ES2836259T3 - Elemento de antena controlado en fase - Google Patents
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Abstract
Elemento de antena controlado en fase para grupos de antenas, con un radiador de conductor hueco (1), un regulador de fase (2) giratorio, dispuesto en el radiador de conductor hueco (1), con - al menos dos polarizadores de meandro (4) que pueden transformar respectivamente una señal polarizada circularmente en una señal polarizada linealmente, - un soporte (3) unido a los polarizadores de meandro (4), - un elemento de unión (5), una unidad de accionamiento (6) unida al regulador de fase (2) mediante el elemento de unión (5), de modo que el regulador de fase (2) se puede girar alrededor del eje (10) del radiador de conductor hueco (1), y un desacoplamiento o acoplamiento de señal (7) del o al radiador de conductor hueco (1).
Description
DESCRIPCIÓN
Elemento de antena controlado en fase
La invención se refiere a un elemento de antena controlado en fase para grupos de antenas controladas en fase, en particular para el intervalo de frecuencia GHz.
Un elemento de antena controlado en fase debe ajustar, controlar y monitorizar de una manera simple la posición de fase de una onda electromagnética emitida y/o recibida por el elemento de antena.
Es conocido que con ayuda de reguladores de fase (“phase shifters”) variables y controlables se puede variar espacialmente el diagrama direccional de antena de grupos de antenas estacionarios. Así, por ejemplo, el rayo principal se puede girar en distintas direcciones. Los reguladores de fase cambian la posición de fase relativa de las señales que son recibidas o enviadas por distintos componentes individuales de los grupos de antenas. Si la posición de fase relativa de las señales de las antenas individuales se ajusta de manera correspondiente con ayuda de los reguladores de fase, entonces el rayo principal (“main beam”) del diagrama de antena del grupo de antenas señala en la dirección deseada.
Los reguladores de fase conocidos en la actualidad están hechos mayormente de cuerpos sólidos no lineales (“solid state phase shifters”), mayormente de ferrita, microinterruptores (tecnología MEMS, interruptores binarios) o cristales líquidos (“liquid crystals”). Sin embargo, todas estas tecnologías tienen la desventaja de provocar una pérdida de señal considerable a menudo, porque una parte de la potencia de alta frecuencia se disipa en los reguladores de fase. Como resultado de lo anterior, la eficiencia de las antenas disminuye en gran medida, particularmente en aplicaciones en el intervalo GHz.
Además, los reguladores de fase convencionales han de estar alojados siempre en las redes de alimentación de los grupos de antenas. Esto provoca un aumento no deseado de las dimensiones de las redes de alimentación y, por tanto, de los propios grupos de antenas. Por lo general, los grupos de antenas son también muy pesados.
Los grupos de antenas controladas en fase, en los que se utilizan reguladores de fase convencionales, resultan muy costosos, lo que impide su utilización particularmente en aplicaciones civiles por encima de 10 GHz.
Otro problema radica en el control exacto del diagrama de antenas del grupo de antenas. Tal control es posible solo si todas las relaciones de amplitud y las relaciones de fase de todas las señales, enviadas o recibidas por los elementos de antena del grupo de antenas, son conocidas exactamente en todo momento (por ejemplo, para cada estado).
Sin embargo, ninguna de las tecnologías conocidas hasta el momento para reguladores de fase permite la determinación instantánea fiable de la posición de fase después del regulador de fase. Con este fin sería necesario poder determinar de manera fiable en cualquier momento el estado del regulador de fase. Sin embargo, esto resulta prácticamente imposible en reguladores de fase de cuerpo sólido o MEMS o de cristal líquido.
Los reguladores de fase de cuerpo sólido tienen también usualmente componentes no lineales, lo que hace muy difícil o incluso imposibilita la determinación de las relaciones de amplitud. Además, los valores de amortiguación y la impedancia de onda de tales reguladores de fase dependen usualmente del valor del giro de fase.
Los reguladores de fase basados en microinterruptores (tecnología MEMS) funcionan usualmente de manera binaria. En el caso de los reguladores de fase binarios, la posición de fase de las señales individuales se puede ajustar en principio de manera granular solo en determinadas etapas. Una alineación altamente precisa del diagrama de antenas resulta entonces imposible en principio.
