia y especialmente la disposición de las guías de ondas correspondientes a través de la placa y el número de conmutadores 57A, 57B, así como el número de amplificadores de bajo ruido 55A a 55C, están adaptados para asegurar la redundancia en N:N+P, en la que N indica el número total de puertos de recepción conectados a elementos radiantes 32A a 32F y P indica el número de averías de los amplificadores de bajo ruido necesario para que un puerto de recepción se vuelva inutilizable.
[0059] En particular, en el ejemplo de realización de la figura 3, el número N es igual a seis y el número P es igual a tres. En este caso, el número total de amplificadores de bajo ruido es igual a nueve.
[0060] Finalmente, la red de distribución en recepción 42 incluye además un sistema de control térmico (no ilustrado) que incluye por ejemplo una pluralidad de canales llenos de un fluido y dispuestos en las superficies primera y/o segunda 51 y 52, o bien en el interior de la placa.
[0061] Este sistema de control térmico permite generar una zona cerca de la red de distribución en recepción 42 en la que la temperatura está controlada. Esta zona se denomina zona fría por oposición a una zona, denominada caliente, situada cerca de los elementos radiantes 32A a 32F.
[0062] Además, según un ejemplo de realización, las guías de ondas y especialmente las guías de ondas de recepción 47A a 47F están hechas de un material termoaislante. Esto permite así aislar aún más la red de distribución en recepción 42 de los elementos radiantes 32A a 32F.
[0063] Más en general, según un ejemplo de realización, la caja 34 incluye un sistema de control térmico independiente que acopla una red de caloductos a un radiador. Este sistema está acoplado por ejemplo a un sistema de control térmico del satélite 12.
[0064] Se entiende así que la presente invención presenta cierto número de ventajas.
[0065] En primer lugar, la disposición de la red de distribución en recepción y especialmente de los amplificadores de bajo ruido lo más cerca posible de los elementos radiantes permite reducir considerablemente el uso de guías de ondas. Así se hace posible el encaminamiento de las señales electromagnéticas hasta el módulo de comunicación a través de simples cables coaxiales que son más flexibles, menos voluminosos y más económicos que las guías de ondas usadas habitualmente en estos casos.
[0066] Además, un control térmico implementado cerca de la red de distribución en recepción permite disponer esta red lo más cerca posible de los elementos radiantes sin degradar los rendimientos de la antena.
[0067] Además, la separación de las vías de recepción y de emisión en el interior de la caja que contiene las redes de distribución en emisión y en recepción permite configurar el bucle de redundancia de la red de distribución en recepción de la manera deseada. En particular, en el ejemplo descrito, se ha obtenido la redundancia en N:N+P.
[0068] Naturalmente, la presente invención no se limita a la realización descrita anteriormente.
[0069] En particular, la invención sigue siendo aplicable a cualquier tipo de antenas de haces múltiples y no solo a las antenas de haces múltiples a bordo en un satélite. Así, es posible implementar la invención en antenas de haces múltiples a bordo en cualquier otro tipo de vehículo móvil o disponerlas de manera fija por ejemplo en la superficie terrestre.

Claims (12)

REIVINDICACIONES
1. Conjunto (20) de emisión y de recepción para una antena de haces múltiples (12), incluyendo la antena (12) además un módulo de comunicación (22), de manera que el conjunto (22) comprende:
- una pluralidad de elementos radiantes (32A,...,32F) que forman una superficie radiante (S), siendo cada elemento radiante (32A,...,32F) capaz de emitir y de recibir señales electromagnéticas corriente abajo de la superficie radiante (S);
- una red de distribución en emisión (41) dispuesta corriente arriba de la superficie radiante (S) y que incluye una pluralidad de puertos de emisión, estando cada puerto de emisión conectado a un elemento radiante (32A,...,32F) por una guía de ondas de emisión (45A,...,45F) y capaz de emitir a través del elemento radiante (32A,...,32F) correspondiente una señal electromagnética formada a partir de una señal electromagnética procedente del módulo de comunicación (22);
- una red de distribución en recepción (42) dispuesta corriente arriba de la superficie radiante (S) y que incluye una pluralidad de puertos de recepción (50A, 50B), una pluralidad de amplificadores de bajo ruido (55A, 55B, 55C) y medios de interconexión (56) de cada puerto de recepción (50A, 50B) para al menos un amplificador de bajo ruido (55A, 55B, 55C), de manera que cada puerto de recepción (50A, 50B) está conectado a un elemento radiante (32A,...,32F) por una guía de ondas de recepción (47A,...,47F) y es apto para recibir cada señal electromagnética procedente del elemento radiante (32A,...,32F) correspondiente y de transmitirla al amplificador de bajo ruido (55A, 55B, 55C) asociado para obtener una señal electromagnética amplificada destinada al módulo de comunicación (22);
la red de distribución en recepción (42) y los elementos radiantes (32A, 32F) están desacoplados térmicamente, caracterizado porque:
- la red de distribución en emisión (41) y la red de distribución en recepción (42) son distintas entre sí y están dispuestas en una misma caja (34) distinta del módulo de comunicación (22); y porque las guías de ondas de recepción (47A,...,47F) están hechas de un material termoaislante capaz de aislar térmicamente los amplificadores de bajo ruido (55A, 55B, 55C) de los elementos radiantes (32A,...,32F).
