IT9048202A1 - Sistema d'antenna a fascio riconfigurabile per applicazioni spaziali - Google Patents

Description

«SISTEMA D'ANTENNA A FASCIO RICONFIGURASILE PER APPLICA-ZIONI SPAZIALI"

Riassunto Tecnico

Sistema d'antenna a fasci riconfigurabili costituito essenzialmente da un riflettore <1), una schiera di elementi radianti (2) alimentata da una rete formatrice di fascio di tipo "ortogonale" (3). La rete realizza due o piu' coperture pressoché' identiche entrando da due o piu' diverse porte d'ingresso. Ricombinando tali ingrèssi con un accoppiatore-sfasatore variabile (VPD/VPS) (5) si ha la possibilità' di focalizzare il fascio in uno "spot" a piu' alto guadagno e scandirne il medesimo e si ha la possibilità' di creare una zona di attenuazione (nulling) e scandire la medesima. Ciò' viene ottenuto facendo variare i valori di accoppiamento e di sfasamento del dispositivo (5) di ingresso. La riconfigurabilite' può' infine avvenire per il singolo canale qualora i dispositivi VPD/VPS vengano inseriti prima dei filtri sommatori di uscita(MUX) (6). L'invenzione si colloca nel campo dell'elettronica per antenne, e trova la sua piu' vantaggiosa applicazione in campo spaziale.

DESCRIZIONE DELL'INVENZIONE

L'invenzione presentata riguarda un sistema d'antenna a riflettore con tecniche migliorate di riconfigurabilita' e scansione dei fasci generati, tramite reti formatrici di fascio di tipo "ortogonale". Essa può' essere collocata, per le sue caratteristiche, nel campo delle telecomm icazioni spaziali, piu' specificamente in quello delle antenne a riflettore multifascio riconfigurabili. L'invenzione trova la sua piu' congeniale applicazione in campo spaziale, ma nulla vieta che essa possa trovare anche idonee applicazioni per esempio nel campo dei radar, in quello della guerra elettronica, ecc.

Il problema di una allocazione dinamica delle risorse del satellite, e principalmente dell'EIRP (Effective Isotropically Radiated Power, ovvero, Potenza Effettiva Irradiata Isotropicamente) e' stato già' affrontato ed e' tuttora presente allo stato della tecnica. Il problema generale consiste nella realizzazione di uno o piu' fasci d'antenna re-indirizzabili dinamicamente su telecomando verso zone diverse, associando a ciascun fascio un livello di potenza anch'esso variabile. Allo stato dell'arte e' noto almeno in sistema di riconfigurazione del fascio d'antenna che impiega reti formatrici di fascio cosidette "ortogonali". Per "ortogonali" si intendono, nel linguaggio tecnico specifico, delle reti in grado di generare alle proprie uscite due o piu distribuzioni di tensioni per le quali valga la proprietà di prodotto scalare nullo nella notazione complessa con i fasori.Queste distribuzioni vengono realizzate entrando da differenti porte di ingresso tra loro isolate. In tali sistemi e' possibile re-indirizzare il segnale solo verso l'una o l'altra delle due porte di ingresso della rete, per cui il sistema ha solo un ramerò finito di stati.

Il sistema oggetto della presente invenzione si prefigge di migliorare ulteriormente la flessibilità' della riconfigurazione dinamica delle risorse del satellite, in funzione delle necessita' attuali di traffico in termini di richiesta di canali e di coperture attive (variabili nel tempo), permettendo tutto un continuo di stati intermedi permissibili canale per canale.

Le velocita' di riconfigurac iita' possono essere sia del tipo "a variazione lenta" che del tipo "a variazione rapida''. Il primo tipo consente sia l'inseguimento di un qualsiasi utente che fosse in aiovimento sulla superficie terrestre o in volo (satellite in orbita bassa), sia di riconffgurare la forma del fascio di radiazione muovendo il satellite da una posizione orbitale ad un'altra. La riconfigurazione dinamica veloce può' essere associata a sistemi di telecomunicazioni facenti ricorso a tecniche di "beam hopping" (salto del fascio) associate a tecniche di accesso in TDMA (Time Dom in Multiple Access, ovvero. Accesso Multiplo in Divisione di Tempo). I vantaggi offerti dal sistema oggetto della richiesta di protezione sono in sintesi i seguenti:

