ES2940567T3 - Antena microstrip elemental y antena array - Google Patents

Abstract

Una antena elemental tipo microbanda (1) que comprende un apilamiento de capas, siendo capaz la antena elemental de estar en una configuración plana en la que las capas son sustancialmente planas y perpendiculares a un eje de apilamiento (z) a lo largo del cual se apilan las capas, la pila que comprende un primer elemento conductor radiante (1) y un dispositivo excitador (B) acoplado al primer elemento radiante (1) para permitir que el elemento radiante (1) sea excitado de acuerdo con dos polarizaciones lineales ortogonales, el dispositivo excitador (B) que comprende líneas conductoras primera, segunda, tercera y cuarta interpuestas entre el primer elemento radiante (1) y los divisores de potencia primero y segundo (11, 21) a lo largo del eje de apilamiento (z), el primer divisor de potencia (11) y el el segundo divisor de potencia (21) es coplanar. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Antena microstrip elemental y antena array

La presente invención se refiere al campo de las antenas electromagnéticas del tipo array y en particular a las antenas activas. Se aplica en particular a los radares, los sistemas de guerra electrónica (como los detectores de radar y los inhibidores de radar) y los sistemas de comunicación u otros sistemas multifuncionales.

Una antena denominada array comprende una pluralidad de antenas elementales, preferentemente del tipo microstrip, también conocidas como antenas de parche. Estas antenas de parche comprenden una pila de capas de sustratos dieléctricos con pistas metálicas, espaciadas opcionalmente por materiales o sustratos no grabados. La tecnología de las antenas microstrip elementales permite realizar antenas muy compactas, en particular antenas array compactas de barrido electrónico, más sencillas de realizar y, por tanto, menos costosas que otros tipos de antenas (guías de ondas, Vivaldi...).

Una antena elemental microstrip comprende típicamente un elemento radiante colocado sobre una capa de material dieléctrico por encima de un plano de tierra conductor para formar un resonador. La antena elemental también incluye un dispositivo de división de potencia para excitar el elemento radiante a partir de una señal de entrada. El dispositivo radiante se acopla a su excitación mediante un orificio chapado (llamado vía) o mediante una ranura. El acoplamiento electromagnético de ranuras facilita la generación de una amplia banda de frecuencias. También evita la necesidad de una conexión entre los elementos radiantes y la excitación, lo que simplifica la fabricación de la antena elemental.

Los documentos EP 1744399 A1 y Yong-Xin Guo et al "Wideband Circularly Polarized Patch Antenna Usign Boradband Baluns", IEEE Transactions On Antennas and Propagation, vol 56, no 2, 1 de febrero de 2008, páginas 319-326 en este artículo se describen antenas de onda circular.

Clásicamente, se proporcionan medios de excitación capaces de excitar simultáneamente el dispositivo radiante según dos polarizaciones lineales ortogonales. Esto permite elegir la polarización más adecuada para un entorno dado (combinando estas 2 polarizaciones con una relación amplitud-fase apropiada).

Las antenas elementales están sujetas a una serie de restricciones.

Generalmente tienen una banda de frecuencia estrecha, típicamente de unos pocos por ciento. En el caso de los conjuntos de antenas microstrip elementales, destinados a funcionar en una banda de frecuencias amplia que puede ser superior a una octava, deben considerarse varias frecuencias de resonancia.

Las antenas array forman una matriz de antenas elementales con un paso de ÁFmax/2, donde ÁFmax es la longitud de onda más pequeña correspondiente a la frecuencia máxima Fmax de la banda que es una fuerte restricción en las dimensiones de las antenas elementales.

Para obtener una antena microstrip de menor complejidad, y por tanto de coste limitado, es preferible restringir el número de capas metalizadas y el número de enlaces de una capa a otra, realizados mediante vías.

Una solución práctica para aumentar el ancho de banda de la antena elemental es aumentar el volumen de la antena, por lo tanto la altura (grosor), estando las dimensiones laterales limitadas por el paso de la matriz. Sin embargo, el simple aumento de la altura entre el dispositivo radiante y el plano de tierra da lugar a fenómenos espurios cuando se coloca en una matriz (propagación transversal de modos no deseados). La solución tradicional es utilizar varios elementos radiantes superpuestos. Este tipo de apilamiento se denomina doble parche apilado (DPS) en el caso de dos elementos radiantes.

Para evitar distorsiones en la forma y el apuntamiento angular del diagrama de radiación DPS en la banda de frecuencias de trabajo, se proporciona excitación simétrica de dos puntos de excitación mediante un divisor de potencia para cada una de las polarizaciones lineales ortogonales.

Para evitar intersecciones de las líneas impresas, una solución es formar los dos divisores de potencia en planos diferentes de la antena microstrip.

