ITRM940306A1

ITRM940306A1 - Antenna a riflettore o a lente, a fasci sagomati o a scansione di fascio

Info

Publication number: ITRM940306A1
Application number: IT000306A
Authority: IT
Inventors: Marco Lisi; Forti Raimondo Lo
Original assignee: Alenia Spazio Spa; Space Engineering S R L Ora Space Engineering S P
Priority date: 1994-05-17
Filing date: 1994-05-17
Publication date: 1995-11-17
Also published as: EP0683541A1; IT1272984B; CA2149363A1; CA2149363C; US5598173A; ITRM940306A0

Description

DESCRIZIONE,

a corredo di una domanda di brevetto per invenzione industriale dal titolo

ANTENNA A RIFLETTORE 0 A LENTE, A FASCI SAGOMATI 0 A

SCANSIONE DI FASCIO

L'invenzione presentata riguarda un'antenna a riflettore o a lente, a scansione di fascio avente, come requisito di novità, essenzialmente il fatto di essere configurata in modo tale da avere gli elementi radianti fìiori dal piano focale. Caratteristica nota nel campo specifico delle antenne, con l'espressione in inglese "Imaging.

L'invenzione si colloca nel campo tecnico delle antenne multifascio a fascio sagomato e trova applicazione in quello dei radar, delle telecomunicazioni in generale, delle telecomunicazioni spaziali in particolare, in ambito navale, terrestre, civile e militare.

L'invenzione è scaturita dall'osservazione di precedenti soluzioni già coperte dall'istituto brevettuale e di proprietà della stessa avente causa. Essa è da considerarsi un passo avanti rispetto a dette soluzioni ed è da considerarsi il naturale avanzamento tecnologico nella specifica tecnica.

Le soluzioni precedenti in questione sono :

[ 1] "Antenna parabolica semiattiva, in grado di scandire fàsci, in modo continuo, variando la sola fase" - Dom. di Brevetto N°RM91A000893.

[2] "Antenna parabolica semiattiva, in grado di fornire fasci sagomati, da utilizzare preferenzialmente in campo spaziale" - Dom. di Breveto N° RM91AGQ0894.

[3] "Antenna multifascio a cortina fasata a radiazione diretta, a fascio sagomato" - Dom. di Brevetto N° RM94A000005.

Relativamente ai punto [ 1 e 2], si tratta di antenne a riflettore di tipo focalizzato, ma non di tipo "imaging", cioè gli elementi radianti sono sul piano focale, a differenza dell'ottica "imaging" che ha gli elementi radianti fuori dal piano focale..

Il fato di usare un'otica "imaging" pennetere di rendere più leggera e compatta la BFN.

Sia pei quanto riguarda l'antenna di cui al punto [3] che l'antenna, oggetto della presente domanda di brevetto, vi è in comune che si tratta di un'antenna semiattiva, con amplificatori distribuiti, che utilizza sempre tutti gli amplificatori alimentati allo stesso livello per fare fasci sagomati, ma la differenza sostanziale è che l'antenna di nuova concezione non è a radiazione diretta, ma è costituita da un array di elementi radianti posti davanti ad un riflettore o ad una lente. Ne risulta, un'antenna con caratteristiche migliorate relativamente alle prestazioni in generale: guadagno, area di copertura.

In particolare le carateristiche peculiari deU'invenzione risiedono nel fatto di aver introdotto l'ottica per diminuire la complessità dell'antenna a "phased array". Questa compattazione si ottiene mediante la tecnica "imaging", cioè nel posizionare gli elementi radianti fuori dal piano focale.

L'applicazione della tecnica "imaging" a singolo riflettore, provoca una deformazione del fascio d'antenna, con una conseguente degradazione delle prestazioni radioelettriche: guadagno più basso, lobi laterali più alti.

Per recuperare: il guadagno, l'abbassamento dei lobi laterali e rintegrità del fascio, si aggiunge una BFN opportunamente dimensionata per evitare che questa configurazione "imaging" venga degradata. Infatti, le prestazioni elettriche dell'antenna vengono reintegrate a mezzo di detta BFN interposta tra i radiatori e gli amplificatori.

L'antenna è essenzialmente costituita da:

-un riflettore

- un certo numero di radiatori, posti fuori dal piano focale

- da una rete formatrice di fascio (BFN = Beam Foiming Network).

Il problema che si intendeva risolvere con l'invenzione era superare l'inconveniente principale della configurazione di tipo "imaging" che era rappresentato dal fatto che, a seconda della direzione di provenienza del segnale, non tutta l'energia riflessa dal riflettore, o trasmessa dalla lente, veniva catturata dai feed in quanto essa si spostava e, quindi, i feed non venivano illuminati tutti a pieno. Ciò comportava una perdita in termini di guadagno qualora si desiderasse mantenere gli amplificatori alla stessa potenza.

Nel calcolo dell'efficienza dell'antenna, per la quale si intende richiedere copertura brevettale, è stato applicato il principio di reciprocità, per poi ribaltarlo, nel caso l'antenna venga usata come antenna trasmittente: e questo è appunto il caso dell'invenzione in questione.

Il problema viene risolto utilizzando una rete formatrice di fascio che si interpone tra gli elementi radianti e gli amplificatori, in modo di mantenere lo stesso livello di potenza, sugli amplificatori, anche quando gli elementi radianti ("feeds") sono alimentati con potenze differenti.