2. Conjunto (20) según la reivindicación 1, en el que la red de distribución en recepción (42) está conectada al módulo de comunicación (22) por cables coaxiales.
3. Conjunto (20) según la reivindicación 1 o 2, en el que los elementos radiantes (32A,...,32F) se presentan en forma de bocinas, estando al menos una de las bocinas prolongada según un eje de bocina (X).
4. Conjunto (20) según la reivindicación 3, en el que la red de distribución en recepción (42) se presenta en forma de una placa dispuesta transversalmente con respecto al eje de bocina (X) y que presenta una primera superficie (51) orientada hacia los elementos radiantes (32A,...,32F) y una segunda superficie (52) opuesta a la primera superficie (51), estando los puertos de recepción (50A, 50B) dispuestos en la primera superficie (51) según posiciones predeterminadas.
5. Conjunto (20) según la reivindicación 3 o 4, en el que la red de distribución en emisión (41) está dispuesta entre los elementos radiantes (32A,...,32F) y la red de distribución en recepción (42) a lo largo del eje de bocina (X).
6. Conjunto (20) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que los medios de interconexión (56) incluyen una pluralidad de conmutadores electromecánicos (57A, 57B) controlables para conmutar la interconexión de cada puerto de recepción (50A, 50B) entre al menos dos amplificadores de bajo ruido diferentes (55A, 55B, 55C).
7. Conjunto (20) según la reivindicación 6, en el que:
- los medios de interconexión (56) forman un bucle de redundancia;
- el bucle de redundancia y el número de amplificadores de bajo ruido (55A, 55B, 55C) están adaptados para asegurar la redundancia en N:N+P, en la que N indica el número total de puertos de recepción (50A, 50B) conectados a los elementos radiantes (32A,...,32F) y P indica el número de averías de los amplificadores de bajo ruido (55A, 55B, 55C) necesario para que un puerto de recepción (50A, 50B) se vuelva inutilizable.
8. Conjunto (20) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la red de distribución en recepción (42) incluye además un sistema de control térmico.
9. Conjunto (20) según la reivindicación 8 tomada en combinación con la reivindicación 4, en el que el sistema de control térmico incluye una pluralidad de canales llenos de un fluido y dispuestos en las superficies primera y/o segunda (51, 52).
10. Conjunto (20) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que incluye además una pluralidad de cadenas de radiofrecuencia (49A,...,49F), estando cada cadena de radiofrecuencia (49A,...,49F) asociada a un elemento radiante (32A,...,32F) y que conecta este elemento radiante (32A,...,32F) a la guía de ondas de recepción (47A,...,47F) correspondiente y/o a la guía de ondas de emisión (45A,...,45F) correspondiente.
11. Antena de haces múltiples (12) que incluye un módulo de comunicación (22) y un conjunto (20) de emisión y de recepción, siendo el conjunto (20) de emisión y de recepción según cualquiera de las reivindicaciones anteriores.
12. Antena (12) según la reivindicación 11, en la que, cuando se coloca en un vehículo espacial (12), de manera que el vehículo espacial incluye una carga útil, la caja (34) que comprende la red de distribución en emisión (41) y la red de distribución en recepción (42) está dispuesta en el exterior del vehículo espacial (12) y el módulo de comunicación (22) está dispuesto en la carga útil (18) del vehículo espacial (12).
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