ES2302149T3 - Antena reflectora con estructura 3d de formacion de haces de ondas pertenecientes a bandas de frecuencias diferentes. - Google Patents

Abstract

Antena reflectora de múltiples frecuencias (AR) que comprende un reflector (R) provisto con una cara delantera (FA) propia para reflejar haces de ondas electromagnéticas que pertenecen a al menos dos bandas diferentes de al menos una frecuencia, dicha cara delantera (FA) comprende una estructura (ST) que define un motivo tridimensional con simétrica de revolución, seleccionado de manera de conformar dichos haces de manera que presenten características de radio frecuencias sensiblemente idénticas, dicho motivo tridimensional está constituido por bandas concéntricas (BC) protuberantes cada banda concéntrica (BC) se extiende sobre una anchura seleccionada y sobre una altura seleccionada caracterizada porque dicha anchura seleccionada es variable de una banda concéntrica (BC) a otra banda concéntrica (BC) y/o porque dichas bandas concéntricas (BC) están espaciadas unas de otras por un paso variable.

Description

Antena reflectora con estructura 3D de formación de haces de ondas pertenecientes a bandas de frecuencias diferentes.

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La invención se refiere al campo de las antenas reflectoras de hiperfrecuencias (o RF), y más concretamente las antenas reflectoras destinadas a la transmisión y/o la recepción de ondas electromagnéticas pertenecientes a al menos dos bandas de frecuencia(s).

Se entiende aquí por banda de frecuencia(s), una banda con al menos una frecuencia.

Una antena reflectora, del tipo antes citado, incluye específicamente un reflector encargado de reflejar las ondas electromagnéticas que recibe ya sea de una fuente local cuando las mismas están destinadas a un colector distante, o ya sea de una fuente distante cuando las mismas están destinadas a un colector local. Se recuerda que una antena puede comprender tanto una o más fuentes locales, uno o más colectores locales, o una o más fuentes locales y uno o más colectores locales, posiblemente confundidos.

Algunas aplicaciones, como por ejemplo las aplicaciones espaciales, imponen limitaciones específicas a las antenas embarcadas. Por ejemplo, algunos satélites de telecomunicaciones son destinados a transmitir y a recibir varios haces (o "pinceles"). Para lograr este objetivo, se propuso originalmente poner en paralelo varias antenas de mono-frecuencia y/o mono-haz, cada una de ellas dedicadas a la transmisión o a la recepción. Esta sencilla solución es ineficaz. En efecto, para funcionar de acuerdo a 50 haces de transmisión y 50 haces de recepción, con un haz por antena, es necesario utilizar 100 antenas.

En teoría, es posible reagrupar todos los haces de transmisión en una antena de transmisión y todos los haces de recepción en una antena de recepción. Pero, esta solución es imposible de poner en práctica debido a que no permite alojar todas las fuentes (de transmisión o de recepción) unas al lado de las otras en las antenas del tamaño y el peso compatibles con las aplicaciones espaciales.

Una solución intermedia consiste en realizar lo que el hombre del arte denomina "mosaico coloreado de fuentes". Esta solución consiste en repartir, por ejemplo, en tres o cuatro antenas de transmisión y tres o cuatro antenas de recepción, fuentes que deben estar inicialmente cercanas, de manera de liberar del lugar para cada fuente. Cada antena está entonces dedicada a un único color o frecuencia. Sin embargo, el número de antenas continúa todavía elevado (es por ejemplo igual a 6 u 8).

Además, en algunas aplicaciones, como por ejemplo las aplicaciones multimedia de banda Ka, que necesitan antenas de múltiples haces y/o de múltiples frecuencias ofreciendo una gran directividad según varias frecuencias diferentes, se tiene frecuentemente necesidad de numerosos haces (por ejemplo 50) relativamente finos, y por tanto de alta ganancia, para cada una de las frecuencias, y por tanto fuentes y/o colectores específicos. Ahora bien, la concepción de esas fuentes y de esos colectores es particularmente difícil, incluso imposible, teniendo en cuenta las limitaciones encontradas.

Cabe recordar que el tamaño del reflector define el tamaño del haz y su ganancia. Para una buena aproximación la anchura (\theta) de un haz a -3 dB es en efecto igual a 65 veces la longitud de onda \lambda (en milímetros) de las ondas a transmitir dividido por el diámetro D (en milímetros) de la antena, o sea \theta = 65\lambda/D. Por lo tanto, en presencia de una sola antena y de ondas que presentan dos frecuencias sensiblemente diferentes, como por ejemplo 20 y 30 GHz, la anchura del haz de 30 GHz es más estrecha que la anchura del haz de 20 GHz, debido a que la frecuencia f (en GHz) y la longitud de onda \lambda (en mm) están vinculados por la relación \lambda = 300/f. Las zonas que reciben, o de donde provienen, los dos haces transmitidos son entonces (muy) diferentes. Del mismo modo, la zona de la que proviene uno de los dos haces no corresponde a la zona que recibe el otro haz. Esto representa un inconveniente real.