La rete formatrice di fascio è formata da un numero n di ibride, da elementi sfasatori in alta potenza e da elementi sfasatori in bassa potenza.

La topologia, le connessioni ed i valori di fase devono essere studiati per ottenere il massimo delle prestazioni radioelettriche.

L'invenzione viene ora descritta, a scopo illustrativo e non limitativo, facendo riferimento ad una versione attualmente preferita dagli Inventori ed in base alle tavole di disegno allegate.

Fig. 1. Schema di massima del sistema d'antenna a riflettore a o a lente b . Fig. 2. Schema dell'assieme delle BFN in bassa potenza (9).

Fig. 3 Schema della rete formatrice di fascio in alta potenza (2) e dall'assieme degli amplificatori e degli elementi radianti..

Fig. 4 Esempio di collegamenti fra le porte di uscita della BFN e gli elementi radianti.

Fig. 5 Inviluppo dei valori massimi di guadagno per ogni direzione nello spazio UV.

Facendo riferimento alle Figure allegate, l'invenzione è essenzialmente costituita da un sistema ottico che può essere sia a riflettore (Fig. la) che a lente (Fig.

lb), da un insieme di elementi radianti (Fi.g. 1-2), da una BFN (Fig. 2-3) in alta potenza, da una batteria di amplificatori (Fig. 2, 4), da una BFN in bassa potenza (Fig. 2-9).

La BFN in alta potenza è composta da un insieme di sfasatoli fissi e da un insieme di ibride (Fig. 3-7) opportunamente connesse.

La BFN in alta potenza è composta da un certo numero di sfasatoli (Fig. 2-6), un certo numero di divisori (Fig. 2-10) ed un certo numero di sommatoli (Fig. 2-5) opportunamente connessi.

I valori degli stasatoli in bassa potenza sono opportunamente scelti per ogni direzione del puntamento del fascio, nel caso d'antenna a scansione, e per effettuare l'opportuna sagomatura dei fasci nel caso di antenna a fascio sagomato. L'aspetto caratterizzante di ambedue i sistemi risiede nel fatto di poter compensare le aberrazioni introdotte dall'ottica, qualsiasi essa sia, attraverso l'ottimizzazione della BFN in alta e in bassa potenza.

Per ottimizzazione si intende:

- scelta delle dimensioni degli elementi radianti e la distanza dal piano focale; - il numero e l'ordine delle sub-BFN costituenti nel loro insieme la BFN in alta potenza (Fig. 2-2);

- lo schema di connessione tra le uscite della BFN in alta potenza e gli elementi radianti (es. in Fig. 4);

- i valori di fase degli sfasatori presenti nella BFN in bassa potenza (Fig. 2-9); - i valori di fase degli sfasatori presenti nella BFN in alta potenza (Fig. 3-8) Da quanto sopra si deduce che lo scopo precipuo dell'invenzione consiste nell'ottimizzaie tutti quei parametri in modo tale che, fissata la dimensione dell'ottica ed il numero degli elementi radianti, si renda più elevato il valore di direttività e la dimensione del settore di scansione (Fig. 5), pur mantenendo lo stesso punto di lavoro RF per tutti gli amplificatori di potenza. Ciò permette a questi ultimi di ottenere la massima efficienza possibile. Inoltre, nel caso si volessero realizzare fasci sagomati, questa tecnica consente di massimizzare i valori minimi in ciascuno dei fasci.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Antenna a riflettore o a lente, a fasci sagomati o a scansione di fascio, caratterizzata dal fatto di essere essenzialmente costituita da una rete passiva (2) posta tra radiatori (1) ed amplificatori di potenza (4) ed una rete convenzionale (9), essendo gli elementi radianti posti fuori dal piano focale.
2. Antenna a riflettore o a lente, a fasci sagomati o a scansione di fàscio, secondo la Rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che la rete passiva è costituita da un numero a piacere di sottoreti formatrici del fascio in alta potenza (3) in cui i segnali di ingresso (12) ed i segnali di uscita (13) passano attraverso una serie di ibride (7) e sfasatoli (8) posti in modo opportuno.
3. Antenna a riflettore o a lente, a fasci sagomati o a scansione di fascio, secondo le Rivendicazioni 1 e 2, caratterizzata dal fatto che all'intemo della rete (9) sono disposti dei divisori (10), degli sfasatoli (6), dei sommatoli (5) che si collegano con delle linee di connessione (11) alla rete passiva (2).
4. Antenna a riflettore o a lente, a fasci sagomati o a scansione di fascio, secondo le Rivendicazioni da 1 a 3, caratterizzata dal fatto che il segnale relativo al fascio i...mo è inizialmente diviso in n segnali i quali vengono sfasati opportunamente prima di alimentare gli amplificatori di potenza (4) ed essendo detti amplificatori (4) a loro volta connessi alla rete passiva (2) composta dalle ibride (7) e dagli sfasatori (8) opportunamente connessi.
5. Antenna a riflettore o a lente , a fasci sagomati o a scansione di fascio, secondo tutte le rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto di poter essere applicata con successo soprattutto nel campo delle telecomunicazioni in generale, delle comunicazioni spaziali, oltre che in quello dei radar, in ambito militare e civile.