En los reguladores de fase de cristal líquido existe también el problema de que las curvas características dependen de las influencias ambientales. Las curvas características de los componentes muestran una fuerte dependencia de la temperatura y la presión y se congelan, por ejemplo, a temperaturas muy bajas.
Del documento US6822615B2 es conocido una agrupación de antenas controladas en fase que presenta lentes controlables electrónicamente y reguladores de fase MEMS. El documento DE9200386U1 muestra una estructura de antenas según el principio Yagi, en la que elementos parásitos, hechos de discos circulares perforados en el centro, se colocan por deslizamiento en un tubo portante entre distanciadores en forma de manguito.
El documento WO 02/084797 A1 da a conocer también un grupo de antenas con varios elementos radiadores polarizados circularmente, comprendiendo el grupo de antenas medios de movimientos que se utilizan para el giro independiente y angular al menos de una parte de los elementos radiadores.
Por tanto, la invención tiene el objetivo de poner a disposición un elemento de antena controlado en fase, en particular para grupos de antenas controladas en fase y para el intervalo de frecuencia GHz, que
1. permita el ajuste y el control exactos de la posición de fase de señales emitidas y/o recibidas por el elemento de antena, así como
2. permita en cualquier momento la determinación instantánea de la posición de fase de la señal recibida y/o emitida, 3. no muestre una dependencia de la impedancia de onda de la posición de fase,
4. no provoque o provoque solo pérdidas muy pequeñas,
5. integre el control de fase y la función de antena en un único componente y
6. se pueda implementar de una manera económica.
Este objetivo se consigue mediante un elemento de antena controlado en fase, según la invención, con las características de la reivindicación 1.
Variantes ventajosas de la invención aparecen en las reivindicaciones dependientes, la descripción y las figuras. El elemento de antena controlado en fase se compone de un radiador de conductor hueco (1) con desacoplamiento o acoplamiento de señal (7), en el que se inserta un regulador de fase giratorio (2), y una unidad de accionamiento (6).
El regulador de fase comprende aquí un soporte (3), al menos dos polarizadores (4), fijados en el soporte (3), y un elemento de unión (5).
Cada uno de los al menos dos polarizadores (4) puede transformar una señal polarizada circularmente en una señal polarizada linealmente. El regulador de fase (2) está montado de manera giratoria en el radiador de conductor hueco (1) y está unido a la unidad de accionamiento (6) con ayuda del elemento de unión (5) de tal modo que la unidad de accionamiento (6) puede girar el regulador de fase (2) alrededor del eje (10) del radiador de conductor hueco (1), como se muestra esquemáticamente en la figura 1.
El principio del funcionamiento de la invención está representado en la figura 2. Una onda (19a), incidente en el radiador de conductor hueco (1), con polarización circular y posición de fase j se transforma en una onda con polarización lineal (19b) mediante el primer polarizador (4a). Esta onda de polarización lineal se transforma nuevamente en una onda con polarización circular (19c) mediante el segundo polarizador (4b).
Si el regulador de fase (2) se gira ahora en un ángulo A0 en el radiador de conductor hueco (1) con ayuda de la unidad de accionamiento (6) y del elemento de unión (5), el vector de polarización (19b) de la onda lineal rota a continuación entre los dos polarizadores (4a) y (4b) en un plano perpendicular al eje (10) (dirección de propagación de la onda electromagnética). Dado que el polarizador (4a) gira también, la onda circular (19c), generada por el segundo polarizador (4b), tiene ahora una posición de fase j+2A0. La onda circular (19c) con posición de fase j+2A0 se puede desacoplar después del radiador de conductor hueco (1) con ayuda del desacoplamiento o acoplamiento de señal (7).
Como resultado del diseño del control de fase del elemento de antena, la dependencia de la diferencia angular de fase entre la onda circular saliente (19c) y entrante (19a) respecto al giro del regulador de fase (2) es estrictamente lineal, continua y estrictamente periódica 2n. Además, cualquier rotación de fase o desfase se puede ajustar continuamente mediante la unidad de accionamiento (6).
Dado que el regulador de fase (2) es desde el punto de vista electrodinámico un componente puramente pasivo que no comprende ningún componente no lineal, su funcionamiento es completamente recíproco. Es decir, una onda, que se mueve de abajo hacia arriba a través del regulador de fase (2), se gira en su fase de la misma manera que una onda que se mueve de arriba hacia abajo a través del regulador de fase (2).