Para tratar de remediar este inconveniente, ha sido propuesto, específicamente en el documento de patente EP 1 083 625, una antena que comprende un reflector cuya cara delantera se subdivide en una primera parte "central", encargada de reflejar haces de ondas a una primera y una segunda frecuencias, y una segunda parte "periférica" que rodea a la primera y encargada de solamente reflejar de forma selectiva la frecuencia menos elevada de las dos, mientras que difracta o desfasa de manera destructiva lo más posible la frecuencia más elevada. Las extensiones radiales de las dos partes son seleccionadas de manera que la dimensión eléctrica del reflector (en términos de número de longitudes de onda) sea sustancialmente la misma para las dos frecuencias, y por lo tanto que las anchuras de los dos haces reflejados sean sensiblemente iguales. Por ejemplo, en el caso de los haces de 20 y 30 GHz, si R es el radio de la antena y si se utiliza toda la antena (reflector) a 20 GHz, es decir R, se utiliza solamente 2R/3 a 30 GHz para obtener haces del mismo tamaño a las dos frecuencias.

Con el fin de impedir que las ondas que presentan la mayor frecuencia sean reflejadas por la segunda parte de la antena, esta última comprende una red de bandas concéntricas, protuberantes o huecas, que presentan dimensiones idénticas y no constantes. En un primer modo de realización, cada banda presenta una sección transversal rectangular a fin de introducir un defasaje destructivo de 180º entre las ondas reflejadas en la parte superior de las bandas y aquellas reflejadas en el espacio entre las bandas. En un segundo modo de realización, cada banda presenta una sección transversal en forma de diente de sierra de manera de difractar en todas las direcciones las ondas que presentan la mayor frecuencia.

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Para que el primer modo de realización pueda producir el resultado deseado (supresión por defasaje destructivo), es imperativo que el perfil rectangular de la red sea estrictamente respetado. Del mismo modo, para que el segundo modo de realización pueda producir el resultado deseado (la difracción en todas las direcciones), es imperativo que el perfil de diente de sierra afilado (triángulo rectángulo), de la red sea estrictamente respetado.

Tales perfiles abruptos se pueden obtener en materiales metálicos (típicamente de densidad superior a 2,7) tales como el aluminio, o el acero, o también una aleación. Pero es mucho más difícil de obtenerlos con la ayuda de los materiales comúnmente utilizados en aplicaciones espaciales, como por ejemplo los materiales compuestos de fibra de carbono/resina orgánica o de otro tipo (por ejemplo, el CFRP por "Carbon Fiber Reinforced Plastics"). Por lo tanto, la solución propuesta en el documento de patente antes citado se puede poner en práctica en el caso de una aplicación terrestre, pero no en el caso de una aplicación espacial o cuando la masa es perjudicial para el resto de la misión.

Además, la técnica utilizada para que la dimensión eléctrica del reflector sea sensiblemente la misma para las dos frecuencias, induce una ampliación del lóbulo principal del diagrama de antena para la mayor frecuencia, sin acción específica y/o precisa en los lóbulos secundarios (o laterales), aunque el nivel de estos últimos es elevado, mientras que la calidad del haz principal, asociado con el lóbulo principal, es baja, y que el parámetro de aislamiento admitido (C/I) entre haces de la misma frecuencia es bajo.

Además, esta técnica resulta en la eliminación o la difracción de una porción de la señal, reduce significativamente la eficiencia energética de la antena.

Por último, esta técnica no tiene en cuenta el diagrama de transmisión de la (o de las) fuente(s) que comprende generalmente imperfecciones que quedan de este hecho no corregidas, o mejoras no tomadas en cuenta.

Ninguna antena reflectora conocida aporta una satisfacción completa, la invención tiene por lo tanto como objeto mejorar la situación.

La misma propone para este fin una antena reflectora de múltiples frecuencias que comprende un reflector provisto con una cara delantera encargada de reflejar haces de ondas electromagnéticas que pertenecen a al menos dos bandas de frecuencia(s) diferentes.

Esta antena se caracteriza por el hecho de que la cara delantera de su reflector comprende, de preferencia en toda su superficie, una estructura que define un motivo tridimensional (3D) con simétrica de revolución (o rotación), seleccionado de manera de conformar los haces de manera que presenten características de radio-frecuencias (RF) sensiblemente idénticas.

Así, contrariamente a la técnica anterior en la que una parte de la señal es eliminada, ya sea por defasaje destructivo, o por difracción, aquí las haces son conformadas para presentar características de radio-frecuencias sensiblemente idénticas.