En un primer caso divulgado en el artículo Wideband and wide sean phased array microstrip patch antennas for small platforms, conferencia EuCAP 2007, por Erickson et al, las dos caras de una única capa de sustrato dieléctrico están ocupadas cada una por un divisor de potencia. Los dos divisores de potencia comprenden ramas cuyas proyecciones sobre un plano perpendicular a la dirección de apilamiento se cruzan. Estas ramas son ortogonales para reducir el acoplamiento entre los divisores. Cada uno de los divisores tiene dos ramas que se unen fuera de la zona cubierta por cada uno de los elementos radiantes. Esta configuración es incompatible con la conexión en red de la antena elemental con una malla estrecha (tamaño de malla del orden de ÁFmax/2).

En un ejemplo de realización descrito en el artículo air-Cooled, Active Transmit/ Receive Panel Array', Conferencia Radar IEEE 2007, por A. Puzella et al, los divisores están dispuestos en diferentes planos espaciados a lo largo de la dirección de apilamiento. Se necesitan vías para pasar las señales al segundo divisor a través de la capa que contiene el primer divisor, a través de un plano de tierra que separa los planos de los dos acopladores. Esto conduce a una fuerte disimetría en la geometría y, por tanto, en el comportamiento de las dos polarizaciones lineales.

Es un objeto de la presente invención limitar al menos una de las desventajas enumeradas anteriormente.

tal fin, el objeto de la invención es una antena elemental de tipo microstrip, que comprende una pila de capas, estando la antena elemental adaptada para estar en una configuración plana en la que las capas son sustancialmente planas y perpendiculares a un eje de apilamiento a lo largo del cual se apilan las capas, la pila que comprende un primer elemento radiante conductor y un dispositivo de excitación acoplado al primer elemento radiante para permitir que el elemento radiante sea excitado en dos polarizaciones lineales ortogonales, comprendiendo el dispositivo de división de potencia:

• un primer dispositivo de excitación elemental configurado y acoplado al primer elemento radiante de modo que esté adaptado para excitar un primer par de puntos de excitación formado por un primer punto de excitación y un segundo punto de excitación dispuestos en una primera línea recta del primer elemento radiante el primer dispositivo de excitación elemental que comprende una primera línea conductora, una segunda línea conductora y un primer divisor de potencia adaptado para dividir una potencia de una señal de entrada recibida en un punto de entrada/salida del primer divisor de potencia entre la primera línea conductora y la segunda línea conductora,

• un segundo dispositivo elemental de excitación configurado y acoplado al primer elemento radiante de modo que esté adaptado para excitar un segundo par de puntos de excitación formado por un tercer punto de excitación y un cuarto punto de excitación dispuestos en una segunda línea recta del primer elemento radiante el segundo dispositivo de excitación elemental que comprende una tercera línea conductora, una cuarta línea conductora y un segundo divisor de potencia adaptado para dividir una potencia de una señal de entrada recibida en un punto de entrada/salida del segundo divisor de potencia entre la tercera línea conductora y la cuarta línea conductora,

las líneas conductoras primera, segunda, tercera y cuarta se interponen entre el primer elemento radiante y los divisores de potencia primero y segundo a lo largo del eje de apilamiento, siendo coplanarios el primer divisor de potencia y el segundo divisor de potencia.

Ventajosamente, la primera línea conductora está orientada hacia el primer punto de excitación, la segunda línea conductora está orientada hacia el segundo punto de excitación, la tercera línea conductora está orientada hacia el tercer punto de excitación y la cuarta línea conductora está orientada hacia el cuarto punto de excitación.

Ventajosamente, la primera línea conductora y la segunda línea conductora se extienden linealmente perpendiculares a la primera línea recta, y la tercera línea conductora y la cuarta línea conductora se extienden linealmente perpendiculares a la segunda línea recta.

Ventajosamente, la primera línea conductora y la segunda línea conductora son coplanarias, la tercera línea conductora y la cuarta línea conductora son coplanarias y distantes de la primera línea conductora y la segunda línea conductora en la dirección de apilamiento.

Ventajosamente, el primer divisor de potencia está conectado a la primera línea conductora y a la segunda línea conductora en puntos de acceso del divisor de potencia cuyas proyecciones ortogonales sobre el primer elemento radiante están distantes del primer punto de excitación y del segundo punto de excitación según la segunda línea recta, y en el que el segundo divisor de potencia está conectado a la tercera línea conductora y a la cuarta línea conductora en puntos de acceso del divisor de potencia cuyas proyecciones ortogonales sobre el primer elemento radiante están distantes del tercer punto de excitación y del cuarto punto de excitación según la primera línea recta. Ventajosamente, los divisores de potencia son divisores de Wilkinson, comprendiendo cada divisor de potencia dos ramas en forma de S, primero divergentes entre sí desde el punto de unión a dos partes y luego aproximándose entre sí a los extremos respectivos de una resistencia a través de la cual se conectan las ramas, alejándose después entre sí de nuevo para unir los respectivos puntos de acceso del divisor de potencia, estando las partes extremas separadas por una distancia mayor que la distancia entre el punto de unión y la resistencia.

Ventajosamente, el primer divisor y el segundo divisor están separados entre sí por una línea recta que es una proyección ortogonal de una bisectriz de la primera línea recta y la segunda línea recta sobre el plano de los divisores.

