ITTO20110074A1 - Sistema d'antenna per satelliti in orbita bassa - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

del brevetto per invenzione industriale dal titolo:

“SISTEMA D'ANTENNA PER SATELLITI IN ORBITA BASSAâ€

SETTORE TECNICO DELL’INVENZIONE

In generale, la presente invenzione concerne un sistema d’antenna per satelliti in orbita bassa (“Low Earth Orbit (LEO) satellites†).

In particolare, la presente invenzione à ̈ relativa ad un sistema d’antenna a microonde che trova vantaggiosa, ma non esclusiva applicazione, nei sistemi cosiddetti di “Payload Data Handling and Transmission†(PDHT) usati per trasmettere dati con distribuzione della potenza radiata effettiva (“Effective Isotropic Radiated Power†- EIRP) costante sulla terra.

STATO DELL’ARTE

Com’à ̈ noto, i satelliti LEO generalmente imbarcano sistemi di osservazione della Terra, come Radar ad Apertura Sintetica (“Synthetic Aperture Radar†- SAR) e/o strumenti ottici, e sfruttano, per la trasmissione a terra dei dati telerilevati, antenne a microonde con distribuzione della potenza effettiva costante sulla Terra. Tipicamente i satelliti LEO orbitano ad una altezza dalla Terra che varia tra 400 e 800 Km. Pertanto un’antenna per la trasmissione a terra dei dati di un satellite LEO ha un campo di vista molto vasto definibile da un cono centrato rispetto all’asse di Nadir dell’antenna ed avente un semi-angolo di apertura dell’ordine di 62°-70°. In funzione, quindi, dell’esatta altezza del satellite LEO, l’antenna di bordo, per poter mantenere una distribuzione di potenza a terra isoflusso, deve garantire un incremento di guadagno, tra la direzione di Nadir ed il punto tangente a bordo Terra, compreso tipicamente tra i 12 ed i 15 dB. Ciò al fine di compensare le perdite differenziali di tratta dovute alla maggiore distanza dal satellite LEO dell’utente a bordo terra rispetto ad un utente in direzione Nadir.

Attualmente sui satelliti LEO vengono usate antenne fisse a fascio sagomato ed a basso guadagno in banda X, che offrono una copertura quasi-emisferica (con circa 65° di semiangolo). I problemi riscontrabili con questo tipo di antenne sono il basso guadagno, limitato a circa 6 dBi a bordo copertura, ed una capacità limitata di discriminazione della polarizzazione, non compatibile con un riuso della frequenza.

Com’à ̈ noto, i futuri sistemi PDHT dovranno garantire un aumento significativo della velocità di trasmissione dei dati. Questo aumento di velocità e quantità dei dati trasmessi può essere ottenuto

• aumentando il guadagno d’antenna tramite fasci direttivi e ripuntabili, anziché fissi ed a basso guadagno, e/o

• tramite un incremento della potenza trasmessa, oppure

• aumentando la larghezza di banda, ad esempio riutilizzando lo spettro disponibile attraverso un riuso della polarizzazione.

Pertanto, alla luce di quanto precedentemente esposto, le antenne a copertura fissa non sono in grado di incontrare questo requisito di aumento della capacità di trasmissione dei dati. Attualmente sono quindi in fase di studio sistemi d’antenna maggiormente direttivi, a fascio ripuntabile meccanicamente o elettronicamente.

A tal riguardo, però, à ̈ importante mettere in evidenza il fatto che nei satelliti che imbarcano sistemi ottici di osservazione della Terra à ̈ fondamentale prevenire possibili micro-vibrazioni indotte da antenne a ripuntamento meccanico. Pertanto i sistemi d’antenna a ripuntamento elettronico sono favoriti rispetto a quelli a ripuntamento meccanico.

Questi sistemi d’antenna a ripuntamento elettronico sono basati su schiere (“arrays†) planari e/o conformi di elementi radianti alimentati da sfasatori variabili e con reti di distribuzione della potenza di tipo attivo, semiattivo e/o passivo. Un esempio di antenna a schiera planare diretta di tipo attivo in banda Ka à ̈ descritto da J.D. Warshowsky, J.J. Whelehan, R.L. Clouse, High Rate User Phased Array Antenna for Small Leo Satellites, Fourth Ka-Band Utilization Conference, 2–4 Novembre 1998, Venezia; mentre un esempio di antenna a schiera planare attiva in banda X si può trovare in X-Band Phased Array Antenna Validation Report, 1 Marzo 2002, di Kenneth Perko ed altri, NASA Goddard Space Flight Center, Greenbelt, Maryland 20771. Le schiere planari a scansione elettronica del fascio richiedono molti elementi radianti ed hanno un campo di ripuntamento limitato, tipicamente fino a 60° dalla direzione normale alla schiera planare, ovvero “boresight†. Ciò per via delle perdite di scansione molto elevate sperimentate anche adottando spaziature ridotte a 0.5 λ della schiera. Tali antenne richiedono inoltre un numero elevato di elementi radianti, ciò al fine di soddisfare la richiesta di guadagno/EIRP molto più elevato a bordo copertura malgrado le perdite elevate subite rispetto al Nadir o boresight d’antenna, poiché producono “naturalmente†in direzione boresight il massimo del guadagno/EIRP. Accade quindi che queste antenne forniscano una variazione relativa del guadagno dal Nadir avente un andamento esattamente opposto a quello desiderabile per il servizio richiesto.

Pertanto, le antenne a schiera planare diretta note non sono molto adatte per satelliti che orbitano ad una altezza dalla Terra inferiore a 1000 Km.

Le antenne a schiera conforme potenzialmente rimuovono queste limitazioni. In passato sono stati sviluppati prototipi di antenne a schiera conforme di tipo semiattivo, con amplificazione distribuita e basate sull’uso di matrici di Butler, e di tipo passivo, con amplificazione centralizzata e sfasatori variabili. A tal riguardo, si può far riferimento, ad esempio, a E. Vourch, G. Caille, M.J. Martin, J.R. Mosig, A. Martin, P.O. Iversen, Conformal array antenna for LEO observation platforms, IEEE Antennas and Propagation Society International Symposium, Giugno 1998, vol. 1, pp. 20-23. Ad oggi le antenne a schiera conforme sono ancora studiate per le bande X e Ka. Tuttavia tali antenne a schiera conforme non sembrano soluzioni efficaci per il problema della trasmissione dei dati dai satelliti LEO alle stazioni di terra. Infatti, in esse il numero di elementi radianti à ̈ comparabile o superiore a quello di un’antenna a schiera planare, ma con l’aggravante che gli elementi radianti di un’antenna a schiera conforme non possono essere disposti in un piano. La spaziatura degli elementi radianti in queste antenne deve essere compatibile con la lunghezza assiale degli elementi stessi, al fine di evitare interferenza meccanica fra di loro. Ciò comporta una spaziatura non minima e la possibile insorgenza di “grating lobes†o fasci spuri a scansioni elevate del fascio. L’allocazione degli elementi, anche se parzialmente risolvibile raggruppandoli in sottogruppi o “sub-array†planari, condiziona comunque molto la complessità dell’antenna per via della rete di alimentazione, che tipicamente à ̈ compatibile solo con cavi e con radiatori ad ingombro assiale ridotto, per es. a “patches†.

Un’ulteriore possibile soluzione attualmente studiata ma poco matura à ̈ basata sull’uso di antenne a schiera riflettente (“reflectarray†). A tal riguardo, si può far riferimento, ad esempio, a C. Apert, T. Koleck, P. Dumon, T. Dousset, C. Renard, ERASP: A New Reflect Array Antenna for Space Applications, EuCap, Novembre 2006. Le schiere riflettenti attualmente studiate sono costituite da elementi, ad esempio guide d’onda o radiatori stampati, disposti a maglia triangolare su una superficie piana e controllabili tramite sfasatori variabili integrati negli elementi radianti, ovvero “packaged†, e basati su diodi Positivi-Intrinseci-Negativi (PIN) o su membrana MEMS (Micro Electro-Mechanical Systems). La schiera viene illuminata da un illuminatore esterno e l’onda viene opportunamente rifasata dopo riflessione dalla schiera in modo tale da generare un fascio in scansione simile a quello delle schiere planari attive dirette precedentemente descritte.