El motivo tridimensional puede consistir en bandas concéntricas protuberantes o huecas que comprenden bordes de ataque con radio de giro (o curvatura) comprendido entre alrededor de 1 mm y alrededor de 200 mm, y de preferencia, entre alrededor de 10 mm y alrededor de 40 mm.

Además, cada banda concéntrica puede ampliarse en una anchura seleccionada, fija o variable, y en una altura seleccionada, fija o variable, y las distintas bandas concéntricas pueden estar espaciadas unas de otras por un paso constante o variable.

Cuando la antena está dedicada a la transmisión y a la recepción, la misma comprende al menos una fuente que emite un primer haz de ondas electromagnéticas a transmitir, que pertenece a una primera banda de frecuencia(s), y al menos un colector, eventualmente confundido con la fuente, y encargado de colectar un segundo haz, que pertenece a una segunda banda de frecuencia(s). En este caso, el reflector está dispuesto de manera de transmitir el primer haz proveniente de la fuente, después de la reflexión y de la puesta en forma por su cara delantera, y para recibir un haz de ondas electromagnéticas que pertenece a la segunda banda de frecuencia(s), para transmitirlo al colector bajo la forma del segundo haz después de la reflexión y de la puesta en forma por su cara delantera.

Cuando la antena está dedicada exclusivamente a la transmisión, la misma comprende al menos una fuente de haces a transmitir. En este caso, el reflector está dispuesto de manera de transmitir los haces de las ondas electromagnéticas que pertenecen al menos a dos bandas de frecuencia(s) diferentes y que provienen de la fuente, después de la reflexión y de la puesta en forma por su cara delantera.

En los dos modos de realización de la antena que preceden, es ventajoso que el motivo tridimensional sea seleccionado en función del diagrama de transmisión de la fuente.

Cuando la antena está dedicada exclusivamente a la recepción, la misma comprende al menos un colector de haces. En este caso, el reflector está dispuesto de manera de recibir los haces de las ondas electromagnéticas pertenecientes a al menos dos bandas de frecuencia(s), para transmitirlas al colector después de la reflexión y de la puesta en forma por su cara delantera.

Finalmente, la estructura puede estar relacionada con la cara delantera, o ser parte integrante de la cara delantera.

La invención es particularmente adecuada, aunque no de forma exclusiva, al campo de las telecomunicaciones espaciales, en particular en la banda Ka (17,7 a 31 GHz).

Otras características y ventajas de la invención aparecerán con el examen de la descripción detallada a continuación, y los dibujos anexos, en los cuales:

- la figura 1 ilustra de forma esquemática, en una vista en corte transversal, un ejemplo de realización de una antena reflectora de múltiples frecuencias de acuerdo con la invención, dedicada a la transmisión,

- la figura 2 ilustra un ejemplo de distribución de corriente total (C_{T} en unidades arbitrarias) en función del radio del reflector (en unidades arbitrarias),

- la figura 3 ilustra un ejemplo de superficie o motivo de desplazamiento en relación con una parábola de referencia, la barra situada a la derecha del diagrama materializa la intervalo en relación con la parábola de referencia en función del nivel de gris,

- la figura 4 citada como ejemplo a fin de facilitar la comprensión de la invención ilustra de forma muy esquemática, en una vista en corte transversal, un ejemplo de estructura de puesta en forma de haces, de tipo simétrica, protuberante,

- la figura 5 ilustra de forma muy esquemática, en una vista en corte transversal, un primer ejemplo de realización de una estructura de puesta en forma de haces, con espaciamientos irregulares de bandas concéntricas protuberante,

- la figura 6 ilustra de forma muy esquemática, en una vista en corte transversal, un segundo ejemplo de realización de una estructura de puesta en forma de haces, con espaciamientos irregulares de bandas concéntricas hueca,

- la figura 7 ilustra de forma muy esquemática, en una vista en corte transversal, una banda concéntrica de una estructura de formación de haces,

- la figura 8 ilustra de forma esquemática, en una vista en corte transversal, un tercer ejemplo de realización de una parte de una estructura de formación de haces, con espaciamientos irregulares de bandas concéntricas del tipo de aquella ilustrada en la Figura 7,

- la figura 9 ilustra de forma esquemática, en una vista superior, un primer ejemplo de realización de una proyección plana de una parte de una estructura de formación de haces, con espaciamientos irregulares de bandas concéntricas,

- la figura 10 ilustra de forma esquemática, en una vista superior, un segundo ejemplo de realización de una proyección plana de una parte de una estructura de formación de haces, con espaciamientos irregulares de bandas concéntricas,

- la figura 11 ilustra de forma esquemática, en una vista en corte transversal, un primer ejemplo de realización de una parte de un reflector equipado con una estructura relacionada de formación de haces,

- la figura 12 ilustra de forma esquemática, en una vista en corte transversal, un segundo ejemplo de realización de una parte de un reflector que comprende una estructura de formación de haces realizada por moldeado en hueco de su cara delantera,