Ventajosamente, el primer divisor y el segundo divisor son simétricos entre sí con respecto a la línea recta. Alternativamente, el primer y segundo divisores son asimétricos con respecto a la línea recta.

Ventajosamente, una superficie que delimita los divisores de potencia primero y segundo es sustancialmente rectangular, cada uno de los divisores de potencia primero y segundo comprende una rama común que comprende un punto de entrada/salida y está conectada a dos ramas, estando cada una de las dos ramas acoplada a una de las líneas conductoras a través de un punto de acceso de la rama, una línea recta que conecta los puntos de acceso de cada divisor de potencia que se extiende paralela y próxima a un primer lado del rectángulo y un punto de entrada/salida del divisor de potencia que está más próximo a otro lado del rectángulo paralelo al primer lado que dicha línea recta.

Ventajosamente, el primer elemento radiante comprende un centro, el primer punto de excitación y el segundo punto de excitación están situados simétricamente alrededor del centro, y el tercer punto de excitación y el cuarto punto de excitación están situados simétricamente alrededor del centro.

Ventajosamente, la antena elemental comprende un segundo elemento radiante superpuesto al primer elemento radiante.

Ventajosamente, la antena comprende un primer conjunto elemental de al menos una ranura que se extiende linealmente orientándose hacia la primera línea recta y enfrentada al primer punto de excitación y el segundo punto de excitación y un segundo conjunto elemental de al menos una ranura que se extiende linealmente orientándose hacia la segunda línea recta y enfrentada al tercer punto de excitación y al cuarto punto de excitación, permitiendo el primer conjunto elemental de al menos una ranura y el segundo conjunto elemental de al menos una ranura acoplar el dispositivo de excitación y el primer elemento radiante conductor.

La invención también se refiere a una antena array que comprende una pluralidad de antenas elementales según la invención.

Ventajosamente, las antenas elementales forman una matriz de antenas elementales.

Otras características y ventajas de la invención se pondrán de manifiesto a partir de la siguiente descripción detallada, que se da a modo de ejemplo no limitativo y con referencia a los dibujos adjuntos en los que:

la figura 1 muestra esquemáticamente una vista en despiece de un ejemplo de antena elemental según la invención que comprende planos conductores apilados a lo largo de una dirección de apilamiento, la figura 2 muestra esquemáticamente una sección transversal de estos planos conductores en un plano paralelo a la dirección de apilamiento,

la figura 3 muestra esquemáticamente una proyección, sobre el plano del primer elemento radiante, de las ranuras y líneas conductoras de la antena elemental de las figuras 1 y 2, así como las proyecciones de los puntos de acceso y los puntos de excitación,

la figura 4 muestra un ejemplo de la disposición de los divisores de la antena elemental,

la figura 5 muestra esquemáticamente los divisores en T

De una figura a otra, los mismos elementos están marcados por las mismas referencias.

La invención también se refiere a una antena elemental así como a una antena array que comprende una matriz de antenas elementales según la invención.

La figura 1 muestra esquemáticamente una vista en despiece de un ejemplo de antena elemental de tipo plana, también llamada antena microstrip.

La antena elemental está adaptada para estar en una configuración plana en la que el apilamiento comprende una pila de capas sustancialmente planas perpendiculares a una dirección de apilamiento representada por el eje z. La antena elemental puede ser flexible y tener una configuración curva en la que las capas estén curvadas.

A continuación describiremos la disposición de la antena en su configuración plana.

La pila comprende planos conductores paralelos espaciados a lo largo del eje z ortogonal a ellos. En la figura 2 se muestra una vista en sección transversal de la antena elemental. Para no sobrecargar las figuras 1 y 2, sólo se muestran los planos conductores.

Se proporcionan huecos entre planos conductores sucesivos. Cada uno de estos huecos comprende al menos una capa de un sustrato dieléctrico que puede ser, por ejemplo, una capa de aire o espuma.

La antena elemental A comprende un dispositivo radiante B del tipo de doble parche superpuesto, que comprende:

• un plano de tierra intermedio superior 3 (por plano de tierra se entiende un plano conductor que actúa como plano de tierra),

• un primer elemento radiante 1 por encima de la placa de masa intermedia superior 3,

• un segundo elemento radiante 2 sobre el primer elemento radiante 1.

El primer elemento radiante 1 se denomina almohadilla excitada y el segundo elemento radiante 2, que está acoplado por proximidad al primer elemento radiante 1, se denomina almohadilla directora. El parche doble superpuesto se ajusta para formar un resonador doble.

Cada elemento radiante 1, 2 tiene forma de placa conductora. Tiene, por ejemplo, una forma sustancialmente rectangular, como se muestra en la figura 1. Alternativamente, cada elemento radiante puede tener otra forma (cuadrado, disco, etc.). Cualquiera que sea la geometría de cada elemento radiante, es posible definir un centro. Los elementos radiantes 1, 2 están dispuestos de manera que el centro C1 del primer elemento radiante está situado orientado hacia el centro C2 del segundo elemento radiante, es decir, en el mismo eje paralelo a la dirección de apilamiento representada por el eje z.

