ES2382880T3

ES2382880T3 - Antenna architecture that implements a beam synthesis with variable pitch samplers

Info

Publication number: ES2382880T3
Application number: ES10187135T
Authority: ES
Inventors: Gérard Raguenet
Original assignee: Thales SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 2009-10-20
Filing date: 2010-10-11
Publication date: 2012-06-14
Anticipated expiration: 2030-10-11
Also published as: ATE549767T1; FR2951586B1; EP2320522B1; FR2951586A1; EP2320522A1

Abstract

The system has a set of light beam sources forming a focal array (RF), where the sources are spaced at a sampling pitch. Each source presents a misalignment angle lower than or equal to 7 degrees. An antenna presents directivity, gain and noise equivalent temperature. The sampling pitch is variable, and configured in a manner to optimize directivity of the antenna depending on the misalignment angle of the sources and to maintain constant gain ratio on the noise equivalent temperature. Crowns are arranged on both sides of a part of the sources. An independent claim is also included for a method for dimensioning an antenna system.

Description

Arquitectura de antena que implementa una síntesis de haces con muestreadores de paso variable Antenna architecture that implements a beam synthesis with variable pitch samplers

La presente invención se refiere a un dispositivo de antena que genera uno o varios haces y se destina a estar embarcado en un satélite, principalmente un satélite del tipo geoestacionario o funcionando en el modo HEO (High Elliptical Orbit). The present invention relates to an antenna device that generates one or more beams and is intended to be embarked on a satellite, primarily a geostationary-type satellite or operating in the HEO (High Elliptical Orbit) mode.

La concepción de la antena embarcada de acuerdo con la invención se inscribe en el contexto de una problemática general ligada al mantenimiento de los rendimientos en términos de campo de visión, de directividad y de factor de calidad G/T, en la que G es la ganancia de la antena y T la temperatura del ruido equivalente producido a nivel del sistema, y que por lo tanto implementa la arquitectura de la carga útil, con un mínimo de fuentes. El objetivo es llegar a un dimensionamiento optimizado de dicha antena en términos de complejidad y de coste, a la vez que se mantienen los objetivos de sistemas precisos con relación a la calidad del enlace previsto. Estos objetivos de sistemas se pueden parametrizar en función de la capacidad o de la velocidad o, a nivel del segmento de a bordo, por unas magnitudes como la ganancia G o el factor de calidad G/T. The conception of the embarked antenna according to the invention falls within the context of a general problem linked to the maintenance of yields in terms of field of vision, directivity and quality factor G / T, in which G is the antenna gain and T the temperature of the equivalent noise produced at the system level, and that therefore implements the architecture of the payload, with a minimum of sources. The objective is to reach an optimized sizing of said antenna in terms of complexity and cost, while maintaining the objectives of precise systems in relation to the quality of the intended link. These system objectives can be parameterized according to capacity or speed or, at the level of the on-board segment, by magnitudes such as gain G or quality factor G / T.

La evolución actual de los satélites se efectúa en el sentido de servicios que generan unos focos, es decir unos haces, cada vez más finos, apropiados para aumentar las capacidades de los segmentos de a bordo. Varios motivos pueden explicar esta evolución. The current evolution of the satellites is carried out in the sense of services that generate light bulbs, that is to say, increasingly thin beams, appropriate to increase the capacities of the on-board segments. Several reasons can explain this evolution.

De entrada, para unas aplicaciones de telecomunicaciones, el usuario es cada vez más móvil y dotado de un terminal portátil de pequeño tamaño, lo que necesita unos focos finos con el fin de alcanzar un nivel de rendimiento satisfactorio. At the outset, for telecommunication applications, the user is increasingly mobile and equipped with a small portable terminal, which requires fine focus in order to achieve a satisfactory level of performance.

A continuación, para unas aplicaciones de alta velocidad, el problema consiste en maximizar la ganancia, principalmente en el caso en que los focos están fuertemente desalineados, lo que induce una directividad cada vez más fuerte. Los enfoques del tipo de servicio de renvío conducen a unos haces finos, fuertemente desalineados y que deben seguir a los usuarios en órbita base, tales como unos satélites de observación civiles o militares, a unas estaciones orbitales, a unos drones e incluso a unos aviones de reconocimiento o de cartografía. Then, for high speed applications, the problem is to maximize the gain, mainly in the case where the foci are strongly misaligned, which induces an increasingly strong directivity. Approaches to the type of forwarding service lead to thin beams, strongly misaligned and that must follow users in base orbit, such as civil or military observation satellites, to orbital stations, drones and even planes of recognition or cartography.

En el contexto de esta búsqueda de un dimensionamiento óptimo de antenas embarcadas de buenas prestaciones y con costes de desarrollo lo más asegurados que sea posible, un eje de mejora consiste en reducir el número de fuentes. Para esto, es interesante el muestreo de una red focal constituida a partir de dichas fuentes. De esta manera, se espera mantener un alto nivel de rendimiento mientras se disminuye la complejidad técnica del sistema. In the context of this search for an optimal sizing of on-board antennas of good performance and with development costs as assured as possible, an axis of improvement consists in reducing the number of sources. For this, it is interesting to sample a focal network constituted from these sources. In this way, it is expected to maintain a high level of performance while reducing the technical complexity of the system.