- la figura 13 ilustra de forma esquemática, en una vista en corte transversal, un tercer ejemplo de realización de una parte de un reflector que comprende una estructura de formación de haces realizada por moldeado en hueco de su cara delantera y moldeado protuberante de su cara trasera,

- la figura 14 ilustra de forma esquemática, en una vista en corte transversal, un reflector celular en tecnología llamada "casco grueso", de tipo sándwich, similar a aquella de la figura 11, montado en un brazo de despliegue unido en sí mismo a una plataforma de satélite,

- la figura 15 ilustra de forma esquemática, en una vista en corte transversal, un reflector celular de tecnología llamada "concha delgada endurecida", de tipo sándwich, montado en una estructura rígida de soporte de un satélite, y

- la figura 16 ilustra de forma esquemática, en una vista en corte transversal, un reflector de casco ultra-fino, montado sobre una estructura rígida de soporte formada a partir de elementos monolíticos ensamblados.

Los dibujos anexos podrán no sólo servir para complementar la invención, sino también contribuir a su definición, llegado el caso.

La invención tiene como objeto permitir la formación de haces por un reflector de una antena de múltiples frecuencias, eventualmente y de preferencia de tipo de múltiples haces.

La presente invención se refiere a todos los tipos de antena reflectora de múltiples frecuencias, embarcados o terrestres, que trabajan en el campo de las hiperfrecuencias, en particular aquellas superiores al gigahertz (GHz), y más particularmente aquellas que pertenecen a la banda Ka (17,7 GHz a 31 GHz).

En la descripción que sigue, se considera, a título de ejemplo ilustrativo, que las antenas están embarcadas en los satélites de telecomunicaciones y que funcionan en la banda Ka.

Se hace referencia en primer lugar a la figura 1 para describir un ejemplo de realización de una antena reflectora de múltiples frecuencias AR, de acuerdo con la invención. En este ejemplo, la antena con reflector AR, por ejemplo, está exclusivamente dedicada a la transmisión de ondas electromagnéticas según dos bandas de frecuencia centradas en los valores de 20 GHz y 30 GHz. Para simplificar la descripción, se asimilará en lo que sigue la primera banda de frecuencia en su valor central de 20 GHz y la segunda banda de frecuencias en su valor central de 30 GHz.

Por supuesto, la antena podría estar dedicada exclusivamente a la recepción de haces de ondas electromagnéticas que pertenecen a al menos dos bandas de frecuencia(s), o a la vez a la transmisión de las ondas electromagnéticas que presentan al menos una frecuencia y a la recepción de las ondas electromagnéticas que presentan al menos otra frecuencia. De manera general la invención se refiere a las aplicaciones al menos de dos bandas de frecuencias.

La antena reflectora de múltiples frecuencias AR ilustrada incluye una fuente S que alimenta un reflector R en ondas electromagnéticas que presentan las primera (20 GHz) y segunda (30 GHz) frecuencias. Cualquier tipo de fuente eficaz conocida por el hombre del arte puede ser usada para este fin.

Por supuesto, en lugar de una única fuente S que emite a la vez las primera y segunda frecuencias, de acuerdo con los diagramas de transmisión seleccionados, se podrán tener dos fuentes que emiten cada una de ellas una de las primera y segunda frecuencias de acuerdo a un diagrama de transmisión seleccionado. Lo que es importante aquí no es el número de fuentes utilizadas, sino el intervalo de frecuencia entre las primera y segunda frecuencias.

El reflector R incluye un casco rígido, aquí solidarizado con un brazo de despliegue o a la estructura del aparato espacial (aquí un satélite). Este casco rígido, al que se volverá más adelante, tiene una cara delantera FA destinada a reflejar las ondas electromagnéticas, emitidas por la fuente S de conformidad con sus diagramas de transmisión, bajo la forma de primer y segundo haces dirigidos hacia una misma zona terrestre.

De acuerdo con la invención, la cara delantera FA del reflector R comprende una estructura ST que define un motivo tridimensional (3D) con simetría de revolución (o de rotación). Este motivo 3D es seleccionado de manera de formar los dos haces de manera que estos presenten características de radio frecuencias (RF) sensiblemente idénticas.

Se entiende aquí por "características de radiofrecuencia" las características electromagnéticas, como por ejemplo la anchura del haz (o "beam width"), que caracteriza la directividad de la antena, y/o el diagrama de radiación electromagnética, como por ejemplo la distribución de la energía en un plano transversal (lóbulo principal y lóbulos secundarios (o laterales)), así como eventualmente el debilitamiento (o "Roll off").