La posición de fase de una señal emitida o recibida por el radiador de conductor hueco (1) se puede ajustar entonces de la manera deseada. Es posible también una emisión y una recepción simultáneas.
La impedancia de onda del radiador de conductor hueco (1) es también completamente independiente de la posición de fase relativa de la onda entrante y saliente debido al diseño.
Esto no ocurre usualmente en el caso de elementos de antena que se controlan en su posición de fase con ayuda de reguladores de fase no lineales, por ejemplo, reguladores de fase de semiconductor o reguladores de fase de cristal líquido. La impedancia de onda depende aquí de la posición de fase relativa, lo que dificulta el control de tales componentes.
El control de fase funciona también prácticamente sin pérdidas, porque con un diseño correspondiente, las pérdidas provocadas por los polarizadores (4a, b) y el soporte dieléctrico (3) son muy pequeñas.
En el caso de frecuencias de 20 GHz, las pérdidas totales son, por ejemplo, inferiores a 0,2 dB, lo que representa una eficiencia superior al 95%. Por el contrario, los reguladores de fase convencionales ya presentan usualmente pérdidas de varios dB a estas frecuencias.
En relación con sus propiedades de alta frecuencia, el elemento de antena controlado en fase, según la invención, apenas se puede diferenciar de un elemento de antena correspondiente sin control de fase, como el utilizado, por ejemplo, en campos de antenas.
Es conocido que, por ejemplo, radiadores de bocina rellenos de dieléctrico se utilizan en campos de antenas, en particular a frecuencias superiores a 20 GHz, debido a su alta eficiencia de antena. Si tales campos de antenas se implementan con elementos de antena controlados en fase según la invención, las propiedades de alta frecuencia, en particular la ganancia de antena y la eficiencia de antena, varían ventajosamente solo de una manera insignificante a pesar del control de fase adicional.
Por consiguiente, otra ventaja del dispositivo según la invención radica en que la función de control de fase y la función de antena están integradas en un único componente y son, no obstante, completamente independientes entre sí.
El radiador de conductor hueco (1) está diseñado preferentemente de modo que comprende al menos una pieza (sección) cilíndrica de conductor hueco. De esta manera se garantiza con seguridad que en su interior se pueda configurar un modo de oscilación (modo) electromagnético, cilíndricamente simétrico, de polarización circular que se puede transformar en un modo de polarización lineal mediante los polarizadores (4).
Tanto la terminación de conductor hueco del radiador de conductor hueco como su abertura (apertura) no han de tener necesariamente, en cambio, una sección transversal circular. En dependencia del tipo de desacoplamiento o acoplamiento (7), la terminación del conductor hueco puede estar diseñada, por ejemplo, de forma cónica o escalonada en un lado. La abertura del radiador de conductor hueco se puede diseñar, por ejemplo, de forma cónica, cuadrada o rectangular al usarse en campos de antenas bidimensionales.
Dado que los modos cilíndricamente simétricos pueden estar presentes también en conductores huecos con secciones transversales no circulares, por ejemplo, secciones transversales elípticas o poligonales, son posibles también otras formas constructivas del radiador de conductor hueco.
En conductores huecos redondos se configuran genéricamente de manera conocida modos cilíndricos. Por tanto, puede ser ventajoso configurar el radiador de conductor hueco (1) como conductor hueco redondo, si el desacoplamiento o acoplamiento de señal (7) se puede diseñar de manera correspondiente.
Para mejorar la ganancia de antena del elemento de antena controlado en fase puede ser ventajoso también diseñar el radiador de conductor hueco (1) como radiador de bocina.
Por lo demás, el diseño bidimensional del radiador de conductor hueco (1) para una banda de frecuencia de servicio específica se realiza de acuerdo con el procedimiento conocido de la técnica de antena.
Un eje de giro (10) para el regulador de fase (2) se encuentra preferentemente en el eje de simetría de la pieza de conductor hueco cilíndrica que presenta preferentemente el radiador de conductor hueco (1). De esta manera se puede garantizar que la transformación de modo se lleve a cabo óptimamente mediante los polarizadores (4).
Los al menos dos polarizadores (4a) y (4b) están montados preferentemente en perpendicular al eje de giro (10) y en paralelo entre sí en el soporte (3). El modo lineal entre los polarizadores se puede configurar a continuación sin interferencia.