Alternativamente, en el caso de un ancho de banda objetivo menor, el dispositivo radiante B comprende un único elemento radiante.

La antena elemental A comprende un dispositivo de excitación C acoplado al dispositivo radiante B para permitir que el dispositivo radiante B sea excitado simultáneamente en dos polarizaciones lineales ortogonales.

El dispositivo de excitación C se superpone a un plano de tierra inferior D.

El dispositivo de excitación C comprende:

• un primer dispositivo de excitación elemental 11, v1, v2, L1, L2 configurado y acoplado al primer elemento radiante 1 para poder excitar un primer par de puntos de excitación del primer elemento radiante 1, comprendiendo el primer par un primer punto de excitación p1 y un segundo punto de excitación p2 dispuestos sobre una primera línea recta D1 del primer elemento radiante 1,

• y un segundo dispositivo de excitación elemental 21, v3, v4, L3, L4 configurado y acoplado al primer elemento radiante 1 para poder excitar un segundo par de puntos de excitación del primer elemento radiante, comprendiendo el segundo par un tercer punto de excitación p3 y un cuarto punto de excitación p4 dispuestos en una segunda línea recta D2 del primer elemento radiante 1

La excitación de los puntos p1 y p2 por el primer dispositivo de excitación elemental permite irradiar una onda polarizada a lo largo de la segunda línea recta D2. La excitación de los puntos p3 y p4 por el segundo dispositivo de excitación elemental da lugar a la radiación de una onda polarizada a lo largo de la primera línea recta D1.

El acoplamiento propuesto permite elegir la polarización de la onda total emitida por la antena más adecuada para un entorno dado (combinando estas dos polarizaciones con una relación amplitud-fase apropiada). Es posible obtener una onda total polarizada circularmente en ambas direcciones, o polarizada linealmente en cualquier dirección en función de los desfases entre estas dos ondas polarizadas linealmente.

Las líneas rectas D1 y D2 son ortogonales entre sí y al eje z y pasan por el centro C1.

Los puntos p1 y p2 son simétricos entre sí con respecto al centro C1 y los puntos p3 y p4 son simétricos entre sí con respecto al centro C1.

Ventajosamente, los puntos p1, p2, p3 y p4 están situados a la misma distancia del centro C1.

Como puede verse en las Figuras 1 y 2, la invención consiste en dividir cada dispositivo de excitación elemental en dos partes:

• dos líneas conductoras L1, L2 (o L3, L4) acopladas al par de puntos de excitación p1, p2 (o p3, p4) asociados al dispositivo de excitación elemental,

• y un divisor de potencia 11 (o 21) capaz de dividir la potencia de una señal de entrada por las dos líneas conductoras.

Como se ve en las Figuras 1 y 3, cada línea conductora L1, L2, L3 o L4 discurre orientada hacia el punto de excitación p1, p2, p3 o p4 al que está acoplada. En otras palabras, una proyección ortogonal de cada línea conductora sobre el plano del primer elemento conductor 1 pasa por el punto de excitación al que está acoplada la línea conductora.

Según la invención, los dos divisores de potencia 11 y 21 son coplanarios, es decir, están colocados o grabados en la misma capa de sustrato dieléctrico.

Las líneas conductoras L1, L2, L3 y L4 se interponen entre el dispositivo radiante B y los divisores de potencia 11 y 21 en la dirección de apilamiento z. En otras palabras, las líneas conductoras L1, L2, L3 y L4 están dispuestas en planos distantes de los divisores de potencia 21, 22 a lo largo del eje de apilamiento.

Esta separación de los divisores de potencia y las líneas de excitación permite una mayor libertad en la disposición de los dos divisores. No es necesario que cada divisor de potencia tenga puntos de acceso orientados hacia los puntos de excitación asociados al divisor de potencia. Según la invención, son las líneas conductoras las que deben situarse orientadas hacia estos puntos de excitación para acoplarse a ellos.

Permite elegir una disposición que limita las dimensiones del dispositivo de división de potencia B en un plano perpendicular a la dirección de apilamiento, lo que permite que la antena elemental esté estrechamente conectada en matriz.

Esta disposición es ventajosa para la simetría de las trayectorias eléctricas de excitación de los dos pares de puntos, lo que es favorable para obtener un diagrama de radiación perfectamente estable y simétrico en toda la banda de frecuencias de trabajo. La colocación de los dos divisores de potencia en el mismo plano (o capa) evita la necesidad de instalar vías para dirigir la corriente a uno de los divisores a través de una capa que contiene el otro divisor y dos planos de tierra que rodean a este otro divisor. Esto limita la asimetría entre las ramas de excitación de los dos pares de puntos.

Ventajosamente, los divisores de potencia están separados de las líneas conductoras por un plano de tierra, conocido como plano de tierra intermedio inferior E, que permite crear estructuras de tipo estriado.