Como resultado de esta formación de los haces por la estructura ST del reflector R, se pueden obtener haces (o pinceles) muy finos. Por ejemplo, los haces de 20 y 30 GHz pueden presentar una anchura comprendida entre alrededor de 0,5º y 1º (lo que corresponde a una antena de gran directividad). En este caso, el diámetro de la antena al reflector AR está comprendido entre alrededor de 1500 mm y alrededor de 1600 mm, por ejemplo alrededor de 1560 mm.

Por supuesto, la invención es aplicable también a haces más grandes, incluso mucho más grandes, pero también más finos.

El motivo 3D se calcula con la ayuda de un ordenador, teniendo en cuenta las características geométricas deseadas para los dos haces. El cálculo también puede tener en cuenta los diagramas de transmisión de la fuente S para cada una de las primera (aquí 20 GHz) y segunda (aquí 30 GHz) frecuencias. Esto de hecho permite, ventajosamente, corregir al menos parcialmente las imperfecciones de los diagramas de transmisión (pero igualmente aquellos de recepción cuando la antena funciona en recepción o en transmisión/recepción), así como las mejoras no tomadas en cuenta.

El cálculo del motivo 3D que permite la formación de los dos haces se puede hacer en dos etapas: una primera etapa que consiste en resolver un problema de iluminación de la antena bidimensional (2D), y a continuación una segunda etapa que consiste en generalizar el problema a una iluminación 3D.

El problema 2D a resolver lleva a la determinación del campo electromagnético E, que surgió de la abertura, en función del ángulo \theta querepresentan los ángulos a donde apunta la antena (normalmente entre 0º y 180º), dado por la siguiente fórmula:

E(\theta )= \int_{abertura} I_{d}. e^{(- jkd.cos \ \theta)}]

donde I_{d} es la corriente en la abertura, k es el número de onda (k = 2\pi/\lambda), d es una distancia en la abertura, y \lambda es la longitud de onda.

Con el fin de facilitar la solución, se puede hacer el cambio de variable: \psi = \pi. cos(\theta) + \alpha.

Se busca determinar una distribución de corriente que permita obtener un diagrama de campo distante lo más cerca posible de una función de tipo "puerta" (o ranura) o un diagrama de tipo Chebychev que presenta lóbulos secundarios (o laterales) de muy bajo nivel (por ejemplo de -30 dB).

Una vez seleccionado el campo distante deseado, se aplica una transformada de Fourier inversa para obtener la distribución de corriente correspondiente. Por ejemplo, cuando el diagrama de campo distante es una función puerta, la distribución de corriente se aproxima a una función senx/x.

A continuación se puede separar en dos partes la distribución de corriente total de acuerdo con la siguiente fórmula: C_{T} = C_{S} * C_{R}, donde C_{T} es la distribución de corriente total (es decir, la transformada inversa del campo distante deseado), C_{S} es la contribución de la fuente S en amplitud y en fase al nivel del reflector R, y C_{R} es la contribución del reflector R a la amplitud y a la fase de la corriente total (por ejemplo, el cambio de fase inducido por un cambio de forma del reflector).

Cabe recordar que la contribución C_{S} de la fuente S depende de su diagrama de transmisión (el que puede ser adaptado en función de la anchura de la abertura de la fuente S). C_{S} siendo conocida y C_{T} habiendo sido determinada, se puede entonces deducir la C_{R} de la última fórmula: C_{R} = C_{T} / C_{S}.

Es importante señalar que la contribución C_{R} del reflector lleva a la vez sobre la amplitud y la fase, signos comprendidos.

Esta función C_{R} tiene por ejemplo la forma de un coseno truncado presentando un máximo en el centro del reflector, y luego descendiendo, y luego pasando por cero, y a continuación pasando a ser negativo.

Para aproximar esta función se pueden yuxtaponer secciones de reflector de altura 0 mm (sección normal) y de secciones de altura igual a 7,5 mm (sección aumentada) o bien a -7,5 mm (sección reducida) en el caso de las dos frecuencias 20 y 30 GHz. De hecho, las longitudes de onda están entonces comprendidas entre los 15 y 10 mm, y
7,5 mm representa \lambda/2 y 3\lambda/4 respectivamente para las dos frecuencias.

Cuando la onda a 20 GHz encuentra una sección \lambda/2, la misma se refleja y se encuentra desfasada de \lambda con relación a la sección vecina, aunque la misma está en fase con la onda vecina.

Cuando la onda a 30 GHz encuentra una sección 3\lambda/4, la misma se refleja y se encuentra desfasada de 3\lambda/2 o 180º con relación a la sección vecina, aunque la misma está en fase con la sección vecina.

La integral de todas las secciones es así tanto más positiva si las secciones son "normales". La misma es aún más negativa si el número de secciones aumentadas (o reducidas) es importante. De esta forma, se puede aproximar la función C_{R} yuxtaponiendo secciones normales (o positivas) y secciones aumentadas (o negativas, o reducidas) en proporciones necesarias de acuerdo a la amplitud y el signo local de C_{R}.