Si la unidad de accionamiento (6) se provee de un codificador de ángulo o la propia unidad de accionamiento indica la posición angular (como ocurre, por ejemplo, en algunos motores piezoeléctricos), la posición de fase de la onda (19a) emitida y/o recibida por el radiador de conductor hueco (1) se puede determinar exactamente en cualquier momento de manera instantánea, es decir, de inmediato, sin necesidad de otro cálculo.
Como resultado del diseño simple del regulador de fase (2) y del hecho de que se necesitan solo accionamientos (6) de diseño muy simple, el elemento de antena controlado en fase se puede implementar de una manera muy económica. Es posible también fácilmente reproducir una gran cantidad de unidades de elementos de antena controlados en fase, por ejemplo, para la utilización en grupos de antenas mayores.
Como unidades de accionamiento (6) se tienen en cuenta, por ejemplo, tanto los electromotores o los microelectromotores económicos como los motores piezoeléctricos o los simples actuadores hechos a partir de materiales electroactivos.
El elemento de unión (5) está diseñado preferentemente como eje y está hecho preferentemente de un material dieléctrico no metálico, por ejemplo, plástico. Esto tiene la ventaja de que no se interfiere o se interfiere solo muy poco en los modos de cavidad cilíndrica, si el eje se dispone simétricamente en el radiador de conductor hueco (1). Si se utilizan modos coaxiales para el funcionamiento del radiador de conductor hueco (1), se pueden utilizar también, no obstante, ejes metálicos. En tal caso es posible incluso que la unidad de accionamiento (6) esté montada directamente en el regulador de fase (2) en el radiador de conductor hueco (1).
Sin embargo, es posible también que la unidad de accionamiento (6) gire el regulador de fase (2) sin contacto, por ejemplo, mediante un campo magnético rotatorio. A tal efecto, se puede montar sobre la terminación del radiador de conductor hueco un rotador magnético que actúa a continuación junto con el campo magnético rotatorio como elemento de unión (5), si partes, por ejemplo, del polarizador están hechas de materiales magnéticos.
Los polarizadores (4a) y (4b) pueden ser, por ejemplo, simples polarizadores de meandro planos, montados en un material de soporte convencional. Tales polarizadores se pueden fabricar mediante procedimientos conocidos de ataque químico de capa delgada o procedimientos aditivos (“circuit printing” (impresión de circuito)).
Según la representación de la figura 3, los al menos dos polarizadores (4a) y (4b) tienen preferentemente una forma simétrica respecto al eje (10), de modo que se pueden alojar fácilmente en la pieza de conductor hueco cilíndricamente simétrica del radiador de conductor hueco (1).
El polarizador (4a, b), representado en la figura 3, está diseñado como polarizador de meandro. En este caso son ventajosos los polarizadores de meandro multicapa, es decir, estructuras orientadas en paralelo entre sí y separadas una de la otra solo por fracciones de la longitud de onda, porque pueden presentar bandas de frecuencia grandes y posibilitan así un funcionamiento de banda ancha.
No obstante, existe también una pluralidad de otras formas de realización posibles de polarizadores para ondas electromagnéticas que pueden transformar una onda de polarización circular en una onda de polarización lineal. Así, por ejemplo, son posibles formas de realización, en las que la transformación de la polarización de señal no se lleva a caso mediante polarizadores planos, sino mediante estructuras repartidas espacialmente en el soporte (por ejemplo, polarizadores septum). Para el funcionamiento de la invención es importante solo que tales estructuras puedan transformar primero una onda incidente en el radiador de conductor hueco (1) con polarización circular en una onda con polarización lineal y puedan volverla a transformar a continuación en una onda con polarización circular.
Para el soporte (3) se pueden utilizar, por ejemplo, espumas de celda cerrada de poca densidad que presentan, como es conocido, pérdidas HF muy pequeñas, pero también materiales de plástico, tales como politetrafluoretileno (teflón) o poliamidas. Debido al tamaño pequeño, en particular a frecuencias superiores a 10 GHz, del regulador de fase en el intervalo de una longitud de onda, las pérdidas HF se mantienen aquí también muy pequeñas con una adaptación correspondiente de la impedancia al modo electromagnético correspondiente en el radiador de conductor hueco (1).