Ventajosamente, los dispositivos elementales de excitación están configurados y dispuestos de tal manera que el segundo dispositivo elemental de excitación se obtiene sustancialmente girando el primer dispositivo elemental de excitación 90° alrededor de un eje paralelo a z y que pasa por C1. Esta característica permite un alto grado de simetría entre las excitaciones de las dos polarizaciones debido a la simetría de las trayectorias eléctricas dentro de los divisores. Esto favorece la disposición coplanaria de los divisores con un acoplamiento mínimo entre ellos, en particular al permitir la provisión de vías de apantallamiento.

Para maximizar la simetría de la excitación, los dos divisores de potencia son simétricos entre sí con respecto a una línea recta DB que es una proyección ortogonal de una bisectriz de las líneas rectas D1 y D2 sobre el plano de los divisores. Esta simetría es una simetría ortogonal. Esta solución también permite disponer vías de apantallamiento/desacoplo entre los dos divisores de potencia 11 y 21, como veremos más adelante.

Más generalmente, los dos divisores de potencia están separados por la línea recta DB.

Además, como se muestra en las Figuras 1 y 3, las líneas conductoras son lineales. Las líneas conductoras L1 y L2 son perpendiculares a D1 y las líneas L3 y L4 son perpendiculares a D2. La disposición ortogonal entre los dos pares de líneas conductoras también garantiza un acoplamiento mínimo entre estos pares de líneas.

Cabe señalar que para evitar el cruce de líneas y disponer las líneas en un volumen reducido, las líneas conductoras L1 y L2 están espaciadas de las líneas L3 y L4 a lo largo del eje de apilamiento z. Las líneas L1 y L2 son coplanarias y se encuentran en un primer plano P1, perpendicular a la dirección de apilamiento z, y las líneas L3 y L4 son coplanarias y se encuentran en un segundo plano P2, perpendicular a la dirección de apilamiento z, distante del primer plano P1 a lo largo de la dirección de apilamiento z. Así, el segundo dispositivo de excitación elemental se obtiene sustancialmente girando el primer dispositivo de excitación elemental 90° alrededor de un eje paralelo a z y que pasa por C1. La asimetría residual de la excitación entre los dos pares de puntos de excitación se limita a la distancia entre los dos planos que llevan los dos pares de líneas, lo que da como resultado un patrón de radiación muy estable.

Los dos pares de líneas conductoras se colocan o graban, por ejemplo, en los dos lados respectivos de un sustrato dieléctrico o aislante. Ventajosamente, el espesor del sustrato a lo largo del eje z es sustancialmente el espesor necesario y suficiente para garantizar el aislamiento eléctrico entre los dos pares de líneas. El espesor mínimo del material dieléctrico o aislante se utiliza para limitar la asimetría entre las excitaciones de los dos pares de puntos de excitación.

Alternativamente, las líneas de alimentación son curvas.

En la Figura 4, cada primer divisor es un divisor Wilkinson.

El primer divisor de potencia elemental 11 comprende tres ramas, una rama común b y una primera rama b1 que comprende un punto de acceso a1 conectado eléctricamente a la línea conductora L1 por una vía v1 y una segunda rama b2 que comprende un punto de acceso a2 conectado eléctricamente a la segunda línea conductora L2 por una vía v2.

El segundo divisor de potencia elemental 21 comprende tres ramas, incluyendo una rama común b' y una primera rama b1' que comprende un punto de acceso a1' conectado eléctricamente a la línea L3 por una vía v1' y una segunda rama b2' que comprende un punto de acceso a2' conectado eléctricamente a la segunda línea L4 por una vía v2'. Las vías v1, v2, v1', v2' se extienden longitudinalmente en la dirección de apilamiento z como se ve en las figuras 1 y 2. Cada vía pasa a través del plano de tierra intermedio inferior E entre las líneas conductoras y los divisores de potencia 11,21.

La rama común b, b' de cada divisor elemental se extiende desde un punto E/S, E/S' al que se va a inyectar la señal de excitación hasta un punto de unión J, J' al que se conectan las dos ramas b1 y b2 o b1' y b2'.

Dado que los divisores son divisores resistivos Wilkinson, las dos ramas b1 y b2 (b1' y b2') de cada divisor tienen forma de S, primero se alejan entre sí desde el punto de unión J (J') hasta dos puntos extremos e y f (e' y f), luego se acercan entre sí hasta los respectivos extremos de una resistencia R (R') a través de la cual se conectan y, a continuación, vuelven a alejarse entre sí hasta los respectivos puntos de acceso a1 y a2 (a1' y a2').

Ventajosamente, para limitar la superficie ocupada por cada divisor de potencia y permitir que los dos divisores Wilkinson se sitúen en el mismo plano, los divisores Wilkinson están aplanados.

Las porciones extremas e y f están separadas entre sí a lo largo de D1 por una distancia mayor que la distancia entre el punto de unión y la resistencia J a lo largo de la línea recta D2. Las porciones extremas e' y f están separadas, a lo largo de D2, por una distancia mayor que la distancia entre el punto de unión y la resistencia J' a lo largo de la línea recta D1.