Altre soluzioni attualmente studiate sono basate sulla segmentazione della copertura di servizio e sull’uso di una pluralità di antenne ciascuna atta a coprire un rispettivo specifico settore angolare. Però queste ultime soluzioni soffrono, oltre che dei problemi precedentemente descritti, anche della segmentazione del servizio in funzione dell’orbita del satellite e della posizione della stazione di terra che deve ricevere i dati dal satellite.

Infine, à ̈ importante mettere in evidenza anche il fatto che la trasmissione dati dai satelliti LEO alle stazioni di terra deve rispettare un ulteriore importante requisito legato alle massime densità di potenza consentite a terra verso le stazioni di terra ed, in particolare, verso le cosiddette “Deep Space Networks†(DSN), che costituiscono l’infrastruttura delle comunicazioni satellitari a livello mondiale per le sonde interplanetarie.

OGGETTO E RIASSUNTO DELL’INVENZIONE

Scopo della presente invenzione, quindi, à ̈ quello di fornire un sistema d’antenna per satelliti LEO che consenta di alleviare, almeno in parte, gli svantaggi precedentemente descritti e di soddisfare i requisiti di trasmissione precedentemente introdotti.

Il suddetto scopo à ̈ raggiunto dalla presente invenzione in quanto essa à ̈ relativa ad sistema d’antenna per satelliti LEO, secondo quanto definito nelle rivendicazioni annesse.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI

Per una migliore comprensione della presente invenzione, alcune forme preferite di realizzazione, fornite a puro titolo di esempio esplicativo e non limitativo, verranno ora illustrate con riferimento ai disegni annessi (non in scala), in cui:

• la Figura 1 à ̈ una vista laterale schematica in sezione di un sistema d’antenna secondo una prima forma preferita di realizzazione della presente invenzione, in cui viene anche mostrato schematicamente un tracciamento in ottica geometrica di segnali trasmessi dal sistema d’antenna;

• la Figura 2 illustra schematicamente come viene definito un profilo laterale di un riflettore del sistema d’antenna secondo la prima forma preferita di realizzazione della presente invenzione;

• la Figura 3 à ̈ una vista laterale schematica in sezione del profilo laterale finale del riflettore del sistema d’antenna secondo la prima forma preferita di realizzazione della presente invenzione, in cui viene anche mostrato schematicamente un tracciamento in ottica geometrica dei segnali trasmessi dal sistema d’antenna;

• la Figura 4 à ̈ una vista schematica dall’alto del sistema d’antenna secondo la prima forma preferita di realizzazione della presente invenzione;

• la Figura 5 à ̈ una vista laterale schematica in sezione di un sistema d’antenna secondo una seconda forma preferita di realizzazione della presente invenzione, in cui viene anche mostrato schematicamente un tracciamento in ottica geometrica di segnali trasmessi dal sistema d’antenna;

• la Figura 6 à ̈ una vista tridimensionale schematica del sistema d’antenna secondo la seconda forma preferita di realizzazione della presente invenzione;

• la Figura 7 à ̈ una vista prospettica, ottenuta mediante progettazione assistita da elaboratore (“Computer-Aided Design†– CAD), del sistema d’antenna secondo la seconda forma preferita di realizzazione della presente invenzione;

• la Figura 8 à ̈ una vista tridimensionale prospettica, con parti asportate per chiarezza, del sistema d’antenna secondo la seconda forma preferita di realizzazione della presente invenzione che inoltre comprende un radome per supportare un sub-riflettore;

• la Figura 9 à ̈ una vista laterale in trasparenza del sistema d’antenna di figura 8;

• le Figure 10 e 11 illustrano schematicamente due disposizioni preferite di elementi radianti del sistema d’antenna secondo la presente invenzione;

• la Figura 12 illustra schematicamente un’architettura passiva di alimentazione per il sistema d’antenna secondo la seconda forma preferita di realizzazione della presente invenzione;

• la Figura 13 illustra schematicamente un’architettura attiva di alimentazione con amplificazione distribuita per il sistema d’antenna secondo la seconda forma preferita di realizzazione della presente invenzione; e

• la Figura 14 illustra la tipica maschera di guadagno in funzione dell’angolo rispetto al Nadir richiesta ad un’antenna installata a bordo di un satellite LEO orbitante ad un’altezza di 500 Km dalla Terra.

DESCRIZIONE DETTAGLIATA DI FORME PREFERITE DI REALIZZAZIONE DELL’INVENZIONE

La presente invenzione verrà ora descritta in dettaglio con riferimento alle figure allegate per permettere ad una persona esperta di realizzarla ed utilizzarla. Varie modifiche alle forme di realizzazione descritte saranno immediatamente evidenti alle persone esperte ed i generici principi descritti potrebbero essere applicati ad altre forme di realizzazione ed applicazioni senza per questo uscire dall’ambito protettivo della presente invenzione, come definito nelle rivendicazioni allegate. Pertanto, la presente invenzione non deve essere considerata limitata alle sole forme di realizzazione descritte ed illustrate, ma le si deve accordare il più ampio ambito protettivo conforme ai principi e alle caratteristiche qui descritte e rivendicate.

La presente invenzione à ̈ relativa ad un sistema d’antenna a microonde per satelliti LEO configurato per realizzare, mediante l’uso di un sistema ottico a singolo o doppio riflettore ed a simmetria rotazionale, un fascio a scansione elettronica ad uno o due gradi di libertà, quando illuminato opportunamente da una schiera planare di elementi radianti alimentati da sfasatori variabili. Le caratteristiche di guadagno ottenibili in funzione della distanza dall’asse di Nadir sono tali da rispettare la maschera di guadagno richiesta per garantire una distribuzione isoflusso della potenza a terra. L’EIRP d’antenna può adattarsi a diversi valori assoluti al variare delle dimensioni del/i riflettore/i e/o del numero di elementi radianti della schiera planare e/o della potenza di trasmissione degli elementi stessi; mentre tramite opportuna sagomatura del/i riflettore/i à ̈ possibile indirizzare la distribuzione della potenza in accordo alla legge voluta ed alla altezza del satellite da terra.

In particolare, il sistema d’antenna secondo la presente invenzione comprende una schiera planare di elementi radianti, o radiatori, convenientemente pilotati da sfasatori, ed un’ottica d’antenna che comprende uno o due riflettori a simmetria rotazionale il cui profilo à ̈ ottimizzato in modo tale da distribuire la potenza a terra con caratteristiche isoflusso, ovvero con distribuzione di guadagno che compensa, in funzione dell’angolo dal Nadir, la differente attenuazione spaziale della tratta satellite-Terra. Cambiando la legge degli sfasatori che pilotano gli elementi radianti, il sistema d’antenna à ̈ in grado di trasmettere un fascio elettronico che ruota rispetto all’asse di Nadir (ripuntamento del fascio ad un grado di libertà). Convenientemente, il ripuntamento del fascio può essere realizzato anche in elevazione (ripuntamento del fascio a due gradi di libertà).

Il sistema d’antenna può essere facilmente configurato per realizzare il picco del fascio in un range tipico di valori da 54° a 90° in modo tale da risultare utilizzabile da satelliti LEO che hanno un’altezza dalla Terra da 0 a 1500 Km circa.

In figura 1 viene mostrata schematicamente una sezione trasversale di un sistema d’antenna 1, realizzato secondo una prima forma preferita di realizzazione della presente invenzione, insieme con un tracciamento in ottica geometrica di segnali trasmessi dal sistema d’antenna 1.