Con el fin de ilustrar el problema técnico resuelta por la invención, la presente descripción se basa en unos ejemplos de dimensionamiento de antenas embarcadas de haces múltiples. Partiendo de un procedimiento de dimensionamiento conocido, la descripción que sigue muestra cómo la presente invención permite principalmente reducir el número de fuentes necesarias, mientras se conservan unos objetivos de los sistemas de acuerdo a las necesidades del servicio. In order to illustrate the technical problem solved by the invention, the present description is based on examples of sizing of multi-beam embarked antennas. Starting from a known sizing procedure, the following description shows how the present invention mainly allows reducing the number of necessary sources, while maintaining system objectives according to the needs of the service.

Unos satélites de telecomunicación tales como los satélites conocidos del sistema INMARSAT IV comprenden 120fuentes que permite generar 220 haces. Éstos inducen cada uno la implementación de una red focal que ilumina un reflector de 9 m de diámetro. Esta red focal ocupa una superficie de aproximadamente 2,5 m por 2,5 m para un grosor de unos sesenta centímetros. La complejidad del sistema es el resultado del producto del número de fuentes por el número de haces. Telecommunication satellites such as the known satellites of the INMARSAT IV system comprise 120 sources that allow 220 beams to be generated. These each induce the implementation of a focal network that illuminates a 9 m diameter reflector. This focal network occupies an area of approximately 2.5 m by 2.5 m for a thickness of about sixty centimeters. The complexity of the system is the result of the product of the number of sources by the number of beams.

Otros tipos de servicios de telecomunicación pueden inducir la implementación de 1000 haces: como se ha visto, el número de fuentes es un parámetro de dimensionamiento de tales sistemas y la reducción de este número reviste una importancia primordial. Other types of telecommunication services can induce the implementation of 1000 beams: as has been seen, the number of sources is a sizing parameter of such systems and the reduction of this number is of paramount importance.

Para las aplicaciones de alta velocidad afianzadas por unos satélites de observación en órbita base, reforzados por unos satélites geoestacionarios, se presenta igualmente la problemática de la reducción del número de fuentes. For high-speed applications secured by observation orbiting satellites in base orbit, reinforced by geostationary satellites, the problem of reducing the number of sources is also presented.

En efecto, el enlace entre satélites de un satélite estacionario hacia el satélite en órbita base presenta un requisito sobre la directividad de los haces de la antena embarcada sobre dicho satélite geoestacionario. De ese modo, la fijación de un requisito sobre la directividad, típicamente 44 dBi y de una limitación en la relación G/T, siendo G la ganancia de la antena y T la temperatura de ruido equivalente, típicamente 17 dB/K, supone, para una frecuencia de funcionamiento dada, por ejemplo 8 GHz, un diámetro mínimo para el reflector de la antena, 2,5 metros en el presente ejemplo. De acuerdo con los procedimientos conocidos del estado de la técnica en función de los requisitos ligados al servicio, es posible a continuación calcular la geometría de una bocina adaptada a una antena así, que presenta típicamente en este caso un diámetro de 14 centímetros para una longitud de 45 centímetros y el tamaño de una red focal correspondiente, configurada para asegurar los rendimientos deseados en términos de directividad, a saber 44 dBi, para una desalineación que pueda alcanzar 9º. Los cálculos, con los datos del ejemplo elegido aquí, dan una red focal de 1,25 a 1,3 metros de diámetro. Queda, para cerrar este ejemplo de aplicación, determinar el número de fuentes a implementar, que depende del paso de las fuentes, siendo conocido el tamaño de la red focal. Indeed, the link between satellites of a stationary satellite to the satellite in base orbit presents a requirement on the directivity of the beams of the antenna embarked on said geostationary satellite. Thus, setting a requirement on directivity, typically 44 dBi and a limitation in the G / T ratio, with G being the antenna gain and T the equivalent noise temperature, typically 17 dB / K, assumes, for a given operating frequency, for example 8 GHz, a minimum diameter for the antenna reflector, 2.5 meters in the present example. According to the known procedures of the state of the art based on the requirements linked to the service, it is then possible to calculate the geometry of a horn adapted to such an antenna, which typically has in this case a diameter of 14 centimeters for a length 45 centimeters and the size of a corresponding focal network, configured to ensure the desired yields in terms of directivity, namely 44 dBi, for a misalignment that can reach 9º. The calculations, with the data of the example chosen here, give a focal network of 1.25 to 1.3 meters in diameter. It is, to close this application example, determine the number of sources to be implemented, which depends on the passage of the sources, the size of the focal network being known.

En el estado de la técnica, el muestreo de las fuentes se realiza con paso constante. In the state of the art, the sampling of the sources is carried out with constant step.