Ventajosamente, las ramas b1 y b2 (b1' y b2') de cada divisor 11 (21) comprenden cada una dos porciones alargadas rectilíneas p, q y r, s (p', q' y r', s') sustancialmente paralelas entre sí situadas entre el punto de unión J (J') y uno de los extremos de la resistencia.

Alternativamente, los divisores son del tipo reactivo, por ejemplo en forma de T, y son menos engorrosos y más sencillos de implementar que los divisores resistivos.

Los divisores en T reactivos 31, 41 se muestran en la Figura 5. Cada una de ellas comprende una rama común 34, 44 y dos ramas 32, 33 y 42, 43 conectadas a una rama común. Las dos ramas 32 y 33 (42 y 43) son colineales. Sin embargo, dada la banda de frecuencias a implementar, aparecen fenómenos de resonancia parásita entre los divisores de potencia y el DPS, muy estrechos en frecuencia, que perturban el funcionamiento del DPS a estas frecuencias. La utilización de un divisor resistivo, por ejemplo del tipo Wilkinson, permite limitar estas perturbaciones. Proporciona un patrón estable y elimina las resonancias espurias en una amplia gama de frecuencias.

Alternativamente, puede contemplarse la implementación de acopladores de anillo híbridos rat-race o acopladores de línea, pero estos acopladores son difíciles de implementar en un entorno de banda ancha.

Ventajosamente, como se muestra en la figura 3, cada punto de acceso a1, a2, a3 o a4 está orientado hacia un punto de su línea conductora L1, L2, L3 o L4, respectivamente, que está más cerca de un extremo de la línea conductora L1, L2, L3 o L4, respectivamente, que la proyección ortogonal del punto de excitación p1, p2, p3 o p4, respectivamente, al que está acoplada la línea conductora L1, L2, L3 o L4, L3 o L4, respectivamente, que la proyección ortogonal del punto de excitación p1, p2, p3 o p4, respectivamente, al que está acoplada la línea conductora L1, L2, L3 o L4, respectivamente, sobre el plano de la línea conductora L1, L2, L3 o L4, respectivamente. Esto libera el espacio central, cerca de los pares de puntos de excitación, para instalar las ramas individuales de los divisores elementales orientadas hacia los elementos radiantes y permitir así la conexión en matriz estrecha de la antena elemental.

Ventajosamente, cada divisor de potencia 11, y respectivamente 21, está configurado para que una señal inyectada en su rama común se divida en dos señales de la misma potencia y la misma fase disponibles en sus dos puntos de acceso a1, a2 y respectivamente a1', a2'.

Las dos ramas b1 y b2 del primer divisor de potencia 11 son por tanto simétricas entre sí con respecto a una proyección, sobre el plano de los divisores de potencia, de una línea recta del primer elemento radiante 1 que pasa por C1 y es paralela a D2. Las dos ramas b1' y b2' del segundo divisor de potencia 21 son simétricas entre sí con respecto a una proyección, sobre el plano de los divisores de potencia, de una línea recta del primer elemento radiante 1 que pasa por C1 y es paralela a D2. Así, los puntos de unión J, J' están cada uno en una de estas proyecciones. Esta característica favorece la simetría de la excitación.

Ventajosamente, como se muestra en la figura 4, al menos una porción de la rama común b, b' de cada divisor de potencia 11, 21, alargada en la dirección del punto de unión J, J' hacia el punto de entrada/salida I/O o I/O', se extiende orientándose hacia los elementos radiantes 1, 2.

En las realizaciones de las Figuras 4 y 5, los elementos radiantes están delimitados por una superficie sustancialmente rectangular, por ejemplo cuadrada, que comprende cuatro lados c1, c2, c3, c4; siendo c1 paralelo a c4 y c2 paralelo a c3.

La línea recta d que conecta los puntos de acceso a1, a2 del primer divisor de potencia 11 se extiende paralela y próxima a un primer lado c1 del cuadrado. La línea recta d' que une los puntos de acceso a1', a2' del segundo divisor de potencia 21 discurre paralela y próxima a c2.

Ventajosamente, el punto de unión J y el punto de entrada/salida de E/S están situados entre la línea recta d y el lado c4. El punto de unión J' y el punto de entrada/salida están situados entre la línea recta d' y el lado c3. Esta configuración es ventajosa para la compacidad del dispositivo.

Ventajosamente, el punto de entrada/salida de E/S está más cerca del lado c3 que los puntos a1 y a2 y el punto de salida de E/S' está más cerca del lado c4 que los puntos a1' y a2'.

Esto también se aplica a cualquier forma rectangular.

Ventajosamente, para limitar el acoplamiento electromagnético, la antena elemental comprende, como se ve en la figura 4, almohadillas de blindaje que se extienden continuamente desde el plano de tierra inferior D hasta el plano de tierra intermedio inferior E. Estas almohadillas no se muestran en las otras figuras para mayor claridad. Estas almohadillas comprenden varios conjuntos de almohadillas de apantallamiento separadas por pares por una distancia mucho menor que la longitud de onda mínima de las señales de microondas transportadas por la antena elemental.