In particolare, come mostrato in figura 1, il sistema d’antenna 1, che à ̈ destinato ad essere installato su un satellite LEO, comprende:

• un riflettore 11 a simmetria rotazionale rispetto ad un asse di simmetria 12 che, in uso, coincide con il Nadir del sistema d’antenna 1 installato sul satellite LEO (non mostrato in figura 1); ed

• una schiera planare 13 di elementi radianti, o radiatori, a scansione elettronica del fascio disposti su un piano focale del riflettore 11 e configurati per illuminare il riflettore 11 irradiando segnali, convenientemente aventi frequenze appartenenti alla banda X e/o alla banda Ka, in modo tale che i segnali irradiati si propaghino fino al riflettore 11 e vengano, quindi, opportunamente riflessi da detto riflettore 11, come verrà descritto in dettaglio più avanti.

In dettaglio, la figura 1, poiché illustra una sezione trasversale del sistema d’antenna 1, mostra il profilo laterale del riflettore 11 a simmetria rotazionale dopo sagomatura, e la disposizione degli elementi radianti con piano di apertura in un fuoco 14 del riflettore 11. Inoltre, la figura 1 mostra schematicamente anche un tracciamento dei segnali che, in uso, sono irradiati dai radiatori che possono essere disposti a maglia equiangolare, o equidistanti su circonferenze a raggio crescente per realizzare una completa simmetria rotazionale rispetto all’asse di simmetria 12. Come mostrato in figura 1, i segnali irradiati dai radiatori vengono riflessi dal riflettore 11 in modo tale che l’energia di detti segnali risulti focalizzata, nel campo lontano, prevalentemente in una direzione individuata da un predefinito angolo Î ̧maxrispetto all’asse di simmetria 12. Inoltre, considerando da un punto di vista tridimensionale la struttura del sistema d’antenna 1 mostrato nella figura 1, risulta che i segnali irradiati dai radiatori vengono riflessi dal riflettore 11 in modo tale che l’energia di detti segnali risulti focalizzata, nel campo lontano, a diversi livelli di intensità in direzioni individuate nello spazio dallo stesso predefinito angolo Î ̧maxrispetto all’asse di simmetria 12.

Più specificatamente, in figura 2 viene mostrato schematicamente come viene definito analiticamente il profilo del riflettore 11. In particolare, anche la figura 2 à ̈ una vista laterale in sezione del sistema d’antenna 1 durante la definizione del profilo del riflettore 11 e in detta figura gli stessi elementi già descritti e mostrati nella figura 1 sono individuati dagli stessi numeri di riferimento.

In dettaglio, facendo riferimento al sistema cartesiano tridimensionale di riferimento XYZ mostrato in figura 2 ed avente l’asse Z coincidente, in uso, con il Nadir del sistema d’antenna 1 installato sul satellite LEO, ovvero con l’asse di simmetria 12, il riflettore 11 può essere costruito definendo inizialmente nel piano XZ una ellisse avente un primo fuoco nel punto 14 in cui à ̈ disposta la schiera planare 13 dei radiatori ed un secondo fuoco 14’ che à ̈ molto distante dal sistema d’antenna 1 lungo la direzione individuata dal predefinito angolo Î ̧maxe che corrisponde ad un predefinito punto estremo della Terra che deve essere raggiunto dai segnali trasmessi, in uso, dal sistema d’antenna 1 installato sul satellite LEO.

Successivamente, una prima porzione 21 di una dima 20 usata per realizzare il riflettore 11 viene sagomata in accordo con l’ellisse definita. In particolare, la prima porzione 21 della dima 20 si estende nel piano XZ in accordo con l’andamento analitico dell’ellisse definita, specificatamente si estende lateralmente dall’asse di simmetria 12 fino ad un primo punto A posto ad una prima distanza DF, lungo la direzione X, dall’asse Z, ovvero dall’asse di simmetria 12. Pertanto, una prima porzione del riflettore 11 realizzata sulla base della prima porzione 21 della dima 20 à ̈ tale da focalizzare un’onda sferica irradiata, in uso, dai radiatori, posizionati nel primo fuoco 14, nella direzione che à ̈ individuata dal predefinito angolo Î ̧maxe che corrisponde angolarmente al picco del diagramma isoflusso desiderato, in uso, rispetto all’asse di Nadir 12.

Facendo sempre riferimento alla figura 2, ancora successivamente, una seconda porzione 22 della dima 20, che si estende lateralmente dalla prima porzione 21, viene sagomata modificando gradualmente il raggio di curvatura della prima porzione 21 in modo tale che, in uso, i segnali irradiati dai radiatori che vengono riflessi da una seconda porzione del riflettore 11 realizzata sulla base della seconda porzione 22 della dima 20 vengano indirizzati, in accordo con le leggi dell’ottica geometrica ovvero dell’ottica fisica, in direzioni individuate da angoli rispetto all’asse di simmetria 12 che sono compresi tra 0° e Î ̧max. In altre parole, la prima porzione 21 della dima 20 viene raccordata con la seconda porzione 22 che modifica il raggio di curvatura della dima 20 gradualmente fino ad ottenere che, in uso, i segnali irradiati dai radiatori e riflessi dalla seconda porzione del riflettore 11 realizzata sulla base della seconda porzione 22 della dima 20 vengano indirizzati in direzioni comprese tra la direzione individuata dal predefinito angolo Î ̧maxed il Nadir in accordo con le leggi dell’ottica geometrica o fisica.

In particolare, la seconda porzione 22 della dima 20, nel piano XZ, si estende lateralmente dal primo punto A fino ad un secondo punto B posto ad una seconda distanza Ds, lungo la direzione X, dal primo punto A.

Inoltre, facendo sempre riferimento alla figura 2, la schiera planare 13 ha, convenientemente, una simmetria rotazionale intorno all’asse di simmetria 12, ovvero all’asse Z, e si estende, nel piano XZ, lateralmente dall’asse di simmetria 12 per una distanza DA/2 lungo la direzione X, mentre risulta che DF>DA/2. In altre parole, la seconda porzione del riflettore 11 realizzata sulla base della seconda porzione 22 della dima 20 si estende esternamente all’ingombro DA/2 della schiera planare 13 dei radiatori disposti nel piano focale, in modo tale da evitare, in uso, il bloccaggio dei segnali riflessi dalla seconda porzione del riflettore 11 da parte della schiera planare 13.

Convenientemente, la dima 20 può essere ulteriormente sagomata tramite tecniche standard basate sull’ottica fisica in modo tale da ottenere la distribuzione di potenza nel range angolare desiderato in accordo alla distribuzione isoflusso della potenza desiderata a terra.

Il riflettore 11 viene, quindi, realizzato per rotazione di 360° attorno all’asse di simmetria 12, ovvero all’asse Z, della dima 20 ottenendo così il profilo analitico laterale del riflettore 11 mostrato in figura 3 in cui gli stessi elementi già descritti e mostrati nelle figure 1 e 2 sono individuati dagli stessi numeri di riferimento. In altre parole, da un punto di vista tridimensionale e facendo riferimento alla figura 3, il riflettore 11, poiché realizzato sulla base della dima 20 ruotata per 360° attorno all’asse di simmetria 12, ovvero all’asse Z, comprende:

• una prima porzione, o porzione focalizzante, 111 che - ha una simmetria rotazionale intorno all’asse di simmetria 12, ovvero all’asse Z, ovvero, in uso, al Nadir,

- Ã ̈ configurata per riflettere i segnali irradiati dai radiatori, ed

- à ̈ sagomata in modo tale da focalizzare i segnali riflessi nelle direzioni individuate nello spazio dal predefinito angolo Î ̧maxrispetto all’asse di simmetria 12, ovvero, in uso, all’asse di Nadir, che corrispondono angolarmente al massimo del diagramma isoflusso desiderato in uso rispetto all’asse di Nadir 12; ed

• una seconda porzione 112 che

- ha una simmetria rotazionale intorno all’asse di simmetria 12, ovvero all’asse Z, ovvero, in uso, al Nadir,

- Ã ̈ configurata per riflettere i segnali irradiati dai radiatori, ed

- à ̈ sagomata in modo tale da indirizzare i segnali riflessi gradualmente in direzioni individuate nello spazio da angoli rispetto all’asse di simmetria 12, ovvero, in uso, all’asse di Nadir, che sono compresi tra 0° e Î ̧max.