La finura o precisión de la integral es proporcional a la anchura de las secciones.

Un ejemplo de distribución de corriente total C_{T} en función del radio del reflector se da en la figura 2.

Una simple generalización en tres dimensiones (por simetría de revolución en primer orden) permite entonces obtener la forma del motivo 3D (y por lo tanto del reflector R) que permite obtener la distribución de corriente total C_{T} deseada. El motivo 3D tiene como objeto principal modificar el diagrama de fase del reflector R, o en otras palabras introducir un motivo de desplazamiento, en relación con una parábola de referencia, con simétrica de revolución (o de rotación), en relación con la forma estándar de ese reflector R, por ejemplo parabólica.

Un ejemplo de ese motivo de desplazamiento se ilustra en la figura 3.

Con el fin de llevar a cabo el motivo de desplazamiento antes citado, el motivo 3D es preferentemente realizado bajo la forma de bandas concéntricas BC 3D protuberantes o huecas. Es importante señalar que estas bandas concéntricas BC pueden, en ciertas circunstancias, no ser continuas en 360º. Estas pueden en efecto presentar zonas en las que son interrumpidas. Sin embargo, la forma de una banda concéntrica BC, es decir, su sección transversal, es constante (aparte de las eventuales zonas de interrupción).

Tres ejemplos parciales de motivos 3D se ilustran en las figuras 4 a 6, en las vistas en corte transversal. Más precisamente, el ejemplo que se ilustra en la figura 4 citado como ejemplo a fin de facilitar la comprensión de la invención corresponde a un motivo 3D simétrico protuberante, en el que las bandas concéntricas BC son todas idénticas (anchura d1 constante y altura h constante) y espaciadas un paso d2 constante. En una variante, la anchura d1 y el paso d2 pueden no ser constantes, y la altura h puede variar de una banda concéntrica BC a la otra.

El ejemplo ilustrado en la figura 5 corresponde a un motivo 3D protuberante, en el que algunas bandas concéntricas BC presentan formas diferentes y espaciamientos irregulares. Por ejemplo, una banda concéntrica BC puede presentar una anchura d1, otra banda concéntrica BC puede presentar una anchura d3, y otra banda concéntrica BC puede presentar una anchura d5. En este caso, el espaciamiento entre bandas concéntricas vecinas es preferentemente variable (en este caso, el espaciamiento d2 es más pequeño que el espaciamiento d4), y la altura h varía preferentemente de una banda concéntrica BC a la otra.

El ejemplo ilustrado en la figura 6 corresponde igualmente a un motivo 3D hueco, en el que todas las bandas concéntricas BC presentan formas diferentes y espaciamientos irregulares. Por ejemplo, una banda concéntrica BC puede presentar una anchura d2, otra banda concéntrica BC puede presentar una anchura d4, y otra banda concéntrica BC puede presentar una anchura d6. En este caso, el espaciamiento entre bandas concéntricas vecinas varía (aquí
d1 \neq d3 \neq d5 \neq d7), y la altura h varía preferentemente de una banda concéntrica BC a la otra.

Por ejemplo, la altura h es igual a alrededor de 7,5 mm, y las anchuras y espaciamientos di están comprendidos entre alrededor de 80 mm a 400 mm.

Como esto es mejor ilustrado en la figura 7, las bandas concéntricas BC del motivo 3D incluyen preferentemente bordes de ataque BA redondeados que presentan un radio de giro (o de curvatura) comprendido entre alrededor de 1 mm y alrededor de 200 mm, y más preferentemente entre alrededor de 10 mm y alrededor de 40 mm.

Esto permite ventajosamente realizar la estructura ST definiendo el motivo 3D con la ayuda de materiales ultra-ligeros comúnmente usados en las aplicaciones espaciales, y específicamente en materiales compuestos de fibras de carbono/matriz orgánica o de otro tipo (por ejemplo en CFRP por "Carbon Fiber Reinforced Plastics"), o en cualquier otro material equivalente conocido por el hombre del arte, como por ejemplo laminados impregnados de carbono/resina (unidireccionales o tejidas).

El material que constituye el motivo 3D puede ser eventualmente metalizado para minimizar las pérdidas radio-eléctricas. Además, un control térmico del reflector R puede ser clásicamente obtenido por medio de un radomo colocado en su cara delantera FA y de un aislante térmico, en tecnología SLI (por "Single Layer Insulation" o Aislamiento de una capa) o en tecnología MLI (por "Multiple Layer Insulation" o Aislamiento de capa múltiple), por ejemplo una hoja o una lámina de Kapton, colocada en su cara trasera. Como una variante, se puede solamente prever un aislamiento térmico en la cara trasera.