- diminuzione della componentistica variabile;

- possibilità di ottenere riconfigurabilita' in modo continuativo del fascio di antenna con variazione del guadagno e dell'area coperta;

- possibilità di poter ottenere delle zone di attenuazione, chiamato HnullingH nello specifico linguaggio tecnico, ed ottenerle con le stesse caratteristiche descritte per l'ottenimento della riconfigurabilita';

- diminuzione del costo in quanto la componentistica fissa e' meno complessa e di piu' faciLe costruzione rispetto a quella variabile usata nei sistemi tradizionali;

- maggiore affidabilita' dovuta al fatto che la maggior parte dei componenti utilizzati sono fissi e non variabili.

l'invenzione viene ora descritta a scopo illustrativo e non limitativo, facendo riferimento alle tavole di disegno allegete.

La FIG. 1 rappresenta schematicamente il sistema di antenna in (gestione. In essa sono visibili i seguenti particolari:

1 - Riflettore;

2 - Elementi radianti;

3 - Rete di divisione "ortogonale";

4 - Due o piu' porte di ingresso della rete "ortogonale";

5 - Rete di VPD/VPS;

6 - Filtri di canale "multiplexer" (MUX). Con il termine "multiplexer", noto nello specifico lingueggio tecnico, si intende un dispositivo in grado di sommare ad una stessa uscita piu' canali a frequenze differenti, con basse perdite;

17- Porte di ingresso;

18- Uscite della rete "ortogonale";

19- Divisori passivi.

La FIG. 2 rappresenta una delle possibili configurazioni del sistema d'antenna. In particolare la FIG. 2a riporta uno schema dell'ottica; la FIG. 2b riporta schematicamente sul piano focale una possibile distribuzione di elementi radianti (da FI a F7); la FIG. 2c rappresenta schematicamente una delle possibili configurazioni di rete formatrice di fascio dove:

7 - Rete di divisione "ortogonale" a due ingressi e tre uscite

8, 9, IO - Reti passive di divisione;

11 - Divisione di potenza variabile (VPO);

12 · Sfasatore variabile (VPS).

La FIG.3 rappresenta un esempio dei fasci generabili dal sistema descritto dalle FIG. 2af 2b e 2c in cui: 13 - Rappresenta il livello a meta' potenza (HPBW ovvero Half Power Beam Vidth nel linguaggio tecnico specialistico) del fascio globale;

14, 15, 16 - rappresentano i livelli a meta' potenza (HPBW) dei tre fasci a piu' alto guadagno ottenibili attraverso la regolazione dei due componenti variabili (11) e (12).

L'invenzione viene di seguito descritta facendo riferimento alle figure sopra elencate a scopo illustrativo e non limitativo, tenendo inoltre presente che la descrizione si riferisce ad una delle possibili configurazioni del sistema, attualmente preferita dall'inventore.

Con riferimento ella FIG. 1 si utilizza una parte o l'intero sistema di illuminazione per generare almeno due fasci globali che individuano la zona entro la quale si possono poi realizzare le finzioni di riconfigurabilita'. Il sistema e' strutturato in maniera tale che generando opportuni valori di eccitazione alle porte di ingresso (4) tramite i dispositivi (5) si focalizza l'energia in uno degli n sottogruppi di-elementi radianti nei quali viene suddivisa la rete "ortogonale11. In questo modo si ha la possibilità' di realizzare una focalizzazione dell'energia in una determinata direzione selezionabile In base af valori imposti al dispositivi VPD/VPS. Si ottiene il massimo di foce lizzaz ione quando ciascun sottogruppo di elementi radianti e' costituito da un solo feed. Con lo stesso principio sì può' ottenere una forte attenuazione dei segnati provenienti da una determinata direzione, predisponendo i componenti variabili in modo da ottenere una interferenza distruttiva nella direzione angolare voluta.