Dado que desde el punto de vista electrodinámico, el diseño dimensional del regulador de fase (2) a una frecuencia de servicio determinada se realiza de manera similar al diseño dimensional del radiador de conductor hueco (1) a una frecuencia de servicio determinada, el regulador de fase (2) se puede montar usualmente sin problemas en el interior del radiador de conductor hueco (1).
De acuerdo con las normativas de diseño conocidas para un radiador de conductor hueco (1), su diámetro mínimo está situado entonces usualmente en el intervalo de una longitud de onda de la frecuencia de servicio. La extensión del radiador de conductor hueco (1) en dirección de las ondas incidentes es usualmente de algunas longitudes de ondas de la frecuencia de servicio.
Dado que los polarizadores (4a) y (4b) y su distancia entre sí se han de diseñar asimismo en correspondencia con la longitud de onda de la frecuencia de servicio según los procedimientos conocidos para la adaptación de la impedancia, las dimensiones del regulador de fase se encuentran siempre en el intervalo de las dimensiones del radiador de conductor hueco (1).
En caso de una frecuencia de 20 GHz, por ejemplo, las dimensiones del regulador de fase (2) se encuentran usualmente en el intervalo inferior a una longitud de onda, es decir, 1 cm x 1 cm aproximadamente. Si el soporte (3) se diseña como cuerpo de relleno dieléctrico y la constante dieléctrica seleccionada es correspondientemente grande, se puede implementar también una gran cantidad de formas pequeñas. Las pérdidas óhmicas aumentan ligeramente a continuación, pero se mantienen solo en el intervalo porcentual.
En cualquier caso, incluso si la dimensión seleccionada del radiador de conductor hueco (1) es muy pequeña, se puede reducir el tamaño del regulador de fase (2) mediante la selección correspondiente de la constante dieléctrica para el material de soporte (3) de tal modo que cabe en el radiador de conductor hueco (1).
A continuación se muestran ejemplos de realización de la invención por medio de otras figuras:
Figura 4 elemento de antena controlado en fase en tecnología MS;
Figura 5 elemento de antena controlado en fase con cuerpo de relleno dieléctrico;
Figura 6 elemento de antena controlado en fase para modos lineales;
Figura 7 elemento de antena controlado en fase para modos lineales en tecnología MS;
Figura 8 elemento de antena controlado en fase con polarizadores giratorios adicionales.
Una forma de realización del elemento de antena controlado en fase está representada esquemáticamente en la figura 4.
El radiador de conductor hueco (1) está diseñado como radiador de bocina cilíndrico y el desacoplamiento o acoplamiento de señal (7) está diseñado en la tecnología de microtira sobre un sustrato HF (71).
La línea de microtira (7), utilizada para el desacoplamiento o acoplamiento del modo circular, está diseñada aquí en forma de bucle. Esto tiene la ventaja de que el modo de conductor hueco cilíndricamente simétrico en el radiador de conductor hueco (1) se puede excitar o desacoplar directa y prácticamente sin pérdidas.
El radiador de conductor hueco (1) está cortado al menos parcialmente en la posición del desacoplamiento (7) de tal modo que el desacoplamiento o acoplamiento de señal (7) con su sustrato (71) se puede introducir y orientar en el radiador de conductor hueco (1).
Para que no se produzca una interferencia de las corrientes HF, circulantes por las paredes interiores del radiador de conductor hueco (1), se han previsto (“vías”) (72) que crean un contacto eléctrico continuo entre la parte superior e inferior del radiador de conductor hueco (1) en el punto, en el que se introduce el acoplamiento o desacoplamiento (7) (una llamada “cerca de vía”).
En el sustrato (71) está prevista también una entalladura (73), a través de la que se puede guiar el eje (5) que crea la unión entre la unidad de accionamiento (6) y el regulador de fase (2).
En el ejemplo de realización de la figura 4, el soporte (3) de los polarizadores (4) está diseñado también como cuerpo de relleno dieléctrico (9) que llena completamente la sección transversal del radiador de conductor hueco (1). Tales formas de realización del soporte pueden ser ventajosas, porque se puede facilitar así la adaptación de la impedancia de los modos en el radiador de conductor hueco (1) y se pueden suprimir modos no deseados.
Los materiales utilizados para el cuerpo de relleno dieléctrico son en particular materiales de plástico de poca energía superficial, por ejemplo, politetrafluoretileno (teflón) o poliamida, que generan una fricción muy pequeña o insignificante al girar en el radiador de conductor hueco (1).
En la forma de realización representada esquemáticamente en la figura 5, el desacoplamiento o acoplamiento de señal (7) se diseña con dos partes como dos líneas de microtira (7a) y (7b) ortogonales y en forma de clavija que se encuentran sobre dos sustratos separados y superpuestos.
Tales formas de realización pueden ser ventajosas, si dos señales de polarización ortogonal se deben recibir y/o enviar simultáneamente con el elemento de antena controlado en fase. Asimismo, se pueden compensar desequilibrios de fase (“phase imbalances”), si las señales se procesan en un sistema ortogonal.
En el ejemplo de realización de la figura 5 están previstos otros cuerpos de relleno dieléctricos (9a) y (9b) que garantizan que el volumen de aire, que queda en el radiador de conductor hueco (1), se llene completamente de dieléctrico.
Por lo general, los cuerpos de relleno (9a) y (9b) están montados fijamente en el radiador de conductor hueco (1) y no giran junto con el regulador de fase. A tal efecto, estos tienen usualmente una entalladura para el eje (10), de manera análoga a los sustratos de las líneas de microondas (7a) y (7b).
Si los cuerpos de relleno dieléctricos (9a) y (9b) están hechos del mismo material que el cuerpo de relleno dieléctrico del soporte (3), el radiador de conductor hueco (1) está lleno homogéneamente de dieléctrico y la distribución de los modos en su interior es ventajosamente homogénea.
En dependencia de la forma geométrica del radiador de conductor hueco (1) puede ser ventajoso, sin embargo, seleccionar constantes dieléctricas diferentes para los distintos cuerpos de relleno dieléctricos 9, 9a, 9b. Por ejemplo, si el radiador de conductor hueco (1) se estrecha hacia abajo, puede ser ventajoso utilizar una constante dieléctrica mayor para el cuerpo de relleno (9b).
En la figura 6 está representada una variante de la invención para la recepción o la emisión directa de señales con polarización lineal mediante el elemento de antena controlado en fase.
La variante ventajosa consiste en que en el radiador de conductor hueco (1) está montado por delante del regulador de fase (2) al menos otro polarizador (41) que puede transformar señales con polarización lineal en señales con polarización circular y en que después del regulador de fase (2) y por delante del desacoplamiento (7) está montado al menos otro polarizador (42) que puede transformar señales de polarización circular en señales de polarización lineal.
El regulador de fase (2) está compuesto también del soporte (3) y de los polarizadores (4a) y (4b) y dispone de una unidad de accionamiento (6) que está unida al regulador de fase (2) o al soporte (3) mediante el elemento de unión (5) de tal modo que el regulador de fase (2) o el soporte (3) se puede girar en el radiador de conductor hueco (1) alrededor del eje (10).
Dado que el primer polarizador adicional (41) transforma una señal incidente con polarización lineal en una señal con polarización circular, el regulador de fase (2) puede ejercer sin problemas su función según la invención.
El segundo polarizador (42), montado después del regulador de fase (2) y por delante del desacoplamiento (7), vuelve a transformar la señal, generada por el regulador de fase (2) y determinada en su posición de fase, en una señal de polarización lineal que se puede desacoplar directamente de un desacoplamiento (7) diseñado de manera correspondiente para modos lineales.
La función de la disposición es de nuevo completamente recíproca. En el caso de emisión se excita en el radiador de conductor hueco (1) mediante el acoplamiento (7) un modo lineal que se transforma en un modo circular mediante el segundo polarizador (42). Este modo circular define con el regulador de fase (2) una posición de fase dependiente del ángulo de giro del regulador de fase (2) alrededor del eje (10). La señal polarizada circularmente con la posición de fase ajustada, que abandona el regulador de fase (2), se transforma en una señal con polarización lineal mediante el polarizador (41) y se emite mediante el radiador de conductor hueco (1).
La disposición representada en la figura 6 funciona también para dos polarizaciones lineales ortogonales que inciden simultáneamente, si el desacoplamiento o acoplamiento de señal (7) está diseñado de manera correspondiente para dos modos lineales ortogonales, por ejemplo, como aparece representado en la figura 5.
Son posibles asimismo la emisión y la recepción simultáneas de señales de polarización igual o diferente.