Estos pernos de apantallamiento comprenden unos primeros pernos de apantallamiento 120 dispuestos y distribuidos entre los dos divisores para definir un apantallamiento electromagnético entre los dos divisores de potencia 11 y 21.

Las segundas almohadillas de apantallamiento 121, 121' están dispuestas entre cada divisor 11 y 21 y los bordes de la antena elemental (en un plano perpendicular a z) para definir un apantallamiento de la excitación de la antena elemental con respecto a las antenas elementales vecinas de la antena array y respecto al exterior de la antena array.

Las terceras almohadillas de apantallamiento 122, 122' están dispuestas entre la rama común b, b' y una de las ramas b1, b1' de cada divisor de potencia para asegurar el desacoplamiento entre estas dos ramas.

Las cuartas almohadillas de apantallamiento 123, 123' están dispuestas alrededor de los puntos de acceso a1, a2, a1', a2' para formar medios de transmisión coaxiales con las correspondientes vías v1, v2, v1', v2'. Estos tacos están dispuestos, por ejemplo, en círculo o en arco.

En el caso no limitativo de los divisores Wilkinson de la figura 4, las cuartas almohadillas de apantallamiento 124, 124' están dispuestas entre las dos porciones p y q y entre las dos porciones r y s y entre las dos porciones p' y q' y entre las dos porciones r' y s' para proporcionar apantallamiento electromagnético entre las ramas.

En el ejemplo no limitativo mostrado en la figura 1, el acoplamiento entre el dispositivo radiante B y el dispositivo de división de potencia C se realiza por ranura. Para ello, la antena elemental A comprende un conjunto de ranuras F1, F2, que son, por ejemplo, rectángulos oblongos, abiertas en el plano de tierra intermedio superior 3. El conjunto de ranuras incluye:

• un primer conjunto elemental de al menos una rendija F1 que se extiende linealmente orientado hacia D1 y enfrentado a los puntos de excitación p1 y p2 del primer par de puntos de excitación,

• un segundo conjunto elemental de al menos una rendija F2 que se extiende linealmente orientado hacia D2 y enfrentado a los puntos de excitación p3 y p4 del segundo par de puntos de excitación.

Cada ranura F1 del primer conjunto elemental se extiende linealmente a lo largo de una línea recta paralela a la línea recta D1. Cada ranura F2 del segundo conjunto elemental se extiende linealmente a lo largo de una línea recta paralela a la línea recta D2.

Ventajosamente, pero no necesariamente, cada conjunto elemental de al menos una ranura es simétrico con respecto a un punto situado orientado hacia el centro C1 en el eje z.

En el ejemplo no limitativo de la figura 1, el conjunto de ranuras abiertas en el plano de masa intermedio superior 3 comprende una ranura cruciforme F. La ranura cruciforme F está formada por dos ranuras lineales ortogonales F1 y F2 que se cruzan orientándose hacia el centro C1.

Otros tipos de acoplamiento son posibles. El acoplamiento se consigue, por ejemplo, conectando eléctrica y mecánicamente el dispositivo radiante A y el dispositivo de división de potencia B. Estas soluciones son más voluminosas. Además, el acoplamiento de ranuras proporciona un buen desacoplamiento entre polarizaciones rectas y evita la radiación espuria generada por las vías.

Cabe señalar que los dispositivos de excitación pueden utilizarse en recepción para garantizar que las señales polarizadas según D1 y D2 se reciban y transmitan a las entradas y salidas de E/S y E/S'.

Claims (12)

REIVINDICACIONES

1. Antena elemental (1) de tipo microstrip que comprende un apilamiento de capas, estando la antena elemental adaptada para estar en una configuración plana en la que las capas son sustancialmente planas y perpendiculares a un eje de apilamiento (z) a lo largo del cual se apilan las capas, comprendiendo el apilamiento un primer elemento radiante conductor (1) y un dispositivo de excitación (C) acoplado al primer elemento radiante (1) para permitir que el elemento radiante (1) sea excitado según dos polarizaciones lineales ortogonales, comprendiendo el dispositivo de excitación (C):

- un primer dispositivo elemental de excitación configurado y acoplado al primer elemento radiante (1) para poder excitar un primer par de puntos de excitación, formado por un primer punto de excitación (p1) y un segundo punto de excitación (p2) dispuestos en una primera línea recta (D1) del primer elemento radiante (1), comprendiendo el primer dispositivo elemental de excitación una primera línea conductora (L1) una segunda línea conductora (L2) y un primer divisor de potencia (11) adaptado para dividir una potencia de una señal de entrada recibida en un punto de entrada/salida (E/S) del primer divisor de potencia (11) sobre la primera línea conductora (L1) y la segunda línea conductora (L2), extendiéndose la primera línea conductora (L1) y la segunda línea conductora (L2) linealmente perpendiculares a la primera línea recta (D1),