Es importante señalar que otros materiales más pesados, como por ejemplo el aluminio, el acero o una aleación, pueden ser utilizados en aplicaciones en las que el peso no representa un inconveniente, como por ejemplo, en las aplicaciones terrestres.

Se han representado en la figura 8, en una vista en corte transversal, un ejemplo de parte del motivo 3D en el que las bandas concéntricas BC presentan una sección transversal del tipo de aquella ilustrada en la figura 7, es decir con bordes de ataque BA redondeados.

En general el motivo 3D se extiende sobre toda la cara delantera FA del reflector R, como se ilustra en el diagrama de la figura 9, pero también puede ser extendido solamente una parte de la cara delantera FA delante del reflector R, y en este caso hay poca o no hay banda concéntrica BC en la zona central, tal como se ilustra en el diagrama de la figura 10. Estos dos diagramas representan, en una proyección plana, las posiciones de las distintas bandas concéntricas BC (que son aquí transformadas en líneas como resultado de la proyección) con relación al centro del reflector R. El eje de las abscisas es graduado de 1 a 201, y materializado 200 puntos comprendidos entre el centro y el borde del reflector R. El eje de las ordenadas materializa la altura h (en mm) de las bandas concéntricas BC, por ejemplo alrededor de
7,5 mm.

Además, la estructura ST, que define el motivo 3D, puede estar relacionada en la cara delantera FA del reflector R, o formar parte integrante de la misma. Así, en el ejemplo que se ilustra en la figura 11 (así como en los ejemplos de las figuras 14 a 16 sobre las que se volverá más adelante), la estructura ST está constituida de varios grupos de bandas concéntricas BC relacionadas en la cara delantera FA del casco del reflector R. En este caso, cada grupo es realizado con la ayuda de un molde específico, y luego relacionado, por ejemplo por medio de un adhesivo, en la cara delantera FA del casco del reflector R.

En el ejemplo ilustrado en la figura 12, la estructura ST forma parte integrante del casco del reflector R. El molde, que permite la elaboración del casco, comprende por lo tanto la impresión negativa de la estructura ST. El motivo 3D es entonces fabricado al mismo tiempo que el casco, por cocción, por ejemplo a 180ºC (la temperatura depende por supuesto del tipo de resina utilizada). Esos moldes se pueden realizar a través de la tecnología de mecanizado llamada 5D. Cabe señalar que el casco se puede realizar con un espaciamiento de espesor constante o no.

En el ejemplo ilustrado en la figura 13, la estructura ST forma igualmente parte integrante del casco del reflector R. Contrariamente al ejemplo de la figura 12 en el que solamente la cara delantera comprende el motivo 3D, aquí la cara delantera FA y la cara trasera AR comprenden el motivo 3D. Esto requiere de un molde con una primera porción provista del motivo 3D en negativo y una segunda parte provista del motivo 3D en positivo. Este modo de realización del casco del reflector R facilita su elaboración, específicamente en serie por moldeo o por estampado en caliente (entre un punzón y un contra punzón), o también por cualquier otra técnica. Es importante señalar que sólo la cara delantera FA es funcional.

Como es ilustrado en las figuras 14 y 16, el reflector según la invención puede ser instalado de la misma forma que cualquier reflector tradicional. Así, en el ejemplo ilustrado en la figura 14, en una vista en corte transversal, el reflector R, de tipo celular en tecnología llamada "casco grueso", en concepto sándwich, es montado sobre un brazo de despliegue BD unido a una plataforma del satélite.

En el ejemplo ilustrado en la figura 15, en una vista en corte transversal, el reflector R, de tipo celular en tecnología llamada "concha delgada endurecida", en concepto sándwich, está montado sobre una estructura rígida SR del satélite, por ejemplo por medio de broches en L. Este arreglo proporciona una buena resistencia mecánica y una buena estabilidad dimensional.

En el ejemplo ilustrado en la figura 16, en una vista en corte transversal, el reflector, de casco ultra-fino, está montado sobre una estructura rígida SR llamada monolítica, construida por un solo elemento o de una agrupación de elementos monolíticos, por ejemplo por medio de broches en L, eventualmente pegados. Este tipo de disposición también proporciona una buena resistencia mecánica y una buena estabilidad dimensional.

La antena reflectora de múltiples frecuencias de acuerdo con la invención ofrece numerosas ventajas en comparación con las antenas del arte anterior.

De esta forma, la misma permite obtener haces que presentan anchuras de haz, sensiblemente idénticas, sin pérdida de eficacia.

También permite reducir los lóbulos secundarios (o laterales), cualquiera que sea la frecuencia considerada, lo que confiere un buen aislamiento de las diferentes frecuencias y una buena relación C/I de aislamiento admitida.

La misma permite también obtener haces que presentan roll-off comparables, e incluso sensiblemente idénticos, y reducidos.

La misma permite también tener en cuenta el diagrama de emisión de la fuente y/o el diagrama de recepción del colector, con el fin de corregir las eventuales imperfecciones.