En la figura 7 está representada esquemáticamente una forma de realización de la variante mostrada en la figura 6. El desacoplamiento o acoplamiento de señal (7) está diseñado con dos partes como línea de microtira (7a) y (7b) ortogonal en forma de clavija sobre sustratos separados de manera análoga al ejemplo de realización de la figura 5. Los polarizadores adicionales (41) y (42) están embebidos respectivamente en un cuerpo de relleno dieléctrico (9c) o (9d) y montados usualmente de manera fija en el radiador de conductor hueco (1). La zona entre los desacoplamientos o acoplamientos (7a) y (7b) está llena de un cuerpo de relleno dieléctrico (9a) y la terminación del conductor hueco por debajo del desacoplamiento o acoplamiento (7b) está llena de un cuerpo de relleno dieléctrico (9b).
Este diseño tiene la ventaja de que todo el espacio interior del radiador de conductor hueco (1) está lleno de un dieléctrico usualmente del mismo tipo y, por tanto, no se pueden producir discontinuidades de modos.
El segundo polarizador adicional (42) y su cuerpo de relleno dieléctrico (9c) tienen, al igual que el cuerpo de relleno dieléctrico (9b) y (9a), una entalladura central para el eje (5) de manera análoga a los sustratos de las líneas de microtira (7a) y (7b) (véase figura 4, (73)), de modo que el eje (5) se puede girar libremente.
El desacoplamiento o acoplamiento (7 a) y (7b) se puede diseñar también en forma de una sola pieza para un modo lineal para una aplicación correspondiente (de manera análoga al ejemplo de realización de la figura 4).
Con el fin de compensar un giro de polarización de una onda incidente es posible también configurar el primer polarizador adicional (41) de manera giratoria y proveerlo de un accionamiento propio, de modo que el polarizador (41) se puede girar alrededor del eje (10) independientemente del regulador de fase (2) en el radiador de conductor hueco (1).
Tal disposición es ventajosa en particular si en disposiciones móviles se produce un giro del vector de polarización de la onda incidente respecto al grupo de antenas, montado fijamente sobre el soporte, debido al movimiento del soporte.
Dado que tal giro de polarización es independiente en general del giro de fase, que sirve para la orientación espacial del haz de antena, el giro del polarizador (41) se puede llevar a cabo de manera independiente del giro del regulador de fase (2).
Un ejemplo de realización correspondiente está representado esquemáticamente en la figura 8.
El polarizador (41) está montado de manera giratoria en el radiador de conductor hueco (1) y unido a un accionamiento propio (12) con ayuda de un conector (13), de modo que tal accionamiento (12) puede girar el polarizador (41) alrededor del eje (10).
El giro independiente del polarizador (41) del giro del regulador de fase (2) está implementado en el ejemplo de realización de la figura 8 de tal modo que el eje (5), que une el regulador de fase (2) a su accionamiento (6), está
diseñado como eje hueco. En este eje hueco se encuentra el conector (13) que une el polarizador (41) a su accionamiento (12).
Dado que el plano de polarización de una onda con polarización línea está definido solo en un intervalo angular de 180°, para el giro del polarizador (41) es suficiente un intervalo angular de -90° a 90°, es decir, un giro semicircular. El segundo polarizador adicional (42) está montado fijamente en el radiador de antena (1), porque su orientación determina la orientación del modo lineal que se acopla o desacopla del desacoplamiento o acoplamiento (7). La orientación fija del polarizador (42) se basa, por tanto, en la posición del desacoplamiento o acoplamiento (7).
El desacoplamiento o acoplamiento (7) está diseñado con una sola pieza como línea de microtira en forma de clavija en el ejemplo de realización de la figura 8.
Esta forma de realización es ventajosa si un modo lineal se debe acoplar o desacoplar del radiador de conductor hueco (1).
Si se deben acoplar o desacoplar, en cambio, dos modos lineales ortogonales, es ventajoso entonces el desacoplamiento o acoplamiento (7a) y (7b) de una sola pieza que se muestra en la figura 7 y que se puede implementar en el ejemplo de realización de la figura 8 de la misma manera que en el ejemplo de realización de la figura 7.
Si el desacoplamiento o acoplamiento (7) se implementa en forma de dos piezas, se puede prescindir también del segundo polarizador adicional (42), porque la señal polarizada circularmente, generada por el regulador de fase (2), contiene en principio todas las informaciones de la onda incidente. Para recombinar la señal original se puede utilizar, por ejemplo, un acoplador híbrido de 90°, al que se alimenta la señal dividida en las señales (7 a) y (7b). Lista de números de referencia
Radiador de conductor hueco 1
Regulador de fase 2
Soporte 3
Polarizadores 4, 4a, 4b
Eje, elemento de unión 5
Unidad de accionamiento 6
Acoplamiento o desacoplamiento 7
Líneas de microtira 7a, 7b
Cuerpo de relleno 9, 9a, 9b, 9c, 9d
Eje 10
Accionamiento 12
Conector 13
Onda 19, 19a, 19b, 19c
Polarizadores adicionales 41,42
Sustrato 71
Vía 72
Entalladura 73
Claims (14)
1. Elemento de antena controlado en fase para grupos de antenas, con
un radiador de conductor hueco (1),
un regulador de fase (2) giratorio, dispuesto en el radiador de conductor hueco (1), con
• al menos dos polarizadores de meandro (4) que pueden transformar respectivamente una señal polarizada circularmente en una señal polarizada linealmente,
• un soporte (3) unido a los polarizadores de meandro (4),
• un elemento de unión (5),
una unidad de accionamiento (6) unida al regulador de fase (2) mediante el elemento de unión (5), de modo que el regulador de fase (2) se puede girar alrededor del eje (10) del radiador de conductor hueco (1), y
un desacoplamiento o acoplamiento de señal (7) del o al radiador de conductor hueco (1).
2. Elemento de antena controlado en fase de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el radiador de conductor hueco (1) presenta una sección de conductor hueco cilíndrica.
3. Elemento de antena controlado en fase de acuerdo con la reivindicación 2, en el que el radiador de conductor hueco (1) está diseñado como conductor hueco redondo.
4. Elemento de antena controlado en fase de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, en el que el radiador de conductor hueco (1) está configurado como radiador de bocina.
5. Elemento de antena controlado en fase de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, en el que los polarizadores de meandro (4) están montados en perpendicular al eje (10) del radiador de conductor hueco (1) y en paralelo entre sí en el soporte (3).
6. Elemento de antena controlado en fase de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, en el que los polarizadores de meandro (4) presentan una forma simétrica al eje (10).
7. Elemento de antena controlado en fase de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, en el que el elemento de unión (5) está diseñado como eje que une el regulador de fase (2) a la unidad de accionamiento (6).
8. Elemento de antena controlado en fase de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, en el que la unidad de accionamiento (6) tiene un electromotor o un motor piezoeléctrico o un actuador, estando hecho el actuador de materiales electroactivos.
9. Elemento de antena controlado en fase de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, en el que el elemento de unión (5) o la unidad de accionamiento (6) está provisto de un codificador de ángulo.
10. Elemento de antena controlado en fase de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, en el que el desacoplamiento o acoplamiento de señal (7) tiene una estructura metálica en forma de bucle o de clavija y/o está diseñado mediante la técnica de línea de microtira y/o está diseñado en forma de dos piezas de tal modo que dos modos ortogonales del radiador de conductor hueco (1) se pueden acoplar o desacoplar por separado.
11. Elemento de antena controlado en fase de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes con al menos un cuerpo de relleno dieléctrico adicional que llena completa o parcialmente el radiador de conductor hueco (1).
12. Elemento de antena controlado en fase de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, en el que entre una abertura del radiador de conductor hueco (1) y el regulador de fase (2) está montado al menos un polarizador adicional (41) que puede transformar una señal con polarización lineal en una señal con polarización circular.
13. Elemento de antena controlado en fase de acuerdo con la reivindicación 12, en el que al menos otro polarizador adicional (41,42) está dispuesto entre el regulador de fase (2) y el desacoplamiento o acoplamiento de señal (7).
14. Elemento de antena controlado en fase de acuerdo con la reivindicación 12, en el que al menos un polarizador adicional (41) está montado de manera giratoria entre la abertura del radiador de conductor hueco (1) y el regulador de fase (2) en el radiador de conductor hueco (1) y dispone de un accionamiento adicional (12) y de un conector adicional (13), de modo que el accionamiento (12) puede girar el polarizador (10) independientemente del regulador de fase (2) con ayuda del conector (13).
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