La FIG. 2, che illustra una delle possibi li configurazioni del sistema d'antenna oggetto di questa richiesta dì protezione, utilizza un'antenna a superficie parabolica (FIG. 2a) i lluminata da un cluster di sette feeds (FIG. 2b, da M a F 7) alimentati tramite una rete ortogonale a due ingressi e tre uscite. Le tre uscite sono ulteriormente suddivise rispettivamente per due, per tre e per due (8, 9, 10). In questo modo sono stati generari due fasci di radiazione che si sovrappongono completamente (13) e che possono essere combinati opportunamente. Tramite la predisposizione dei coefficienti di ampiezza e fase del VPD/VPS (11 e 12), presente all' ingresso, si ottengono le coperture riportate in FIG. 3 (14, 15, 16). Ciò' corrisponde ad aver effettuato una foca l izzaz ione del fascio, ottenendo dei valori di guadagno piu' alti, ed a scandire angolarmente il fascio stesso. Cambiando il segno ad uno dei due segnal i ovvero sfasandolo di 180 gradi, si ottiene a generazione di un nullo e la scansione del medesimo. Il miglioramento, come sì evìnce dalla descrizione, consiste nella introduzione, a monte della rete formatrice di fascio, di elementi sfasatori ed attenuatori variabili (VPS/VPO: Varìable Phase Shifter Variabte Power Divider). Ciò' consente di ottenere praticamente un numero infinito di stati del sistema invece di due, dove per "stato" del sistema si intende la copertura di una zona in una direzione qualsiasi, all'interno di un'area di copertura prefissata, dall'asse del fascio d'antenna. Inoltre la riconfigurabilite' può' avvenire sia per un canale che per un gruppo di canali, a seconda della posizione e del ritmerò di componenti VPD/VPS nella catena, a RF o 1F, del sistema di formazione del fascio.

Un'ulteriore miglioramento della presente invenzione riguarda la possibilità' di utilizzare reti formatrici del fascio "ortogonali", con numero m di porte maggiori di due e quindi la possibilità' di generare simultaneamente m fasci indipendenti fissi o simultaneamente scandibili all'interno di un'area di copertura prefissata.

Il sistema proposto consente la massima flessibilità' del sistema antenna, permettendo una gestione indipendente dei singoli canali, o di gruppi di canali, per quanto riguarda la forma, il guadagno ed il puntamento del fascio di radiazione, con perdite aggiuntive limitate dalle caratteristiche dei dispositivi VPS/VPD.

Claims (7)

1. RIVENDICAZIONI 1. Sistema d'antenna a fascio riconfigurabile caratterizzato dal fatto di essere essenzialmente costituito da una rete di divisione "ortogonale11 (3) con due o piu' ingressi (17), due o piu' uscite (18), essendo le uscite di detta rete di divisione connesse attraverso reti passive (19), ad uno o piu' elementi radianti (2) che illuminano il riflettore o lente (1); essendo inoltre detto sistema costituito da dispositivi di "multipiexaggio·, uno per ogni ingresso della rete; e inoltre da ino o piu' attenuatori e sfasatori variabili (5).
2. 2. Sistema d'antenna a fascio riconfigurabile, secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che i fasci globali di antenna (13) che sono generati da ciascun ingresso (4) della rete ortogonale (3), vengono combinati dalla rete (5) per generare dei fasci di forma e guadagno voluti (14. 15, 16).
3. 3. Sistema d'antenna a fasci riconfigurabile, secondo le rivendicazioni 1 e 2, caratterizzato dal fatto che i fasci globali di antenna (13) che sono generati da ciascun ingresso (4) della rete ortogonale (3), vengonocombinati dalla rete (5) per generare delle zonedi attenuazione ("nulling") nelle direzioni volute.
4. 4. Sistema d'antenna a fascio riconfigurabile, secondo le rivendicazioni da 1 a 3, caratterizzato dal fatto che la riconfigurabilite' e' implementabile sia per un canale che per gruppi di essi.
5. 5. Sistema d'antenna a fascio riconfigurabile, secondo le rivendicazioni da 1 a4, caratterizzatodal fatto che la generazionedei coefficienti necessari per la riconfigurazione del fascio può' essere ottenuta sia operando sui segnali a RF che operando sui segnati a frequenza intermedia.
6. 6. Sistema d'antenna a fascio riconfigurabile, secondo le rivendicazioni da 1 a 5, caratterizzato dal fatto che detto sistema stesso può' essere configurato liberamente senza che questo comporti una qualche perdita di efficacia; la FIG 2c mostra, infatti, solamente una delle possibili configurazioni del sistema.
7. 7. Sistema d'antenna a fascio riconfigurabile, secondo le rivendicazione 1, caratterizzatodal fatto che la superficie riflettente (1) posta di fronte agli illuminatori può' esseredì tipo qualsiasi anche non focalizzante.