ES2428323T3 - Antena reflectora dual de pantalla giratoria - Google Patents

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ES2428323T3 ES08006241T ES08006241T ES2428323T3 ES 2428323 T3 ES2428323 T3 ES 2428323T3 ES 08006241 T ES08006241 T ES 08006241T ES 08006241 T ES08006241 T ES 08006241T ES 2428323 T3 ES2428323 T3 ES 2428323T3
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Daniel T. Mcgrath
Wu Kuang-Yu
Matthew Fassett
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Abstract

Un sistema (10) para guiar un haz, que comprende: un reflector principal (36), operable para: recibir una señal desde un sub-reflector (24); y reflejar la señal en una dirección de reflejo un prisma (32) acoplado a el reflector principal (36) y operable para: refractar la señal en una dirección de refracción; y uno o más motores (40a, 40b) acoplados a al menos uno del reflector principal (36) o el prisma (32) y operablespara: ajustar una orientación relativa entre el reflector principal (36) y el prisma (32) para cambiar una orientaciónrelativa entre la dirección de reflejo y la dirección de refracción para guiar un haz resultante de la señalcaracterizado por que el reflector principal tiene un patrón asimétrico (110) que produce una dirección de reflejodistinta de un eje del haz principal (50).

Description

Antena reflectora dual de pantalla giratoria
Campo técnico
Esta invención se refiere, en general, al campo de los sistemas de antena y más específicamente, a una antena reflectora dual de pantalla giratoria.
Antecedentes
Los sistemas de antena usan antenas para transmitir señales para comunicar información. Los sistemas de antena conocidos pueden usar antenas reflectoras o antenas ranuradas de guía de ondas. Un ejemplo de un sistema de antena conocido puede hallarse en el documento DE 886 163, que tiene un disco usado conjuntamente con una parábola. Algunos de estos sistemas de antena conocidos, sin embargo, encuentran dificultades. Como ejemplo, un sistema de antena puede requerir motores complicados para mover piezas pesadas de la antena a lo largo de dos ejes, para dirigir un haz de señales. Como otro ejemplo, el movimiento puede requerir que piezas de la antena sean flexibles o plegables. Como otro ejemplo más, el movimiento de las piezas dentro de la cúpula de radar de la antena puede limitar el tamaño de la antena, lo que puede limitar la ganancia de la antena.
Sumario de la divulgación
Es un objeto de la presente invención proporcionar un sistema y procedimiento para guiar un haz de una antena reflectora dual. Este objeto puede lograrse por las características, según se definen en las reivindicaciones independientes. Los realces adicionales están caracterizados en las reivindicaciones dependientes.
De acuerdo a la presente invención, las desventajas y problemas asociados a las técnicas anteriores para guiar un haz de una antena reflectora dual pueden reducirse o eliminarse.
Según una realización de la presente invención, un sistema para guiar un haz incluye un reflector principal que tiene un patrón asimétrico que recibe una señal desde un sub-reflector y que refleja la señal en una dirección de reflejo. El patrón asimétrico produce una dirección de reflejo distinta a un eje del haz principal. Un prisma refracta la señal en una dirección de refracción. Uno o más motores ajustan una orientación relativa entre el reflector principal y el prisma para cambiar una orientación relativa entre la dirección de reflejo y la dirección de refracción, para guiar un haz resultante de la señal.
Ciertas realizaciones de la invención pueden proporcionar una o más ventajas técnicas. Una ventaja técnica de una realización puede ser que la orientación relativa de un prisma y la de un reflector principal pueden cambiarse girándolos alrededor de un eje. Los motores usados para girar el prisma y el reflector principal pueden ser más sencillos y menos caros que los motores usados para desplazar un reflector parabólico en múltiples direcciones.
Ciertas realizaciones de la invención pueden no incluir ninguna de, o incluir algunas de, o todas, las anteriores ventajas técnicas. Otras (una o más) ventajas técnicas pueden ser inmediatamente evidentes para alguien experto en la técnica, a partir de las figuras, las descripciones y las reivindicaciones incluidas en la presente memoria.
Breve descripción de los dibujos
Para una comprensión más completa de la presente invención y de sus características y ventajas, se hace ahora referencia a la siguiente descripción, considerada conjuntamente con los dibujos adjuntos, en los que:
las FIGURAS 1A y 1B ilustran una realización de un sistema para transmitir y recibir señales;
la FIGURA 2 ilustra una realización de un reflector principal que puede ser usado con el sistema de la FIGURA 1;
la FIGURA 3 ilustra una vista ampliada de un patrón ejemplar que puede ser usado con los reflectores principales de la FIGURA 2; y
la FIGURA 4 ilustra una realización de un prisma que puede ser usado con el sistema de la FIGURA 1.
Descripción detallada de los dibujos
Las realizaciones de la presente invención y sus ventajas, se entienden mejor refiriéndose a las FIGURAS 1A a 4 de los dibujos, siendo usados números iguales para partes iguales y correspondientes de los diversos dibujos.
Las FIGURAS 1A y 1B ilustran una realización de un sistema 10 para transmitir señales. La FIGURA 1A es una vista en perspectiva seccionada del sistema 10 y la FIGURA 1B es una vista transversal del sistema 10. Según la
realización ilustrada, el sistema 10 incluye una alimentación de antena 20, un sub-reflector 24, un soporte 28 de sub-reflector, un soporte principal 30, un prisma 32, un reflector principal 36 y los motores 40a a 40b acoplados según se muestra. El sistema 10 puede tener un eje del haz principal 50 y un eje transversal 52. El eje del haz principal 50 puede ser definido por una línea desde un punto esencialmente central de la alimentación de antena 20 hasta un punto esencialmente central del sub-reflector 24. El eje transversal 52 es perpendicular al eje del haz principal 50. Un eje 52a del reflector principal está definido por el plano del reflector principal 36 y un eje 52b de prisma está definido por el plano del prisma 32.
En una realización del funcionamiento, la alimentación de antena 20 dirige señales desde un oscilador de señales hacia el sub-reflector 24. El sub-reflector 24 refleja las señales hacia el prisma 32. El prisma 32 refracta las señales en una dirección de refracción y el reflector principal 36 refleja las señales en una dirección de reflejo de vuelta a través del prisma 32. Las direcciones de refracción y de reflejo afectan a la dirección del haz y pueden ser cambiadas para guiar el haz. Los motores 40a a 40b giran el prisma 32 y el reflector principal 36 para cambiar las direcciones de refracción y de reflejo, para guiar el haz.
En la realización ilustrada, la alimentación de antena 20 puede estar situada esencialmente alrededor del eje 50 y puede tener cualquier forma o tamaño adecuados. La alimentación de antena 20 puede generar un haz con una sección transversal esencialmente circular, con un ancho de haz comparable a la extensión angular del subreflector medida desde la abertura de la alimentación. La alimentación de antena 20 puede comprender una alimentación compacta de antena, tal como una alimentación de guía de onda abierta, de cuerno, o de pequeña formación. En una realización, no se requiere que la alimentación de antena 50 se desplace para orientar el haz resultante.
El sub-reflector 24 refleja las señales hacia el reflector principal 36. El sub-reflector 24 puede comprender cualquier material adecuado operable para reflejar señales, por ejemplo, un material metálico o recubierto de metal. El subreflector 24 puede tener cualquier tamaño y forma adecuados, por ejemplo, una forma esencialmente circular con un diámetro de más de cinco longitudes de onda.
El soporte 28 de sub-reflector acopla el sub-reflector 24 con el soporte principal 30 y puede dar soporte al subreflector 24 de modo que el sub-reflector 24 reciba satisfactoriamente señales desde la alimentación de antena 20 y refleje las señales hacia el reflector principal 36. El soporte 28 de sub-reflector puede comprender cualquier material adecuado, por ejemplo, un material dieléctrico o un metal de baja densidad y de baja pérdida. El soporte 28 de sub-reflector puede tener cualquier forma adecuada, por ejemplo, una forma esencialmente cónica con un diámetro más pequeño esencialmente similar al diámetro del sub-reflector 24 y un diámetro más grande, esencialmente similar el diámetro del soporte principal 30. El soporte 30 de sub-reflector puede comprender un armazón o componentes de compresión.
El soporte principal 30 proporciona soporte para los motores 40a a 40b, la alimentación 20 y/o el soporte 28 de sub-reflector. El soporte principal 30 puede ser usado para montar el sistema 10 en una estructura tal como un edificio o vehículo.
El prisma 32 refracta las señales reflejadas desde el sub-reflector 24 y desde el reflector principal 36 en una dirección de refracción. El prisma 32 puede tener cualquier forma y tamaño adecuados, por ejemplo, una forma esencialmente circular con un diámetro determinado según el ancho de haz de antena deseado. Un ejemplo del prisma 32 está descrito con más detalle con referencia a la FIGURA 4.
El reflector principal 36 refleja las señales refractadas por el prisma 32 de vuelta a través del prisma 32. Las señales se reflejan en una dirección de reflejo que puede ser distinta al eje 50. Según una realización, el reflector principal 36 puede comprender un sustrato 39 que tenga un patrón definido sobre una superficie 38 desde la que se reflejan las señales. Por ejemplo, el reflector principal 36 puede comprender una placa de circuitos impresos con una superficie selectiva de frecuencia (FSS). Un ejemplo del reflector principal 36 está descrito con más detalle con referencia a las FIGURAS 2 y 3.
Las direcciones de refracción y de reflejo afectan al ángulo del haz con respecto al eje 50. Si las direcciones de refracción y de reflejo son la misma, el haz se orienta en un ángulo máximo, por ejemplo, de aproximadamente 45 grados, con respecto al eje 50. Si las direcciones de refracción y de reflejo son opuestas, se cancelan entre sí y el haz es orientado a lo largo del eje 50.
Las direcciones ! y ∀ del haz pueden ser descritas con coordenadas esféricas (r, !, ∀), donde ! representa el ángulo con respecto al eje 50 y ∀ representa el ángulo con respecto al eje 52, por las siguientes ecuaciones:
! = sen-1 + 2 sen # cos
# = sen-1 (0,5 sen !max)
donde !max representa el máximo ángulo con respecto al eje 50, ∃ representa el ángulo entre el eje 52a del reflector principal y el eje transversal 52 y % representa el ángulo entre el eje 52b del prisma y el eje transversal 52.
Los motores 40 cambian las posiciones del prisma 32 y del reflector principal 36 y la orientación relativa entre el prisma 32 y el reflector principal 36, para guiar el haz. En una realización, uno o más motores 40 pueden girar el prisma 32 y/o el reflector principal 36. Un motor 40 puede funcionar en la periferia del objeto que está girando, lo que puede permitir un diseño compacto del sistema 10. Componentes adecuados cualesquiera pueden ser girados conjuntamente. Por ejemplo, el sub-reflector 24 y el soporte 28 de sub-reflector pueden girar, bien con el prisma 32
o bien con el reflector principal 36.
Cualquier número o configuración adecuada de los motores 40 puede desplazar el prisma 32 y/o el reflector principal 36. Según la realización ilustrada, un motor 40a de prisma desplaza el prisma 32 y un motor 40b de reflector principal desplaza el reflector principal 36. Un motor 20 puede comprender cualquier motor adecuado y los motores 40a a 40b pueden ser esencialmente similares o distintos. Según una realización, el motor 40 comprende un motor de fuerza de torsión de control directo.
Pueden hacerse modificaciones, agregados u omisiones al sistema 10 sin apartarse del alcance de la invención. Los componentes del sistema 10 pueden estar integrados o separados. Por ejemplo, el oscilador 18 de señales puede estar separado del resto del sistema 10, pero puede estar acoplado con la alimentación de antena 20 mediante un enlace. Además, las operaciones del sistema 10 pueden ser llevadas a cabo por más, menos u otros componentes. Por ejemplo, las operaciones de los motores 40a a 40b pueden ser realizadas por un componente, o bien las operaciones del prisma 32 pueden ser realizadas por más de un componente. Según se usa en este documento, la palabra “cada” se refiere a cada miembro de un conjunto o a cada miembro de un subconjunto de un conjunto.
El sistema 10 puede ser usado para cualquier aplicación adecuada. Por ejemplo, el sistema 10 puede ser usado para sistemas que usan antenas de alta ganancia (de haz estrecho), tales como ciertos sistemas de radar y de telecomunicaciones.
La FIGURA 2 ilustra una realización de un reflector principal 36 que puede ser usado con el sistema 10 de la FIGURA 1. El reflector principal 36 tiene un patrón 110 que refleja señales. Las variaciones en las fases del reflejo superficial pueden imitar variaciones en el retardo del trayecto. Por ejemplo, las variaciones parabólicas en el retardo de fase pueden permitir que la superficie imite un reflector que tiene una forma parabólica.
El reflector principal 36 tiene un patrón asimétrico 110 operable para reflejar señales en una dirección de reflejo que difiere del eje 50. Según la realización ilustrada, el patrón 110 comprende zonas de fase definidas por las elipses concéntricas 112. Los centros 114 de las elipses 112 pueden estar en puntos distintos al centro 116 del reflector 36.
Pueden hacerse modificaciones, agregados u omisiones en los patrones 110 sin apartarse del alcance de la invención. Los patrones 110 pueden incluir más, menos u otros elementos. Adicionalmente, los elementos pueden colocarse en cualquier disposición adecuada.
La FIGURA 3 ilustra una vista ampliada de un patrón ejemplar 110 que puede usarse con los reflectores principales 36 de la FIGURA 2. El patrón 110 incluye elementos dipolares 120 cruzados intercalados y elementos 124 dipolares lineales. Las longitudes de los elementos 120 y 124 controlan la fase del reflejo superficial. Las partes 130 con elementos dipolares más largos reflejan con una fase distinta a las partes 134 con elementos dipolares más cortos. La combinación de los elementos dipolares 120 cruzados y los elementos dipolares 124 lineales puede permitir una variación de 360 grados en la fase de reflejo, que corresponde a una longitud de onda en la frecuencia central del diseño.
Pueden hacerse modificaciones, agregados u omisiones en el patrón 110 sin apartarse del alcance de la invención. El patrón 110 puede incluir más, menos u otros elementos. Adicionalmente, los elementos pueden colocarse en cualquier disposición adecuada.
La FIGURA 4 ilustra una realización del prisma 32 que puede usarse con el sistema 10 de la FIGURA 1. El prisma 32 puede comprender una capa refractante 210 y una capa anti-reflectora 220. La capa refractante 210 puede comprender cualquier material adecuado operable para refractar las señales. Por ejemplo, la capa refractante 210
5 puede comprender un material dieléctrico.
Según una realización, el prisma 32 puede tener un espesor constante a lo largo de un eje 230 y un perfil escalonado de cualquier número adecuado de escalones 214 de zona, como un lente de Fresnel, a lo largo del eje 52b. Un perfil escalonado puede tener un espesor reducido en cada escalón 214. El espesor puede reducirse, por ejemplo, en múltiplos aproximadamente enteros de una longitud de onda en el material dieléctrico en la frecuencia
10 central del diseño. Los escalones 214 de zona pueden aparecer en incrementos uniformes o no uniformes.
Según una realización, el prisma 32 puede tener una capa 220 anti-reflectora que puede reducir el reflejo de las señales desde el prisma 32. La capa 220 anti-reflectora puede tener un índice refractario que esté aproximadamente entre el del aire y el del material de la capa refractaria 210. La capa anti-reflectora 220 puede comprender un revestimiento continuo o franjas individuales.
15 En una realización, el prisma 32 puede enfocar señales. El prisma 32 puede tener una variación de espesor que sea cuadrática en el radio medido desde el eje del haz principal 50. En la realización, los escalones de zona pueden tener contornos elípticos en lugar de lineales. Esto puede reducir la fuerza de los lóbulos laterales producidos por los escalones de zona.
Pueden hacerse modificaciones, agregados u omisiones en el prisma 32 sin apartarse del alcance de la invención.
20 Los componentes del prisma 32 pueden estar integrados o separados. Además, las operaciones del prisma 32 pueden realizarse por más, menos u otros componentes.
Aunque la presente divulgación ha sido descrita en términos de ciertas realizaciones, las alteraciones y permutaciones de las realizaciones serán evidentes para los expertos en la técnica. En consecuencia, la anterior descripción de las realizaciones no constriñe esta divulgación. Otros cambios, sustituciones y alteraciones son
25 posibles sin apartarse del alcance de esta divulgación, según lo definido por las siguientes reivindicaciones.

Claims (18)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Un sistema (10) para guiar un haz, que comprende: un reflector principal (36), operable para: recibir una señal desde un sub-reflector (24); y reflejar la señal en una dirección de reflejo un prisma (32) acoplado a el reflector principal (36) y operable para: refractar la señal en una dirección de refracción; y uno o más motores (40a, 40b) acoplados a al menos uno del reflector principal (36) o el prisma (32) y operables
    para:
    ajustar una orientación relativa entre el reflector principal (36) y el prisma (32) para cambiar una orientación relativa entre la dirección de reflejo y la dirección de refracción para guiar un haz resultante de la señal caracterizado por que el reflector principal tiene un patrón asimétrico (110) que produce una dirección de reflejo
    distinta de un eje del haz principal (50).
  2. 2. El sistema (10) de la reivindicación 1, en el que:
    al menos uno de el reflector principal (36) o el prisma (32) es operable para girar esencialmente alrededor de un eje del haz principal (50); y el uno o más motores (40a, 40b) son operables para ajustar la orientación relativa entre el reflector principal (36) y
    el prisma (32) por: girando el al menos uno del reflector principal (36) o el prisma (32) alrededor del eje del haz principal(50).
  3. 3.
    El sistema (10) de la reivindicación 1 o 2, en el que el reflector principal (36) que comprende adicionalmente una placa de circuitos impresos con una superficie selectiva de frecuencia (FSS) modelada en el patrón asimétrico (110).
  4. 4.
    El sistema (10) según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el reflector principal (36) tiene un patrón que comprende:
    una pluralidad de elementos dipolares lineales (124); y una pluralidad de elementos dipolares cruzados (120).
  5. 5.
    El sistema (10) según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el prisma (32) que comprende:
    una pluralidad de escalones (214) de zona; y una capa anti-reflectora (220) operable para reducir el reflejo de la señal desde el prisma (32).
  6. 6.
    El sistema (10) según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el uno o más motores (40a, 40b) que comprende al menos uno de:
    un motor de prisma (32) operable para desplazar el prisma (32); y un motor de reflector principal (36) operable para desplazar el reflector principal (36).
  7. 7.
    El sistema (10) según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el uno o más motores (40a, 40b) que comprende:
    un motor que opera esencialmente en una periferia del reflector principal (36).
  8. 8.
    El sistema (10) según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el prisma (32) es operable para refractar la señal en una dirección de refracción por:
    refractando la señal una pluralidad de veces.
  9. 9.
    El sistema (10) según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, comprendiendo adicionalmente el sub-reflector (24), el sub-reflector (24) operable para:
    recibir la señal desde una alimentación de antena (20); y reflejar la señal.
  10. 10.
    Un procedimiento para guiar un haz, que comprende: recibir en un reflector principal (36) una señal desde un sub-reflector (24); reflejar la señal desde el reflector principal (36) en una dirección de reflejo; refractar en un prisma (32) la señal en una dirección de refracción; y ajustar por uno o más motores (40a, 40b) una orientación relativa entre el reflector principal (36) y el prisma (32)
    para cambiar una orientación relativa entre la dirección de reflejo y la dirección de refracción para guiar un haz
    resultante de la señal caracterizado por que el reflector principal tiene un patrón asimétrico por el que la etapa del reflejo produce una dirección de reflejo distinta de un eje del haz principal (50).
  11. 11. El procedimiento de la reivindicación 10, en el que:
    al menos uno del reflector principal (36) o el prisma (32) es operable para girar esencialmente alrededor de un eje del haz principal (50); y ajustar por el uno o más motores (40a, 40b) la orientación relativa entre el reflector principal (36) y el prisma (32)
    que comprende adicionalmente: girar el al menos uno del reflector principal (36) o el prisma (32) alrededor del eje del haz principal (50).
  12. 12.
    El procedimiento de la reivindicación 10 u 11, en el que el reflector principal (36) que comprende adicionalmente una placa de circuitos impresos con una superficie selectiva de frecuencia (FSS) modelada en el patrón asimétrico (110).
  13. 13.
    El procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 10 a 12 precedentes, en el que el reflector principal (36) tiene un patrón que comprende:
    una pluralidad de elementos dipolares lineales (124); y una pluralidad de elementos dipolares cruzados (120).
  14. 14.
    El procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 10 a 13 precedentes, en el que el prisma (32) que comprende:
    una pluralidad de escalones (214) de zona; y una capa anti-reflectora (220) operable para reducir el reflejo de la señal desde el prisma (32).
  15. 15.
    El procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 10 a 14 precedentes, en el que el ajuste por el uno o más motores (40a, 40b) la orientación relativa entre el reflector principal (36) y el prisma (32) que comprende adicionalmente al menos uno de:
    desplazar el prisma (32) usando un motor de prisma (32); y
    desplazar el reflector principal (36) usando un motor de reflector principal (36).
  16. 16.
    El procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes 10 a 15, en el que el uno o más motores (40a, 40b) que comprende:
    un motor que opera esencialmente en una periferia del reflector principal (36).
  17. 17.
    El procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 10 a 16 precedentes, en el que la refracción en un prisma (32) la señal en la dirección de refracción que comprende adicionalmente:
    refractar la señal una pluralidad de veces.
  18. 18.
    El procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 10 a 17 precedentes, que comprende adicionalmente:
    recibir en el sub-reflector (24) la señal desde una alimentación de antena (20); y reflejar la señal desde el sub-reflector (24).
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