Es necesario indicar que el paso de la fuente se elige proporcional a la longitud de onda de funcionamiento de la antena. Aplicando los procedimientos conocidos de dimensionamiento, se encuentra un óptimo para un paso de muestreo de alrededor de 1 a 1,2 veces la longitud de onda de funcionamiento, lo que da, con las ya 217 fuentes, un diámetro máximo de la red focal de 800 milímetros, lo que está demasiado lejos de los requisitos de 1,25 a 1,3 metros. Esto implica añadir unas coronas de una parte y otra de las fuentes con el fin de crear una red focal de aproximadamente 1,3 metros de diámetro. It is necessary to indicate that the source pitch is chosen proportional to the operating wavelength of the antenna. Applying the known sizing procedures, an optimum is found for a sampling step of about 1 to 1.2 times the operating wavelength, which gives, with the already 217 sources, a maximum diameter of the focal network of 800 millimeters, which is too far from the requirements of 1.25 to 1.3 meters. This involves adding crowns from one part and another of the sources in order to create a focal network of approximately 1.3 meters in diameter.

Encontrándose la desalineación requerida en aproximadamente +/- 9º, es necesario incrementar el número de coronas y hacer evolucionar este primer resultado de dimensionamiento hacia un número mayor de fuentes. El cálculo óptimo, dado un paso de las fuentes de 1,2 veces la longitud de onda de funcionamiento, y que permite mantener los rendimientos invocados, permite calcular un número de fuentes próximo a 630. Finding the required misalignment at approximately +/- 9º, it is necessary to increase the number of crowns and make this first sizing result evolve towards a greater number of sources. The optimal calculation, given a step of the sources of 1.2 times the operating wavelength, and that allows to maintain the invoked yields, allows to calculate a number of sources close to 630.

Un objetivo de la invención es simplificar la concepción y sobre todo el dimensionamiento de las antenas embarcadas de haces simples o múltiples y principalmente disminuir el número de fuentes a implementar, con rendimientos iguales o superiores. An objective of the invention is to simplify the conception and especially the dimensioning of antennas shipped with single or multiple beams and mainly to reduce the number of sources to be implemented, with equal or higher yields.

El hecho inventivo se apoya en tres elementos: una observación del orden del sistema, un principio de flexibilidad en el nivel de las fuentes muestreadas y un saber hacer en la concepción de las antenas para unas aplicaciones espaciales. The inventive fact is based on three elements: an observation of the order of the system, a principle of flexibility at the level of sampled sources and a know-how in the conception of antennas for spatial applications.

Con este fin, la invención tiene por objetivo un sistema de antena embarcado para satélite, que comprende un conjunto de fuentes, que constituyen una red focal y separadas en un paso de muestreo, presentando cada fuente del conjunto de fuentes un ángulo de desalineación, presentando dicha antena embarcada una directividad, una ganancia y una temperatura de ruido equivalente, caracterizada porque dicho paso de muestreo es: To this end, the aim of the invention is an on-board satellite antenna system, comprising a set of sources, which constitute a focal network and separated in a sampling step, each source of the set of sources presenting a misalignment angle, presenting said embarked antenna a directivity, a gain and an equivalent noise temperature, characterized in that said sampling step is:

• •: variable, variable,

• •: y configurado de manera que se optimice la directividad de la antena en función del ángulo de desalineación de dichas fuentes y que se mantenga sensiblemente constante la relación de la ganancia a la temperatura de ruido equivalente, correspondiente a un factor de calidad del sistema. and configured in such a way that the directivity of the antenna is optimized according to the misalignment angle of said sources and that the ratio of the gain to the equivalent noise temperature, corresponding to a system quality factor, is kept substantially constant.

De acuerdo con un modo de realización de la invención, dicha antena genera una pluralidad de haces. According to an embodiment of the invention, said antenna generates a plurality of beams.

Ventajosamente, la antena del sistema de acuerdo con la invención puede comprender n filas de fuentes en el que un primer subconjunto de p filas de fuentes presenta un primer paso de muestreo, constante, y un segundo subconjunto de n-p n presenta un segundo paso de muestreo, constante y diferente de dicho primer paso de muestreo, siendo n y p números naturales superiores o iguales a 1 y siendo n superior o igual a p. Advantageously, the antenna of the system according to the invention may comprise n rows of sources in which a first subset of p rows of sources presents a first, constant sampling step, and a second subset of np n presents a second sampling step , constant and different from said first sampling step, being nyp natural numbers greater than or equal to 1 and n being greater than or equal to p.

Ventajosamente, la antena del sistema de acuerdo con la invención puede comprender n filas de fuentes en el que un primer subconjunto de p filas de fuentes presenta un primer paso de muestreo, constante, y un segundo subconjunto de n-p filas presenta un segundo paso de muestreo, variable, siendo n y p números naturales superiores o iguales a 1 y siendo n superior o igual a p. Advantageously, the antenna of the system according to the invention can comprise n rows of sources in which a first subset of p rows of sources presents a first, constant sampling step, and a second subset of np rows presents a second sampling step , variable, being n and natural numbers greater than or equal to 1 and being n greater than or equal to p.

Ventajosamente, existe un fenómeno de relajación que corresponde a la disminución de la temperatura del ruido debido a la desalineación del haz, caracterizado porque esta(s), entre el conjunto de fuentes, que presentan un ángulo de desalineación superior igual a un umbral predeterminado, constituye(n) dicho segundo subconjunto de fuentes, que presentan el segundo paso de muestreo, variable. Advantageously, there is a relaxation phenomenon that corresponds to the decrease in the noise temperature due to the misalignment of the beam, characterized in that it (s), between the set of sources, which have a higher misalignment angle equal to a predetermined threshold, constitutes (n) said second subset of sources, which present the second sampling step, variable.

En el ejemplo de realización de la invención, el sistema de acuerdo con la invención presenta una longitud de onda de funcionamiento λ, caracterizada porque: In the embodiment of the invention, the system according to the invention has an operating wavelength λ, characterized in that:

• •: el conjunto comprende aproximadamente 550 fuentes, The set comprises approximately 550 sources,

• •: dicho primer subconjunto está formado por unas fuentes, entre el conjunto de fuentes, que presentan un ángulo de desalineación inferior o igual a 7º, y presentan un paso de muestreo constante igual a 1,4 λ, said first subset is formed by sources, between the set of sources, which have a misalignment angle of less than or equal to 7 °, and have a constant sampling step equal to 1.4 λ,

• •: dicho segundo subconjunto está formado por unas fuentes, entre el conjunto de fuentes, que presentan un ángulo de desalineación comprendido entre 7º y 9º, y presentan un paso de muestreo variable, que varía de 1,4 λ a 1,6 λ, said second subset is formed by sources, between the set of sources, which have a misalignment angle between 7 and 9, and have a variable sampling step, which varies from 1.4 λ to 1.6 λ,

• •: dicha antena presenta una directividad sensiblemente igual a 44 dBi. said antenna has a directivity substantially equal to 44 dBi.

Ventajosamente, el sistema de acuerdo con la invención puede presentar unos rendimientos de pérdidas por desalineación de acuerdo al conjunto de las direcciones de dicha antena inferiores a 1 dB. Advantageously, the system according to the invention may have misalignment losses according to all the directions of said antenna of less than 1 dB.

El sistema de acuerdo con la invención puede comprender por otro lado unas coronas dispuestas en uno y otro lado de al menos una parte de las fuentes. The system according to the invention can on the other hand comprise crowns arranged on either side of at least a part of the sources.

Ventajosamente, el sistema de acuerdo con la invención comprende un reflector iluminado por el conjunto de fuentes y al menos una antena de bocina asociada con dicho conjunto de fuentes. Advantageously, the system according to the invention comprises a reflector illuminated by the set of sources and at least one horn antenna associated with said set of sources.

En un ejemplo de realización, el sistema de acuerdo con la invención presenta una relación de la distancia focal al diámetro del reflector superior o igual a 1,6. In an exemplary embodiment, the system according to the invention has a ratio of the focal length to the diameter of the reflector greater than or equal to 1.6.

De acuerdo con la invención, un procedimiento para dimensionar un sistema de antena embarcado de acuerdo con la invención puede comprender las etapas siguientes: According to the invention, a method for sizing an on-board antenna system according to the invention can comprise the following steps:

• •: el cálculo de la temperatura del ruido equivalente de dicha antena, en función del ángulo de desalineación de las fuentes del conjunto de fuentes, poniendo en evidencia un fenómeno de relajación; the calculation of the equivalent noise temperature of said antenna, depending on the angle of misalignment of the sources of the set of sources, evidencing a relaxation phenomenon;

• •: el cálculo de la necesidad de la directividad de las fuentes del conjunto de fuentes en función del ángulo de desalineación de dichas fuentes, teniendo en cuenta el fenómeno de relajación; the calculation of the need for directivity of the sources of the set of sources based on the angle of misalignment of said sources, taking into account the phenomenon of relaxation;

• •: el cálculo del paso de muestreo de las fuentes de manera que satisfaga la necesidad de directividad calculada para conjunto de las fuentes. the calculation of the sampling step of the sources in a way that satisfies the need for directivity calculated for all the sources.

El procedimiento para dimensionar un sistema de antena embarcado de acuerdo con la invención puede comprender por otro lado una etapa de cálculo del desfase a aplicar a una red focal con relación al reflector, de manera que tenga en cuenta la disimetría de los rendimientos de pérdidas por desalineación de acuerdo con el conjunto de las direcciones de dicha antena. The method for sizing an on-board antenna system according to the invention may, on the other hand, comprise a step of calculating the lag to be applied to a focal network in relation to the reflector, so as to take into account the dissymmetry of the yields of losses by misalignment according to the set of addresses of said antenna.

Otras características y ventajas de la invención surgirán con la ayuda de la descripción que sigue realizada con relación a los dibujos adjuntos que representan: Other features and advantages of the invention will arise with the help of the following description in relation to the accompanying drawings that represent:

• •: la figura 1: un ábaco de la temperatura del sistema —que interviene en la ecuación del equilibrio del enlace— en función de la desalineación de los haces, demostrando un fenómeno de relajación; Figure 1: an abacus of the temperature of the system - which intervenes in the equation of the equilibrium of the bond - in function of the misalignment of the beams, demonstrating a phenomenon of relaxation;

• •: la figura 2: un gráfico que representa la directividad requerida en función de la desalineación de los haces, demostrando una caída de la necesidad de directividad en cuanto el foco intercepta el espacio “frío”; Figure 2: a graph representing the directivity required based on the misalignment of the beams, demonstrating a fall in the need for directivity as soon as the focus intercepts the "cold" space;

• •: la figura 3: la definición de las referencias asociadas a los reflectores y fuentes de una antena; Figure 3: the definition of the references associated with the reflectors and sources of an antenna;

• •: la figura 4: un esquema que representa principalmente la disposición de una red focal en relación a las fuentes, en la referencia definida en la figura 3. Figure 4: a scheme that mainly represents the provision of a focal network in relation to the sources, in the reference defined in Figure 3.

La figura 1 muestra claramente que se producen fenómenos de relajación para unos ángulos de desalineación superiores a 7º. La figura 1 da en efecto, en el marco de una antena de recepción que presenta unas características y unos objetivos de rendimiento tales como los descritos en el ejemplo presentado anteriormente, la temperatura termodinámica del conjunto de recepción —que comprende una antena, un “alimentador” y una sección de recepción— Tsyst, expresado en dBK, en función del ángulo de desalineación, indicado por Desal., del haz radiado. Figure 1 clearly shows that relaxation phenomena occur for misalignment angles greater than 7 °. Figure 1 gives, in effect, within the framework of a reception antenna that has performance characteristics and objectives such as those described in the example presented above, the thermodynamic temperature of the reception assembly - which comprises an antenna, a "feeder" ”And a reception section— Tsyst, expressed in dBK, depending on the misalignment angle, indicated by Desal., Of the radiated beam.

Se constata inmediatamente que la temperatura Tsyst no es constante en el curso de la desalineación. Habitualmente, en la formulación por la expresión de FRIIS, se considera una temperatura de antena que es el resultado de la convolución del diagrama de la antena con una carta de temperatura. La elección, que consiste en fijar una temperatura, por ejemplo 295 K o 300 K, no es cierta más que si la totalidad del haz solo ve la Tierra. A partir del momento en el que el haz se desalinea, la convolución con una fuente fría, el espacio intersideral, rebaja esta temperatura. Es posible por tanto disponer de un ábaco de la temperatura Tsyst en función del ángulo de desalineación del haz. O, la necesidad en cuanto a rendimiento al nivel del equilibrio del enlace, se expresa por medio de la relación G/Tsyst, en la que si Tsyst disminuye, las exigencia es menos fuerte sobre la directividad G. Existen por tanto fenómenos de relajación sobre las directividades en el curso de la desalineación, tal como se muestra en el ábaco de la figura 2. It is immediately noted that the Tsyst temperature is not constant in the course of misalignment. Usually, in the formulation by the expression of FRIIS, an antenna temperature is considered to be the result of the convolution of the antenna diagram with a temperature chart. The choice, which is to set a temperature, for example 295 K or 300 K, is not true except if the whole beam only sees the Earth. From the moment in which the beam is misaligned, the convolution with a cold source, the intersideral space, lowers this temperature. It is therefore possible to have an abacus of Tsyst temperature depending on the angle of misalignment of the beam. Or, the need for performance at the link equilibrium level is expressed through the G / Tsyst relationship, in which if Tsyst decreases, the requirement is less strong on the directivity G. There are therefore relaxation phenomena on directivities in the course of misalignment, as shown in the abacus of figure 2.

En la figura 1, se observa que se parte de la necesidad de un sistema a 26 dBK, que corresponde a 400 K, para unos ángulos de desalineación que tengan aproximadamente 0º a 7º. A continuación, cuando el haz intercepta el frío, la temperatura del sistema Tsyst disminuye en cerca de 2 dBK. In Figure 1, it can be seen that the need for a 26 dBK system, corresponding to 400 K, is set for misalignment angles that are approximately 0º to 7º. Then, when the beam intercepts the cold, the temperature of the Tsyst system decreases by about 2 dBK.

El primer principio de la invención consiste en explotar este fenómeno de relajación para adaptarse a la separación más justa de las fuentes con el fin de disminuir la complejidad global del sistema. The first principle of the invention consists in exploiting this relaxation phenomenon to adapt to the fairer separation of the sources in order to decrease the overall complexity of the system.

La figura 2 ilustra este principio. En efecto, la figura 2 presenta el requisito de directividad en función de la desalineación de los haces. Figure 2 illustrates this principle. Indeed, Figure 2 presents the directivity requirement as a function of the misalignment of the beams.

De ese modo, la toma en consideración del fenómeno de relajación descrito anteriormente conduce al segundo punto de la invención, que consiste en el muestreo de modo más ajustado, con unas fuentes adaptadas, de modo que se tengan unos requisitos de objetivos de directividad mínimos para funcionar a nivel del sistema con un G/T igualada. Esta condición se traduce en un equilibrio del enlace constante a todo lo largo de la desalineación y permite no sobredimensionar inútilmente el sistema tal como lo que se produce cuando se trabaja con una ganancia igualada. La condición de G/T igualada resultante del fenómeno de relajación equivale a ofrecer la misma capacidad del sistema a los usuarios cualquiera que sea su localización y abre asimismo las perspectivas de simplificación del segmento a bordo asociado. Thus, the consideration of the relaxation phenomenon described above leads to the second point of the invention, which consists of sampling more tightly, with adapted sources, so that minimum directivity objective requirements are met for operate at the system level with an equalized G / T. This condition translates into a constant link equilibrium throughout the misalignment and allows the system to not unnecessarily oversize as it occurs when working with an equalized gain. The equalized G / T condition resulting from the relaxation phenomenon is equivalent to offering the same capacity of the system to the users whatever their location and also opens up the prospects for simplification of the associated on-board segment.

En otros términos, se adaptará el paso de muestreo de las fuentes, al más ajustado, en función de la necesidad de directividad y por tanto en función de la desalineación de los haces, como se muestra en la figura 2. In other words, the sampling step of the sources will be adapted to the most adjusted one, depending on the need for directivity and therefore depending on the misalignment of the beams, as shown in Figure 2.

En el caso presentado en el presente documento a modo de ejemplo, se constata una necesidad en directividad de 44 dBi hasta unos ángulos de desalineación de aproximadamente 7º. In the case presented here by way of example, a directivity need of 44 dBi is observed up to misalignment angles of approximately 7 °.

A continuación, el segundo principio aplicado en la invención consiste en hacer evolucionar la separación de las fuentes, es decir el paso de muestreo de dichas fuentes, explotando el fenómeno de relajación y conservando un nivel de rendimiento constante desde el punto de vista de la relación G/T. La exigencia, como se ha visto, se traduce en forma de una necesidad en cuanto a directividad en función del ángulo de desalineación, que se beneficia como consecuencia de la relajación a partir de 7º desviado del eje. Next, the second principle applied in the invention consists in evolving the separation of the sources, that is, the sampling step of said sources, exploiting the relaxation phenomenon and maintaining a constant level of performance from the point of view of the relationship. G / T The requirement, as we have seen, is translated in the form of a need in terms of directivity as a function of the angle of misalignment, which benefits as a result of relaxation from 7º deviated from the axis.

Mediante unos cálculos clásicos, cuya síntesis se encuentra en la figura 2, y siempre en el marco de la aplicación numérica dada a modo de ejemplo en la presente descripción, se determina una geometría del sistema tal que: By means of classical calculations, whose synthesis is found in Figure 2, and always within the framework of the numerical application given by way of example in the present description, a system geometry is determined such that:

• •: el paso de muestreo de las fuentes es de 1,4 λ, siendo λ la longitud de onda de funcionamiento, hasta unos ángulos de desalineación de 7º, lo que permite obtener unos rendimientos de directividad de 44 dBi; the sampling step of the sources is 1.4 λ, with λ being the operating wavelength, up to 7 ° misalignment angles, which allows directivity yields of 44 dBi to be obtained;

• •: el paso de muestreo de las fuentes es de 1,6 λ, para los ángulos de desalineación de 7º a 9º, permitiendo obtener unos rendimientos de directividad de 42,13 dBi para el caso extremo de 9º de desalineación fuera del eje. The sampling step of the sources is 1.6 λ, for the misalignment angles of 7º to 9º, allowing directivity yields of 42.13 dBi to be obtained for the extreme case of 9º of off-axis misalignment.

Por otro lado, para la concepción completa de la antena, la toma en consideración de los rendimientos de pérdidas por desalineación de acuerdo con el conjunto de las direcciones de dicha antena es esencial. Ahora bien, estos rendimientos no se equilibran, según los cuatro planos cardinales, en razón de las aberraciones por pérdida de focalización más fuertes según los diferentes ejes de referencia de las fuentes o reflector. On the other hand, for the complete conception of the antenna, taking into account the yields of misalignment losses according to the set of directions of said antenna is essential. However, these yields are not balanced, according to the four cardinal planes, due to the stronger aberrations due to loss of focus according to the different reference axes of the sources or reflector.

La figura 3 da una indicación de las referencias de reflector y fuente, utilizadas típicamente para definir una geometría de desviación del reflector. El reflector R de una antena se representa aquí en corte en la forma de un arco de parábola de vértice S. Tal como aparece en la figura 3, el reflector R está asociado a la referencia constituida por unos ejes XR, YR y ZR y el centro del vértice S de la parábola. La referencia de la fuente, asociada a las fuentes de la antena, está formada por los ejes Xs, Ys y Zs y presenta como centro el foco F de la parábola que corresponde al reflector R, tal como se representa en el esquema. Figure 3 gives an indication of the reflector and source references, typically used to define a deflection geometry of the reflector. The reflector R of an antenna is shown here in section in the form of a parabola arc of vertex S. As it appears in figure 3, the reflector R is associated with the reference constituted by axes XR, YR and ZR and the center of vertex S of the parabola. The reference of the source, associated to the sources of the antenna, is formed by the Xs, Ys and Zs axes and has as its center the focus F of the parabola corresponding to the reflector R, as represented in the diagram.

Estando definidas las referencias reflectora y de fuente, se constata que el caso que más penaliza en términos de impacto sobre la reducción de la directividad se refiere a las traslaciones de las fuentes del lado de los Ys negativos. With the reflector and source references defined, it is found that the case that most penalizes in terms of impact on the reduction of directivity refers to the translation of the sources on the side of the negative Ys.

En efecto, a modo de ejemplo según este eje, la evaluación de los rendimientos para diferentes casos de desalineación y de paso de muestreo de las fuentes muestra que una red focal RF que genera unos haces según una simetría cónica respecto al suelo, típicamente un cono de Tierra FOV a aproximadamente +/-9º alrededor de un eje focal ZF que corresponde al centro de la Tierra, no será simétrico alrededor del punto focal F, sino descentrado hacia los Ys positivos en la referencia de la fuente, como se presenta en la figura 4. In fact, by way of example according to this axis, the evaluation of the yields for different cases of misalignment and sampling step of the sources shows that an RF focal network that generates beams according to a conical symmetry with respect to the ground, typically a cone of Earth FOV at approximately +/- 9º around a focal axis ZF that corresponds to the center of the Earth, will not be symmetric around the focal point F, but will be offset towards the positive Ys in the source reference, as presented in the figure 4.

Finalmente, un ejemplo de dimensionamiento de antena embarcada de haces múltiples de acuerdo con la invención proporciona, en el caso presente, los resultados siguientes: Finally, an example of multi-beam embarked antenna sizing according to the invention provides, in the present case, the following results:

• •: 25 filas de fuentes, es decir un número del orden de 550 fuentes de naturaleza diferente, distribuidas en un reflector iluminado por unas antenas de bocina de alta eficacia, por ejemplo de 1,4 λ y de 1,6 λ. 25 rows of sources, that is to say a number of the order of 550 sources of a different nature, distributed in a reflector illuminated by high-efficiency horn antennas, for example 1.4 λ and 1.6 λ.

Un dimensionamiento de acuerdo con el estado de la técnica hubiera dado, para un nivel de rendimientos equivalentes: A sizing according to the state of the art would have given, for an equivalent level of performance:

• •: 27 filas de fuentes, es decir 631 elementos. 27 rows of fonts, that is 631 elements.

La invención tiene como ventaja principal reducir significativamente la complejidad de una antena embarcada de haces simples o múltiples, reduciendo principalmente el número de fuentes a implementar y, en consecuencia, la invención permite reducir los costes de desarrollo asociados con una antena así. The invention has the main advantage of significantly reducing the complexity of a single or multiple beam embarked antenna, mainly reducing the number of sources to be implemented and, consequently, the invention allows to reduce the development costs associated with such an antenna.

Esta reducción de la complejidad general, que corresponde a una disminución del 10% al 15% en términos de componentes elementales a implementar, se obtiene sin penalizar los rendimientos globales del sistema, puesto que éste se dimensiona con una capacidad equivalente, traduciéndose esta condición en un G/T equivalente al nivel de los parámetros del segmento a bordo. This reduction in general complexity, which corresponds to a decrease of 10% to 15% in terms of elementary components to be implemented, is obtained without penalizing the overall performance of the system, since it is sized with an equivalent capacity, translating this condition into a G / T equivalent to the level of the parameters of the segment on board.

Claims

1. Embedded satellite antenna system, comprising a set of sources, which constitute a focal network, and separated a sampling step, each source of the set of sources presenting a misalignment angle, said embarked antenna presenting a directivity, a gain and an equivalent noise temperature (Tsyst), characterized in that said sampling step is:

• •: variable, variable,

• •: y configurado de manera que se optimice la directividad de la antena en función del ángulo de desalineación de dichas fuentes y que se mantenga sensiblemente constante la relación de la ganancia con la temperatura del ruido equivalente (Tsyst), correspondiente al factor de calidad del sistema. and configured so that the directivity of the antenna is optimized according to the misalignment angle of said sources and that the ratio of the gain to the equivalent noise temperature (Tsyst), corresponding to the system quality factor, is kept substantially constant.

2.2.: Sistema de antena embarcado de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque dicha antena genera una pluralidad de haces. Embedded antenna system according to claim 1, characterized in that said antenna generates a plurality of beams.

3.3.: Sistema de antena embarcado de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque comprende n filas de fuentes en el que un primer subconjunto de p filas de fuentes presenta un primer paso de muestreo, constante, y un segundo subconjunto de n-p filas presenta un segundo paso de muestreo, constante y diferente de dicho primer paso de muestreo, siendo n y p números naturales superiores o iguales a 1 y siendo n superior o igual a p. Embedded antenna system according to any one of claims 1 or 2, characterized in that it comprises n rows of sources in which a first subset of p rows of sources has a first, constant sampling step, and a second subset of np rows it presents a second sampling step, constant and different from said first sampling step, being nyp natural numbers greater than or equal to 1 and n being greater than or equal to p.

4.Four.: Sistema de antena embarcado de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque comprende n filas de fuentes en el que un primer subconjunto de p filas de fuentes presenta un primer paso de muestreo, constante, y un segundo subconjunto de n-p filas presenta un segundo paso de muestreo, variable, siendo n y p números naturales superiores o iguales a 1 y siendo n superior o igual a p. Embedded antenna system according to any one of claims 1 or 2, characterized in that it comprises n rows of sources in which a first subset of p rows of sources has a first, constant sampling step, and a second subset of np rows it presents a second sampling step, variable, being n and natural numbers greater than or equal to 1 and being n greater than or equal to p.

5.5.: Sistema de antena embarcado de acuerdo con la reivindicación 4, para el que existe un fenómeno de relajación que corresponde a la disminución de la temperatura del ruido debido a la desalineación del haz, caracterizado porque esta(s), entre el conjunto de fuentes, que presentan un ángulo de desalineación superior o igual a un umbral predeterminado, constituye(n) dicho segundo subconjunto de fuentes, que presentan el segundo paso de muestreo, variable. Embedded antenna system according to claim 4, for which there is a relaxation phenomenon corresponding to the decrease in the noise temperature due to the misalignment of the beam, characterized in that it (s), between the set of sources, which they have an angle of misalignment greater than or equal to a predetermined threshold, constitutes (n) said second subset of sources, which have the second sampling step, variable.

6.6.: Sistema de antena embarcado de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 4 a 5, que presenta una longitud de onda de funcionamiento λ, caracterizado porque: Embedded antenna system according to any one of claims 4 to 5, which has an operating wavelength λ, characterized in that:

• •: el conjunto de fuentes comprende aproximadamente 550 fuentes, the set of sources comprises approximately 550 sources,

• •: dicho segundo subconjunto está formado por unas fuentes, entre el conjunto de fuentes, que presentan un ángulo de desalineación comprendido entre 7º y 9º, y presentan un paso de muestreo variable, que varía de 1,4 λ a 1,6 λ, said second subset consists of sources, between the set of sources, which have a misalignment angle between 7 and 9, and have a variable sampling step, which varies from 1.4 λ to 1.6 λ,

7.7.: Sistema de antena embarcado según la reivindicación 6, caracterizado porque presenta unos rendimientos de pérdidas por desalineación de acuerdo al conjunto de las direcciones de dicha antena inferiores a 1 dB. On-board antenna system according to claim 6, characterized in that it has misalignment losses according to the set of directions of said antenna of less than 1 dB.

8.8.: Sistema de antena embarcado de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende además unas coronas dispuestas en uno y otro lado de al menos una parte de las fuentes. Embedded antenna system according to any one of the preceding claims, characterized in that it further comprises crowns arranged on either side of at least a part of the sources.

9.9.: Sistema de antena embarcado de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende un reflector (R) iluminado por el conjunto de fuentes y al menos una antena de bocina asociada con dicho conjunto de fuentes. Embedded antenna system according to any one of the preceding claims, characterized in that it comprises a reflector (R) illuminated by the set of sources and at least one horn antenna associated with said set of sources.

10.10.: Sistema de antena embarcado según la reivindicación 9, caracterizado porque presenta una relación de la distancia focal al diámetro del reflector (R) superior o igual a 1,6. On-board antenna system according to claim 9, characterized in that it has a ratio of the focal length to the diameter of the reflector (R) greater than or equal to 1.6.

11.eleven.: Procedimiento para dimensionar un sistema de antena embarcado de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque comprende las etapas siguientes: Method for sizing an on-board antenna system according to any one of claims 1 to 10, characterized in that it comprises the following steps:

• •: el cálculo de la temperatura del ruido equivalente (Tsyst) de dicha antena, en función del ángulo de desalineación de las fuentes del conjunto de fuentes, poniendo en evidencia un fenómeno de relajación; the calculation of the equivalent noise temperature (Tsyst) of said antenna, depending on the angle of misalignment of the sources of the set of sources, evidencing a relaxation phenomenon;

• •: el cálculo del paso de muestreo de las fuentes de manera que satisfaga la necesidad de directividad calculada para el conjunto de las fuentes. the calculation of the sampling step of the sources so as to satisfy the need for directivity calculated for all the sources.

12. Method according to claim 11, for sizing an on-board antenna system according to claim 9, characterized in that it also comprises a step of calculating the offset to be applied to the focal network in relation to the reflector, of so that it takes into account the dissymmetry of the yields of misalignment losses according to the set of directions of said antenna.