ES2963130T3

ES2963130T3 - Linearly polarized multibeam antenna based on metamaterials

Info

Publication number: ES2963130T3
Application number: ES21158613T
Authority: ES
Inventors: Roberto Vitiello; Giovanni Petraglia; Fabio Pascariello; Giuliana D'alterio
Original assignee: MBDA Italia SpA
Current assignee: MBDA Italia SpA
Priority date: 2020-04-22
Filing date: 2021-02-23
Publication date: 2024-03-25
Anticipated expiration: 2041-02-23
Also published as: EP3902060B1; EP3902060A1; EP3902060C0

Abstract

La presente invención se refiere a una antena multihaz impresa polarizada linealmente basada en tecnología de metamateriales. Consta de una metasuperficie circular dividida en cuatro cuadrantes independientes. La antena consta de un único soporte dieléctrico, sobre el que está impreso un gran número de parches elípticos, de pequeño tamaño respecto a la longitud de onda, y cuatro conectores, correspondientes a la entrada de los cuatro cuadrantes de la antena. No existe red de suministro eléctrico, ya que los parches funcionan con ondas superficiales. El patrón de antena se obtiene mediante múltiples holografías, patrones obtenidos mediante la difracción de un dieléctrico sobre el que viaja una onda superficial, realizada sobre una única superficie y lanzada mediante tantos conectores o acoples como haya en la guía. En una realización particular de la antena de cuatro haces, la combinación de dichos patrones permite obtener las cuatro señales suma y delta de un monopulso. La antena puede sustituir la placa radiante de las antenas monopulso con una reducción de tamaño, peso y coste, mientras que manteniendo sustancialmente el mismo rendimiento. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)The present invention relates to a linearly polarized printed multibeam antenna based on metamaterials technology. It consists of a circular metasurface divided into four independent quadrants. The antenna consists of a single dielectric support, on which a large number of elliptical patches are printed, small in size with respect to the wavelength, and four connectors, corresponding to the input of the four quadrants of the antenna. There is no electrical supply network, since the patches work with surface waves. The antenna pattern is obtained through multiple holographies, patterns obtained through the diffraction of a dielectric on which a surface wave travels, carried out on a single surface and launched through as many connectors or couplings as there are in the guide. In a particular embodiment of the four-beam antenna, the combination of said patterns allows obtaining the four sum and delta signals of a monopulse. The antenna can replace the radiating plate of monopulse antennas with a reduction in size, weight and cost, while maintaining substantially the same performance. (Automatic translation with Google Translate, without legal value)

Description

DESCRIPCIÓNDESCRIPTION

Antena multihaz polarizada linealmente basada en metamateriales Linearly polarized multibeam antenna based on metamaterials

La presente invención se refiere a una antena del tipo multihaz polarizada linealmente basada en metamateriales, en particular, para aplicaciones monopulso o similares. The present invention relates to a linearly polarized multibeam type antenna based on metamaterials, in particular, for monopulse or similar applications.

Antecedentes de la técnicaBackground of the technique

El documento [1] describe el concepto de antena holográfica formada por un dieléctrico sobre el que se propaga una onda de superficie. La radiación se obtiene a partir de radiadores metálicos miniaturizados (parches), todos iguales en forma y tamaño. El haz de antena es único. La entrada de radiofrecuencia es en guía de ondas, lo que conlleva un determinado tamaño y costes elevados. The document [1] describes the concept of a holographic antenna formed by a dielectric on which a surface wave propagates. The radiation is obtained from miniaturized metal radiators (patches), all the same in shape and size. The antenna beam is unique. The radio frequency input is in waveguide, which entails a certain size and high costs.

Los documentos [2], [3] presentan antenas basadas en metasuperficies moduladas, en las que la radiación se obtiene a partir de una onda de superficie que incide sobre parches impresos en un dieléctrico, que tienen una forma diferente para variar su reactancia. Por consiguiente, el patrón de radiación de la antena se controla actuando, durante la etapa de diseño, sobre los parámetros físicos de estos pequeños elementos metálicos (parches) que forman la superficie. El haz de antena es único, ya que la radiación se produce por toda la abertura y la polarización es circular y puede no ser lineal a partir de las contribuciones de los parches específicos según las enseñanzas de los artículos y el resto de la técnica anterior. The documents [2], [3] present antennas based on modulated metasurfaces, in which the radiation is obtained from a surface wave that impinges on patches printed on a dielectric, which have a different shape to vary their reactance. Consequently, the radiation pattern of the antenna is controlled by acting, during the design stage, on the physical parameters of these small metallic elements (patches) that form the surface. The antenna beam is unique in that the radiation occurs across the entire aperture and the polarization is circular and may be non-linear from contributions from specific patches as taught in the articles and the rest of the prior art.

El documento [4], al igual que los dos anteriores, describe antenas basadas en metasuperficies moduladas, suponiendo también la posibilidad de fabricar una antena monohaz polarizada linealmente. Para esta posibilidad, se define la distribución de campos sobre la abertura (figura 11a en el documento citado), pero no se da ninguna indicación ni sobre la geometría relativa de los parches ni sobre el paso de los mismos o el área de los mismos, una cuestión a la que se hace referencia como una cuestión “no trivial” según el conocimiento del campo. Por tanto, no se proporciona ningún ejemplo experimental polarizado linealmente (sino sólo polarizado circularmente) y el estado actual de la técnica no permite determinar la forma, el tamaño y el paso de los parches y, por tanto, fabricar tales antenas polarizadas linealmente. The document [4], like the previous two, describes antennas based on modulated metasurfaces, also assuming the possibility of manufacturing a linearly polarized single-beam antenna. For this possibility, the distribution of fields over the opening is defined (figure 11a in the cited document), but no indication is given either about the relative geometry of the patches or about their passage or their area. an issue referred to as a “non-trivial” issue based on knowledge of the field. Therefore, no linearly polarized (but only circularly polarized) experimental example is provided and the current state of the art does not allow determining the shape, size and pitch of the patches and, therefore, manufacturing such linearly polarized antennas.

El documento [5] presenta la síntesis de antenas multihaz basadas en metasuperficies moduladas: en un primer caso, se trata de una antena con dos haces opuestos polarizados circularmente (derecho e izquierdo) y, en un segundo caso, una antena con cuatro haces polarizados circularmente opuestos de dos en dos (en ambos casos, los haces son distintos y separados con diferentes centros de fase). Este documento también define la distribución de campos en la apertura, pero no la geometría, la distribución y el tamaño de los parches que pueden implementarla. No se da ningún ejemplo experimental a este respecto y el estado actual de la técnica no permite fabricar tales antenas en ausencia de una geometría definida de los parches. The document [5] presents the synthesis of multibeam antennas based on modulated metasurfaces: in a first case, it is an antenna with two opposing circularly polarized beams (right and left) and, in a second case, an antenna with four polarized beams circularly opposite two by two (in both cases, the beams are distinct and separated with different phase centers). This document also defines the field distribution in the aperture, but not the geometry, distribution and size of the patches that can implement it. No experimental example is given in this regard and the current state of the art does not allow such antennas to be manufactured in the absence of a defined geometry of the patches.

Todas estas soluciones, conseguidas o solo propuestas a nivel teórico general, no son adecuadas para la fabricación de antenas multihaz polarizadas linealmente, ya que son o bien monohaz o bien polarizadas circularmente, y por tanto no son adecuadas para aplicaciones de multihaz, en particular, para aplicaciones de monopulso. Por otra parte, las antenas multihaz del tipo convencional presentan desventajas en lo que se refiere al tamaño, el peso y el coste. Además, la polarización circular requiere una mayor potencia transmitida con respecto a la polarización lineal (tal como la de un dipolo simple), ya que la distribuye en dos componentes, de los cuales sólo uno es útil para aplicación monopulso. All these solutions, achieved or only proposed at a general theoretical level, are not suitable for the manufacture of linearly polarized multibeam antennas, since they are either single beam or circularly polarized, and therefore are not suitable for multibeam applications, in particular, for monopulse applications. On the other hand, conventional multibeam antennas have disadvantages in terms of size, weight and cost. Furthermore, circular polarization requires greater transmitted power with respect to linear polarization (such as that of a simple dipole), since it distributes it into two components, only one of which is useful for monopulse application.

El documento [6] presenta una realización de una antena monopulso de 4 cuadrantes con una pluralidad de elementos radiantes activos, denominados mallas, acoplados entre sí, cuyas dimensiones, como puede observarse a partir de las figuras 1 y 2 relativas, son de entre 0,5 y 1,25 lambda. De hecho, en un diámetro de 5 lambdas hay 4 elementos en un plano y 10 elementos en el otro. En esta antena conocida, los ocho elementos radiantes de cada cuadrante están dispuestos de manera no repetitiva y están acoplados directamente entre sí, ya que están mecánicamente en contacto entre sí. En total, los elementos radiantes son 32. The document [6] presents an embodiment of a 4-quadrant monopulse antenna with a plurality of active radiating elements, called meshes, coupled together, whose dimensions, as can be seen from relative figures 1 and 2, are between 0 .5 and 1.25 lambda. In fact, in a diameter of 5 lambdas there are 4 elements in one plane and 10 elements in the other. In this known antenna, the eight radiating elements of each quadrant are arranged in a non-repetitive manner and are directly coupled to each other, since they are mechanically in contact with each other. In total, there are 32 radiating elements.

El documento [7] da a conocer una realización de una antena monopulso de 4 cuadrantes con bandas duales X y Ka. Para la banda X, la antena es una matriz clásica de ranuras de guía de ondas, mientras que para la banda Ka es una matriz de parches dieléctricos superpuestos en la matriz de guías. Los parches son mucho más pequeños que las ranuras (menos de la mitad) ya que tienen que funcionar a más del doble de la frecuencia. Esto permite entrelazar los parches con las ranuras, sin que los primeros cubran a las segundas, tal como se muestra en la figura 1 del mismo. Sin embargo, los parches siempre tienen dimensiones de al menos la mitad de la longitud de onda, pero a una frecuencia mucho más alta. Document [7] discloses an embodiment of a 4-quadrant monopulse antenna with dual X and Ka bands. For X-band, the antenna is a classical array of waveguide slots, while for Ka-band it is an array of dielectric patches superimposed on the guide array. The patches are much smaller than the slots (less than half) since they have to operate at more than twice the frequency. This allows the patches to be intertwined with the slots, without the former covering the latter, as shown in Figure 1. However, the patches always have dimensions of at least half the wavelength, but at a much higher frequency.

Los parches de cada fila de la matriz de bandas Ka están conectados directamente entre sí mediante una línea de microcinta, tal como se muestra en la figura 5 de la misma, conectada a su vez mediante un adaptador a la guía de ondas, a un divisor de guía (véase la figura 6), similar al de entrada de las guías radiantes de las ranuras. The patches of each row of the Ka band array are directly connected to each other by a microstrip line, as shown in Figure 5 thereof, in turn connected by an adapter to the waveguide, to a divider guide (see figure 6), similar to the entrance of the radiating guides of the slots.

En última instancia, la antena en [7] consiste en guías de entrada para las dos bandas, guías radiantes para la banda X y parches conectados a una microcinta para la banda Ka. Ultimately, the antenna in [7] consists of input guides for the two bands, radiating guides for the X band, and patches connected to a microstrip for the Ka band.

Las guías de ondas radiantes y las de entrada se añaden a la capa dieléctrica de los parches, para un total de al menos tres niveles (capas) que no pueden desacoplarse: de hecho, la antena en la banda Ka no funciona sin la presencia del primer y el tercer nivel; de manera similar, la antena de banda X no funciona sin la guía de ondas de entrada de tercer nivel. The radiating and input waveguides are added to the dielectric layer of the patches, for a total of at least three levels (layers) that cannot be decoupled: in fact, the Ka-band antenna does not function without the presence of the first and third level; Similarly, the X-band antenna does not work without the third level input waveguide.

El documento [8] presenta una antena de lente multihaz polarizada circularmente. La antena es una matriz de elementos radiantes polarizados circularmente, parches de una forma particular y una lente plana subyacente, que se obtiene disponiendo en capas subyacentes los mismos elementos dispuestos de manera adecuada. Paper [8] presents a circularly polarized multibeam lens antenna. The antenna is an array of circularly polarized radiating elements, patches of a particular shape and an underlying planar lens, which is obtained by arranging the same elements arranged in a suitable manner in underlying layers.

La antena comprende tres niveles de parche (parche metálico superior, parche metálico medio y parche metálico inferior, véase la figura 5 de la misma). El paso entre los parches es del orden de la mitad de una longitud de onda. Los parches son elípticos, con un orificio en forma de I y funcionan en polarización circular. The antenna comprises three patch levels (upper metal patch, middle metal patch and lower metal patch, see Figure 5 thereof). The pitch between the patches is of the order of half a wavelength. The patches are elliptical, with an I-shaped hole and operate in circular polarization.

Objeto y contenido de la invenciónObject and content of the invention

El objeto de la presente invención es proporcionar una antena multihaz polarizada linealmente que resuelva los problemas y supere los inconvenientes de la técnica anterior, también en lo que se refiere al tamaño, el peso y el coste, así como de complejidad de fabricación, manteniendo al mismo tiempo excelentes valores de diafonía. El contenido de la presente invención es una antena multihaz polarizada linealmente según las reivindicaciones adjuntas. The object of the present invention is to provide a linearly polarized multibeam antenna that solves the problems and overcomes the drawbacks of the prior art, also with regard to size, weight and cost, as well as manufacturing complexity, while maintaining the at the same time excellent crosstalk values. The content of the present invention is a linearly polarized multibeam antenna according to the attached claims.

Descripción detallada de realizaciones a modo de ejemplo preferidas de la invenciónDetailed Description of Preferred Exemplary Embodiments of the Invention

Lista de las figurasList of figures

La invención se describirá ahora con fines ilustrativos, pero no limitativos, con referencia particular a las figuras de los dibujos adjuntos, en los que: The invention will now be described for illustrative, but not limiting, purposes, with particular reference to the figures of the accompanying drawings, in which:

- la figura 1 muestra la distribución de la reactancia de superficie Xpp, la parte real de la impedancia de superficie de una antena según una realización de la presente invención; - Figure 1 shows the distribution of the surface reactance Xpp, the real part of the surface impedance of an antenna according to an embodiment of the present invention;

- la figura 2 muestra una posible geometría de una antena monopulso según una realización de la invención, en una vista frontal ampliada; - Figure 2 shows a possible geometry of a monopulse antenna according to an embodiment of the invention, in an enlarged front view;

- la figura 3 muestra un gráfico de patrón de antena, que muestra el haz suma en el plano azimutal de una realización de la presente invención; - Figure 3 shows an antenna pattern graph, showing the sum beam in the azimuthal plane of an embodiment of the present invention;

- la figura 4 muestra un gráfico de patrón de antena, que ilustra el haz suma en el plano de elevación de la misma realización de la figura 3; - Figure 4 shows an antenna pattern graph, illustrating the sum beam in the elevation plane of the same embodiment of Figure 3;

- la figura 5 muestra un gráfico de patrón de antena, que ilustra el haz delta-azimut de la misma realización de la figura 3; - Figure 5 shows an antenna pattern graph, illustrating the delta-azimuth beam of the same embodiment of Figure 3;

- la figura 6 muestra un gráfico de patrón de antena, que ilustra el haz delta-elevación de la misma realización de la figura 3; - Figure 6 shows an antenna pattern graph, illustrating the delta-elevation beam of the same embodiment of Figure 3;

- la figura 7 muestra un gráfico de patrón de antena, que ilustra el haz delta-delta de la misma realización de la figura 3; - Figure 7 shows an antenna pattern graph, illustrating the delta-delta beam of the same embodiment of Figure 3;

- la figura 8 muestra un gráfico de patrón de antena de haz suma en el plano azimutal de la misma realización de la figura 3, con una comparación teórico-experimental; - Figure 8 shows a graph of the sum beam antenna pattern in the azimuthal plane of the same embodiment of Figure 3, with a theoretical-experimental comparison;

- la figura 9 muestra un gráfico de patrón de antena de haz suma en el plano de elevación de la misma realización de la figura 3, con una comparación teórico-experimental; - Figure 9 shows a graph of the sum beam antenna pattern in the elevation plane of the same embodiment of Figure 3, with a theoretical-experimental comparison;

- la figura 10 muestra un gráfico de pérdida de retorno medida y teórica en las entradas de antena 1 y 2, según la realización de la figura 3 (frecuencias en la banda Ka alrededor de la frecuencia central f0 de la antena); y - la figura 11 muestra un gráfico del acoplamiento mutuo medido entre las entradas de antena, en la realización de la figura 3 (frecuencias en la banda Ka alrededor de la frecuencia central f0 de la antena). - Figure 10 shows a graph of measured and theoretical return loss at antenna inputs 1 and 2, according to the embodiment of Figure 3 (frequencies in the Ka band around the central frequency f0 of the antenna); and - Figure 11 shows a graph of the mutual coupling measured between the antenna inputs, in the embodiment of Figure 3 (frequencies in the Ka band around the central frequency f0 of the antenna).

Vale la pena señalar que a continuación en el presente documento pueden combinarse entre sí elementos de diferentes realizaciones para proporcionar realizaciones adicionales sin restricciones, respetando al mismo tiempo el concepto técnico de la invención, tal como entenderán los expertos en la técnica fácilmente a partir de la descripción. It is worth noting that hereinafter elements of different embodiments may be combined with each other to provide additional embodiments without restrictions, while respecting the technical concept of the invention, as those skilled in the art will readily understand from the description.

La presente descripción también hace referencia a la técnica anterior para su implementación, en lo que respecta a las características de detalle que no se describen, tal como, por ejemplo, elementos de menor importancia usados habitualmente en la técnica anterior en soluciones del mismo tipo. The present description also refers to the prior art for its implementation, with respect to detail features that are not described, such as, for example, minor elements commonly used in the prior art in solutions of the same type.

Cuando se introduce un elemento siempre se entiende que puede haber “al menos uno” o “uno o más”. When an element is introduced it is always understood that there can be “at least one” or “one or more”.

Cuando en esta descripción se enumeran elementos o características, significa que el hallazgo según la invención “comprende” o alternativamente “consiste en” tales elementos. When elements or characteristics are listed in this description, it means that the finding according to the invention “comprises” or alternatively “consists of” such elements.

RealizacionesAchievements

La invención consiste en una antena multihaz polarizada linealmente basada en tecnología de metamateriales y, en particular, como metasuperficie modulada. La antena puede ser de monopulso, como un caso específico del multihaz. The invention consists of a linearly polarized multibeam antenna based on metamaterial technology and, in particular, as a modulated metasurface. The antenna can be monopulse, as a specific case of multibeam.

Una metasuperficie modulada es un caso particular de antena de onda de fuga, es decir, una estructura de guía en la que radia una onda de superficie a medida que se propaga a lo largo de la propia superficie. A modulated metasurface is a particular case of a leakage wave antenna, that is, a guiding structure in which a surface wave radiates as it propagates along the surface itself.

En una metasuperficie modulada, la radiación se controla modulando las condiciones de contorno. Dichas condiciones de contorno vienen impuestas por la presencia en la superficie de parches metálicos de tamaño y orientación diferentes, que modifican adecuadamente la impedancia de superficie y, por tanto, la radiación en los distintos puntos (véase, por ejemplo, la figura 1). Los parches se excitan por la onda de superficie y, por tanto, no tienen conexión directa con una fuente de alimentación eléctrica. In a modulated metasurface, radiation is controlled by modulating the boundary conditions. These boundary conditions are imposed by the presence on the surface of metal patches of different size and orientation, which appropriately modify the surface impedance and, therefore, the radiation at different points (see, for example, Figure 1). The patches are excited by the ground wave and therefore have no direct connection to an electrical power source.

Aunque a continuación siempre se hará referencia a las antenas monopulso, todas las indicaciones y consideraciones se aplican también a la clase más general de antenas multihaz. Although reference will always be made below to monopulse antennas, all indications and considerations also apply to the more general class of multibeam antennas.

Las antenas monopulso son similares, en su construcción general, a sistemas de exploración cónicos, aunque tienen cuatro haces contemporáneos distintos, apuntados en direcciones ligeramente diferentes. Cuando se reciben las señales reflejadas por el objetivo, se amplifican por separado y se comparan entre sí, generando las señales suma y delta (delta-azimut, delta-elevación y delta-delta), a partir de las cuales es posible trazar la dirección del objetivo con respecto al eje de mira de la antena. Monopulse antennas are similar, in general construction, to conical scanning systems, although they have four different contemporary beams, pointed in slightly different directions. When the signals reflected by the target are received, they are amplified separately and compared with each other, generating the sum and delta signals (delta-azimuth, delta-elevation and delta-delta), from which it is possible to plot the direction of the target with respect to the axis of sight of the antenna.

Según un aspecto de la invención, la antena descrita en el presente documento comprende al menos una capa dieléctrica (preferiblemente una única capa dieléctrica), por ejemplo, de forma circular (aunque es posible una forma rectangular o cualquier otra forma). Preferiblemente, la al menos una capa dieléctrica es de un solo material, aunque también puede ser de múltiples materiales, por ejemplo, en diferentes partes. According to one aspect of the invention, the antenna described herein comprises at least one dielectric layer (preferably a single dielectric layer), for example, circular in shape (although a rectangular or any other shape is possible). Preferably, the at least one dielectric layer is of a single material, although it may also be of multiple materials, for example, in different parts.

Según un aspecto de la invención, la capa dieléctrica está dividida funcionalmente en al menos cuatro cuadrantes, por ejemplo, exactamente cuatro u ocho cuadrantes. En la capa dieléctrica, las ondas de superficie correspondientes a los canales de los cuatro cuadrantes (se produce así una división “funcional”) se lanzan mediante clavijas correspondientes (un conductor por cuadrante). Las clavijas (u otro sistema de entrada, véase más adelante) se colocan cerca del centro de la antena y por esta razón se dice que la antena tiene una entrada “central” de una señal de radiofrecuencia. Debajo de al menos una capa dieléctrica se encuentra una capa metalizada rectificada, según la técnica anterior. Los parches alrededor de las clavijas deben estar a una distancia no nula de las clavijas (preferiblemente, al menos 0,1 veces la longitud de onda central). According to one aspect of the invention, the dielectric layer is functionally divided into at least four quadrants, for example, exactly four or eight quadrants. In the dielectric layer, surface waves corresponding to the channels of the four quadrants (thus producing a “functional” division) are launched by corresponding pins (one conductor per quadrant). The pins (or other input system, see below) are placed near the center of the antenna and for this reason the antenna is said to have a “central” input of a radio frequency signal. Below at least one dielectric layer is a rectified metallized layer, according to the prior art. The patches around the pins should be at a non-zero distance from the pins (preferably at least 0.1 times the central wavelength).

En una de las superficies de la capa dieléctrica se encuentran elementos metálicos (parches) que están configurados y adaptados para variar la reactancia de la misma. En general, el grosor de los parches es muy pequeño con respecto a las frecuencias de funcionamiento de la antena, por ejemplo, del orden de una centésima de longitud de onda. Preferiblemente, los parches son sustancialmente elípticos, para darles una dirección de orientación y, por tanto, proporcionar un parámetro sobre el cual actuar para variar la impedancia de superficie de los mismos (preferiblemente, los parches no están perforados, en particular, no tienen un orificio en forma de I). Sin embargo, son posibles otras formas con una dirección de extensión privilegiada (por tanto, el parche tiene un área superficial definida por dos direcciones de desarrollo, por ejemplo, ortogonal, una de las cuales es mayor que la otra, también denominada “dirección privilegiada”). Además, según un aspecto de la invención, un subconjunto de los parches (con un número de elementos estrictamente inferior al total) también puede tener una forma sin una dirección privilegiada, por ejemplo, una forma circular. De nuevo, cada parche puede tener una forma diferente, aunque, por conveniencia de fabricación y diseño, todos pueden ser iguales. On one of the surfaces of the dielectric layer there are metallic elements (patches) that are configured and adapted to vary its reactance. In general, the thickness of the patches is very small with respect to the operating frequencies of the antenna, for example, on the order of one hundredth of a wavelength. Preferably, the patches are substantially elliptical, to give them a direction of orientation and, therefore, provide a parameter upon which to act to vary the surface impedance thereof (preferably, the patches are not perforated, in particular, they do not have a I-shaped hole). However, other shapes with a privileged direction of extension are possible (thus the patch has a surface area defined by two directions of development, for example, orthogonal, one of which is larger than the other, also called “privileged direction "). Furthermore, according to one aspect of the invention, a subset of the patches (with strictly less than the total number of elements) may also have a shape without a privileged direction, for example, a circular shape. Again, each patch may be a different shape, although, for convenience of manufacturing and design, they may all be the same.

El paso entre los parches (distancia entre los centros respectivos de dos parches más cercanos, donde el centro del parche es un centro geométrico o definido de manera adecuada) y las dimensiones del parche único (dimensiones que definen el área del mismo) pueden ser ambos del orden de una décima parte de la longitud de onda central de la antena. Según un aspecto diferente de la invención, cada uno del paso y las dimensiones del parche pueden tener valores entre 0,01 y 0,5 veces la longitud de onda central a lo largo de cada una de las direcciones de una referencia cartesiana en dicho plano de antena (por tanto, un paso y una dimensión en una dirección del sistema de referencia, un paso y una dimensión en la otra dirección del sistema de referencia). En cualquier caso, los parches no deben estar conectados mecánicamente entre sí. Preferiblemente, los valores mencionados anteriormente pueden estar comprendidos individualmente entre 0,05 y 0,3 veces la longitud de onda central, más preferiblemente entre 0,1 y 0,2 veces la longitud de onda central a lo largo de cada una de las direcciones de una referencia cartesiana en el dieléctrico. El paso puede incluso no tener un límite superior obligatorio. The pitch between the patches (distance between the respective centers of two closest patches, where the center of the patch is a geometric or suitably defined center) and the dimensions of the single patch (dimensions that define the area thereof) can be both of the order of one tenth of the central wavelength of the antenna. According to a different aspect of the invention, each of the pitch and dimensions of the patch may have values between 0.01 and 0.5 times the central wavelength along each of the directions of a Cartesian reference in said plane. of antenna (therefore, one step and one dimension in one direction of the reference system, one step and one dimension in the other direction of the reference system). In any case, the patches must not be mechanically connected to each other. Preferably, the above-mentioned values can be individually between 0.05 and 0.3 times the central wavelength, more preferably between 0.1 and 0.2 times the central wavelength along each of the directions. of a Cartesian reference in the dielectric. The step may not even have a mandatory upper limit.

El hecho de que el tamaño y la separación entre los parches pueda reducirse se consigue por el hecho de que la antena según la invención es una antena de onda de fuga, en la que los parches no crean la señal que va a radiarse, sino que la perturban. La onda de superficie introducida en la antena se perturba y, por tanto, se modela según las necesidades. Para este fin, los parches no deben tocarse entre sí en ninguna circunstancia, sino que deben tener la misma forma general con algunos parámetros que pueden ajustarse según el diseño. Además, incluso los puntos de excitación de la onda de superficie en los cuadrantes deben estar a una distancia no nula de los parches más cercanos, de modo que la onda de superficie se forme antes de que se perturbe por ellos. The fact that the size and spacing between the patches can be reduced is achieved by the fact that the antenna according to the invention is a leaky wave antenna, in which the patches do not create the signal to be radiated, but instead They disturb her. The ground wave introduced into the antenna is perturbed and therefore shaped as needed. For this purpose, the patches should not touch each other under any circumstances, but rather have the same general shape with some parameters that can be adjusted depending on the design. Furthermore, even the surface wave excitation points in the quadrants must be at a non-zero distance from the nearest patches, so that the surface wave is formed before it is perturbed by them.

En este caso se supone que la capa dieléctrica es plana, aunque también puede ser curva. En el segundo caso, ya no existiría una referencia cartesiana sino unas coordenadas curvilíneas de superficie. A continuación, se hablará de un sistema de referencia superficial para incluir ambos casos. In this case it is assumed that the dielectric layer is flat, although it can also be curved. In the second case, there would no longer be a Cartesian reference but rather curvilinear surface coordinates. Next, we will talk about a superficial reference system to include both cases.

Las ondas de superficie anteriores, al encontrarse con los parches, generan cuatro haces de antena, de tipo holográfico, que especialmente combinados, forman los cuatro canales monopulso (suma, delta-azimut, deltaelevación y delta-delta, es decir, la diferencia entre los cuadrantes diagonales) de la antena polarizada linealmente. No se requiere ninguna red combinada de antenas, ya que cada uno de los cuatro puntos de entrada corresponde a un haz de antena diferente. Sólo puede añadirse un combinador si los cuatro haces monopulso van a generarse a partir de los de los cuadrantes. De hecho, los haces monopulso pueden obtenerse combinando la suma y el delta de las entradas destinadas a los cuatro conectores, por medio de una pluralidad de combinadores de guía de ondas (también denominados “Magic Ts”), como se conoce en el campo. Alternativamente, pueden evitarse los combinadores y las señales monopulso recibidas pueden reconstruirse digitalmente, de manera conocida, a partir de las señales de los cuatro cuadrantes. The above surface waves, upon encountering the patches, generate four holographic-type antenna beams, which, especially combined, form the four monopulse channels (sum, delta-azimuth, deltaelevation and delta-delta, that is, the difference between the diagonal quadrants) of the linearly polarized antenna. No combined antenna array is required, as each of the four entry points corresponds to a different antenna beam. A combiner can only be added if the four monopulse beams are to be generated from the quadrant beams. In fact, monopulse beams can be obtained by combining the sum and delta of the inputs destined for the four connectors, by means of a plurality of waveguide combiners (also called "Magic Ts"), as is known in the field. Alternatively, combiners can be avoided and the received monopulse signals can be digitally reconstructed, in a known manner, from the four quadrant signals.

El conjunto de parches dieléctricos y metálicos forma la metasuperficie modulada de la antena según la invención. The set of dielectric and metallic patches forms the modulated metasurface of the antenna according to the invention.

Según un aspecto de la invención, la entrada de antena puede consistir en cuatro conectores (en cualquier caso, un número correspondiente a los cuadrantes), uno para cada cuadrante. Según un aspecto diferente de la invención, la entrada de la antena puede lograrse por medio de cuatro acoplamientos de ranura con una guía de ondas, siempre en un número correspondiente a los cuadrantes. En este caso, la guía de ondas se posiciona debajo de la capa de tierra adyacente (depositada sobre) al dieléctrico y se acopla con el propio dieléctrico por medio de una ranura que atraviesa la pared de la propia guía y la capa de tierra hasta el dieléctrico. La ranura sustituye al conector de la otra realización según la invención. En general, se hará referencia a un sistema de entrada de señal de radiofrecuencia para abarcar las dos realizaciones mencionadas y cualquier otra solución que garantice una entrada de la señal de radiofrecuencia del cuadrante. According to one aspect of the invention, the antenna input may consist of four connectors (in any case, a number corresponding to the quadrants), one for each quadrant. According to a different aspect of the invention, the antenna input can be achieved by means of four slot couplings with a waveguide, always in a number corresponding to the quadrants. In this case, the waveguide is positioned below the ground layer adjacent to (deposited on) the dielectric and is coupled with the dielectric itself by means of a slot that passes through the wall of the guide itself and the ground layer to the dielectric. The slot replaces the connector of the other embodiment according to the invention. In general, reference will be made to a radio frequency signal input system to encompass the two mentioned embodiments and any other solution that ensures an input of the quadrant radio frequency signal.

El término “cuadrante” significa simplemente una parte funcional de la antena, sin limitaciones de geometría. Preferiblemente, todos los cuadrantes tienen la misma forma y tamaño. The term “quadrant” simply means a functional part of the antenna, without limitations of geometry. Preferably, all quadrants have the same shape and size.

Desde el punto de vista del diseño de la antena según la invención, un parámetro fundamental para obtener las ventajas que se indican a continuación respecto a la técnica anterior es la orientación de los parches (al menos de un subconjunto no nulo de los parches, por ejemplo, elíptica o con dirección de extensión privilegiada). Dado que la impedancia de radiación necesaria puede calcularse en cada punto de un diseño de antena particular, y dado que para cada parche la impedancia puede calcularse en función de la geometría y orientación del mismo (para aquellos parches con dirección de desarrollo privilegiada) con respecto a la dirección de propagación de la onda, es posible determinar la orientación de cada parche en la antena final. Por tanto, tal orientación dependerá del diseño de antena deseado y puede calcularse basándose en el conocimiento anterior y en la enseñanza técnica actual. From the point of view of the design of the antenna according to the invention, a fundamental parameter to obtain the advantages indicated below with respect to the prior art is the orientation of the patches (at least of a non-zero subset of the patches, for example example, elliptical or with privileged extension direction). Since the necessary radiation impedance can be calculated at each point of a particular antenna design, and since for each patch the impedance can be calculated as a function of its geometry and orientation (for those patches with privileged development direction) with respect to to the direction of wave propagation, it is possible to determine the orientation of each patch in the final antenna. Such orientation will therefore depend on the desired antenna design and can be calculated based on prior knowledge and current technical teaching.

Por supuesto, también es posible variar la razón axial de las elipses de los parches (o, en general, la forma de los parches), y esto afecta a la impedancia de radiación. Tal razón puede variarse de manera diferente para cada parche o puede proporcionarse un valor único para todos los parches. También es posible usar un subconjunto de parches (estrictamente más pequeño que el conjunto total) con una razón igual a 1 (es decir, circulares o cuadrados, según otra forma sin una dirección privilegiada), aunque el parámetro de orientación para estos se pierde. Of course, it is also possible to vary the axial ratio of the patch ellipses (or, in general, the shape of the patches), and this affects the radiation impedance. Such a ratio can be varied differently for each patch or a single value can be provided for all patches. It is also possible to use a subset of patches (strictly smaller than the total set) with a ratio equal to 1 (i.e. circular or square, depending on another shape without a privileged direction), although the orientation parameter for these is lost.

La antena monopulso según la invención puede consistir en un circuito impreso de una sola capa con forma circular. En general, para cualquier forma del dieléctrico, la superficie inferior del mismo está totalmente metalizada con la función de un plano de tierra, mientras que en su superficie superior (también denominada “superficie radiante”, opuesta a la superficie inferior, en particular, paralela a ésta) se imprime un gran número de parches con la función de radiadores, tal como se mencionó anteriormente. La fuente de alimentación puede obtenerse mediante cuatro clavijas conectadas a otros tantos conectores, correspondientes a las entradas de los cuatro cuadrantes del monopulso. The monopulse antenna according to the invention may consist of a single-layer printed circuit with a circular shape. In general, for any form of dielectric, the lower surface of the dielectric is completely metallized with the function of a ground plane, while on its upper surface (also called "radiant surface", opposite to the lower surface, in particular, parallel to this) a large number of patches are printed with the function of radiators, as mentioned above. The power supply can be obtained through four pins connected to as many connectors, corresponding to the inputs of the four quadrants of the monopulse.

Las dimensiones y el paso de los parches elípticos son del orden de una décima parte de una longitud de onda tal como se especificó anteriormente en detalle. The dimensions and pitch of the elliptical patches are of the order of one tenth of a wavelength as previously specified in detail.

Por medio de cada una de las clavijas (u otro sistema de entrada, véase anteriormente) se lanza al sustrato una onda de superficie de tipo radial (desde la clavija hacia fuera) que, durante la propagación, encuentra los parches elípticos. Éstos constituyen impedancias paralelas, que provocan la radiación. Through each of the pins (or other input system, see above) a radial surface wave is launched into the substrate (from the pin outwards) which, during propagation, encounters the elliptical patches. These constitute parallel impedances, which cause radiation.

La forma y orientación de la elipse determinan la impedancia del parche y, por tanto, la fase y la amplitud de radiación de cada uno de los parches. La combinación de las contribuciones de los numerosos parches, teniendo en cuenta también el paso de los mismos, proporciona el patrón de radiación de cada uno de los cuadrantes. Se diseñó un prototipo de la antena en banda milimétrica con un diámetro de 150 mm. The shape and orientation of the ellipse determine the impedance of the patch and, therefore, the phase and amplitude of radiation of each of the patches. The combination of the contributions of the numerous patches, also taking into account their passage, provides the radiation pattern of each of the quadrants. A prototype of the millimeter band antenna was designed with a diameter of 150 mm.

Una implementación experimental de la antena según la invención consiste en una capa de Rogers® R03006 con un grosor de 0,635 mm, con cuatro conectores SRI 25-130-1000-94, y sobre el que están impresos 14.604 parches elípticos, colocados con un paso de 1,1 mm. En esta y otras realizaciones, la razón axial de la elipse de los parches puede ser de entre 1,5 y 2,0. An experimental implementation of the antenna according to the invention consists of a layer of Rogers® R03006 with a thickness of 0.635 mm, with four SRI 25-130-1000-94 connectors, and on which 14,604 elliptical patches are printed, placed with a pitch 1.1mm. In this and other embodiments, the axial ratio of the ellipse of the patches can be between 1.5 and 2.0.

Los conectores se colocan a una distancia de 26,4 mm del centro de la matriz. The connectors are placed at a distance of 26.4 mm from the center of the matrix.

La distancia de los puntos de entrada desde el centro de la matriz debe elegirse de manera adecuada para minimizar el acoplamiento mutuo entre los canales. The distance of the input points from the center of the array should be chosen appropriately to minimize mutual coupling between the channels.

El rendimiento de la antena fabricada específicamente puede resumirse de la siguiente manera: The performance of the specifically manufactured antenna can be summarized as follows:

- Ganancia > 27,5 dBi - Gain > 27.5 dBi

- Anchura de haz suma < 5° (plano azimutal) /5° (plano de elevación) - Sum beam width < 5° (azimuthal plane) /5° (elevation plane)

- Nivel de lóbulos laterales de suma < -12 dB (plano azimutal) / -18 dB (plano de elevación) - Sum side lobe level < -12 dB (azimuthal plane) / -18 dB (elevation plane)

- Polarización cruzada < -30 dB (plano azimutal) / < -20 dB (plano de elevación) - Cross polarization < -30 dB (azimuthal plane) / < -20 dB (elevation plane)

- Ganancia (delta-azimut) > 24,5 dB (> -3,5 dB con respecto a la suma) - Gain (delta-azimuth) > 24.5 dB (> -3.5 dB with respect to sum)

- Ganancia (delta-elevación) > 24,0 dB (> -4,0 dB con respecto a la suma) - Gain (delta-lift) > 24.0 dB (> -4.0 dB with respect to sum)

- Ganancia (delta-delta) > -21,5 dB (> -6,5 dB con respecto a la suma) - Gain (delta-delta) > -21.5 dB (> -6.5 dB with respect to sum)

- Nivel de lóbulos laterales delta-azimut < -13 dB con respecto al pico de la señal de suma - Delta-azimuth sidelobe level < -13 dB with respect to the peak of the sum signal

- Nivel de lóbulos laterales delta-elevación < -16 dB con respecto al pico de la señal de suma - Delta-lift side lobe level < -16 dB with respect to the peak of the sum signal

- Nivel de lóbulos laterales delta-delta < -13 dB con respecto al pico de la señal de suma. - Delta-delta side lobe level < -13 dB with respect to the peak of the sum signal.

En las figuras 3 a 7, se muestran los patrones simulados de la antena de banda MMW. The simulated patterns of the MMW band antenna are shown in Figures 3 to 7.

La figura 3 muestra el patrón de suma (E) en el plano azimutal (es decir, con un ángulo $ = 45-225° en coordenadas polares) que tiene una anchura de haz de 4°, lóbulos laterales a -13 dB, ganancia de 28 dBi y niveles de polarización cruzada de -33 dB. Figure 3 shows the summation pattern (E) in the azimuthal plane (i.e. with angle $ = 45-225° in polar coordinates) having a beamwidth of 4°, side lobes at -13 dB, gain of 28 dBi and cross polarization levels of -33 dB.

La figura 4 muestra el patrón de suma en el plano de elevación (es decir, con un ángulo $ = 135-315° en coordenadas polares) que tiene una anchura de haz de 4°, lóbulos laterales a -18 dB, ganancia de 28 dBi y niveles de polarización cruzada de -23 dB. Figure 4 shows the summing pattern in the elevation plane (i.e., with angle $ = 135-315° in polar coordinates) having a beamwidth of 4°, sidelobes at -18 dB, gain of 28 dBi and -23 dB cross-polarization levels.

La figura 5 muestra el patrón delta-azimut (es decir, con un ángulo $ = 45-225° en coordenadas polares) que tiene lóbulos laterales a -13 dB, ganancia de 25 dBi a -3 dB desde el pico del patrón de suma, profundidad nula de más de -25 dB y niveles de polarización cruzada de -33 dB. Figure 5 shows the delta-azimuth pattern (i.e., with angle $ = 45-225° in polar coordinates) having sidelobes at -13 dB, 25 dBi gain at -3 dB from the peak of the sum pattern , null depth greater than -25 dB, and cross-polarization levels of -33 dB.

La figura 6 muestra el patrón delta-elevación (es decir, con un ángulo $ = 135-315° en coordenadas polares) que tiene lóbulos laterales a -16 dB, ganancia de 24,5 dBi a -3,5 dB desde el pico del patrón de suma, profundidad nula de más de -33 dB y niveles de polarización cruzada de -22 dB. Figure 6 shows the delta-elevation pattern (i.e. with angle $ = 135-315° in polar coordinates) having sidelobes at -16 dB, gain of 24.5 dBi at -3.5 dB from peak of the sum pattern, null depth of more than -33 dB and cross-polarization levels of -22 dB.

La figura 7 muestra el patrón delta-delta que presenta lóbulos laterales a -15 dB, ganancia de 21,5 dBi a -6,5 dB de la suma, profundidad nula de más de -33 dB, y niveles de polarización cruzada de -33 dB. Figure 7 shows the delta-delta pattern featuring sidelobes at -15 dB, gain of 21.5 dBi at -6.5 dB of sum, null depth of more than -33 dB, and cross-polar levels of - 33 dB.

Estos patrones son perfectamente adecuados para la función monopulso. These patterns are perfectly suited for the monopulse function.

Las figuras 8 y 9 muestran comparaciones del patrón de antena de haz suma en el plano azimutal y de elevación simulado y experimental. Figures 8 and 9 show comparisons of the sum beam antenna pattern in the simulated and experimental azimuthal and elevation plane.

La anchura de haz medida es de entre 4,0 y 4,1°, perfectamente en línea con los datos teóricos. La ganancia medida también es congruente con la teórica de 27,9 dB. The measured beamwidth is between 4.0 and 4.1°, perfectly in line with the theoretical data. The measured gain is also consistent with the theoretical gain of 27.9 dB.

La figura 10 muestra la pérdida de retorno medida en dos puertos de antena en comparación con la calculada. La figura muestra una tendencia experimental que sigue muy bien la teórica, también en lo que respecta a las dos resonancias presentadas por la antena. Figure 10 shows the measured return loss at two antenna ports compared to the calculated one. The figure shows an experimental trend that follows the theoretical one very well, also with regard to the two resonances presented by the antenna.

Finalmente, la figura 11 muestra el acoplamiento mutuo medido entre los puertos de antena. Los valores medidos siempre están por debajo de -30 dB, lo que garantiza un buen desacoplamiento entre todos los puertos de antena. Finally, Figure 11 shows the measured mutual coupling between the antenna ports. The measured values are always below -30 dB, which ensures good decoupling between all antenna ports.

Ventajas de la invenciónAdvantages of the invention

Las antenas de metasuperficie moduladas ya se han presentado en la bibliografía aunque, tal como se mencionó anteriormente, son antenas monohaz. Sólo una publicación reciente [5] presenta la posibilidad de crear antenas multihaz y analiza problemas y posibles soluciones, destacando la posibilidad de fabricar una antena multihaz, pero sólo polarizada circularmente y de manera teórica. Modulated metasurface antennas have already been presented in the literature although, as mentioned above, they are single-beam antennas. Only one recent publication [5] presents the possibility of creating multibeam antennas and analyzes problems and possible solutions, highlighting the possibility of manufacturing a multibeam antenna, but only circularly polarized and theoretically.

La solución de la presente invención proporciona una antena con un rendimiento muy similar al de una antena con tecnología convencional. The solution of the present invention provides an antenna with a performance very similar to that of an antenna with conventional technology.

Sin embargo, esta es la primera aplicación de la tecnología de metamateriales y metasuperficies moduladas con antenas multihaz polarizadas linealmente, que por tanto pueden emplearse de manera útil para antenas monopulso. However, this is the first application of modulated metamaterials and metasurfaces technology with linearly polarized multibeam antennas, which can therefore be usefully used for monopulse antennas.

Las ventajas también están relacionadas con las dimensiones y el volumen de la antena y, sobre todo, con el coste y la simplicidad de fabricación de la propia antena, que consiste en un único circuito impreso. Además, la polarización lineal permite una mayor ganancia con respecto a las soluciones de metasuperficies existentes en la técnica anterior, en los casos en que no se requiere polarización circular. The advantages are also related to the dimensions and volume of the antenna and, above all, to the cost and simplicity of manufacturing the antenna itself, which consists of a single printed circuit. Additionally, linear polarization allows for greater gain over existing prior art metasurface solutions, in cases where circular polarization is not required.

Por otro lado, el hecho de usar un único sustrato como en todos los casos conocidos mencionados anteriormente puede conllevar un grave problema de diafonía entre los diferentes canales usados, lo que introduciría una perturbación importante, mientras que la solución de la presente invención no implica tal cuestión en virtud de las características específicas de la misma. La propia constitución de la antena permite mantener un excelente rendimiento en lo que se refiere al aislamiento entre canales. On the other hand, the fact of using a single substrate as in all the known cases mentioned above can entail a serious problem of crosstalk between the different channels used, which would introduce a significant disturbance, while the solution of the present invention does not imply such issue by virtue of its specific characteristics. The very constitution of the antenna allows it to maintain excellent performance in terms of isolation between channels.

BibliografíaBibliography

[1] M. ElSherbiny, A. E. Fathy, A. Rosen, G. Hayes, S.M. Perlow “Holographic Antenna Concept, Analysis and Parameters”, IEE<e>Transactions on Antennas and Propagation, vol. 52, n.° 3, marzo de 2004, págs. 830-839 [2] G. Minatti, M. Faenzi, E. Martini, F. Caminita, P. De Vita, D. Gonzalez-Ovejero, M. Sabbadini, S. Maci, “Modulated Metasurface Antennas for Space: Syntehsis, Analysis and Realizations”, IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 63, n.° 4, abril de 2015, págs. 1288-1300 [1] M. ElSherbiny, A.E. Fathy, A. Rosen, G. Hayes, S.M. Perlow “Holographic Antenna Concept, Analysis and Parameters”, IEE<e>Transactions on Antennas and Propagation, vol. 52, No. 3, March 2004, pp. 830-839 [2] G. Minatti, M. Faenzi, E. Martini, F. Caminita, P. De Vita, D. Gonzalez-Ovejero, M. Sabbadini, S. Maci, “Modulated Metasurface Antennas for Space: Syntehsis, Analysis and Realizations”, IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 63, No. 4, April 2015, pp. 1288-1300

[3] P. De Vita, G. Guida, M. Bandinelli, G. Minatti, M. Sabbadini, E. Martini, S. Maci, A. Freni, “Metasurface-bydesign: an emerging concept for antennas and beam forming networks”, 2013 IEEE-APS Topical Conference on Antennas and Propagation in Wireless Communications (APWC), 9-13 Sept. de 2013, págs. 980-983 [3] P. De Vita, G. Guida, M. Bandinelli, G. Minatti, M. Sabbadini, E. Martini, S. Maci, A. Freni, “Metasurface-bydesign: an emerging concept for antennas and beam forming networks ”, 2013 IEEE-APS Topical Conference on Antennas and Propagation in Wireless Communications (APWC), 9-13 Sept. 2013, pp. 980-983

[4] G. Minatti, F. Caminita, E. Martini, M. Sabbadini, S. Maci, “Synthesis of Modulated-Metasurface Antennas with amplitude, phase and polarization control”, IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 64, n.° 9, septiembre de 2016, págs. 3907-3919 [4] G. Minatti, F. Caminita, E. Martini, M. Sabbadini, S. Maci, “Synthesis of Modulated-Metasurface Antennas with amplitude, phase and polarization control”, IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 64, No. 9, September 2016, pp. 3907-3919

[5] D. Gonzales-Ovejero, G. Minatti, G. Chattopadhyay, S. Maci, “Multibeam by Metasurface Antennas”, IEEE Transactions on Antennas and Propagation, Vol. 65, n.° 6, junio de 2017, págs. 2923-2930 [5] D. Gonzales-Ovejero, G. Minatti, G. Chattopadhyay, S. Maci, “Multibeam by Metasurface Antennas”, IEEE Transactions on Antennas and Propagation, Vol. 2923-2930

[6] US 4376938 A1 (TOTH JOHN FETAL)presentado el 15 de marzo de 1983 [6] US 4376938 A1 (TOTH JOHN FETAL) filed March 15, 1983

[7] US 5831 581 A1 (KEOUGH SHAUN M [US]) presentado el 3 de noviembre de 1998 [7] US 5831 581 A1 (KEOUGH SHAUN M [US]) filed November 3, 1998

[8] CN 109742556 A1 (UNIV SOUTHEAST) presentado el 10 de mayo de 2019 [8] CN 109742556 A1 (UNIV SOUTHEAST) filed on May 10, 2019

Hasta ahora, se han descrito las realizaciones preferidas y se han sugerido algunas variantes de la presente invención, pero se entiende que los expertos en la técnica pueden realizar modificaciones y cambios sin apartarse del alcance de protección respectivo, tal como se define en las reivindicaciones adjuntas. So far, preferred embodiments have been described and some variants of the present invention have been suggested, but it is understood that those skilled in the art may make modifications and changes without departing from the respective scope of protection, as defined in the appended claims. .

Claims

1. Multibeam antenna, operating in a single frequency band, having a radio frequency signal input and a radiating antenna surface with a predefined central wavelength, the multibeam antenna comprising:

- at least one layer of dielectric material, with an upper surface and a lower surface opposite each other, said upper surface constituting the radiating antenna surface;

- a metallic layer on the lower surface;

- said upper surface has a plurality of metal patches, wherein each patch extends over a first respective length along a first respective direction and over a second respective length along a second respective direction;

- the patches of said plurality of metal patches are arranged on said upper surface so that:

■ the distance between centers of consecutive patches in any direction is between 0.05 and 0.3 times the predefined center wavelength;

■ none of the metal pads are electrically connected to any of the other pads; and - the patches belonging to a non-zero subset of said plurality of metal patches are such that said first respective length is different from said second respective length; in which

- the antenna is a linearly polarized antenna;

- the antenna is a stray wave antenna;

- the at least one layer of dielectric material is functionally divided into at least four quadrants; - for each of said at least four quadrants, a respective radio frequency signal input system is provided;

- the plurality of metal patches are placed around the respective entry systems; - said first respective length and said second respective length are between 0.05 and 0.3 times the predefined central wavelength;

- said respective entry system is placed at a predefined non-zero distance from the metal patches; and

- said respective input system is configured to launch a radial type surface wave into the dielectric material layer.

2. Antenna according to claim 1, wherein said distance between centers of consecutive patches and said first respective length and said second respective length have values between 0.05 and 0.2 times the predefined central wavelength.

3. Antenna according to claim 2, wherein said distance between centers of consecutive patches and said first respective length and said second respective length have values between 0.1 and 0.2 times the predefined central wavelength.

4. Antenna according to one or more of claims 1 to 3, wherein the antenna has a circular shape.

5. Antenna according to one or more of claims 1 to 4, wherein the patches of said plurality of patches are printed on said upper surface.

6. Antenna according to one or more of claims 1 to 5, wherein said respective radio frequency signal input system comprises an electrical connector in contact with said dielectric material.

7. Antenna according to one or more of claims 1 to 5, wherein said respective radio frequency signal input system comprises a waveguide positioned below said metallic layer and coupled to the layer of dielectric material through a slot passing through a wall of the waveguide itself and the metallic layer.

8. Antenna according to one or more of claims 1 to 7, wherein all of the patches of said plurality of metal patches are such that said first respective length is different from said second respective length.

9. Antenna according to one or more of claims 1 to 8, wherein said non-zero subset of said plurality of metal patches consists of patches having a substantially elliptical shape.

10. Antenna according to claim 9, wherein said elliptical shape has an axial ratio between 1.5 and 2.0.

11. Antenna according to one or more of claims 1 to 10, of the monopulse type.

12. Antenna according to one or more of claims 1 to 11, wherein a center is defined in the antenna and the respective radio frequency signal input systems are located at a substantially equal distance from said center.

13. Antenna according to one or more of claims 1 to 12, wherein the distance between said respective input system and the metal patches is greater than or equal to 0.1 times the predefined central wavelength.

14. Antenna according to one or more of claims 1 to 13, wherein the patches are not perforated.