Inoltre, la figura 3 mostra anche sfasatori variabili 15 accoppiati ai radiatori della schiera planare 13.

In particolare, come mostrato in figura 3, fasando opportunamente i radiatori tramite gli sfasatori variabili 15 à ̈ possibile ottenere nel piano XZ un fascio primario d’antenna di tipo “gaussiano†con puntamento, nel piano XZ, ad un angolo ψ dall’asse Z, ovvero, in uso, dall’asse di Nadir 12, che individua una direzione a metà strada tra l’asse di Nadir 12 ed il bordo B del riflettore 11. In termini più rigorosi, preferibilmente il fascio primario d’antenna, in uso, nella versione d’antenna ad un solo grado di libertà, risulta puntato in una direzione individuata da una bisettrice di un angolo formato dall’asse di simmetria 12 e da una direzione che unisce la schiera planare 13 al bordo B del riflettore 11.

Inoltre, detto fascio primario d’antenna, come illustrato in una vista dall’alto del sistema d’antenna 1 mostrata in figura 4, risulta settoriale in estensione anche nel piano XY, ovvero in φ, in accordo alla larghezza di fascio ottenibile in base alle dimensioni della schiera 13 dei radiatori posti nel primo fuoco 14. In uso, dopo che il fascio primario d’antenna viene riflesso dal riflettore 11, si ottiene un fascio secondario d’antenna che ha un picco nella direzione individuata dal predefinito angolo Î ̧maxrispetto al Nadir 12 e che segue un andamento del decrescente del guadagno, ovvero adatto a realizzare la distribuzione isoflusso della potenza irradiata fino alla direzione Nadir 12. Il fascio secondario d’antenna ha, invece, una larghezza di fascio in φ, ovvero nel piano XY, che dipende primariamente dalle dimensioni della schiera planare 13 dei radiatori, in quanto l’ottica non à ̈ focalizzante nel piano XY, essendo a simmetria rotazionale rispetto all’asse Z. Cambiando linearmente la fasatura dei radiatori tramite gli sfasatori variabili 15 in funzione di φ à ̈ possibile generare una rotazione continua del fascio rispetto all’asse di Nadir 12.

Un approccio alternativo per ottenere un fascio più direttivo punto-punto consiste invece nell’ottimizzare il profilo, ovvero la sagomatura, del riflettore 11, che, in ogni caso, risulta sempre a simmetria rotazionale rispetto all’asse di Nadir 12, imponendo simultaneamente l’ottimizzazione del profilo del riflettore 11 e della legge di sfasamento della schiera 13 dei radiatori, per un numero pre-determinato di direzioni in ψ del fascio d’antenna primario e Î ̧ del fascio d’antenna secondario.

In figura 5 viene mostrata schematicamente una sezione trasversale di un sistema d’antenna 5, realizzato secondo una seconda forma preferita di realizzazione della presente invenzione, insieme con un tracciamento in ottica geometrica di segnali trasmessi dal sistema d’antenna 5.

In particolare, come mostrato in figura 5, il sistema d’antenna 5, che à ̈ destinato ad essere installato su un satellite LEO, comprende:

• un primo riflettore, o sub-riflettore, 51 a simmetria rotazionale rispetto ad un asse di simmetria 54 che, in uso, coincide con il Nadir del sistema d’antenna 5 installato sul satellite LEO (non mostrato in figura 5), detto sub-riflettore 51 comprendendo una porzione centrale (anch’essa a simmetria rotazionale rispetto all’asse di simmetria 54) che si estende lateralmente dall’asse di simmetria 54, ed una porzione laterale (anch’essa a simmetria rotazionale rispetto all’asse di simmetria 54) che si estende lateralmente dalla porzione centrale;

• un secondo riflettore, o riflettore principale, 52 a simmetria rotazionale rispetto all’asse di simmetria 54, detto riflettore principale comprendendo una porzione centrale 523 (anch’essa a simmetria rotazionale rispetto all’asse di simmetria 54) che si estende lateralmente dall’asse di simmetria 54 ed à ̈ disposta di fronte alla porzione centrale del sub-riflettore 51, una prima porzione, o porzione focalizzante, 521 (anch’essa a simmetria rotazionale rispetto all’asse di simmetria 54) che si estende lateralmente dalla porzione centrale 523 ed ha una sottoporzione disposta di fronte alla porzione laterale del sub-riflettore 51, ed una seconda porzione 522 (anch’essa a simmetria rotazionale rispetto all’asse di simmetria 54) che si estende lateralmente dalla prima porzione 521; ed

• una schiera planare 53 di elementi radianti, o radiatori, con capacità di scansione elettronica del fascio, montati su, o sopra, o dentro, o sorretti da, la porzione centrale 523 del riflettore principale 52 e configurati per illuminare il sub-riflettore 51 irradiando segnali, convenientemente aventi frequenze appartenenti alla banda X e/o alla banda Ka, in modo tale che i segnali irradiati si propaghino fino al sub-riflettore 51 e vengano, quindi, opportunamente riflessi da detto subriflettore 51, come verrà descritto dettagliatamente più avanti.

In dettaglio, facendo riferimento al piano cartesiano di riferimento XZ mostrato in figura 5 ed avente l’asse Z coincidente, in uso, con il Nadir del sistema d’antenna 1 installato sul satellite LEO, ovvero con l’asse di simmetria 54, il sub-riflettore 51 si estende lateralmente dall’asse Z, ovvero dall’asse di simmetria 54, ovvero, in uso, dal Nadir, per una distanza DR/2 lungo la direzione X, la porzione focalizzante 521 del riflettore principale 52 termina ad una distanza DF>DR/2, lungo la direzione X, dall’asse Z, ovvero dall’asse di simmetria 54, ovvero, in uso, dal Nadir, e la seconda porzione 522 del riflettore principale 52 si estende lateralmente dalla porzione focalizzante 521 per una distanza DSlungo la direzione X.

Andando ancora più nel dettaglio, il sub-riflettore 51 à ̈ configurato per riflettere i segnali irradiati dai radiatori 53 ed à ̈ sagomato in modo tale da indirizzare i segnali riflessi verso la prima 521 e la seconda porzione 522 del riflettore principale 52.

Inoltre, la prima porzione, o porzione focalizzante, 521 del riflettore principale 52 Ã ̈ configurata per:

• riflettere i segnali riflessi dal sub-riflettore 51; e

• focalizzare i segnali riflessi in direzioni individuate nello spazio da un predefinito angolo Î ̧maxrispetto all’asse di simmetria 54, ovvero, in uso, all’asse di Nadir, che corrispondono angolarmente al massimo del diagramma isoflusso desiderato in uso rispetto all’asse di Nadir 54.

A sua volta, la seconda porzione 522 del riflettore principale 52 Ã ̈ configurata per:

• riflettere i segnali riflessi dal sub-riflettore 51; ed

• indirizzare gradualmente i segnali riflessi in direzioni individuate nello spazio da angoli rispetto all’asse di simmetria 54, ovvero, in uso, all’asse di Nadir, che sono compresi tra 0° e Î ̧max.

Più specificatamente, la figura 5, poiché illustra una sezione trasversale del sistema d’antenna 5, mostra il profilo laterale dei riflettori 51 e 52 a simmetria rotazionale dopo sagomatura, e la disposizione degli elementi radianti con piano di apertura traslato rispetto al fuoco primario d’antenna 55. Inoltre, la figura 5 mostra schematicamente anche un tracciamento dei segnali che, in uso, sono irradiati dai radiatori, sono riflessi dal subriflettore 51 e sono, poi, di nuovo riflessi dal riflettore principale 52, in particolare dalla porzione focalizzante 521 e dalla seconda porzione 522, in accordo alla distribuzione di potenza desiderata. Come mostrato in figura 5, il sistema d’antenna 5, ed in particolare il subriflettore 51 ed il riflettore principale 52, sono configurati in modo tale che, in uso, i segnali riflessi dal riflettore principale 52, in particolare dalla seconda porzione 522 del riflettore principale 52, non vengano bloccati dal sub-riflettore 51.

Preferibilmente, il fascio primario d’antenna irradiato dalla schiera planare 53, in uso, nella versione d’antenna ad un solo grado di libertà, risulta puntato a metà strada tra l’asse di simmetria 54 ed il bordo del su-riflettore 51, ovvero, in termini più rigorosi, in una direzione individuata da una bisettrice di un angolo formato dall’asse di simmetria 54 e da una direzione che unisce la schiera planare 53 al bordo del sub-riflettore 51.

L’ottica canonica di partenza per un sistema a doppio riflettore può essere per esempio costruita facendo riferimento a configurazioni note in letteratura come “Axial Diplaced Ellispe†(ADE) di prima o seconda specie. A tal riguardo, si può, ad esempio, far riferimento a F.J.S. Moreira, J.R. Bergmann, Classical Axis-Displaced Dual-Reflector Antennas for Omnidirectional Coverage, IEEE Transactions on Antennas and Propagation, Vol. 54, No. 10, Ottobre 2006.

Com’à ̈ noto, un’ottica d’antenna ADE consente di ottenere da un illuminatore fisso posto nel fuoco d’antenna, ad esempio il punto 55 in figura 5, un fascio toroidale secondario focalizzante in una direzione Î ̧maxil cui valore angolare ed il guadagno di picco possono essere parametrizzati in base ai parametri geometrici dell’ottica d’antenna (fuochi primari e secondari, profili e diametri dei riflettori).

Pertanto, il sub-riflettore 51 ed il riflettore principale 52 possono, convenientemente, essere inizialmente ottenuti a partire da un sistema a doppio riflettore canonico ADE. La geometria finale dei riflettori potrà essere ottenuta successivamente adattandone, ovvero estrapolandone, le dimensioni ed ottimizzandone i profili, ovvero le sagomature, analogamente alla realizzazione del riflettore 11 precedentemente descritta in relazione al sistema d’antenna 1 a singolo riflettore. La procedura di sagomatura e di estrapolazione del riflettore principale 52 sarà dipendente e funzionale alla legge di illuminazione della schiera a scansione elettronica 53 in prossimità del piano focale.

Il sistema d’antenna 5 a doppio riflettore à ̈ maggiormente pratico, in termini di realizzazione ed installazione a bordo di un satellite LEO, rispetto al sistema d’antenna 1 a singolo riflettore. Infatti, il sistema d’antenna 5 a doppio riflettore evita l’onere di dover sostenere ed alimentare la schiera 13 dei radiatori (ed i rispettivi sfasatori 15) disposti nel piano focale del singolo riflettore 11 del sistema d’antenna 1.

In figura 6 viene mostrata una vista tridimensionale del sistema d’antenna 5 nella quale la distribuzione dei segnali, in uso, irradiati dai radiatori 53 e riflessi dal sub-riflettore 51 e dal riflettore principale 52 à ̈ illustrata con maggior chiarezza.

In figura 7 viene mostrata una vista prospettica, ottenuta mediante progettazione assistita da elaboratore (“Computer-Aided Design†– CAD), del sistema d’antenna 5 a doppio riflettore, in cui la schiera planare 53 comprende in questo caso sette radiatori, insieme con l’associato sistema di riferimento in coordinate polari.

Inoltre, nelle figure 8 e 9 viene mostrata una preferita forma di realizzazione del sistema d’antenna 5 che prevede un tronco cono, o radome, 60 di materiale dielettrico che supporta il sub-riflettore 51 ed al cui interno à ̈ alloggiato il riflettore principale 52 e la schiera planare 53 dei radiatori. In particolare, la figura 8 à ̈ una vista tridimensionale prospettica, con parti asportate per chiarezza, del sistema d’antenna 5 comprendente il tronco cono 60 e la figura 9 à ̈ una vista laterale in trasparenza del sistema d’antenna 5 comprendente il tronco cono 60. Inoltre, nelle figure 8 e 9 viene mostrata anche una rete di alimentazione 70 della schiera 53 dei radiatori.

Peraltro, nelle figure 10 e 11 vengono mostrate due possibili disposizioni per gli elementi radianti delle schiere planari 13 e 53 disposte, rispettivamente, nel piano focale 14 e 55 d’antenna. In particolare, la figura 10 illustra una disposizione degli elementi radianti a maglia triangolare equilatera, mentre la figura 11 mostra una distribuzione degli elementi radianti a distanza equiangolare su circonferenze di diverso diametro, ovvero una distribuzione con passo equidistante degli elementi radianti disposti su circonferenze di diametro diverso.

Inoltre, per quanto riguarda la rete di alimentazione 70, sono possibili diversi schemi. A tal riguardo, in figura 12 viene mostrato un diagramma a blocchi del sistema d’antenna 5 basato su un’architettura passiva di alimentazione. In particolare, come mostrato nella figura 12, la rete di alimentazione 70, in questo caso passiva, comprende un amplificatore di potenza 71 connesso in cascata ad una rete di distribuzione passiva 72 connessa in uscita a sfasatori variabili di potenza 73, ad esempio a ferrite, controllabili elettronicamente ed accoppiati alla schiera planare 53 mediante guide d’onda e/o cavi RF 74. Come descritto precedentemente, in uso la schiera planare 53 irradia un fascio primario verso metà del sub-riflettore 51 che riflette l’energia verso il riflettore principale 52 che re-irradia in campo lontano il fascio a scansione elettronica. Nella forma di realizzazione della rete di alimentazione 70 mostrata in figura 12, lo schema di amplificazione del sistema d’antenna 5 à ̈ di tipo centralizzato perché comprende un solo amplificatore previsto in ingresso alla rete di alimentazione 70.

La figura 13 illustra, invece, un diagramma a blocchi del sistema d’antenna 5 basato su una architettura attiva di alimentazione con amplificazione distribuita mediante l’uso di moduli allo stato solido 75 che sono parte integrante dell’illuminatore del sistema d’antenna 5, ovvero della schiera planare 53. In particolare, nella forma di realizzazione mostrata in figura 13, la rete di alimentazione 70, poiché comprende una rete passiva di divisori 76 e cavi 77, é a bassa potenza con perdite anche elevate. Il controllo delle fasi, in questa forma di realizzazione, può convenientemente avvenire direttamente a livello dei moduli attivi 75 tramite, ad esempio, sfasatori multi-bit 78 realizzati sulla base di circuiti integrati a microonde monolitici (“Monolithic Microwave Integrated Circuits†- MMICs) ed inclusi nei moduli attivi 75. Alternativamente, nell’architettura attiva di alimentazione, gli sfasatori variabili possono essere convenientemente sostituiti da un dato numero di reti passive di distribuzione RF che realizzano un dato numero di fasci fissi (antenna multi-fascio).

Peraltro, il sistema d’antenna 5 può convenientemente avere anche un’architettura ibrida di alimentazione in cui pochi amplificatori di media potenza sono posti a livello intermedio tra l’ingresso e gli elementi radianti.

