ES2388213A1 - Antena reflectarray de haz reconfigurable para frecuencias en los rangos de terahercios y de ondas milimétricas. - Google Patents

Antena reflectarray de haz reconfigurable para frecuencias en los rangos de terahercios y de ondas milimétricas. Download PDF

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Abstract

Antena reflectarray de haz reconfigurable para frecuencias en los rangos de terahercios y de ondas milimétricas. La antena reflectarray consiste en un agrupamiento plano de celdas desfasadoras (reflectarray) iluminado por un alimentador, que produce un haz colimado o conformado reconfigurable electrónicamente, donde las celdas desfasadoras (3.b) están formadas por varias capas apiladas de elementos conductores (4c,4e,4d,4f) sobre un substrato dieléctrico (7c,7d) alternadas con capas de cristal líquido (5c,5d) y un plano conductor (9). Aplicando tensiones de polarización en los elementos conductores se varía la constante dieléctrica del cristal líquido produciendo un cambio de fase del campo reflejado en cada celda desfasadora, lo que permite realizar un barrido o reconfiguración electrónica del haz. Al incluir varias capas de elementos conductores y de cristal líquido se mejora el ancho de banda y las prestaciones de barrido o reconfiguración del haz. La antena puede aplicarse para satélites de observación, comunicaciones y sistemas de seguridad.

Description

Antena reflectarray de haz reconfigurable para frecuencias en los rangos de terahercios y de ondas milimetricas
Campo de la invencion
Esta invencion se enmarca en los sectores de telecomunicaciones, radar, tecnologia espacial y seguridad. Mas particularmente, la invencion se relaciona con las denominadas antenas "reflectarray" que pueden realizar mediante control electronico un barrido o reconfiguracion del haz, en las que los elementos desfasadores estan formados por varias capas de parches conductores sobre cristal liquido con un control independiente de las tensiones de polarizacion.
Exposicion del estado de la tecnica anterior
Una antena reflectarray [D. G. Berry, R. G. Malech W. A. Kennedy, 'The Reflectarray Antenna ", IEEE Trans. on Antennas and Propagat., Vol. AP-11, 1963, pp.646-651] consiste en un agrupacion plana de elementos radiantes con un cierto ajuste en la fase del campo reflejado para producir un haz electromagnetico colimado cuando se ilumina mediante un alimentador primario. Los reflectarrays impresos utilizan parches metalicos impresos en un substrato con plano de masa para producir el ajuste requerido de la fase. Una implementacion practica del ajuste de fase consiste en ajustar la longitud resonante en dipolos impresos [D.G. Gonzalez, G.E. Pollon, J.F. Walker, "Microwave phasing structures for electromagnetically emulating reflective surfaces and focusing elements of selected geometry", patente US4905014, Feb. 1990] o en parches rectangulares [D. M. Pozar and T. A. Metzler, "Analysis of a reflectarray antenna using microstrip patches of variable size," Electr. Lett. Vol. 29, No. 8, pp.657-658, Abril 1993]. En principio, estas implementaciones son validas para cualquier tipo de polarizacion incluyendo polarizacion dual lineal o circular, ajustando apropiadamente el desfasaje de las dos componentes ortogonales del campo electrico reflejado.
El principio de funcionamiento de los reflectarrays que emplean elementos impresos de tamano variable se basa en el hecho de que la fase de la onda reflejada varia con las dimensiones de los elementos conductores impresos. Un parche impreso es una antena resonante, de modo que su longitud debe ser aproximadamente media longitud de onda en el dielectrico. Si se modifica la longitud del parche en el agrupamiento, la fase de la onda reflejada cambia.
El control de la fase mediante variacion de las dimensiones resonantes produce menores perdidas ohmicas y niveles mas bajos de polarizacion cruzada que otras tecnicas tales como la utilizacion de tramos de linea de diferentes longitudes unidos a los parches radiantes [R. E. Munson, H. A. Haddad, J. W. Hanlen, 'Microstrip Reflectarray for Satellite Communications and RCS Enhancement or Reduction ", patente US4684952, Agosto 1987]. Sin embargo, el rango maximo de variacion de fase que puede alcanzarse esta alrededor de 330°, y la variacion de fase en funcion de la longitud es fuertemente no lineal debido al comportamiento de banda estrecha de los parches impresos, que limita el ancho de banda de trabajo en antenas reflectarray.
La limitacion principal en las prestaciones del reflectarray es su banda estrecha, generalmente menor que el 5% o incluso menor para reflectarrays grandes, aunque en los ultimos anos se han realizado enormes esfuerzos para mejorar el ancho de banda. Para parches de tamano variable, dicha limitacion ha sido superada empleando dos o tres capas apiladas de agrupamientos de parches [J. A. Encinar, "Printed circuit technology multi-layer planar reflector and method for the design thereof", documento de patente EP1120856-A1, Junio 1999]. Tambien se ha propuesto otra solucion para mejorar el ancho de banda utilizando dipolos multi-resonantes en una sola capa en [J.A. Encinar, A. Pedreira, "Antena plana del reflector en tecnologia impresa con anchura de banda mejorada y polarizaciones separadas", patente espanola P200401382], donde el reflectarray incorpora varios dipolos impresos paralelos en la misma celda desfasadora y en la misma capa, con objeto de conseguir una mejora de ancho de banda similar al caso de parches apilados, pero con una sola capa de parches impresos, produciendo una simplificacion en el proceso de fabricacion y una reduccion en los costes de fabricacion.
Se han propuesto varias configuraciones de antenas reflectarrays que proporcionan capacidad de reconfiguracion del haz mediante el control de las fases en cada uno de los elementos a traves de dispositivos cuyo objetivo es variar las caracteristicas fisicas de los mismos (dimensiones, permitividades, etc.), y por ende, sus caracteristicas de reflexion, por medio de la conmutacion entre diferentes estados posibles sintetizados a partir de ciertas senales de control (tension, corriente, flujo de luz, etc.). A continuacion se detallan cada una de las configuraciones de antenas reflectarray reconfigurables mas relevantes.
En la patente US6081234-A [J. Huang, R. Pogorzelski, "Beam scanning reflectarray antenna with circular polarization", 11/07/1997] se propuso una antena reflectarray para barrido electronico valida unicamente para polarizacion circular, en la que el control de fase en cada elemento del reflectarray se realiza mediante rotacion de los elementos empleando micromotores. Esta tecnologia presenta varios inconvenientes como son el empleo de un motor asociado a cada elemento, en antenas que pueden tener varios miles de elementos; funcionamiento en una banda estrecha de frecuencias; y operacion unicamente en polarizacion circular, no si endo valida para aplicaciones de polarizacion lineal.
En la patente US6351240-B1 [K. Karimullah, J. Song, "Circularly polarized reflectarray using 2-bit phase shifter having initial phase perturbation", 25/02/2000] se propuso una antena reflectarray para barrido electronico empleando elementos desfasadores unicamente validos para polarizacion circular. En este caso se utilizan parches conductores circulares con conmutadores basados en diodos PIN para conectar los extremos de los parches en ciertos angulos predefinidos; en particular se conmuta entre cuatro estados (2 bits). Esta patente resuelve los problemas asociados a la utilizacion d e un numero m uy e levado de m otores, pero si gue pr esentando l as limitaciones de a ncho de b anda, restriccion en polarizacion circular, y errores de fase asociados a un numero de estados limitado a 4 (2 bits).
En la patente US6081235-A [R. Romanofsky, F. Miranda, "High resolution scanning reflectarray antenna", 30/04/1998] se propuso una antena reflectarray para barrido electronico de alta resolucion, con aplicaciones en antenas de comunicaciones por satelite, como alternativa a antenas reflectoras de barrido mecanico, que mejoran algunas de las limitaciones de las patentes mencionadas anteriormente. El barrido electronico en dicha antena se realiza variando la fase en cada elemento del reflectarray con desfasadores basados en materiales ferro-electricos, en los que el desfasaje se controla con una tension de polarizacion. Esta tecnologia presenta varias limitaciones como son que las tensiones de polarizacion para los materiales ferroelectricos deben ser muy elevadas (centenares de voltios); ademas el elemento del reflectarray se basa en un parche cuadrado que opera en una banda muy estrecha de frecuencias. Otra alternativa para el control de las fases en reflectarrays es la planteada en la patente [M. Cuhaci, J. Shaker, M.R. Chaharmir, A.R. Sebak, "Antenna with variable phase shift", Patent US6774851 (B1) , 27/09/2002.], donde se propone una antena reflectarray para barrido electronico en la que el cambio de fase del campo reflejado por parches conductores grabados sobre un substrato con plano de masa, se consigue mediante la variacion de la longitud de una ranura que actua como carga inductiva, realizadas en el plano de masa debajo de cada parche conductor. Dicha variacion se logra mediante el empleo de una capaadicional semiconductora, excitada por una senal optica que genera plasmaen las zonas de exposicion. La cantidad de plasma generado en la ranura, que depende de la intensidad de la senal optica incidente, es la que permite la variacion de su longitud, y por tanto, la variacion en la fase del campo reflejado. Este sistema presenta las ventajas que ofrece el empleo de senales opticas de control, como son su respuesta rapida, el enorme aislamiento que ofrece entre el control y el sistema controlado, su inmunidad a las interferencias externas, etc. Sin embargo, sigue presentando limitaciones de ancho de banda y de estabilidad en la fase, al tener esta una fuerte dependencia no lineal con la longitud de la apertura.
Tambien se han empleado los elementos microelectromecanicos, "MEMS", como tecnologia desfasadora para conseguir haces reconfigurables y de barrido en reflectarrays. En la patente US7030824-B1 [W.J Taft, A. Katz, G.A Silverman, W .J So oHoo, A. Ja comb-Hood, G .J Matyas, " MEMS R eflectarray a ntenna f or s atellite applications", 29/05/2003.] se propuso una antenareflectarray de haz reconfigurable que emplea parches apilados acoplados por apertura a un a l inea en l a que se i nsertan desf asadores con c ontrol el ectronico. E stos estan f ormados por conmutadores MEMS que, en funcion del estado de conmutacion, asignan caminos electricos distintos a la senal de RF. La ventaja del empleo de MEMS respecto a otros dispositivos de conmutacion, como los diodos PIN, reside en sus bajas perdidas de insercion y alto aislamiento a la vez, bajo consumo y una buena separacion de la senal RF del circuito de control. El ancho de banda que se consigue es mayor que la que proporciona otras tecnicas basadas en el ajuste de las dimensiones en los parches conductores, aunque la frecuencia de funcionamiento maxima puede extenderse solo hasta la banda Ka (alrededor de 30 GHz), ya que en rangos de frecuencias mayores, los efectos parasitos y las perdidas en los MEMS se incrementan, haciendo inviable su uso. Otro problema, es el error de cuantificacion que se produce al discretizar la fase empleando un numero reducido de estados empleando conmutadores. En la propia patente s e pr opone u na s olucion al r especto basa da e n l a i nclusion d e condensadores variables, i mplementados mediante v aractores. O tra s olucion a est e pr oblema f ue pr opuesta e n l a pat ente US0122718-A1 [X. D elestre, T. Dousset, C. Chekroun, "Phase-shifting cell having an analogue phase shifter for a reflectarray antenna", 13/10/2007] mediante MEMS capacitivos, que proporcionan mejores prestaciones que los varactores, adoptando un elemento mas sencillo de implementar que integra todos los componentes en una sola capa.
Ninguna de lastecnologias citadas anteriormente en el estado de la tecnica anterior son adecuadas para frecuencias de trabajo muyelevadas, en el rango de ondas milimetricas (de 30 a 300 GHz), sub-milimetricas (de 300 GHz a 3 THz) o en el rango de terahercios (0.3-30 THz), debido a que se emplean elementos conductores resonantes, o con dimensiones proximas a las de resonancia, de manera que las tolerancias de fabricacion son muy criticas a altas frecuencias, ademas de que las perdidas por disipacion son muy elevadas y los efectos parasitos muysignificativos. Para disenar reflectarrays reconfigurables validos en dichas frecuencias, resultaria necesario encontrar una tecnologia de fabricacion precisa, y estructuras de conmutacion donde los efectos parasitos sean reducidos.
En relacion con la tecnologia de fabricacion, en la patente US7623071-B2 [J. Ginn, B. Lail, C. Boreman, "Submillimeter and infrared reflectarray", 11/12/2006.], se presenta un novedoso proceso de fabricacion para reflectarrays impresos en el rango de terahercios e infrarrojo (1-500 THz), que se basa en incrustar las metalizaciones en el interior del sustrato mediante un proceso de deposicion, mucho mas preciso que el fotograbado. Asi mismo, tambien se propone un sistema de medida para dicho rango, basado en patrones de interferencia. Sin embargo esta tecnica es unicamente valida para antenas de haz fijo, no permitiendo la reconfiguracion o barrido del haz.
De entre los conceptos propuestos en el estado de latecnica para conseguir reconfiguracion en antenas reflectarrays que no em plean elementos resonantes, cabe destacar en la patente US7023392-B2 [S.B Brown, J.J
Rawnick, "Fluid dielectric reflectarray", 13/08/2003] una configuracion en la que cada elemento delreflectarray esta formado por una cavidad sobre la que se inyecta un material dielectrico fluido mediante un sistema de inyeccion que introduce mas o menos volumen del mismo. Dependiendo del volumen de fluido en cada celda del reflectarray, cambia la constante dielectrica efectiva en la cavidad, y en consecuencia, la fase del campo reflejado. Esta tecnologia presenta las desventajas asociadas al elevado coste, tamano y peso del sistema de inyeccion del fluido, que debe ser independiente para cada celda. En esta tecnologia, los errores de fabricacion no sontan criticos, puesto que no se emplean elementos resonantes; sin embargo, esta tecnologia seria irrealizable a frecuencias elevadas (en el rango de ondas milimetricas o sub-milimetricas) debido a la miniaturizacion requerida en la fabricacion de los elementos de control de fluidos.
Recientemente se han propuesto otros conceptos basados en la variacion de las propiedades dielectricas de ciertos materiales, como los materiales ferro-electricos [M. J. Lancaster, J. Powell and A. Porch, "Thin-film ferroelectric microwave devices" Supercond. Sci. Technol. 11 (1998) 1323-1334] y los cristales liquidos [C. Weil and R. Jakoby, "Nonlinear Dielectrics For Microwave Applications Ferroelectrics And Liquid Crystals",IEEE -MTT/AP G erman Newsletter -Vol. 6 -No. 1 - 06/2002] para l a r ealizacion de desfasadores controlados electronicamente, que posteriormente se han empleado para reconfiguracion o barrido electronico en antenas reflectarray. Un reflectarray para barridoelectronico a 19 GHzfue propuesto en [R.R. Romanofsky, J.T. Bernhard, F.W. van Keuls,F.A. Miranda, G. Washington, and C. Canedy. "K-band phased array antennas based on Ba0.60Sr0.40Tio3 thin-film phase shifters", IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, paginas 2504 -2510, Dic. 2000]. Los desfasadores se basan en lineas acopladas impresas sobre una capa 400 nm de Ba0.60Sr0.40TiO3, donde la fase se controla mediante la tension aplicada a las lineas acopladas. Sin embargo, el uso de materiales ferroelectricos presenta varias dificultades, que se derivan del valor extremadamente alto dela constante dielectrica, asi como de la necesidad de voltajes de control elevados (del orden de 300 voltios), realizacion en peliculas muy finas, no-linealidad, y elevadas perdidas.
Recientemente se han publicado algunos trabajos en los que se aplican las propiedades de birrefringencia de los cristales liquidos (LC) para realizar reflectarrays de haz reconfigurable [W. Hu, M.Y. Ismail, R. Cahill, J.A. Encinar,
V.F. Fusco, H.S. Gamble, D. Linton, R. Dickie, N. Grant and S.P. Rea, 'Liquid crystal based reflectarrayantenna with electronicallyswitchable monopulse patterns', IETElectron. Lett., 43, (14), paginas 744 -745, 2007.] o de barrido electronico [A. Moessinger, S. Dieter, R. Jakoby, W. Menzel, S. Mueller, "Reconfigurable LC-reflectarray setup and characterisation", 3rd European Conference on Antennas and Propagation, 2009. EuCAP 2009, paginas 2761-2765]. Los cristales liquidos, al igual que los materiales ferroelectricos, cambian su constante dielectrica dependiendo del campo el ectrico a plicado m ediante una t ension de co ntrol, pero eliminan p arte de su s desv entajas, puest o que presentan valores moderados de la constante dielectrica(constante dielectricarelativa del orden de 3) y requieren tensiones de control de entre 10 y20 voltios.El valor de la constante dielectrica de un cristal liquido situado en una cavidad se controla mediante una tension aplicada entre dos electrodos de material conductor que se encuentran en los lados opuestos de la cavidad, de forma que el valor de la tension impone un orden en la orientacion de las moleculas del cristal liquido, que pasan de estar orientadas en un plano paralelo a los electrodos (estado de reposo o minima permitividad a 0 V), a estar orientadas perpendicularmente a los electrodos (estado de maxima permitividad o maxima polarizacion, a Vc V). E sta tecnologia es adecuada en l as bandas de m ilimetricas, su b-milimetricas, T erahercios, infrarrojo y visible debido a que las prestaciones del cristal liquido (perdidas y tiempos de conmutacion entre estados) mejoran conforme la frecuencia de trabajo aumenta; de hecho las propiedades delos cristales liquidos son bien conocidas en el rango visible, puesto que su principal aplicacion esta en las pantallas LCD (Liquid Cristal Display). Sin embargo, las tecnologias empleadas hasta la fecha, basadas en elementos conductores impresos y en una sola capa de cristal liquido, presentan grandes limitaciones para la realizacion de antenas de barrido electronico. En primer lugar, debido a que el rango de variacion de la constante dielectrica de los cristales liquidos esta limitado, resulta francamente dificil conseguir rangos de variacion de fase proximos a los 300°, que seria necesario para realizar barrido electronico o reconfiguracion del haz. Con los cristales liquidos actualmente disponibles comercialmente, unicamente se pueden conseguir estosrangos de variacion de fase en una banda de frecuencias muy estrecha (<1%) y con unas perdidas disipativas muy elevadas, lo que limita su utilizacion en aplicaciones reales. Al intentar mejorar ambos factores (ancho de banda yperdidas) se reduce el margen de variacion de la fase, lo que produce una limitacion enla capacidad de barrido o reconfiguracion del haz.
Otro factor negativo en configuraciones de antena basadas en cristal liquido presentadas hasta la fecha, es que los tiempos de conmutacion son muy elevados al pasar del elemento en estado de maxima permitividad al elemento en reposo (tiempo de conmutacion on-off), o a cualquier otro estado intermedio donde ademas, la fase es muy inestable y depende de muchos factores externos, como por ejemplo la temperatura.
Un reflectarray con barrido electronico del haz es muy adecuado para la obtencion de imagenes en bandas de ondas milimetricas (30-300 GHz), para aplicaciones de seguridad y control no destructivo. La flexibilidad de configurar la fase para cada elemento del reflectarray permite realizar un barrido de personas u objetos en campo cercano con una buena penetrabilidad en ropa, maletas, embalajes, etc. y con una resolucion del orden del centimetro o mejor lo que se considera adecuado para la deteccion y reconocimiento de objetos peligrosos. Para esta aplicacion se han propuesto reflectarrays basados en antenas impresas controladas por dispositivos de estado solido (transistores y diodos) como se describe en la patente US6965340 [I.Baharav, R.Taber, G.S.Lee, "System and Method for Security Inspection using Microwave imaging"]. Sin embargo la integracion de dispositivos de estado solido en antenas impresas es problematica
y co stosa par a f recuencias su periores a l os 40 G Hz debido a r esonancias y c ontribuciones parasitas de l os encapsulados. Por otra parte en los reflectarrays actualmente propuestos el desfasaje de cada elemento del reflectarray esta discretizado en 2 niveles (0 y 180 grados) lo que provoca errores importantes de fase respecto a la distribucion de campo ideal y lobulos de difraccion indeseados. Por otra parte al tratarse de agrupaciones de parches de una unica capa el ancho de banda conseguido es muy pequeno.
En la publicacion [D.M. Sheen, D.L. McMakin y Th.E. Hall , "Three-dimensional Millimiter-Wave Imaging for Concealed Weapon Detection" de, IEEE Trans. On MTT-Vol.49, No.9, Sept. 2001] se muestra la convenienciade trabajar en la banda milimetrica (30-300 GHz) para aplicaciones de seguridad con anchos de banda del orden del 20%, para conseguir imagenes de alta calidad con capacidad de resolucion en profundidad.
Por otra parte en el trabajo [J. Abril, E. Nova, A. Broquetas, G. Perez. J.A. Encinar, M. Barba, "Active Short-Range Imaging Systems Working at 94 GHz" de URSI Espana 2010 Sept. 2010] se muestra la ventaja de trabajar con una fase multinivel mediante el uso de 2 o 3 bits por elemento de los reflectarrays para reducir lobulos de difraccion y artefactos indeseables en las imagenes. Por estos motivos la utilizacion de un reflectarray de banda ancha capaz de operar en las bandas milimetricas con una excitacion agil de la fase de los elementos multinivel permitiria conseguir un sistema act ivo de f ormacion de i magenes co n un a ca pacidad d e e xploracion m ejorada r especto a l os sistemas actualmente desarrollados.
En lo que respecta a la tecnologia de dispositivos de cristal liquido, se han propuesto dispositivos multicapa para diversas aplicaciones en el ca mpo d e l a opt ica, por ej emplo p ara m ejorar l a ve locidad de conmutacion d el dispositivo combinando dos capas de cristal liquido, en lugar de una unica capa mas gruesa (M. Ye, B. Wang, and S. Sato " Effects of D ielectric Constant of G lass Substrates on P roperties of Li quid C rystal Lens, I EEE P hotonics Technology Letters, VOL. 19, NO. 17, Sep. 1, paginas 1295-1297, 2007), o para fabricar dispositivos que funcionen con cualquier polarizacion (H.W. Ren, Y.H. Lin and S.T. Wu "Polarization-independent and fast-response phase modulators using double-layered liquid crystal gels" Applied Physics Letters, Vol. 88 No. 6, Feb 2006, doi:10.1063/1.2173248), o para construir filtros opticos Lyot Solc (G. Shabtay, E. Eidinger, Z. Zalevsky, D. Mendlovic and E. Marom "Tunable birefringent filters -optimal iterative design" Optics Express Vol. 10, No. 26, 30 Dec. 2002 pp1534-1541). Sin embargo, las configuraciones multicapa descritas en los dispositivos de cristal liquido propuestos con anterioridad a la presente invencion no son utilizables en antenas, puesto que unicamente emplean electrodos trasparentes a las senales opticas; y no utilizan elementos resonantes o conductores para realizar un desfasaje en la senal electromagnetica.
Descripcion de la invencion
Es objeto de la presente invencion una antena reflectarray de haz reconfigurable apropiada para frecuencias en los rangos de terahercios y de ondas milimetricas. La antena comprende:
-
un reflectarray que dispone de un agrupamiento de celdas desfasadoras dispuestas en una reticula plana, cada celda desfasadora comprendiendo:
• una primera capa de cristal liquido;
•
una primera capa de dielectrico con al menos un elemento conductor impreso en la superficie de su cara inferior, la cual esta enfrentada a la cara superior de la primera capa de cristal liquido;
•
por cada elemento conductor de dicha primera capa de dielectrico, unalinea resistiva conectada al correspondiente elemento conductor para la aplicacion de una tension de polarizacion de la primera capa de cristal liquido;
•
un plano conductor enfrentado a la cara inferior de la primera capa de cristal liquido soportado por un substrato que actua como soporte rigido;
•
dos capas finas de alineamiento, una sobre la cara inferior de la capa de dielectrico y la otra sobre el plano conductor, para el alineamiento de las moleculas de cristal liquido en estado de reposo;
disponiendo una pluralidad de dichas celdas desfasadoras de al menos un espaciador de material dielectrico entre la cara inferior de la capa de dielectrico y el plano conductor para mantener uniforme el espesor del cristal liquido;
-
un alimentador primario configurado para iluminar el agrupamiento de celdas desfasadoras del reflectarray.
La presente invencion resuelve los problemas anteriormente comentados de ancho de banda insuficiente, altas perdidas, pequeno rango de fase, inestabilidad termica y tiempos de conmutacion elevados, debido a que cada celda desfasadora comprende adicionalmente:
-
una segunda capa de cristal liquido cuya cara inferior esta dispuesta sobre la cara superior de la primera capa de dielectrico, encontrandose esta recubierta por una fina capa de alineamiento;
-
una segunda capa de dielectrico con al menos un elemento conductor impreso en la superficie de su cara inferior, la cual esta enfrentada a la cara superior de la segunda capa de cristal liquido y recubierta por una fina capa de alineamiento;
-
por cada elemento conductor de dicha segunda capa de dielectrico, una linea resistiva conectada al correspondiente elemento conductor para la aplicacion de una tension de polarizacion de la segunda capa de cristal liquido.
Una pluralidad de dichas celdas desfasadoras dispone de al menos un espaciador de material dielectrico entre la cara inferior de la segunda capa de dielectrico y la cara superior dela primera capa de dielectrico para mantener uniforme el espesor del cristal liquido.
La a ntena r eflectarray est a disenada p ara gen erar un haz colimado o co nformado en una det erminada direccion reconfigurable mediante el control electronico de la fase del campo reflejado en cada celda desfasadora, efectuado m ediante l a aplicacion, a t raves de l as l ineas resistivas, d e t ensiones de co ntrol entre ca da elemento conductor y el plano conductor.
La antena reflectarray puede comprender los medios de control, que incluye al menos un circuito electronico y software de control, encargados de la aplicacion de una tension en cada linea resistiva para la polarizacion de las capas de cristal liquido de las celdas desfasadoras de la antena.
En una realizacion preferida los medios de control estan configurados para aplicar una tension continua o de baja frecuencia de forma independiente a cada elemento conductor, cuya amplitud varia de forma continua entre dos valores extremos previamente definidos, uno positivo y otro negativo (+Vm y -Vm), estando los valores de la tension de control definidos en cada elemento conductor para obtener en cada celda desfasadora el valor de fase previamente definido para realizar un barrido o reconfiguracion del haz.
En otra realizacion, los medios de control estan configurados para aplicar de maneraindependiente en cada elemento conductor una tension K•Vc + C, siendo K un numero entero dependiente del elemento conductor que se trate y d el diagrama de r adiacion des eado, V c una t ension co ntinua o d e ba ja f recuencia c on un nivel de amplitud determinado que produce un estado de maxima polarizacion en la capa de cristal liquido proxima al elemento conductor correspondiente, y C un valor constante determinado. El empleo de tensiones de control independientes para varios elementos conductores dispuestos en varias capas en la celda desfasadora permite realizar un control electronico de la fase con un numero de estados suficiente para realizar un barrido o reconfiguracion del haz controlado electronicamente. Los medios de control estan preferentemente configurados para mantener una diferencia de tension de amplitud al menos Vc entre elementos conductores adyacentes en la misma capa para reducir el tiempo de transicion al estado de reposo.
Los medios de control pueden estar configurados para aplicar de manera independiente en cada elemento conductor una tension de control para producir un haz colimado que realiza un barrido electronico en dos dimensiones en un margen de angulos predeterminado.
Cada celda desfasadora puede comprender adicionalmente una estructura resonante dispuesta sobre la cara superior de la segunda capa de dielectrico, comprendiendo dicha estructura resonante al menos un conjunto resonante, cada conjunto resonante formado por:
-
una capa de cristal liquido cuya cara inferior queda situada mas cercana a la segunda capa de dielectrico, encontrandose esta recubierta por una fina capa de alineamiento en su cara superior;
-
una capa de dielectrico con al menos un elemento conductor impreso en la superficie de su cara inferior, la cual esta enfrentada a la cara superior de dicha capa de cristal liquido y recubierta por una fina capa de alineamiento;
-
por cada elemento conductor de dicha capa de dielectrico, una linea resistiva conectada al correspondiente elemento conductor para la aplicacion de una tension de polarizacion de la capa de cristal liquido mediante los medios de control.
En una realizacion preferida cada capa de dielectrico comprende una pluralidad de elementos conductores impresos en la superficie de su cara inferior. Esta caracteristica no es tampoco conocida en el estado del arte.
Las celdas desfasadoras pueden est ar d ispuestas en una d e l as siguientes disposiciones: un a r eticula rectangular,una reticula cuadrada, una reticula triangular, una reticula hexagonal. Los elementos conductores del reflectarray pueden tener una de las formas siguientes: rectangular, cuadrada, cruciforme, eliptica, poligonal.
En una realizacion preferida, los elementos conductores impresos en un lado de cada capa de dielectrico en las celdas desfasadoras dispuestas en una misma fila se encuentran conectados mediante una linea resistiva, que se emplea para introducir la misma tension de control en todos los elementos conductores de una misma fila y una misma capa mediante los medios de control que estan configurados para generar un haz enfocado que realiza un barrido
electronico en un plano dentro de un margen de angulos predeterminado. En este caso hay una tension de control por cada fila y por cada capa, simplificandose considerablemente la implementacion de los medios de control, pero permite unicamente el barrido del haz en plano.
Breve descripcion de los dibujos
Una serie de dibujos que ayuda a una mejor comprension de la invencion y que estan expresamente relacionados con al menos una realizacion de dicha invencion, presentados como un ejemplo no limitador, se describen brevemente a continuacion:
Figura 1. Perspectiva de un reflectarray iluminado mediante un alimentador, de acuerdo con el estado de la tecnica anterior.
Figuras�2Ay�2B.�Vista en perspectiva y frontal, respectivamente, de una celda de reflectarray compuesta por un cristal liquido y un dipolo resonante, de acuerdo con el estado de la tecnica anterior.
Figura� A. Fase en gr ados del ca mpo r eflejado en f uncion d e l a f recuencia obt enida m ediante si mulacion electromagnetica del elemento de las figuras 2A y 2B en entorno periodico (rango de fase de 180°), de acuerdo con el estado de la tecnica anterior.
Figura� B. Fase en grados del ca mpo r eflejado en f uncion d e l a f recuencia obt enida m ediante si mulacion electromagnetica del elemento de las figuras 2A y 2B en entorno periodico (rango de fase de 300°), de acuerdo con el estado de la tecnica anterior.
Figuras�4Ay4B.�Vista en perspectiva y frontal, respectivamente, de una celda desfasadora de reflectarray multi-capa compuesta por dos parches conductores y dos capas de cristal liquido polarizadas de forma independiente, de acuerdo con la presente invencion.
Figura 5. Fase en grados del campo reflejado en funcion de la frecuencia obtenida mediante simulacion electromagnetica del elemento de las figuras 4A y 4B en entorno periodico.
Figuras�6Ay6B.�Vista en perspectiva y frontal, respectivamente, de una celda desfasadora de reflectarray multi-capa compuesta por dos capas de cristal liquido y dos parches conductores en cada capa con tension de control independiente, de acuerdo con la presente invencion.
Figura��A.�Perdidas en dB en funcion de la frecuencia obtenidas mediante simulacion electromagnetica del elemento de las Figuras 6A y 6B en entorno periodico.
Figura� B. Fase en gr ados del ca mpo r eflejado en f uncion d e l a f recuencia obt enida m ediante si mulacion electromagnetica del elemento de las Figuras 6A y 6B en entorno periodico.
Figuras�BAyBB.�Vista en perspectiva y frontal, respectivamente, de una celda desfasadora de reflectarray multi-capa compuesta p or dos capas de cr istal l iquido y t res p arches conductores en ca da capa co n t ension de co ntrol independiente, de acuerdo con la presente invencion.
Figura�..�Esquema para la generacion de las senales de control de polarizacion.
Figura�1..Esquema de polarizacion de los elementos para barrido en un solo plano.
Explicacion detallada de un modo de realizacion
En la presente invencion se propone una antena reflectarray de haz reconfigurable basada en celdas multicapa d e cr istal l iquido que emplea va rios el ementos conductores con una t ension de co ntrol i ndependiente, que resuelven las limitaciones derivadas de la limitacion del ancho de banda, del margen de variacion de fase, de las perdidas por disipacion, de los tiempos de conmutacion y de la inestabilidad en el control de fase debida a la variacion continua de la tension de polarizacion, y que resulta apropiada para aplicaciones de muy alta frecuencia, en el rango de las ondas milimetricas (30-300 GHz) y de los terahercios (0.3-30 THz).
La Figura�1muestra, para una mejor comprension del funcionamiento basico de los elementos de la presente invencion y de acuerdo con el estado de la tecnica anterior, una perspectiva de un reflectarray 1 iluminado mediante un alimentador 2 donde cada elemento desfasador 3 esta formado por un parche conductor rectangular impreso sobre un material dielectrico, separado de un plano conductor por una capa de cristal liquido cuya permitividad varia dependiendo de la tension de polarizacion aplicada entre cada parche conductor y el plano conductor, produciendo un cambio en la fase d el c ampo r eflejado en c ada el emento del r eflectarray, que puede utilizarse par a r ealizar un b arrido o reconfiguracion del haz. Las Figuras�2Ay 2B muestran, respectivamente, la vista en perspectiva y frontal de uno de estos elementos desfasadores 3, que consiste basicamente en una cavidad rellena de cristal liquido 5 compuesta por dos capas delgadas de polimero 6 para el alineamiento de las moleculas de cristal liquido en estado de reposo, una capa de substrato optico 7 (vidrio, cuarzo, etc.) que tiene impreso en la cara interna de la cavidad un parche resonante
de material conductor 4, dos espaciadores de material dielectrico 8 para mantener un espesor uniforme del cristal liquido, y un plano conductor 9 que esta formado por la metalizacion de la cara superior de un substrato optico 17 que actua como soporte rigido para el mismo.
La Figura �A muestra el cambio de fase producido en un elemento desfasador 3 con una sola capa de cristal liquido (segun las figuras 2A y 2B) para los dos estados extremos del mismo en la banda de 120 a 150 GHz, de acuerdo con el estado de la tecnica anterior, disenado paraqueen la frecuencia de 135 GHz hayaun rango de fase de 180° entre ellos. Para este caso, se ha tomado un elemento desfasador 3 que se repite de forma periodica de dimensiones ly=0.73 mm, lx= 0.24 mm, compuesto por un cristal liquido 5 comercial con unos valores extremos de permitividad E // =
3.1 y E. = 2.3 y de tangentede perdidas tg a//= 0.01, tg a. = 0.02,de espesor hc= 47 !m,dos capas depolimero 6 de50 nm, un vidrio 7 de permitividad Ev = 4.5 (tg a = 0.005) y espesor hv=0.1 mm, unos separadores de radio R=47 !m, y un parche rectangular de cobre, o dipolo 4 de dimensiones ld=0.54 mm, w=0.05 mm. Como se puede comprobar, el ancho de banda que se obtiene se encuentra en torno al 6%, definiendo este como el rango de frecuencias donde la fase toma un valor de (180 ± 20)°.Ademas,la variacion de fase esta limitada a 180°, que es insuficiente para producir una reconfiguracion o un barrido electronico del haz con cierta precision. El desfase efectivo que produce en el campo el elemento desfasador 3 en funcion de la frecuencia viene marcado, para un determinado estado del cristal liquido, por la curva de resonancia del dipolo, y en particular del factor de calidad Q del resonador, que esta directamente relacionado con el ancho de banda del elemento desfasador, de manera que un aumento del factor Q produce una curva de fase mas abrupta y una disminucion del ancho de banda, asi como un aumento de las perdidas ohmicas en las proximidades de la resonancia, dando lugar a una de las limitaciones comentadas anteriormente. Como ejemplo la Figura��B muestra la f ase del c ampo r eflejado por el e lemento desfasador 3 co mpuesto p or l os m ismos materiales empleados anteriormente (figura 3A), para las dimensiones: lx=0.73 mm, ly= 0.24 mm, hc= 25 !m, hv=0.07 mm, R=25 !m, ld=0.57 mm, w=0.05 mm. Como se comprueba, se consigue un rango de fase de 300° con un ancho de banda maximo de un 1%. Asi mismo, la polarizacion del cristal liquido se realiza aplicando una tension (Vc) de baja frecuencia (puede ser alrededor de 50 Hz) entre los dipolos y el plano de masa mediante un hilo de material resistivo (linea resistiva 10), con el que se controla de forma continua la permitividad en funcion del valor de la tension mediante un sistema de procesado y circuiteria de control 11 (Figura�.). Aunque los espesores del cristal liquido suelen ser finos con el fin de hacer que los tiempos de reorientacion molecular (conmutacion entre estados) sean reducidos, los sistemas de polarizacion que se han propuesto hasta ahora proporcionan tiempos de conmutacion on-off elevados. Este inconveniente, unido a la mala estabilidad en la fase que proporcionan los estados intermedios del cristal, hace que las prestaciones de la antena en cuanto a capacidad y tiempo de barrido no sean adecuadas.
Por todo lo anterior, de acuerdo con la presente invencion, las Figuras 4A y 4B muestran, respectivamente, la vista en perspectiva y frontal de una primera implementacion de un elemento desfasador 3a multi-resonante basado en cristales liquidos, formado por dos capas de cristal liquido (5a,5b), cada una de ellas asociada a un dipolo resonante y polarizada de forma independiente. Los dipolos (4a,4b) estan impresos en sendos sustratos opticos(7a,7b), ycada capa de cristal liquido (5a,5b) se encuentra confinada en una estructura compuesta por dos capas finas de alineamiento 6 (oxidos depositado a un angulo oblicuo o polimero orientado por luz o frotado) y por una parte los dos substratos (7a,7b) para la capa superior de cristal liquido 5a, ypor otra, el substrato 7b y el planoconductor9,que puede ser continuo o pixelado, para la capa inferior de cristal liquido 5b, soportado este ultimo a su vez por otra capa de substrato optico 17.
El espesor de cada capa de cristal liquido (5a,5b) se mantiene uniforme mediante el empleo de espaciadores de material isotropo no conductor (8a,8b) situados en el espacio entre dipolos, que pueden ser esfericos, cilindricos o de cualquier otra forma geometrica. Por ejemplo, pueden utilizarse trozos de fibra optica como separadores. La separacion entre separadores se elegira, dependiendo de la rigidez de los substratos, de manera que se mantenga un espesor uniforme en las capas de cristal liquido, pudiendo colocar espaciadores en cada celda desfasadora, como se muestra en las Figuras 4A y 4B, o entre grupos de varias celdas. La limitacion entre banda y rango de fase del elemento desfasador basado en una sola capa de cristal liquido (Figuras 2A y 2B) se debe a que hay un unico parche conductor resonante, y a que la variacion en la constante dielectrica del cristal liquido es muy limitada. En el caso de una celda formada por multiples parches sobre capas de cristal liquido polarizadas independientemente, este problema queda solucionado, ya que estos generan un mayor numero de resonancias, que pueden ajustarse con las dimensiones de los parches conductores, y proporcionan mas grados de libertad que permiten incrementar la banda para cualquier estado mediante la combinacion adecuada de las multiples resonancias existentes, controlando su respuesta en los diferentes estados para conseguir un control adecuado del rango de fase. Por tanto, mediante esta estrategia se consigue un control mas independiente del rango de fase y de la banda, pudiendose obtener mayores anchos de banda asociados a rangos de fase elevados, y perdidas ohmicas menores en algunos estados. En el elemento desfasador multicapa 3a, las tensiones de control se aplican a cada parche conductor mediante lineas resistivas 10 impresas sobre cada capa de substrato (7a,7b). Como ejemplo de la mejora en ancho de banda que puede conseguirse con elementos multicapa, la Figura 5 muestra la fase del campo reflejado (incidencia normal con polarizacion del campo electrico en la direccion de los dipolos) en funcion de la frecuencia para el elemento de las figuras 4A y 4B con los siguientes valores: lya=1.25 mm, lxa= 0.41 mm, E// = 3.1 (tg a// = 0.01), E. = 2.3 (tg a. = 0.02), Ev = 4.5 (tg a = 0.005), ha=0.25 mm, hb=0.05 mm, hva=hvb=0.2 mm, Ra=ha, Rb=hb, lda=0.75 mm, ldb=1 mm, wa=0.0625 mm y wb=0.1 mm, en el que la tension de control se varia de forma continua, produciendo una variacion tambien continua en la constante dielectrica del material. Como s e observa, m ediante l a co mbinacion ad ecuada d e l as resonancias, s e consigue u n ancho d e banda
significativamente mayor (30%) con un rango de fase de 300°. No obstante, aunque las prestaciones de este elemento son claramente superiores al de las figuras 2A y 2B, la variacion continua de las tensiones de control sigue presentando la problematica asociada a la inestabilidad de la constante dielectrica con la temperatura para los estados intermedios de los cristales liquidos. Esta problematica se subsana mediante el empleo de sistemas activos de control termico, aunque estos repercutiran en el coste de la antena.
En una segunda realizacion de la presente invencion, se propone una nueva estrategia de tensiones de control discretas en los elementos conductores que proporcionan valores de fase mucho mas estables y elimina la necesidad de un control termico en la antena, que consistente en aplicar a cada parche conductor en cada capa, una tension que varia de forma discreta entre varios valores multiplos de +Vc o de -Vc, es decir entre "N" veces Vc y menos "N" veces Vc, siendo N el multiplo maximo de Vc que se implementara con los circuitos de control (11) yVc una amplitud previamente definida que sea superior al umbral requerido para producir la alineacion de las moleculas del cristal liquido (maxima permitividad). De esta forma, la capa de cristal liquido 5a confinada entre dos capas de parches conductores y la capa de cristal liquido 5b confinada entre un parche conductor y el plano conductor trabajaran cada una unicamente en dos estados: 1) con las moleculas polarizadas en la direccion perpendicular a los parches conductores (maxima permitividad), cuando la diferencia de tension entre los dos conductores situados a ambos lados del cristal liquido es un multiplo de Vc; y 2) en el estado de reposo cuando los dos conductores situados a ambos lados del cristal liquido se encuentran a la misma tension. El hecho de utilizar multiplos de la tension Vc anade grados de libertad suficientes, de manera que se pueden polarizar los cristales liquidos situados debajo de cada parche conductor entre los dos estados mencionados de forma independiente, dando lugar a que la fase del campo reflejado en cada celda desfasadora varie entre un numero de estados igual a 2Np, siendo Np el numero de parches conductores en una celda desfasadora.
Segun l o e xpuesto, el el emento desf asador 3 a pr opuesto co mo p rimera i mplementacion en l a presente invencion dispone de cuatro estados de fase correspondientes a las cuatro combinaciones de los dos estados posibles de cada cristal liquido (5a, 5b), el estado de reposo cuando se aplica una tension de 0 V ("off"), y el estado que denominaremosestado depolarizacion ("on"), cuandoalcristal liquidose leaplica una tension ±nVc, siendonun numero entero que varia desde -N hasta N.
Mediante la estrategia de emplear (2N+1) niveles para las tensiones de control, (-NVc, ..,Vc, 0, Vc, .. +NVc), ademas de implementar la fase requeridaen cada celda desfasadora multicapa, se disponen de grados de libertad suficientes para establecer una diferencia de tension entre parches conductores adyacentes, de manera que en e l espacio entre las metalizaciones en la misma capa, yasea en el propioelemento desfasadoroentre elementos, las moleculas queden orientadas en el estado de reposo. Elhecho de que en esa region se consiga dicha orientacion molecular, hace que se reduzca el tiempo de conmutacion "on-offf, ya que las moleculas que se encuentran en las regiones co lindantes a l os parches conductores, al est ar en r eposo, i nducen s u m isma r eorientacion al r esto del volumen cuando se procede a la relajacion. Ha de tenerse en cuenta que cuando los valores de tension de control lo permitan, la estrategia de polarizacion optima es aquella en la que cada dipolo en el reflectarray se encuentre con un valor de tension en contrafase respecto a sus dipolos contiguos. En ese caso, para cualquier combinacion de estados existentes entre un dipolo y sus vecinos en una determinada capa, se consigue que las moleculas se orienten en estado de reposo en la region entre dipolos, produciendo la mejora en los tiempos de relajacion on-off, ya que la diferencia de tension existente entre dipolos produce en el espacio entre ellos un campo polarizado en la direccion de orientacion de las moleculas en reposo, sobre todo si las tensiones se encuentran en contrafase, situacion que genera una distribucion impar de campo electrico en el plano equidistante entre que separa los dos dipolos.
Una segunda implementacion de un elemento multi-resonante se muestra en las Figuras 6Ay 6B, donde se propone una celda desfasadora multicapa 3b compuesta por dos capas de cristal liquido (5c, 5d), y dos dipolos en cada una de las capas (4c, 4d, 4e, 4f) impresos sobre sendos substratos opticos (7c, 7d). Para este elemento desfasador 3b, las tensiones de control se aplican siguiendo el procedimiento descrito previamente, por lo que el par de dipolos entre capas, (4c, 4d), debe tomar los valores de tension respecto al plano de masa 9, (n1Vc,n2Vc), siendo n1 y n2 valores enteros entre -N y N que pueden ser iguales o distintos, para que los volumenes de cristales liquido bajo los dos dipolos se polaricen de forma adecuada, y los pares (4e,4f), deben tomar los valores de polarizacion (n3Vc, n4Vc), de manera que exista un diferencia de tension entre cada pareja de dipolos conductores adyacentes impresos sobre el mismo substrato para conseguir mejorar el tiempo de relajacion. Notese que la diferencia entre ambos elementos propuestos reside en el numero de estados que se pueden conseguir, yen el numero de resonancias existentesy de grados de libertad d isponibles para su co ntrol a l a hora co nseguir m ejores prestaciones en diversos estados. El el emento desfasador 3b proporciona 24=16 estados (4 bits) de fase frente a los 4 estados (2 bits) del elemento desfasador 3a, y el hecho de disponer de cuatro dipolos en lugar de dos permite, por un lado aumentar el numero de resonancias, y por otro, tener un control tanto de las primeras resonancias de cada dipolo, como de ciertos multiplos de algunas de ellas, ya que habria cuatro variables independientes mas que corresponden a las dimensiones de los dos nuevos dipolos. De esta forma, resulta factible conseguir anchos de banda mas elevados con mayor numero de estados.
La Figura � muestra la fase del campo reflejado (incidencia normal con polarizacion del campo electrico en la direccion de los dipolos) para el elemento desfasador 3b, polarizado de acu erdo con lo propuesto en l a presente invencion. Los valores dimensionales corresponden con lyb=1.25 mm, lxb= 0.83 mm, E// = 3.1 (tg a// = 0.01), E. = 2.3 (tg
a. = 0.02), Ev = 4.5 (tg a= 0.005), hc=hd=0.125 mm, hvc=hvd=0.2 mm, Rc=hc, Rd=hd, ldc=0.75 mm, ldd=1 mm, lde=0.6
mm, ldf=0.9 mm, wc=wd=we=wf=0.125 mm, mostrandose algunos de los 16 estados de fase posibles. Se consigue una respuesta lineal paratodos los estadosen un ancho de banda de un7%, quees muy superioral obtenido para celdas de una sola capa (un 1% para un rango de fase de 300 grados como se muestra en la Figura 3B), con la separacion de fase entre ellos adecuada al grado de discretizacion.
Generalizando el concepto propuesto en la presente invencion mediante los elementos desfasadores 3a y 3b, resultafactible la concepcion de celdas multi-resonantes con un numero arbitrario de cristales liquidos y elementos conductores p olarizados de forma i ndependiente. C on la est rategia d e po larizacion propuesta que impone e l uso unicamente de los estados extremos del cristal, el hecho de disponer de "c" capas de cristal liquido cada una de ellas con un numero de metalizaciones "m" que polarizan los cristales liquidos de forma independiente, proporcionaria un numero de estados "e" igual a e=2mc, permitiendo a su vez, como ya se ha visto, conseguir mayores prestaciones en cuanto a barrido electronico y ancho de banda de la antena reflectarray, y eliminar la problematica de la inestabilidad de los estados intermedios de permitividad de los cristales liquidos.
En las Figuras BA y BB se muestra una tercera implementacion de un elemento multicapa de acuerdo con la presente invencion 3c, que comprende 3 dipolos (4g, 4h, 4i; 4j, 4k, 4l) paralelos en cada capa de cristal liquido (5e, 5f) impresos sobre un substrato optico (7e, 7f), donde las tensiones de control se aplican siguiendo el procedimiento descrito previamente. Este elemento proporciona una discretizacion de 6 bits (64 estados), comunmente utilizada en la mayoria de las aplicaciones de barrido electronico, aunque, el numero de estados que es necesario sintetizar depende finalmente de las prestaciones de la antena que imponga cada aplicacion determinada.
En las configuraciones de antenas reflectarray con elementos multi-resonantes descritos anteriormente, cuando la aplicacion requiera un barrido electronico del haz en un solo plano, se pueden conectar todos los dipolos de cada fila del reflectarray mediante una linea de material resistivo, de manera que las tensiones de control se apliquen entre filas de d ipolos siguiendo e l pr ocedimiento d escrito pr eviamente, t al y como se m uestra en la Figura 1.. Est a implementacion tiene la ventaja de reducir enormemente el numero de tensiones de control (todos los elementos de una misma fila del reflectarray tienen la misma tension de control), y tiene gran utilidad en aplicaciones que requieran un barrido electronico del haz en un solo plano.
Respecto a las senales y circuitos de control 11 (Figura�.) que alimentan cada elemento del reflectarray, hay que mencionar que todas las lineas de control 10 se concentran en una zona externa a la region activa, mediante un unico conector 12 que consta de un pin de conexion 13 por cada elemento a controlar. Esos pines 13 proporcionan las senales de control adecuadas en cada elemento, que son obtenidas mediante un sistema de multiplexacion de reles 14 cuyas entradas son los valores de voltaje necesarios descritos en la presente invencion (-NVc, ., Vc, 0, Vc, ., NVc) en voltios. Al accionar los reles mediante las correspondientes senales de activacion, se generan las senales apropiadas en los pines de salida 13. La activacion de los reles corre a cargo de los bits de las palabras de salida en una tarjeta o caja tipica para adquisicion y procesado de datos (DAQ device) en formato TTL, procedente de un ordenador 15. La manera mas sencilla es que este dispositivo DAQ sea una caja conectada al puerto USB de un ordenador, aunque tambien puede ser una tarjeta especifica conectada dentro del ordenador 15. Los bits de control se configuran por un software desarrollado especificamente, que escribe en el puerto de salida de la tarjeta o caja USB 16 las "palabras" (conjuntos de bits de control) de acuerdo a los requisitos deseados de fase.
La fabricacion del reflectarray basado en celdas multicapa de cristal liquido se realiza empleando la tecnologia estandar empleada en la construccion de dispositivos multicapa de cristal liquido, que consiste en fabricar dispositivos independientes y pegarlos despues. Un dispositivo convencional de cristal liquido monocapa consiste en un sandwich formado por dos sustratos, qu e e n l a c ara i nterna d el sa ndwich poseen un el ectrodo y sobre el u na ca pa de alineamiento. Ambos sustratos se sellan mediante un cordon adhesivo dejando una separacion entre ellos. El cordon adhesivo delimita l a z ona activa q ue estara r ellena de cr istal l iquido. La se paracion ent re los vidrios se co ntrola introduciendo espaciadores que pueden estar situados en el area activa, en el cordon adhesivo o en ambos. En un dispositivo multicapa, los sustratos intermedios se pueden combinar en uno solo, generando un doble sandwich con tres sustratos y dos capas de cristal liquido intermedias. En esta configuracion, los sustratos exteriores poseen electrodo y capa de alineamiento en su cara interna, mientras que el sustrato intermedioposee capa de alineamiento en ambas caras, y d ependiendo d el dispositivo, p uede n o l levar electrodo, l levarlo en una d e l as caras, o en am bas. La configuracion multicapa propuesta en la presente invencion presenta una variacion muy importante con respecto a otros dispositivos multicapa r ealizados con a nterioridad: el p atron d e el ectrodos (4b; 4d, 4f ; 4j , 4k, 4l ) de u n su strato intermedio (7b,7d,7f) es diferente al patron de electrodos (4a; 4c, 4e; 4g, 4h, 4i) del sustrato superior (7a,7c,7e) y al del patron de electrodos 9 del sustrato inferior 17, mientras que habitualmente en los dispositivos multicapa de cristal liquido los patrones de electrodos son identicos en todas las capas y no interfieren con las senales electromagneticas. Sin embargo, en la presente invencion lospatrones de electrodos (4a, 4b; 4c, 4d, 4e, 4f; 4g, 4h, 4i, 4j, 4k, 4l) de cada sustrato intermedio 7b y del sustrato superior 7a estan formados por parches conductores resonantes, cuyas dimensiones se definen para mejorar las prestaciones del elemento desfasador. Una novedad de esta invencion es la inclusion de multiples dipolos resonantes en varias capas separadas por cristal liquido.
El reflectarray se puede co nstruir de f orma que el su strato i nferior 17 puede tener dep ositado un pl ano conductor 9 continuo o reticulado, para poder controlar la conmutacion del cristal liquido empleando las tensiones de
control aplicadas al sustrato inferior, asi como las tensiones aplicadas a los dos dipolos (4a, 4b; 4c, 4d, 4e, 4f; 4g, 4h, 4i, 4j, 4k, 4l).
El proceso de fabricacion se puede resumir de la siguiente manera (se hace referencia para ello a las Figuras 4A y 4B):
1) Preparacion de los sustratos:
-
Sustratos superior 7a e inferior 17: Se genera el patron de electrodos que consisten en una pluralidad de elementos conductores(4a) y lineas resistivas (10) para el substrato superior (7a) y en un plano conductor (9) para el substrato inferior (17) empleando procesos de fotolitografia estandar. En el caso de sustratos que inicialmente no posean capa de electrodo se pueden emplear procesos de deposicion combinados con lit-off. Se aplica sobre el sustrato, en la cara de los electrodos, una capa de alineamiento 6, que bien puede serpoliamida frotada, una capa de foto-alineamiento, o una capa de oxido depositada por evaporacion oblicua. La direccion de alineamiento sera tal que el plano de conmutacion del cristal liquido es perpendicular al eje largo de los dipolos.
-
Sustrato intermedio 7b: Unicamente una de las caras poseera electrodos que consisten en una pluralidad de elementos conductores (4b) y lineas resistivas (10). La creacion de los patrones del electrodo se realizara mediante fotolitografia o deposicion y lit-off, tal y como se ha descrito en el procedimiento para los sustratos inferior y superior. Posteriormente a la creacion del electrodo, se depositara una ca pa de alineamiento en ambas caras, mediante los procedimientos y direcciones de alineamiento descritos para los electrodos superior e inferior. La deposicion y tratamiento de las capas de alineamiento del sustrato intermedio pueden realizarse antes de comenzar el ensamblado, o bien realizar la deposicion y tratamiento en una de las caras antes de comenzar el ensamblado, y realizar la deposicion y tratamiento de la capa de alineamiento en la otra cara del sustrato intermedio una vez se ha ensamblado la cara tratada con el sustrato inferior o superior.
2) Ensamblado:
-
Primera cavidad de cristal liquido: El ensamblado se puede realizar comenzando desde el sustrato superior 7a o desde el sustrato inferior17. A continuacion se describira el ensamblado comenzando por la cavidad inferior de cristal liquido que es identica a las Figuras 2A y 2B. Se dispondran espaciadores de material dielectrico 8b, situados con una distribucion regular, sobre el sustrato inferior 17 asegurando que no interfieren con los elementos conductores (4b) que actuan como resonadores. Los espaciadores 8b pueden estar formados por fibras opticas, que se fijaran en el espacio situado entre los parches, alineadas con el eje largo de estos. Se depositara un cordon adhesivo fuera de la zona activa formada por el agrupamiento de elementos conductores, ensamblando yalineando el sustrato inferior 17 con el sustrato intermedio 7b, que poseera al menos una cara tratada, con la capa de alineamiento 6 colocada hacia el sustrato inferior 17. El cordon adhesivo se ha disenado de forma que selle tres de los cuatro lados del area activa dejando un lado abierto para el llenado. En este punto del ensamblado se puede llenar la primera cavidad con cristal liquido o realizar el llenado tras la finalizacion del ensamblado.
-
Segunda cavidad de cristal liquido: Si el sustrato intermedio 7b solo se trato con capa de alineamiento 6 en una de las caras (la que ha quedado en la cara interna de la cavidad ya ensamblada) es preciso tratar con capa de alineamiento 6la cara que queda expuesta antes de proseguir con el ensamblado. El ensamblado de la segunda cavidad continua con la colocacion regular de fibras opticas 8a sobre el sustrato intermedio 7b, asegurando que no interfieren conlos elementos conductores 4a. Las fibras se colocan enlos espacios entre los parchesconductores, alineadas con el eje largo de los mismos. Se depositara un cordon adhesivo fuera de la zona activa formada por el agrupamiento de elementos conductores, ensamblando y alineando el sustrato superior 7a (con la cara tratada hacia el cristal liquido 5a) con el sustrato intermedio 7b. En este punto se llenaran ambas cavidades con cristal liquido.
El proceso de llenado consiste en lo siguiente: se introduce el dispositivo en una camara donde se hace vacio. En la misma camara se ha introducido el cristal liquido. Cuando se han desgasificado el interior de las cavidades y el cristal liquido, se pone en contacto con el cristal liquido la abertura de las cavidades, de forma que el cristal liquido entra por capilaridad. Posteriormente se introduce presion atmosferica en la camara para asegurar el completo llenado y se sella la boca de llenado de las cavidades mediante un cordon adhesivo.
El llenado de ambas celdas puede realizarse de forma simultanea (como se ha descrito) o secuencial. Tambien se puede llenar la primera antes de completar el ensamblado de la segunda. Finalmente, los electrodos del dispositivo se co nectaran a l a electronica e xterna d e co ntrol empleando f lexbonding ( electrodo f lexible co nectado m ediante adhesivo conductor anisotropo) o wirebonding (hilo de oro).
Una vez fabricado el reflectarray 1 y los circuitos de control 11, se coloca dicha superficie en una estructura soporte18, compuesta por un sistemadesujecion planoy por un brazo 19, en cuyo extremose colocala bocina alimentadora 2 (ver figura 1).
Tal y como se ha visto en el estado de la tecnica anterior, el rango de frecuencias apropiado de aplicacion para una antena reflectarray de barrido electronico o reconfiguracion del haz basada en los elementos propuestos en esta
invencion cubre la banda de ondas milimetricas (desde 30 a 300 GHz) y el rengo de terahercios (desde 0.3 a 30 THz), mejorando en prestaciones (tiempos de conmutacion y perdidas) conforme se aumenta la frecuencia de funcionamiento. Para estos rangos de frecuencias, los tamanos de reflectarrays pueden variar de unos 10 cm de lado a unos pocos mm.
Las ventajas de la antena propuesta en la presente invencion frente a la tecnologia convencional de antenas reflectoras de barrido mecanico son:
•
Reduccion de peso, volumen y coste, al eliminar todas las partes que requieren movimiento mecanico y sustituirlas por un control electronico.
•
La t ecnologia de cr istales l iquidos es de baj o co ste, l o qu e r epercutira en una r educcion d e co stes, fundamentalmente para aplicaciones de muy alta frecuencia (>100 GHz).
•
La antena con control electronico tendramejores prestaciones que las de barrido mecanico, en cuanto a velocidad de barrido.
•
La antena propuesta ademas del barridoelectronico del haz, permiteconformar y reconfigurar el haz en tiempo real, lo que puede ser de gran utilidad para aplicaciones de reconstruccion de imagenes, antenas de comunicaciones avanzadas y antenas embarcadas en satelites de observacion de la tierra, o de comunicaciones.
Una posible aplicacion de la presente invencion se encuentra en la obtencion de imagenes de microondas en bandas milimetricas y submilimetricas para aplicaciones de seguridad y control no destructivo. Para esta aplicacion, la banda de frecuencia de milimetricas aporta una ventaja en el tamano del sistema reflectarray, siendo necesaria una agrupacion de unos 25x25 cm para obtener resoluciones del orden del centimetro a un metro de distancia. Para obtener el mismo nivel de resolucion en una b anda inferior, seria necesario incrementar considerablemente el tamano del reflectarray. La gran capacidad de integracion de los elementos del reflectarray permite agruparlos con una separacion lo suficientemente pequena como para evitar distorsiones de la imagen producidas por lobulos de difraccion. Gracias a la capacidad de apuntamiento controlable electronicamente del reflectarray se podrian obtener imagenes del torso de una persona en pocas decenas de segundos sin necesidad de movimiento mecanico. En este tipo de sistema de imagen activo el ancho de banda essumamente importante para poder tener resolucion en profundidad y limitar la incidencia del ruido coherente o 'speckle' que causa fluctuaciones indeseadas de brillo en la imagen de los sistemas activos de microondas. El impacto de la discretizacion de la variacion de fase que puede producir cada celda (numero de estados) es evidente a la hora de reconstruir la imagen. En el caso de disponer de un unico bit de discretizacion, es decir los estados 0° y 180°, los lobulos secundarios del haz producido por el reflectarray reducen notablemente el contraste de la imagen y hacen dificil la distincion de los distintos elementos que la componen. Sin embargo cuando se emplean dosytres bits, de acuerdo a la presente invencion, la mejora es substancial, atendiendo al compromiso necesario entre la calidad de la imagen reconstruida y la complejidad del sistema.
Una segunda aplicacion para la presente invencion se encuentra en sensores e instrumentos embarcados en satelites para observacion de la tierra y de la atmosfera, que trabajan en las bandas de milimetricas y submilimetricas. En particular se emplean radiometros pasivos para realizar estudios de la composicion atmosferica y del clima mediante una d eteccion r emota desd e el esp acio de l as senales electromagneticas procedentes de l a at mosfera. E n l os instrumentos actuales, el reflector realiza un barrido mecanico del haz en un rango de aproximadamente 5°, que es suficiente pararecorrer las distintas capas de la atmosfera. Sin embargo, los motores que se utilizan para rotar el reflector so n p esados, co nsumen m ucha p otencia y r equieren un a lubricacion esp ecial p ara o perar en el espacio durante largos periodos de tiempo. Los sistemas de barrido electronico del haz, como el descrito en la presente invencion, son una mejor opcion para estos instrumentos de observacion de la atmosfera. Una ventaja clave dela antena de barrido electronico propuesta en la presente invencion sobre otras antenas convencionales de barrido es que los procesos de fabricacion son similares a los utilizadas para la fabricacion de pantallas de LCD opticas, lo que daria lugar a antenasde barrido electronico de gran fiabilidad y de bajo coste en las bandas de ondas milimetricas (30-300 GHz) y de terahercios (0.3-30 THz).

Claims (12)

  1. REIVINDICACIONES
    1.- Antena reflectarray de haz reconfigurable para frecuencias en los rangos de terahercios y de ondas milimetricas, que comprende:
    -
    un reflectarray (1) que dispone de un agrupamiento de celdas desfasadoras (3a; 3b; 3c) dispuestas en una reticula plana, cada celda desfasadora (3a; 3b; 3c) comprendiendo:
    • una primera capa de cristal liquido (5b; 5d; 5f);
    •
    una primera capa de dielectrico (7b; 7d; 7f) con al menos un elemento conductor (4b; 4d,4f; 4j,4k,4l) impreso en la superficie de su cara inferior, la cual esta enfrentada a la cara superior de la primera capa de cristal liquido (5b; 5d; 5f);
    •
    por cada elemento conductor (4b; 4d,4f; 4j,4k,4l) de dicha primera capa de dielectrico (7b; 7d; 7f), una linea resistiva (10) conectada al correspondiente elemento conductor para la aplicacion de una tension de polarizacion de la primera capa de cristal liquido (5b; 5d; 5f);
    •
    un plano conductor (9) enfrentado a la cara inferior de la primera capa de cristal liquido (5b; 5d; 5f) soportado por un substrato (17) que actua como soporte rigido;
    •
    dos capas finas de alineamiento (6), una sobre la cara inferior de la capa de dielectrico (7b; 7d; 7f) y la otra sobre el plano conductor (9), para el alineamiento de las moleculas de cristal liquido en estado de reposo;
    disponiendo una pluralidad de dichas celdas desfasadoras de al menos un espaciador de material dielectrico (8b) entre la cara inferior de la capa de dielectrico (7b; 7d; 7f) y el plano conductor (9) para mantener uniforme el espesor del cristal liquido;
    -
    un alimentador primario (2) configurado para iluminar el agrupamiento de celdas desfasadoras (3a; 3b; 3c) del reflectarray (1);
    caracterizada par�uu� cada celda desfasadora (3a; 3b; 3c) comprende adicionalmente:
    -
    una segunda capa de cristal liquido (5a; 5c; 5e) cuya cara inferior esta dispuesta sobre la cara superior de la primera capa de dielectrico (7b; 7d; 7f), encontrandose esta recubierta por una fina capa de alineamiento (6);
    -
    una segundacapa de dielectrico (7a; 7c; 7e)conal menos un elemento conductor (4a; 4c, 4e;4g, 4h, 4i) impreso en la superficie de su cara inferior, la cual esta enfrentada a la cara superior de la segunda capa de cristal liquido (5a; 5c; 5e) y recubierta por una fina capa de alineamiento (6);
    -
    por cada elemento conductor (4a; 4c,4e; 4g,4h,4i) de dicha segunda capa de dielectrico (7a; 7c; 7e), una linea resistiva (10) conectada al correspondiente elemento conductor para la aplicacion de una tension de polarizacion de la segunda capa de cristal liquido (5a; 5c; 5e);
    disponiendo una pluralidad de dichas celdas desfasadoras de al menos un espaciador de material dielectrico (8a) entre la cara inferior de la segunda capa de dielectrico (7a; 7c; 7e) y la cara superior de la primera capa de dielectrico (7b; 7d; 7f) para mantener uniforme el espesor del cristal liquido;
    estando la antena reflectarray disenada para generar un haz colimado o conformado en una determinada direccion reconfigurable mediante el control electronico de la fase del campo reflejado en cada celda desfasadora (3a; 3b; 3c), efectuado mediante la aplicacion, a traves de las lineas resistivas (10), de tensiones de control entre cada elemento conductor (4a, 4b; 4c, 4e, 4d, 4f; 4g, 4h, 4i, 4j, 4k, 4l) y el plano conductor (9).
  2. 2.- Antena reflectarray de haz reconfigurable segun la reivindicacion 1, caracterizada par�uue comprende medios de control (11), que incluye al menos un circuito electronico y software de control, encargados de la aplicacion de una tension en cada linea resistiva (10) para la polarizacion de las capas de cristal liquido (5a, 5b; 5c, 5d; 5e, 5f) de las celdas desfasadoras (3a; 3b; 3c) de la antena.
  3. 3.- Antena reflectarray de haz reconfigurable segun la reivindicacion 2, caracterizada par�uue los medios de control (11) estan configurados para aplicar una tension continua o de baja frecuencia de forma independiente a cada elemento conductor (4a; 4b; 4c; 4e; 4d; 4f; 4g; 4h; 4i; 4j; 4k; 4l), cuya amplitud varia de forma continua entre dos valores extremos previamente definidos, uno positivo y otro negativo (+Vm y -Vm), estando los valores de la tension de control definidos en cada elemento conductor para obtener en cada celda desfasadora (3a; 3b; 3c) el valor de fase previamente definido para realizar un barrido o reconfiguracion del haz.
  4. 4.- Antena reflectarray de haz reconfigurable segun la reivindicacion 2, caracterizada par�uue los medios de control (11) estan configurados para aplicar de manera independiente en cada elemento conductor (4a; 4b; 4c; 4e; 4d;
    4f; 4g; 4h; 4i; 4j; 4k; 4l) una tension K•Vc + C, siendo K un numero entero dependiente del elemento conductor que se trate y del diagrama de radiacion deseado, Vc una tension continua o de baja frecuencia con un nivel de amplitud determinado que produce un estado de maxima polarizacion en la capa de cristal liquido proxima al elemento conductor correspondiente, y C un valor constante determinado.
  5. 5.- Antena reflectarray de haz reconfigurable segun la reivindicacion 4, caracterizada par�uue los medios de control (11) estan configurados para mantener una diferencia de tension de amplitud al menos Vc entre elementos conductores adyacentes en la misma capa para reducir el tiempo de transicion al estado de reposo.
  6. 6.- Antena reflectarray de haz reconfigurable segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada par uue los medios de control (11) estan configurados para aplicar de manera independiente en cada elemento conductor (4a, 4b; 4c, 4e, 4d, 4f; 4g, 4h, 4i, 4j, 4k, 4l) una tension de control para producir un haz colimado que realiza un barrido electronico en dos dimensiones en un margen de angulos predeterminado.
  7. 7.- Antena reflectarray de haz reconfigurable segun cualquiera de las reivindicaciones ant eriores, caracterizada paru ue cada ce lda desf asadora ( 3a; 3 b; 3c) co mprende a dicionalmente un a es tructura r esonante dispuesta so bre l a ca ra su perior d e l a se gunda ca pa d e di electrico ( 7a; 7c; 7e) , co mprendiendo di cha estructura resonante al menos un conjunto resonante, cada conjunto resonante formado por:
    -
    una capa de cristal liquido cuya cara inferior queda situada mas cercana a la segunda capa de dielectrico (7a; 7c; 7e), encontrandose esta recubierta por una fina capa de alineamiento (6) en su cara superior;
    -
    una capa de dielectrico con al menos un elemento conductor impreso en la superficie de su cara inferior, la cual esta enfrentada a la cara superior de dicha capa de cristal liquido y recubierta por una fina capa de alineamiento (6);
    -
    por c ada e lemento co nductor de di cha ca pa d e dielectrico, un a linea resistiva (10) co nectada al correspondiente elemento conductor para la aplicacion de una tension de po larizacion de la capa de cr istal liquido mediante los medios de control (11).
  8. 8.- Antena reflectarray de haz reconfigurable segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde cada capa de dielectrico (7a, 7b, 7c, 7d, 7e, 7f) comprende una pluralidad de elementos conductores (4d,4f; 4j,4k,4l) impresos en la superficie de su cara inferior.
  9. 9.- Antena reflectarray de haz reconfigurable segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada�paruue las celdas desfasadoras (3a; 3b; 3c) estan dispuestas en una de las siguientes disposiciones: una reticula rectangular, una reticula cuadrada, una reticula triangular, una reticula hexagonal.
  10. 10.- Antena reflectarray de haz reconfigurable s egun cu alquiera de l as reivindicaciones anteriores, caracterizada�paruue los elementos conductores (4a; 4b; 4c; 4e; 4d; 4f; 4g; 4h; 4i; 4j; 4k; 4l) del reflectarray (1) tienen una de las formas siguientes: rectangular, cuadrada, cruciforme, eliptica, poligonal.
  11. 11.- Antena reflectarray d e haz reconfigurable s egun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada�paruue los elementos conductores (4a; 4b; 4c, 4e; 4d, 4f; 4g, 4h, 4i; 4j, 4k, 4l) impresos en un lado de cada capa de dielectrico (7a; 7b; 7c; 7d; 7e; 7f) en las celdas desfasadoras (3a; 3b; 3c) dispuestas en una misma fila se encuentran conectados mediante una linea resistiva (10), que se emplea para introducir la misma tension de control en todos los elementos conductores de una misma fila y una misma capa mediante los medios de control (11) que estan configurados para generar un haz enfocado que realiza un barrido electronico en unplanodentro de un margen de angulos predeterminado.
    OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS
    N.º solicitud: 201031857
    ESPAÑA
    Fecha de presentación de la solicitud: 16.12.2010
    Fecha de prioridad:
    INFORME SOBRE EL ESTADO DE LA TECNICA
    51 Int. Cl. : H01Q3/46 (2006.01) G02F1/1333 (2006.01)
    DOCUMENTOS RELEVANTES
    Categoría
    56 Documentos citados Reivindicaciones afectadas
    A
    WENFEI HU et al.. "Design and Measurement of Reconfigurable Millimeter Wave Reflectarray Cells With Nematic Liquid Crystal". IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION, 20081001 IEEE SERVICE CENTER, PISCATAWAY, NJ, US. Vol. 56 , No. 10, Pages: 3112 -3117. XP011235406 ISSN 0018-926X 1-11
    A
    A SAYGIN BILDIK et al.. "Tunable liquid crystal reflectarray with rectangular elements". German Microwave Conference, 2010, 20100315 IEEE, Piscataway, NJ, USA. Pages: 1 -4. XP031699493 ISBN 978-1-4244-4933-0; ISBN 1-4244-4933-2. 1-11
    Categoría de los documentos citados X: de particular relevancia Y: de particular relevancia combinado con otro/s de la misma categoría A: refleja el estado de la técnica O: referido a divulgación no escrita P: publicado entre la fecha de prioridad y la de presentación de la solicitud E: documento anterior, pero publicado después de la fecha de presentación de la solicitud
    El presente informe ha sido realizado • para todas las reivindicaciones • para las reivindicaciones nº:
    Fecha de realización del informe 28.05.2012
    Examinador J. Botella Maldonado Página 1/4
    INFORME DEL ESTADO DE LA TÉCNICA
    Nº de solicitud: 201031857
    Documentación mínima buscada (sistema de clasificación seguido de los símbolos de clasificación) H01Q, G02F Bases de datos electrónicas consultadas durante la búsqueda (nombre de la base de datos y, si es posible, términos de
    búsqueda utilizados) INVENES, EPODOC, WPI, NPL, XPESP, XPAIP, XPI3E, INSPEC.
    Informe del Estado de la Técnica Página 2/4
    OPINIÓN ESCRITA
    Nº de solicitud: 201031857
    Fecha de Realización de la Opinión Escrita: 28.05.2012
    Declaración
    Novedad (Art. 6.1 LP 11/1986)
    Reivindicaciones Reivindicaciones 1-11 SI NO
    Actividad inventiva (Art. 8.1 LP11/1986)
    Reivindicaciones Reivindicaciones 1-11 SI NO
    Se considera que la solicitud cumple con el requisito de aplicación industrial. Este requisito fue evaluado durante la fase de examen formal y técnico de la solicitud (Artículo 31.2 Ley 11/1986).
    Base de la Opinión.-
    La presente opinión se ha realizado sobre la base de la solicitud de patente tal y como se publica.
    Informe del Estado de la Técnica Página 3/4
    OPINIÓN ESCRITA
    Nº de solicitud: 201031857
    1. Documentos considerados.-
    A continuación se relacionan los documentos pertenecientes al estado de la técnica tomados en consideración para la realización de esta opinión.
    Documento
    Número Publicación o Identificación Fecha Publicación
    D01
    WENFEI HU et al.. "Design and Measurement of Reconfigurable Millimeter Wave Reflectarray Cells With Nematic Liquid Crystal". IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION, 20081001 IEEE SERVICE CENTER, PISCATAWAY, NJ, US. Vol. 56 , No. 10, Pages: 3112 -3117. XP011235406 ISSN 0018-926X
    D02
    A SAYGIN BILDIK et al.. "Tunable liquid crystal reflectarray with rectangular elements". German Microwave Conference, 2010, 20100315 IEEE, Piscataway, NJ, USA. Pages: 1 -4. XP031699493 ISBN 978-1-4244-4933-0 ; ISBN 1-4244-4933-2.
  12. 2. Declaración motivada según los artículos 29.6 y 29.7 del Reglamento de ejecución de la Ley 11/1986, de 20 de marzo, de Patentes sobre la novedad y la actividad inventiva; citas y explicaciones en apoyo de esta declaración
    El documento D01 presenta una antena reflectarray formada por una retícula de células desfasadoras impresas en la cara inferior de una primera capa de cuarzo separada de un substrato de silicio en cuya cara superior se deposita una capa metálica para plano de masa. Las capas de polímero de alineamiento se forman sobre las capas conductoras y el espacio entre silicio y cuarzo se sella y rellena de cristal líquido. Se aplica un mismo voltaje a todas las celdas de la retícula conectando las columnas a un mismo terminal.
    El documento D02 presenta una antena reflectarray para la banda ka de microondas con una estructura semejante a la del documento D01 y constituida por una retícula de 16x16 parches rectangulares espaciados 0´55 la longitud de onda. Consideramos que ninguno de estos documentos anticipa la invención tal como se presenta en las reivindicaciones de la 1ª a la 11ª ni hay en ellos sugerencias que dirijan al experto en la materia hacia el objeto reivindicado en las citadas reivindicaciones.
    Por lo tanto la invención tal como se reivindica en las reivindicaciones de la 1ª a la 11ª posee novedad y actividad inventiva.
    Informe del Estado de la Técnica Página 4/4
ES201031857A 2010-12-16 2010-12-16 Antena reflectarray de haz reconfigurable para frecuencias en los rangos de terahercios y de ondas milimétricas. Active ES2388213B2 (es)

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