La misma permite finalmente una utilización en cualquier tipo de aplicación y en particular en las aplicaciones espaciales, específicamente debido al hecho de que el número de antenas se puede dividir por dos (este número puede, de hecho, por ejemplo, ser llevado a 3 o 4 cuando en la técnica anterior es igual a 6 u 8).

La invención no se limita a los modos de realización de la antena reflectora de múltiples frecuencias descrita anteriormente, sólo a título de ejemplo, sino que incluye todas las variantes que pueda considerar el hombre del arte en el marco de las reivindicaciones a continuación.

De esta forma, la invención se refiere a cualquier antena reflectora provista de una estructura que define un motivo tridimensional con simetría de revolución y que presenta bordes de ataque de forma redondeados y "suaves".

Claims (16)

1. Antena reflectora de múltiples frecuencias (AR) que comprende un reflector (R) provisto con una cara delantera (FA) propia para reflejar haces de ondas electromagnéticas que pertenecen a al menos dos bandas diferentes de al menos una frecuencia, dicha cara delantera (FA) comprende una estructura (ST) que define un motivo tridimensional con simétrica de revolución, seleccionado de manera de conformar dichos haces de manera que presenten características de radio frecuencias sensiblemente idénticas, dicho motivo tridimensional está constituido por bandas concéntricas (BC) protuberantes cada banda concéntrica (BC) se extiende sobre una anchura seleccionada y sobre una altura seleccionada caracterizada porque dicha anchura seleccionada es variable de una banda concéntrica (BC) a otra banda concéntrica (BC) y/o porque dichas bandas concéntricas (BC) están espaciadas unas de otras por un paso variable.

2. Antena de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque dicha estructura (ST) se extiende sensiblemente sobre toda la superficie de dicha cara delantera (FA).

3. Antena de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque dicho motivo tridimensional está constituido por bandas concéntricas (BC) protuberantes que comprenden bordes de ataque (BA) con radio de curvatura o de giro comprendido entre alrededor de 1 mm y alrededor de 200 mm.

4. Antena de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque dicho motivo tridimensional está constituido por bandas concéntricas (BC) huecas que comprenden bordes de ataque (BA) con radio de curvatura o giro comprendido entre alrededor de 1 mm y alrededor de 200 mm.

5. Antena de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizada porque dichos bordes de ataque (BA) presentan un radio de curvatura o de giro comprendido entre alrededor de 10 mm y alrededor de 40 mm.

6. Antena de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizada porque dicha anchura seleccionada es constante de una banda concéntrica (BC) a otra banda concéntrica (BC).

7. Antena de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizada porque dicha altura seleccionada es variable de una banda concéntrica (BC) a otra banda concéntrica (BC).

8. Antena de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizada porque dicha altura seleccionada es constante de una banda concéntrica (BC) a otra banda concéntrica (BC).

9. Antena de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizada porque dichas bandas concéntricas (BC) están espaciadas unas de otras por un paso constante.

10. Antena de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque comprende al menos una fuente (S) propia para emitir al menos un primer haz de ondas electromagnéticas a transmitir, que pertenecen a una primera banda de frecuencia(s), y al menos un colector propio para colectar al menos un segundo haz, que pertenece a una segunda banda de frecuencia(s), y porque dicho reflector (R) está dispuesto para transmitir dicho primer haz proveniente de la fuente (S), después de la reflexión y la puesta en forma por su cara delantera (FA), y para recibir un haz de ondas electromagnéticas que pertenecen a dicha segunda banda de frecuencia(s), y la transmite a dicho colector bajo la forma de dicho segundo haz después de la reflexión y puesta en forma por su cara delantera (FA).

11. Antena de acuerdo con la reivindicación 10, caracterizada porque dicha fuente (S) y dicho colector se confunden.

12. Antena de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque comprende al menos una fuente (S) de haces a transmitir, y porque dicho reflector (R) está dispuesto para transmitir dichos haces de ondas electromagnéticas que pertenecen a al menos dos bandas de frecuencia(s) diferentes y provenientes de dicha fuente (S), después de la reflexión y de la puesta en forma por su cara delantera (FA).

13. Antena de acuerdo con la reivindicación 10, caracterizada porque el motivo tridimensional es seleccionado en función de un diagrama de transmisión de la fuente (S).

14. Antena de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque comprende al menos un colector de haces, y porque el reflector (R) está dispuesto para recibir dichos haces de ondas electromagnéticas que pertenecen a al menos dos bandas de frecuencia(s), y transmitirlas a dicho colector después de la reflexión y la puesta en forma por su cara delantera (FA).

15. Antena de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque dicha estructura (ST) está relacionada sobre dicha cara delantera (FA).

16. Antena de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque dicha estructura (ST) forma parte integrante de dicho reflector (R).