Inoltre, le architetture di alimentazione passiva, attiva o ibrida precedentemente descritte possono convenientemente essere applicate anche al sistema d’antenna 1 a singolo riflettore.

Infine, in figura 14 viene mostrato, a puro titolo esemplificativo, un tipico esempio di maschera di diagramma di irradiazione atta a realizzare una distribuzione isoflusso della potenza per un’antenna installata a bordo di un satellite LEO orbitante ad un’altezza H=500 Km dalla Terra, ovvero atta a compensare la differenza di attenuazione spaziale in accordo alla seguente equazione (eq. 1):

<(>H R<)>* (

S.A.(dB) 20 log10 (r/H ) 20 log 10<[>cos E

= * = * l J)<]>

[H*cos(El) ]

dove

• S.A.(dB) indica la differenza di attenuazione spaziale in dB tra la direzione generica r di irradiazione da satellite e la direzione H sottesa al Nadir;

• H indica la distanza satellite-Terra al Nadir, ovvero l’altezza dell’orbita del satellite;

• R indica il raggio della terra che si assume uguale a 6378 Km;

• El indica l’angolo di elevazione della stazione di terra ricevente verso il satellite (per ottenere il diagramma di figura 14 si à ̈ ipotizzato Elmin=0° corrispondente al bordo terra); e

• Î ̧ indica l’angolo tra l’asse di Nadir del satellite e la direzione che unisce la stazione di terra ricevente con il satellite.

Riassumendo, con riferimento alle figure 5-14 precedentemente descritte, il sistema d’antenna 5 a doppio riflettore presenta le seguenti caratteristiche:

• il sistema ottico a doppio riflettore sagomato, a simmetria rotazionale, comprendente il sub-riflettore 51 ed il riflettore principale 52, ed, in uso, illuminato dalla schiera planare 53 di radiatori in cui il fascio elettronico può essere scandito tramite gli sfasatori variabili 73 o 78 disposti dietro gli elementi radianti;

• i profili dei riflettori 51 e 52 tali da convertire, in uso, mediante riflessione, l’onda elettromagnetica generata dalla schiera 53 dei radiatori in un diagramma secondario con distribuzione del guadagno in accordo all’equazione 1, ovvero tale da realizzare una distribuzione costante della potenza irradiata a terra in accordo all’altezza dell’orbita del satellite LEO su cui, in uso, à ̈ installato il sistema d’antenna 5, ad esempio come illustrato nella figura 14;

• la schiera planare 53 di radiatori che, in uso, irradia, nella versione d’antenna ad un solo grado di libertà, un fascio primario a costante inclinazione lungo un asse ψ a metà strada tra il bordo del sub-riflettore 51 ed il suo centro (coincidente con l’asse di simmetria 54), mentre la fase dei radiatori può essere variata con continuità e linearmente in φ in modo tale da realizzare un fascio con scansione elettronica continua rispetto all’asse di Nadir 54;

• la schiera planare 53 di radiatori, disposta nel piano focale, che presenta dimensioni contenute perché, tipicamente, può comprende tra i sette ed i trentasette elementi radianti;

• gli elementi radianti disposti, preferibilmente, a maglia triangolare equilatera, oppure con spaziatura regolare su circonferenze di diametro diverso, come mostrato nelle figure 10 e 11, in modo tale da garantire un fascio simmetria rotazionale in φ rispetto all’asse Nadir 54; ed

• il supporto del sub-riflettore realizzato preferibilmente con un radome dielettrico sottile 60, come mostrato nelle figure 8 e 9, tale da minimizzare, in uso, l’effetto di bloccaggio dei segnali riflessi dal riflettore principale 52; alternativamente, il supporto del subriflettore potrebbe essere realizzato tramite un sistema alternativo, ad esempio basato su stralli poco riflettenti alla radiofrequenza (RF).

Peraltro, in una forma di realizzazione più avanzata del sistema d’antenna 5, il profilo dei riflettori 51 e 52 e la scansione elettronica a livello primario potrebbero convenientemente essere definiti sulla base di un processo combinato di sintesi volto ad ottenere un fascio elettronico con capacità di scansione discreta in Î ̧ e continua in φ.

In definitiva, il sistema d’antenna secondo la presente invenzione comprende una schiera planare di radiatori magnificata da un’ottica d’antenna comprendente uno o due riflettori a simmetria rotazionale il cui profilo à ̈ ottimizzato per distribuire la potenza a terra con caratteristiche isoflusso (ovvero con distribuzione di guadagno in accordo all’eq. 1). Inoltre, cambiando la legge degli sfasatori che pilotano gli elementi radianti, il sistema d’antenna può realizzare un fascio elettronico isoflusso che ruota intorno all’asse di Nadir (ripuntamento ad un grado di libertà). In una versione più complessa il sistema d’antenna consente anche un ripuntamento discreto in elevazione, ovvero con due gradi di libertà.

Dalla precedente descrizione si possono immediatamente comprendere i vantaggi della presente invenzione.

In particolare, il sistema d’antenna secondo la presente invenzione costituisce una efficace soluzione ai problemi precedentemente descritti in relazione ai sistemi noti d’antenna, poiché realizza, anche in una forma di realizzazione minimale, un fascio isoflusso con scansione elettronica ad un solo grado di libertà (ovvero attorno all’asse di Nadir), il cui EIRP costante può essere realizzato a diversi livelli assoluti cambiando le dimensioni dei riflettori e/o il numero degli elementi radianti oppure la potenza degli stessi.

In dettaglio, l’architettura d’antenna secondo la presente invenzione combina i vantaggi tipici delle schiere planari a scansione elettronica, quali la flessibilità di collegamento punto-punto, nessun movimento meccanico e la velocità di scansione, a quelli delle antenne a riflettore che hanno tipicamente un costo inferiore e che risultano particolarmente vantaggiose nel caso in cui i fasci richiedano aperture focalizzanti di diverse lunghezze d’onda. Più specificamente, l’architettura d’antenna precedentemente descritta, grazie alla notevole flessibilità realizzativa che la caratterizza, consente di ottenere diverse soluzioni architetturali basate su diverse soluzioni tecnologiche compatibili con costi e prestazioni diversificate.

Andando ancora più nel dettaglio, si possono sintetizzare i seguenti vantaggi della presente invenzione rispetto alle soluzioni attualmente realizzate e/o riportate in letteratura:

1) il sistema d’antenna secondo la presente invenzione può essere dimensionato in modo tale da realizzare differenti valori di guadagno con distribuzione della potenza costante sulla Terra; in particolare, questa caratteristica à ̈ ottenibile aumentando le dimensioni dei riflettori dell’ottica d’antenna (infatti il guadagno d’antenna e la larghezza di fascio rispetto a Î ̧ variano all’incirca linearmente con le dimensioni del singolo riflettore 11 o del riflettore principale 52), e/o aumentando il numero di elementi radianti (infatti il guadagno d’antenna e la larghezza di fascio in φ variano linearmente con le dimensioni della schiera 13 o 53 dei radiatori nel piano focale); inoltre, l’EIRP per soluzioni architetturali ad amplificazione distribuita può essere aumentato anche sulla base del numero dei moduli attivi 75 e della potenza del singolo modulo attivo 75;

2) il sistema d’antenna secondo la presente invenzione rimuove le limitazioni intrinseche delle soluzioni a schiera attiva diretta che non consentono di gestire satelliti in orbita molto bassa (ad esempio < 1000 Km), perché limitate in scansione tipicamente a 60° dal Nadir; inoltre le schiere planari dirette forniscono un guadagno elevato al Nadir, dove per contro à ̈ richiesto un guadagno molto basso; viceversa ad estremo scansione, in cui sarebbe richiesto un guadagno più elevato (ad esempio dell’ordine di 12-15 dB), la schiera planare diretta fornisce un guadagno più basso in accordo almeno col fattore di scansione cosÎ ̧; al contrario, il sistema d’antenna secondo la presente invenzione può essere progettato per lavorare con satelliti molto vicini alla Terra (ad esempio, estremizzando, ad una altitudine prossima a 0 Km, ovvero con Î ̧max=90°) con perdite nulle di scansione, laddove, ad esempio soluzioni a schiera planare diretta soffrono fortemente questi limiti; in particolare, questa caratteristica à ̈ ottenibile lavorando sui parametri del sistema ottico di riflessione di partenza e sui profili dei riflettori 11, 51 e 52;

3) il numero di elementi della schiera 13 o 53 può essere piccolo, tipicamente contenibile in un range di 7-37 elementi radianti; per contro, ad esempio, soluzioni a schiera attiva diretta richiedono un numero di elementi radianti molto più elevato; questa caratteristica consente una notevole semplificazione architetturale ed una riduzione dei costi;

4) il sistema d’antenna secondo la presente invenzione à ̈ potenzialmente compatibile con soluzioni a riuso dello spettro per discriminazione di polarizzazione, poiché à ̈ possibile minimizzare la polarizzazione incrociata tramite controllo della rotazione degli elementi e delle fasi di eccitazione (tecnica nota in letteratura come “sequential rotation†);

5) l’architettura del sistema d’antenna secondo la presente invenzione può essere passiva, ad esempio basata su amplificazione centralizzata e sfasatori a media potenza, oppure semi-attiva, ad esempio basata su un ristretto numero di amplificatori distribuiti in posizioni intermedie tra gli elementi radianti e l’ingresso d’antenna, oppure attiva ad alta integrazione con gli amplificatori e sfasatori integrati direttamente dietro gli elementi radianti; questa caratteristica consente di ottenere una pluralità di EIRP ed ingombri in funzione delle dimensioni e delle tecnologie disponibili;

6) secondo una realizzazione preferita, il sistema d’antenna secondo la presente invenzione realizza un fascio isoflusso in Î ̧ evitando l’onere di dover variare dinamicamente la potenza irradiata a terra in funzione della posizione utente, come avviene, ad esempio, in soluzioni d’antenna a scansione meccanica del fascio, oppure in soluzioni a schiera planare diretta a scansione elettronica del fascio;

7) in una forma di realizzazione preferita molto semplice, il sistema d’antenna secondo la presente invenzione prevede la scansione elettronica ad un solo grado di libertà (rotazione del fascio isoflusso attorno al Nadir); pertanto, la logica di puntamento del fascio in orbita verso la stazione di terra risulta semplice (infatti à ̈ richiesta la sola conoscenza dell’angolo φ compreso tra l’equatore ed il piano che passa per il Nadir e la stazione di terra da raggiungere); e

8) in una forma di realizzazione preferita più complessa, il sistema d’antenna secondo la presente invenzione può essere configurato in modo tale da gestire anche una limitata scansione in Î ̧, oltre che in φ, consentendo, quindi, un ulteriore controllo del guadagno e del fascio d’antenna in funzione del punto da raggiungere.

Peraltro, il sistema d’antenna secondo al presente invenzione potrebbe trovare impiego anche su satelliti LEO per telecomunicazioni che richiedono un numero limitato di fasci fissi o ripuntabili sulla Terra.

Infine, risulta chiaro che varie modifiche possono essere apportate alla presente invenzione, tutte rientranti nell’ambito di tutela dell’invenzione definito nelle rivendicazioni annesse.

Claims (24)

1. RIVENDICAZIONI 1. Sistema d’antenna (1,5) destinato ad essere installato a bordo di un satellite e ad essere usato per trasmettere dati dal satellite alla Terra, e caratterizzato dal fatto di comprendere: • un sistema di riflessione a simmetria rotazionale rispetto ad un asse di simmetria (12, 54) destinato a coincidere con il Nadir del sistema d’antenna (1,5) installato a bordo del satellite; ed • una schiera planare (13,53) di elementi radianti a scansione elettronica del fascio disposta in un piano focale del sistema di riflessione e configurata per irradiare un fascio di segnali a radiofrequenza (RF) in modo tale da illuminare, almeno parzialmente, il sistema di riflessione con detto fascio irradiato; il sistema d’antenna (1,5) essendo inoltre caratterizzato dal fatto che il sistema di riflessione à ̈ configurato per riflettere il fascio irradiato dalla schiera planare (13,53) in modo tale da indirizzare il fascio riflesso in specifiche direzioni che formano con l’asse di simmetria (12,54) rispettivi angoli compresi tra un angolo di zero gradi ed un predefinito angolo maggiore di zero gradi (Î ̧max).
2. 2. Il sistema d’antenna (1,5) della rivendicazione 1, in cui il sistema di riflessione à ̈ configurato per riflettere il fascio irradiato dalla schiera planare (13,53) in modo tale da ottenere una distribuzione isoflusso di potenza a terra in accordo con la distanza dalla Terra del satellite a bordo del quale à ̈ installato il sistema d’antenna (1, 5).
3. 3. Il sistema d’antenna (1,5) secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui il sistema di riflessione à ̈ configurato per focalizzare una prima porzione del fascio riflesso in prime specifiche direzioni che formano con l’asse di simmetria (12,54) angoli uguali al predefinito angolo (Î ̧max), e per indirizzare una seconda porzione del fascio riflesso in seconde specifiche direzioni che formano con l’asse di simmetria (12,54) rispettivi angoli compresi tra l’angolo di zero gradi ed il predefinito angolo (Î ̧max).
4. 4. Il sistema d’antenna (1) secondo una qualsiasi rivendicazione precedente, in cui il sistema di riflessione comprende un singolo riflettore (11) centrato sull’asse di simmetria (12) ed a simmetria rotazionale rispetto a detto asse di simmetria (12); in cui la schiera planare (13) à ̈ disposta in un piano focale del singolo riflettore (11), detto piano focale essendo perpendicolare all’asse di simmetria (12); in cui la schiera planare (13) à ̈ centrata su detto asse di simmetria (12) ed à ̈ configurata per illuminare, almeno parzialmente, il singolo riflettore (11) con il fascio irradiato; ed in cui il singolo riflettore (11) à ̈ configurato per riflettere il fascio irradiato dalla schiera planare (13) in modo tale da indirizzarlo nelle specifiche direzioni.
5. 5. Il sistema d’antenna (1) della rivendicazione 4 quando dipende dalla rivendicazione 3, in cui il singolo riflettore (11) comprende una prima porzione (111) a simmetria rotazionale rispetto all’asse di simmetria (12), detta prima porzione (111) del singolo riflettore (11) essendo centrata sull’asse di simmetria (12) ed essendo configurata per: • riflettere rispettivi segnali del fascio irradiato dalla schiera planare (13) incidenti su detta prima porzione (111) del singolo riflettore (11), e • focalizzare i rispettivi segnali riflessi nelle prime specifiche direzioni; ed in cui il singolo riflettore (11) comprende anche una seconda porzione (112) a simmetria rotazionale rispetto all’asse di simmetria (12), detta seconda porzione (112) del singolo riflettore (11) estendendosi lateralmente dalla prima porzione (111) del singolo riflettore (11) ed essendo configurata per: • riflettere rispettivi segnali del fascio irradiato dalla schiera planare (13) incidenti su detta seconda porzione (112) del singolo riflettore (11), ed • indirizzare i rispettivi segnali riflessi nelle seconde specifiche direzioni.
6. 6. Il sistema d’antenna (1) della rivendicazione 5, in cui la schiera planare (13), perpendicolarmente all’asse di simmetria (12), ha una predefinita prima dimensione massima (DA); ed in cui la prima porzione (111) del singolo riflettore (11), perpendicolarmente all’asse di simmetria (12), ha una predefinita seconda dimensione massima (2DF) maggiore della prima dimensione massima (DA) così da far si che nessuno dei segnali riflessi nelle seconde specifiche direzioni dalla seconda porzione (112) del singolo riflettore (11) sia bloccato dalla schiera planare (13).
7. 7. Il sistema d’antenna (1) secondo una qualsiasi rivendicazione 4-6, in cui la schiera planare (13) à ̈ configurata per irradiare il fascio di segnali a radiofrequenza (RF) in modo tale che risulti puntato in una direzione individuata da un angolo formato dall’asse di simmetria (12) e da una direzione che unisce la schiera planare (13) ad un punto estremo del singolo riflettore (11).
8. 8. Il sistema d’antenna (5) secondo una qualsiasi rivendicazione 1-3, in cui il sistema di riflessione à ̈ un sistema a doppio riflettore che comprende: • un sub-riflettore (51) centrato sull’asse di simmetria (54) ed a simmetria rotazionale rispetto a detto asse di simmetria (54), ed • un riflettore principale (52) centrato sull’asse di simmetria (54) ed a simmetria rotazionale rispetto a detto asse di simmetria (54); in cui la schiera planare (53) à ̈ disposta in un piano focale del sistema a doppio riflettore, detto piano focale essendo perpendicolare all’asse di simmetria (54); in cui la schiera planare (53) à ̈ centrata su detto asse di simmetria (54) ed à ̈ configurata per illuminare, almeno parzialmente, il sub-riflettore (51) con il fascio irradiato; in cui il sub-riflettore (51) à ̈ configurato per riflettere il fascio irradiato dalla schiera planare (13) in modo tale che illumini, almeno parzialmente, il riflettore principale (52); ed in cui il riflettore principale (52) à ̈ configurato per riflettere il fascio riflesso dal sub-riflettore (51) in modo tale da indirizzarlo nelle specifiche direzioni.
9. 9. Il sistema d’antenna (5) della rivendicazione 8 quando dipende dalla rivendicazione 3, in cui il riflettore principale (52) comprende una porzione centrale (523) a simmetria rotazionale rispetto all’asse di simmetria (54), detta porzione centrale (523) del riflettore principale (52) essendo centrata sull’asse di simmetria (54) e supportando la schiera planare (53); in cui il riflettore principale (52) comprende anche una prima porzione (521) a simmetria rotazionale rispetto all’asse di simmetria (12), detta prima porzione (521) del riflettore principale (52) estendendosi lateralmente dalla porzione centrale (523) del riflettore principale (52) ed essendo configurata per: • riflettere rispettivi segnali del fascio riflesso dal sub-riflettore (51) incidenti su detta prima porzione (521) del riflettore principale (52), e • focalizzare i rispettivi segnali riflessi nelle prime specifiche direzioni; ed in cui il riflettore principale (52) comprende anche una seconda porzione (112) a simmetria rotazionale rispetto all’asse di simmetria (12), detta seconda porzione (522) del riflettore principale (52) estendendosi lateralmente dalla prima porzione (521) del riflettore principale (52) ed essendo configurata per: • riflettere rispettivi segnali del fascio riflesso dal sub-riflettore (51) incidenti su detta seconda porzione (522) del riflettore principale (52), ed • indirizzare i rispettivi segnali riflessi nelle seconde specifiche direzioni.
10. 10. Il sistema d’antenna (5) della rivendicazione 9, in cui il sub-riflettore (51) si estende, perpendicolarmente all’asse di simmetria (54), fino ad una predefinita prima distanza massima (DR/2) dall’asse di simmetria (54); ed in cui la prima porzione (521) del riflettore principale (52) si estende, perpendicolarmente all’asse di simmetria (12), fino ad una predefinita seconda distanza massima (DF) dall’asse di simmetria (54), detta predefinita seconda distanza massima (DF) essendo maggiore della predefinita prima distanza massima (DR) così da far si che nessuno dei segnali riflessi nelle seconde specifiche direzioni dalla seconda porzione (522) del riflettore principale (52) sia bloccato dal sub-riflettore (51).
11. 11. Il sistema d’antenna (5) secondo una qualsiasi rivendicazione 8-10, in cui la schiera planare (53) à ̈ configurata per irradiare il fascio di segnali a radiofrequenza (RF) in modo tale che risulti puntato in una direzione individuata da un angolo formato dall’asse di simmetria (54) e da una direzione che unisce la schiera planare (53) ad un punto estremo del sub-riflettore (51).
12. 12. Il sistema d’antenna (5) secondo una qualsiasi rivendicazione 8-11, comprendente inoltre un radome (60) di materiale dielettrico che supporta il sub-riflettore (51) ed al cui interno à ̈ alloggiato il riflettore principale (51).
13. 13. Il sistema d’antenna (5) secondo una qualsiasi rivendicazione 8-11, in cui il sub-riflettore (51) à ̈ supportato da stralli opachi alla radiofrequenza (RF).
14. 14. Il sistema d’antenna (1,5) secondo una qualsiasi rivendicazione precedente, configurato per pilotare la schiera planare (13,53) in modo tale che il fascio irradiato ruoti rispetto all’asse di simmetria (12, 54).
15. 15. Il sistema d’antenna (1,5) secondo una qualsiasi rivendicazione precedente, configurato per pilotare la schiera planare (13,53) in modo tale che il fascio irradiato risulti puntato in una predefinita direzione rispetto all’asse di simmetria (12,54).
16. 16. Il sistema d’antenna (1,5) secondo una qualsiasi rivendicazione precedente, in cui gli elementi radianti della schiera planare (13,53) sono disposti secondo una predeterminata disposizione rispetto all’asse di simmetria (12,54) tale da far si che la schiera planare (13,53) sia configurata per realizzare una illuminazione sostanzialmente invariante rispetto all’asse di simmetria (12,54).
17. 17. Il sistema d’antenna (1,5) della rivendicazione 16, in cui gli elementi radianti sono disposti secondo una maglia triangolare equilatera centrata sull’asse di simmetria (12,54).
18. 18. Il sistema d’antenna (1,5) della rivendicazione 16, in cui gli elementi radianti sono disposti lungo circonferenze di diverso diametro centrate sull’asse di simmetria (12,54), ogni elemento radiante essendo equidistante dagli elementi radianti adiacenti disposti lungo la stessa circonferenza lungo cui à ̈ disposto detto elemento radiante.
19. 19. Il sistema d’antenna (1,5) secondo una qualsiasi rivendicazione precedente, comprendente inoltre una rete di alimentazione passiva (70) per pilotare la schiera planare (13,53), detta rete di alimentazione passiva (70) comprendendo sfasatori variabili (15,73) configurati per pilotare gli elementi radianti della schiera planare (13,53).
20. 20. Il sistema d’antenna (1,5) della rivendicazione 19, in cui la rete di alimentazione passiva (70) comprende un unico amplificatore (71) accoppiato ad una rete di distribuzione passiva (72) collegata agli sfasatori variabili (73).
21. 21. Il sistema d’antenna (1,5) secondo una qualsiasi rivendicazione 1-18, comprendente inoltre una rete di alimentazione attiva (70) per pilotare la schiera planare (13,53), detta rete di alimentazione attiva (70) comprendendo moduli di amplificazione allo stato solido (75) accoppiati agli elementi radianti della schiera planare (13,53).
22. 22. Il sistema d’antenna (1,5) della rivendicazione 21, in cui i moduli di amplificazione allo stato solido (75) includono sfasatori multi-bit (78).
23. 23. Sistema di gestione e trasmissione dati (PDHT) destinato, in uso, ad essere installato a bordo di un satellite e comprendente il sistema d’antenna (1,5) rivendicato in una qualsiasi rivendicazione precedente.
24. 24. Satellite comprendente il sistema d’antenna (1,5) rivendicato in una qualsiasi rivendicazione 1-22.