- un segundo dispositivo elemental de excitación configurado y acoplado al primer elemento radiante (1) para poder excitar un segundo par de puntos de excitación, formado por un tercer punto de excitación (p3) y un cuarto punto de excitación (p4) dispuestos en una segunda línea recta (D2) del primer elemento radiante (1), comprendiendo el segundo dispositivo elemental de excitación una tercera línea conductora (L3) una cuarta línea conductora (L4) y un segundo divisor de potencia (21) adaptado para dividir una potencia de una señal de entrada recibida en un punto de entrada/salida (E/S') del segundo divisor de potencia (21) entre la tercera línea conductora (L3) y la cuarta línea conductora (L4), extendiéndose la tercera línea conductora (L1) y la cuarta línea conductora linealmente perpendiculares a la segunda línea recta (D2),

las líneas conductoras primera, segunda, tercera y cuarta se interponen entre el primer elemento radiante (1) y los divisores de potencia primero y segundo (11, 21) a lo largo del eje de apilamiento (z), siendo coplanarios el primer divisor de potencia (11) y el segundo divisor de potencia (21).

2. Antena elemental (1) según la reivindicación 1, en la que la primera línea conductora (L1) está orientada hacia el primer punto de excitación (p1), la segunda línea conductora (L2) está orientada hacia el segundo punto de excitación (p2), la tercera línea conductora (L3) está orientada hacia el tercer punto de excitación (p3) y la cuarta línea conductora (L4) está orientada hacia el cuarto punto de excitación (p4).

3. Antena elemental según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que la primera línea conductora (L1) y la segunda línea conductora (L2) son coplanarias, la tercera línea conductora (L3) y la cuarta línea conductora (L4) son coplanarias y alejadas de la primera línea conductora (L1) y de la segunda línea conductora (L2) en la dirección de apilamiento (z).

4. Antena elemental según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que el primer divisor de potencia (11) está conectado a la primera línea conductora (L1) y a la segunda línea conductora (L2) en puntos de acceso del divisor de potencia cuyas proyecciones ortogonales sobre el primer elemento radiante (11) están alejadas del primer punto de excitación (p1) y del segundo punto de excitación (p2) a lo largo de la segunda línea recta (D2) y en la que el segundo divisor de potencia está conectado a la tercera línea conductora (L3) y a la cuarta línea conductora (L4) en los puntos de acceso del divisor de potencia cuyas proyecciones ortogonales sobre el primer elemento radiante (11) están alejadas del tercer punto de excitación (p3) y del cuarto punto de excitación (p4) según la primera línea recta (D1).

5. Antena elemental según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que los divisores de potencia son divisores Wilkinson, comprendiendo cada divisor de potencia dos ramas en forma de S, primero divergentes entre sí desde el punto de unión a dos partes y luego aproximándose entre sí a extremos respectivos de una resistencia (R) a través de la cual se conectan las ramas, alejándose de nuevo entre sí para unir los respectivos puntos de acceso del divisor de potencia, estando las partes extremas separadas una distancia mayor que la distancia que separa el punto de unión (J) y la resistencia (R).

6. Antena elemental (1) según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que el primer divisor (11) y el segundo divisor (21) están separados entre sí por una línea recta (DB) que es una proyección ortogonal de una bisectriz de la primera línea recta (D1) y la segunda línea recta (D2) sobre el plano de los divisores.

7. Antena elemental (1) según la reivindicación precedente, en la que el primer divisor (11) y el segundo divisor (21) son simétricos entre sí con respecto a la línea recta (DB).

8. Antena elemental según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que una superficie que delimita los divisores de potencia primero y segundo es sustancialmente rectangular, cada uno de los divisores de potencia primero y segundo (11) comprende una rama común (b) que comprende un punto de entrada-salida y que está conectada a dos ramas, cada una de las dos ramas está acoplada a una de las líneas conductoras a través de un punto de acceso de la rama, una línea recta que conecta los puntos de acceso de cada divisor de potencia discurre paralela y próxima a un primer lado del rectángulo y un punto de entrada/salida del divisor de potencia está más próximo a otro lado del rectángulo paralelo al primer lado que dicha línea recta.

9. Antena elemental según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que el primer elemento radiante comprende un centro (C1), estando el primer punto de excitación (p1) y el segundo punto de excitación (p2) situados simétricamente con respecto al centro (C1), y estando el tercer punto de excitación (p3) y el cuarto punto de excitación (p4) situados simétricamente con respecto al centro (C1).

10. Antena elemental (1) según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende un segundo elemento radiante superpuesto al primer elemento radiante.

11. Antena elemental según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende un primer conjunto elemental de al menos una ranura (F1) que se extiende linealmente orientado hacia la primera línea recta (D1) y enfrentado al primer punto de excitación (p1) y al segundo punto de excitación (p2) y un segundo conjunto elemental de al menos una ranura (F2) que se extiende linealmente orientado hacia la segunda línea recta (D2) y enfrentado al tercer punto de excitación (p3) y al cuarto punto de excitación (p4), el primer conjunto elemental de al menos una ranura y el segundo conjunto elemental de al menos una ranura permiten acoplar el dispositivo de excitación y el primer elemento radiante conductor.

12. Antena array que comprende una pluralidad de antenas elementales según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes.