ES2622128T3 - Antena con flexibilidad de misión, satélite que consta de dicha antena y procedimiento de control del cambio de misión de dicha antena - Google Patents

Antena con flexibilidad de misión, satélite que consta de dicha antena y procedimiento de control del cambio de misión de dicha antena Download PDF

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ES2622128T3
ES2622128T3 ES10164320.3T ES10164320T ES2622128T3 ES 2622128 T3 ES2622128 T3 ES 2622128T3 ES 10164320 T ES10164320 T ES 10164320T ES 2622128 T3 ES2622128 T3 ES 2622128T3
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Pierre Bosshard
Philippe Lepeltier
Serge Depeyre
Gilles Navarre
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Abstract

Antena con flexibilidad de misión que consta de un reflector y al menos de una primera fuente (F1) y de una segunda fuente (F2) de señales de radiofrecuencia dispuestas delante del reflector, presentando el reflector (10) un foco y presentando cada fuente un centro de fase, en la cual las fuentes (F1, F2) son independientes, fijas y están conectadas a unas cadenas (RF1, RF2) de alimentación de radiofrecuencia distintas que definen unas características de polarización y/o de frecuencia de funcionamiento diferentes y predefinidas, constando la antena además de unos medios (M1, M2, M3) de desplazamiento y de orientación del reflector (10) desde una primera posición (10a) según la cual el foco del reflector (10) se coloca en el centro (5) de fase de la primera fuente (F1) hacia una segunda posición (10b) según la cual el foco del reflector(10) se coloca en el centro (6) de fase de la segunda fuente (F2), caracterizada porque el reflector es un único reflector y porque los medios (M1, M2, M3) de desplazamiento y de orientación del reflector (10) constan de tres motores conectados entre sí por unos brazos (13, 14, 15) de palanca.

Description

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DESCRIPCION
Antena con flexibilidad de mision, satelite que consta de dicha antena y procedimiento de control del cambio de mision de dicha antena
La presente invencion se refiere a una antena con flexibilidad de mision y, en particular, de apuntamiento, de polarizacion y de frecuencia. Se refiere tambien a un satelite que consta de dicha antena y a un procedimiento de control del cambio de mision de dicha antena.
Se aplica en particular al campo de las antenas de telecomunicacion por satelite.
La duracion creciente de vida util de los satelites de telecomunicaciones y la evolucion de las exigencias asociadas a las diferentes misiones que se les pueden confiar, impone que las cargas utiles, y en particular las antenas, de las futuras generaciones de satelites sean flexibles. Esta flexibilidad se puede realizar al nivel de la zona de cobertura geografica de la antena como se describe, por ejemplo, en los documentos US 6 441 794, FR 2 648 278 y EP 0 845 833 y/o al nivel de la polarizacion y/o al nivel de la banda de frecuencias de funcionamiento como se describe, por ejemplo, en el documento US 3 534 375. Esta flexibilidad permite poder elegir entre varias configuraciones de funcionamiento de la antena y poder modificar, en orbita, la mision del satelite.
Las antenas colocadas a bordo de los satelites constan tradicionalmente de unos reflectores, geometricamente formados, iluminados por una fuente unica para cubrir unas amplias zonas de cobertura apuntando a la Tierra. Un subsistema de antena consta por lo general de una antena de emision y de recepcion, o de una antena de emision y una antena de recepcion, por zona de cobertura. La forma geometrica del reflector puede eventualmente definirse de forma que se optimice para varias posiciones orbitales del satelite.
Cuando las direcciones en las que se apunta son diferentes, pero las formas de coberturas son contiguas, es posible colocar dos fuentes una junto a la otra en el foco del reflector y formar geometricamente el reflector de forma que se obtenga un equilibrio de rendimientos entre las dos zonas de coberturas. El desacoplamiento espacial de los haces irradiados entre las dos zonas de cobertura se realiza entonces mediante la distancia angular que separa los dos puntos iluminados por las dos fuentes. La optimizacion de una antena en varias zonas de cobertura degrada el rendimiento de directividad, pudiendo esta degradacion superar 1 dB cuando las fuentes estan muy desfocalizadas, lo que se traduce para una arquitectura clasica y con unos amplificadores dados, en una reduccion, del mismo valor, de la PIRE (potencia isotropica radiada equivalente).
Por otra parte, tambien es posible modificar y orientar el apuntamiento de un punto en la Tierra utilizando unas pequenas antenas con apuntamiento mecanico. Sin embargo, esto necesita arrastrar mecanicamente todos los elementos de la estructura de la antena y, en particular, el reflector y las fuentes, lo que es complejo de implementar e impone la utilizacion de grnas de ondas flexibles.
El cambio de la orientacion de la polarizacion lineal de una antena de satelite o el cambio de una polarizacion lineal a una polarizacion circular puede realizarse utilizando dos fuentes, por ejemplo dos bocinas, alimentadas respectivamente en polarizacion lineal y circular y colocadas delante de un reflector sobredimensionado. Las dos fuentes se posicionan lo mas cerca posible del reflector para reducir las perdidas causadas por el desenfoque de las fuentes y las perdidas en directividad de la antena que se derivan de esto. Otra posibilidad consiste en utilizar una unica fuente unida a una arquitectura electrica compleja que combina dos cadenas de radiofrecuencia, funcionando la primera en polarizacion circular, la segunda en polarizacion lineal. Esta arquitectura provoca problemas de fiabilidad, un aumento de las perdidas ohmicas significativas relacionadas con la complejidad de la cadena RF y un importante coste de realizacion.
El objetivo de la invencion es realizar una antena optima que permite responder a las necesidades de flexibilidad en apuntamiento, en polarizacion y en frecuencia y que permiten bien suprimir las perdidas causadas por el desenfoque cuando las coberturas son fijas, o bien limitar las aberraciones y las perdidas causadas por el desenfoque cuando la antena debe funcionar en unas coberturas que pueden cambiar, llamandose a los puntos correspondientes puntos moviles.
Otro objetivo de la invencion es realizar una antena facil de implementar y con una geometna que no es el resultado de un equilibrio relacionado con las necesidades de flexibilidad y que permite reducir las perdidas ohmicas con respecto a las soluciones anteriores.
Para ello, la invencion se refiere a una antena con flexibilidad de mision que consta de un reflector y al menos de una primera fuente y de una segunda fuente de senales de radiofrecuencia dispuestas delante del reflector, como se ha definido en particular en la reivindicacion 1.
La invencion tambien se refiere a un satelite de telecomunicacion, que consta al menos de dicha antena con flexibilidad de mision.
La invencion tambien se refiere a un procedimiento de control del cambio de mision de dicha antena con flexibilidad de mision.
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De este modo, la flexibilidad de polarizacion y/o de plano de frecuencia y/o de apuntamiento esta asegurada por unos mecanismos de desplazamiento y de orientacion del reflector, por ejemplo montados sobre los brazos de despliegue, que permiten la colocacion del foco del reflector en el centro de fase de una de las fuentes.
Si la flexibilidad de apuntamiento se refiere a la misma cobertura, el movimiento del reflector que permite el paso del centro de fase desde la primera fuente F1 al centro de fase de la segunda fuente F2, consiste en trasladar al reflector sin rotacion una distancia que es rigurosamente igual a la que separa los centros de fase de las dos fuentes.
Si la necesidad de flexibilidad se refiere a unas coberturas diferentes, el movimiento relativo del reflector consiste en una traslacion asociada a una o varias rotaciones.
Se mostraran claramente otras particularidades y ventajas de la invencion a continuacion en la descripcion dada a tftulo de ejemplo meramente ilustrativo y no limitativo, en referencia a los dibujos esquematicos adjuntos que representan:
- figura 1: un esquema de un ejemplo de antena montada sobre la plataforma de un satelite, en una primera posicion en la cual la fuente F1 esta en el foco del reflector, segun la invencion;
- figuras 2a, 2b: dos esquemas de la misma antena en una segunda posicion, respectivamente en una tercera posicion, segun la cual la fuente F2, respectivamente la fuente F3, esta en el foco del reflector para una misma direccion de apuntamiento, segun la invencion;
- figuras 3a, 3b, 3c: unos esquemas de la misma antena para tres direcciones de apuntamiento diferentes, segun la invencion;
- figura 4a: un esquema que muestra un ejemplo de direcciones de apuntamiento identicas obtenidas con dos fuentes diferentes, segun la invencion;
- figura 4b: un esquema que muestra un ejemplo de zonas de cobertura en el suelo para tres direcciones diferentes de apuntamiento en el ecuador, obtenidas con tres fuentes diferentes colocadas sucesivamente en el foco del reflector, segun la invencion;
- figura 5: un esquema que muestra un ejemplo de cobertura total del ecuador con tres fuentes colocadas sucesivamente en el foco del reflector, segun la invencion;
- figura 6: un esquema de un ejemplo de cobertura total de la Tierra obtenida con tres fuentes colocadas sucesivamente en el foco del reflector, segun la invencion.
En el ejemplo representado en la figura 1, la antena consta de un reflector 10 montado en la plataforma 11 de un satelite por medio de un brazo de despliegue articulado 13, 14, 15 y al menos de dos fuentes independientes F1, F2,..., Fn de senales de radiofrecuencia dispuestas delante del reflector. Las fuentes, por ejemplo de tipo bocinas, estan fijadas sobre una estructura de soporte 12 preparada sobre la plataforma 11 y estan dispuestas segun una configuracion fija predeterminada, por ejemplo unas junto a otras. Las fuentes F1 a Fn pueden en determinados casos estar colocadas unas sobre las otras o en cualquier otra configuracion.
La antena consta, ademas, de al menos un mecanismo de desplazamiento y de orientacion del reflector 10 que permite colocar el foco del reflector en el centro de fase de una de las fuentes. El mecanismo de desplazamiento y de orientacion del reflector, montado por ejemplo en el brazo 13, 14, 15 de despliegue del reflector 10, consta de tres motores M1, M2, M2 paso a paso asociados a unos brazos de palanca correspondientes. El numero de motores y el numero de fuentes depende de los tipos de mision que el satelite debe realizar. Por ejemplo, tres motores M1, M2, M3 y tres fuentes F1, F2, Fn se representan en la figura 1. El motor M1 es solidario con la plataforma 11 y esta unido al motor M2 por un primer brazo de palanca 13, los motores M2 y M3 estan unidos entre sf por un segundo brazo 14 de palanca, el motor M3 esta unido al reflector 10 por un tercer brazo 15 de palanca. El primer brazo de palanca, el segundo brazo de palanca y el tercer brazo de palanca constituyen tres partes articuladas del brazo de despliegue. La forma geometrica de la superficie reflectante del reflector 10 tiene aproximadamente el aspecto de una parabola y solo se diferencia ligeramente de esta. Esta forma se optimiza para iluminar una zona de cobertura en el suelo con unas dimensiones predeterminadas cuando una unica fuente esta colocada en su foco. Los motores montados sobre el brazo de palanca permiten a la vez desplazar y orientar al reflector 10 en funcion de la mision que tiene que realizar la antena, pero tambien plegar el reflector en una posicion de almacenamiento contra la plataforma 11 en caso de una inactividad prolongada de la antena.
Las fuentes F1 a Fn pueden alinearse como se representa, en aras de la simplificacion, en las diferentes figuras o colocarse en unas configuraciones en dos dimensiones, como por ejemplo en triangulo. Cuando las fuentes estan alineadas, la flexibilidad de polarizacion y/o de frecuencia solo es posible en un plano y las zonas de cobertura, obtenidas con las diferentes fuentes, estan alineadas. Cuando las fuentes se colocan en unas configuraciones de dos dimensiones, es posible tener una flexibilidad de polarizacion en varios planos.
Para obtener una flexibilidad de polarizacion y/o de frecuencia en una misma zona de cobertura, sin perdidas ni aberraciones a causa de un desenfoque, la invencion consiste en utilizar varias fuentes alimentadas por medio de diferentes cadenas RF1, RF2,..., RFn de alimentacion con senales de radiofrecuencia. Al ser cada cadena de radiofrecuencia espedfica para unas funciones de telecomunicacion que corresponden a una polarizacion predeterminada, esta es optima lo que permite una reduccion muy importante de las perdidas ohmicas con respecto
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a las arquitecturas electricas que utilizan combinaciones de dos cadenas de radiofrecuencia. De este modo, las diferentes fuentes F1 a Fn se pueden alimentar en polarizaciones diferentes y/o en unos planos de frecuencia diferentes. La invencion consiste a continuacion en seleccionar una fuente en funcion del tipo de polarizacion y de frecuencia deseada y a continuacion en desplazar y orientar al reflector de forma que el centro de fase de la fuente seleccionada se posicione en el foco del reflector y que el reflector ilumine la zona de cobertura seleccionada.
Si la necesidad de flexibilidad se refiere a la misma zona de cobertura como se representa en la figura 4a, para cambiar de mision, la invencion consiste en trasladar, sin rotacion, al reflector desde una primera posicion 10a en la cual el foco del reflector esta colocado en el centro 5 de fase de la primera fuente F1 hacia una segunda posicion 10b en la cual el foco del reflector esta colocado en el centro de fase 6 de la segunda fuente F2. La distancia de desplazamiento del reflector en traslacion es rigurosamente igual a la distancia D1 que separa los centros 5, 6 de fase de las dos fuentes F1, F2.
Si la necesidad de flexibilidad se refiere a unas zonas de cobertura diferentes como se representa en la figura 4b, para cambiar de mision, el movimiento del reflector es una traslacion combinada con una o varias rotaciones.
A tftulo de ejemplo, F1 puede alimentarse en una polarizacion lineal y funcionar en la banda Ku de frecuencias, F2 puede alimentarse en una polarizacion circular y funcionar en la banda Ku de frecuencias, F3 puede alimentarse en una polarizacion lineal desplazada 7,5° y funcionar en la banda Ku+ de frecuencias.
En la configuracion inicial representada en la figura 1, el centro de fase 5 de la fuente F1 esta posicionado en el foco del reflector 10 que apunta en una direccion 16 de apuntamiento situada, por ejemplo, en el ecuador terrestre. Si la fuente F1 se alimenta, por ejemplo, con una senal polarizada linealmente por medio de una primera cadena RF1 de radiofrecuencia y la fuente F2 esta, por ejemplo, unida a una segunda cadena RF2 de radiofrecuencia que permite una polarizacion circular, para pasar de la polarizacion lineal a la polarizacion circular sin cambiar el apuntamiento de la antena, la invencion consiste en conmutar la alimentacion de la fuente F1 con la fuente F2 y en desplazar al reflector en traslacion, una distancia D1, desde la fuente F1 hacia la fuente F2 para posicionar el foco del reflector 10 en el centro 6 de fase de la fuente F2, como se representa en la figura 2a. Para llevar al reflector delante de la fuente F2 sin cambiar la direccion 16 de apuntamiento de la antena, la invencion consiste en accionar los motores M1, M2, M3 en rotacion. Para ello, como se representa en las figuras, cuando las fuentes estan alineadas, los tres motores pueden por ejemplo tener unos ejes de rotacion casi paralelos entre sf y perpendiculares al plano de desplazamiento del reflector. El accionamiento del motor M1 en rotacion en el sentido contrario a las aguas del reloj arrastra al primer brazo 13 en rotacion en el mismo sentido lo que tiene como efecto alejar al motor M2, al motor M3 y al reflector 10 de la plataforma 11 del satelite y desplazar de este modo al reflector 10 desde la fuente F1 hacia la fuente F2. El accionamiento en rotacion de los motores M2 y/o M3 en el sentido de las agujas del reloj permite a continuacion oscilar el reflector 10 en rotacion hasta que este en una posicion paralela a su posicion inicial y que el centro 6 de fase de la fuente F2 este de este modo posicionado en el foco del reflector 10 e ilumine la misma zona de cobertura en la Tierra. Las rotaciones sucesivas de los diferentes motores M1, M2 y/o M3 hacen de este modo que el reflector 10 experimente una traslacion tal que su foco pase de la fuente F1 a la fuente F2. Como se representa en la figura 2b, las mismas operaciones pueden reproducirse con otra fuente como la fuente F3, por ejemplo para cambiar de plano de frecuencia de funcionamiento si la fuente F3 esta unida a una tercera cadena RF3 de radiofrecuencia optimizada para otro plano de frecuencia distinto del de las fuentes F1 y F2.
Del mismo modo, los tres motores permiten tambien obtener una flexibilidad de apuntamiento y poder cambiar una zona de cobertura cambiando de fuentes, como se representa en las figuras 3a, 3b, 3c y la figura 4b. En la figura 3a, el centro 5 de fase de la fuente F1 esta colocado en el foco del reflector 10 que apunta en una primera direccion 20 en una primera zona 23 por ejemplo situada en el ecuador. Para cambiar de cobertura, basta con accionar el motor M1 en rotacion para alejar al reflector de la plataforma 11 de forma que el centro 6 de fase de la fuente F2 este colocado en el foco del reflector y a continuacion los motores M2 y M3 para orientar al reflector en una segunda direccion de apuntamiento 21 en una segunda zona 24 de cobertura, como se representa en la figura 3b. En este caso, el reflector ha experimentado una traslacion y una rotacion con respecto a su posicion inicial de la figura 3a y no es, por lo tanto, paralelo a esta posicion inicial. Las mismas operaciones en los motores M1, M2, M3 pueden realizarse para desplazar el reflector 10 hacia la tercera fuente F3 de forma que el centro 7 de fase de la fuente F3 este colocado en el foco del reflector y orientarlo en una tercera direccion 22 de apuntamiento que corresponde a una tercera zona 25 de cobertura en el ecuador. La figura 4b muestra las tres posiciones 10a, 10b, 10c diferentes del reflector 10 cuando las diferentes fuentes F1, F2, F3 estan colocadas en su foco y para tres direcciones 20, 21, 22 diferentes de apuntamiento en el ecuador. Las zonas 23, 24, 25 de cobertura representadas en el ejemplo de la figura 4b corresponden a unas desviaciones de apuntamiento sucesivas separadas un angulo de 3° y a una configuracion en la cual las tres fuentes F1, F2, F3 estan alineadas. El espaciado D entre los centros de fase de la primera fuente F1 y de la ultima fuente F3 depende directamente de la distancia focal del reflector 10 y de la separacion angular entre las coberturas.
Las tres zonas 23, 24, 25 de coberturas representadas en la figura 4b no son contiguas. Se pueden obtener unas zonas de coberturas adicionales situadas entre las zonas no contiguas utilizando las mismas fuentes F1, F2, F3 colocadas sucesivamente en el foco del reflector 10. La figura 5 muestra un ejemplo de zonas de coberturas contiguas en el ecuador obtenidas con tres fuentes F1, F2, F3. Por ejemplo, en la figura 5, las dos zonas 26, 27 situadas entre las zonas 23 y 24 pueden obtenerse con la misma fuente F1 colocada en el foco del reflector 10, y
modificando solamente la orientacion del reflector 10 para cambiar la direccion de apuntamiento. En este caso, solo los motores M2 y/o M3 se accionan en rotacion, no moviendose el motor M1.
Los tres motores M1, M2, M3 permiten realizar una flexibilidad de apuntamiento en la direccion Este-Oeste. Anadiendo un cuarto motor, no representado, de eje perpendicular a los ejes de los motores M1, M2, M3, es posible 5 modificar el angulo de orientacion del reflector 10 en la direccion Norte-Sur. Al colocar el foco del reflector 10 sucesivamente en el centro de fase de cada una de las tres fuentes F1, F2, F3, es por tanto posible asegurar unos apuntamientos sucesivos en diferentes zonas localizadas en la direccion Norte-.Sur y realizar de este modo una cobertura completa de la Tierra como se representa, por ejemplo, en la figura 6.
Aunque se ha descrito la invencion en relacion con unas formas particulares de realizacion, es evidente que esta no 10 esta en modo alguno limitada a estas y que comprende todos los equivalentes tecnicos de los medios descritos asf como sus combinaciones si estas entran en el marco de la invencion.

Claims (8)

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    REIVINDICACIONES
    1. Antena con flexibilidad de mision que consta de un reflector y al menos de una primera fuente (F1) y de una segunda fuente (F2) de senales de radiofrecuencia dispuestas delante del reflector, presentando el reflector (10) un foco y presentando cada fuente un centro de fase, en la cual las fuentes (F1, F2) son independientes, fijas y estan conectadas a unas cadenas (RF1, RF2) de alimentacion de radiofrecuencia distintas que definen unas caractensticas de polarizacion y/o de frecuencia de funcionamiento diferentes y predefinidas, constando la antena ademas de unos medios (M1, M2, M3) de desplazamiento y de orientacion del reflector (10) desde una primera posicion (10a) segun la cual el foco del reflector (10) se coloca en el centro (5) de fase de la primera fuente (F1) hacia una segunda posicion (10b) segun la cual el foco del reflector(10) se coloca en el centro (6) de fase de la segunda fuente (F2), caracterizada porque el reflector es un unico reflector y porque los medios (M1, M2, M3) de desplazamiento y de orientacion del reflector (10) constan de tres motores conectados entre sf por unos brazos (13, 14, 15) de palanca.
  2. 2. Antena segun la reivindicacion 1, caracterizada porque los centros (5, 6) de fase de las dos fuentes (F1, F2) estan separadas una distancia (D1) predeterminada y porque el desplazamiento del reflector (10) es una traslacion realizada una distancia igual a la distancia D1 que separa los centros de fase de las dos fuentes (F1, F2).
  3. 3. Antena segun la reivindicacion 1, caracterizada porque el desplazamiento del reflector (10) es una traslacion combinada con una o varias rotaciones, estando el reflector (10) en la segunda posicion (10b) orientado en una segunda direccion (21) de apuntamiento diferente de una primera direccion (20) de apuntamiento del reflector (10) en la primera posicion (10a).
  4. 4. Antena segun la reivindicacion 1 caracterizada porque los brazos (13, 14, 15) de palanca son tres partes de un brazo de despliegue articulado del reflector (10).
  5. 5. Satelite de telecomunicacion, caracterizado porque consta al menos de una antena segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores.
  6. 6. Procedimiento de control del cambio de mision de una antena con flexibilidad de mision segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, constando la antena de un unico reflector y al menos de una primera fuente (F1) y de una segunda fuente (F2) de senales de radiofrecuencia dispuestas delante del reflector, presentando el reflector un foco y presentando cada fuente un centro de fase, caracterizado porque consiste en articular el reflector por medio de tres motores (M1, M2, M3) unidos entre sf por unos brazos (13, 14, 15) de palanca, en fijar las fuentes (F1, F2) y en unirlos a unas cadenas (RF1, RF2) de alimentacion de radiofrecuencia distintas que definen unas caractensticas de polarizacion y/o de frecuencia de funcionamiento diferentes y predefinidas, en seleccionar una fuente (F1, F2) en funcion del tipo de mision deseada y a continuacion en desplazar y/u orientar al reflector (10) de forma que el centro (5, 6) de fase de la fuente seleccionada (F1, F2) se posicione en el foco del reflector (10) y que el reflector (10) este orientado en una direccion (16, 21) de apuntamiento seleccionada e ilumine una zona (23, 24) de cobertura correspondiente.
  7. 7. Procedimiento segun la reivindicacion 6, caracterizado porque cuando el cambio de mision se refiere a una misma zona de cobertura, el desplazamiento del reflector (10) es una traslacion, sin rotacion, de una primera posicion en la cual el foco del reflector (10) esta colocado en el centro de fase (5) de la primera fuente (F1) hacia una segunda posicion segun la cual el foco del reflector (10) esta colocado en el centro (6) de fase de la segunda fuente (F2), realizandose la traslacion una distancia rigurosamente igual a la distancia (D1) que separa a los centros (5, 6) de fase de las dos fuentes (F1, F2).
  8. 8. Procedimiento segun la reivindicacion 6, caracterizado porque cuando el cambio de mision se refiere a unas zonas de cobertura diferentes, el desplazamiento del reflector (10) es una traslacion combinada con una o varias rotaciones desde una primera posicion segun la cual el foco del reflector se coloca en el centro (5) de fase de la primera fuente (F1) hacia una segunda posicion segun la cual el foco del reflector (10) se coloca en el centro (6) de fase de la segunda fuente (F2).
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