ES2964974T3 - Bocina para antena de satélite de doble banda Ka con polarización circular - Google Patents
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Abstract
La invención se refiere a una bocina de antena que comprende: - una guía de ondas (201) que tiene un extremo abierto y un extremo que permite el acceso a las señales transmitidas, constituyendo las paredes opuestas más anchas (204, 204') un primer par de paredes, - dos primeras nervaduras (206, 206') dentro de la guía de ondas, en el medio y a lo largo de toda la longitud de las paredes del primer par de paredes, - una pared central plana (207, 208, 208') que conecta (207) las paredes del segundo par de paredes en su mitad al nivel de los accesos (202, 203), interrumpiéndose hacia el extremo abierto para polarizar las señales transmitidas por los dos accesos según polarizaciones circulares ortogonales, y formando dos nervaduras (208, 208') en la medio de las paredes del segundo par de paredes en el lado del extremo abierto, así como en una antena, equipo de comunicaciones por radio y un método que utiliza la bocina. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Bocina para antena de satélite de doble banda Ka con polarización circular
Área técnica:
La invención pertenece al campo de los dispositivos de antena, y se refiere más particularmente a una bocina de antena para radiocomunicaciones, en particular por satélite en la banda Ka.
En el campo de las comunicaciones por satélite, la diversidad de polarización se utiliza frecuentemente para mejorar la eficiencia espectral. La diversidad de polarización consiste en transmitir dos señales polarizadas ortogonalmente en la misma banda de frecuencias o en bandas de frecuencias superpuestas. Esto permite, por ejemplo, transmitir dos señales simultáneamente, recibir dos señales simultáneamente o transmitir y recibir dos señales simultáneamente.
Las comunicaciones por satélite utilizan generalmente señales polarizadas circularmente, con una componente de polarización vertical y otra de polarización horizontal.
En el caso particular de la banda electromagnética Ka, en las comunicaciones por satélite intervienen dos bandas de frecuencias distintas:
• la subbanda de 27,5 - 31 GHz en transmisión, y
• la subbanda de 17,3 - 21,2 GHz en recepción.
El apuntamiento de las antenas hacia el satélite puede realizarse mecánicamente, orientando una antena pasiva (del tipo parabólica, por ejemplo), o electrónicamente, utilizando antenas activas de barrido de haz. Las antenas de barrido electrónico son antenas formadas por un gran número de antenas elementales dispuestas en red. Ajustando la amplitud y la fase de las señales transmitidas por cada antena elemental, puede ajustarse la dirección del diagrama de radiación de la antena de barrido. Estas antenas son más fiables, menos voluminosas, más rápidas y más precisas que las antenas montadas sobre elementos de apuntamiento mecánicos.
Las antenas elementales están dispuestas en una malla, cuyo tamaño de paso influye en el rendimiento de la antena, en particular en su desapuntamiento. La capacidad de desapuntamiento de la antena satélite aumenta a medida que disminuye el tamaño de paso de la malla. El rendimiento esperado de las antenas de barrido electrónico actuales requiere pasos de malla iguales o inferiores ah/2,donde A es la longitud de onda asociada a la frecuencia de transmisión de la señal del satélite. En la banda Ka, A/2 es de 4,84 mm a una frecuencia de 31 GHz, que es la frecuencia más alta de la banda Ka y, por tanto, la frecuencia de dimensionamiento.
Técnica anterior:
Una antena elemental para transmisiones por satélite se compone generalmente de dos guías de ondas para encaminar las señales hacia/desde los equipos de radiocomunicaciones, un polarizador configurado para polarizar las señales en polarizaciones circulares ortogonales, y una bocina de antena a través de la cual se transmiten/reciben las señales. La bocina de la antena está generalmente ensanchada para proporcionar la adaptación entre el medio de propagación en la antena elemental y la propagación en el espacio libre.
En el estado de la técnica se conocen antenas elementales como la descrita en la solicitud de patente EP 2.879.236. Consiste en una bocina con dos partes, una de emisión y otra de recepción, conectadas a un polarizador para polarizar circularmente las ondas electromagnéticas. Se inserta un dieléctrico en los elementos para reducir su dimensión eléctrica en relación con la longitud de onda, reduciendo así el tamaño de la antena elemental. Sin embargo, no permite la transmisión y recepción simultáneas. Además, la polarización de la señal tiene lugar fuera de la bocina de la antena (delante de la bocina cuando el elemento de antena se considera en la dirección de transmisión), lo que no es óptimo en términos de compacidad y peso. Por último, el uso de dieléctricos para reducir el tamaño de la antena plantea problemas de diseño y fiabilidad (detallados más adelante).
En el estado de la técnica también se conocen antenas elementales como la descrita en la solicitud de patente internacional WO 2014/05691 A1. Esta antena elemental comprende una bocina formada a partir de una guía de ondas cuadrada con nervaduras (en inglésridged waveguide).El uso de guías de ondas con nervaduras permite reducir su dimensión eléctrica en relación con la longitud de onda, en mayor medida de lo que se consigue utilizando dieléctricos. La bocina de la antena es adecuada para la transmisión simultánea de dos señales polarizadas ortogonalmente, pero las señales se polarizan fuera de la bocina, lo que no es óptimo en términos de compacidad y peso. Además, la forma abocardada y las dimensiones de la bocina del dispositivo descrito en la solicitud de patente internacional no permiten utilizar una antena de barrido electrónico con un paso de red inferior o igual a media longitud de onda. El artículo de Taniang Elie G et al. "Wide Bandwidth Cavity-Backed Dual-Polarized Vivaldi Array Antenna" IEEE international symposium on antennas and propagation & USNC/URSI national radio science meeting, y la solicitud de patente EP 3.179.634 A1describen cada una una bocina de antena de tipo Vivaldi configurada para transmitir dos señales de banda ancha polarizadas ortogonalmente, pero las señales están polarizadas fuera de las bocinas.
Además, los documentos US9640847 B2 y KR101117648 B1 describen antenas que tienen paredes capaces de generar dos polarizaciones ortogonales,
Por último, se sabe por el estado de la técnica bocinas de antena que realizan simultáneamente la polarización de la señal y su radiación en dimensiones reducidas. En la figura 1a se muestra una de estas bocinas 100. Comprende una guía de ondas 101 que se extiende a lo largo de un eje longitudinal zz'. La figura 1a muestra la bocina desde atrás, es decir, desde el lado de acceso a la señal, opuesto al lado radiante. La guía de ondas 101 tiene una sección transversal cuadrada o rectangular. Está dividida en dos por una pared metálica 102 para formar dos accesos 103 y 104, utilizándose cada acceso para inyectar una de las dos señales a transmitir. Los accesos 103 y 104 están adaptados cada uno a la propagación de ondas electromagnéticas en el modo fundamental TE10 en la banda de frecuencia en cuestión. El modo fundamental TE10 corresponde a un modo de propagación de ondas electromagnéticas en una guía de ondas en la que el campo eléctrico es lineal y está orientado perpendicularmente al lado largo de la guía de ondas. Al situar horizontalmente una guía de ondas rectangular, el modo TE10 corresponde por tanto a una señal polarizada verticalmente, a diferencia del modo fundamental TE01, que corresponde a un modo de propagación de ondas electromagnéticas en una guía de ondas en la que el campo eléctrico es lineal y está orientado horizontalmente con respecto al lado largo de la guía de ondas. En la práctica, para que la guía de ondas sea adecuada para la propagación según el modo TE10, su lado más largo debe ser mayor que la longitud de onda guiada mínima en la banda de frecuencias en cuestión.
La anchura de la pared metálica 102 que separa las dos guías de ondas 103 y 104 se interrumpe hacia el lado radiante de la antena a lo largo del eje zz', y tiene una estructura en forma de diente, a fin de implementar un polarizador tipo septum. Un polarizador septum, bien conocido por los expertos en la materia, se utiliza para polarizar circularmente una señal añadiendo una componente ortogonal retardada. Está diseñado de forma que la componente ortogonal está desfasada 90° y retrasada un cuarto de longitud de onda, lo que tiene el efecto de polarizar circular y ortogonalmente cada una de las señales transmitidas en los accesos 103 y 104. Así pues, la bocina 100 descrita en la figura 1a actúa a la vez como elemento radiante y como polarizador septum.
Para reducir las dimensiones de la bocina 100, ambos accesos de la bocina se rellenan con dieléctrico. La figura 1b muestra una vista en despiece de las distintas partes de la bocina mostrada en la figura 1a. Incluye :
• una guía de ondas metálica 101 en la que hay una pared metálica 102 configurada para formar dos guías de ondas 103 y 104, y para polarizar circularmente las dos señales transmitidas,
• dos materiales dieléctricos 113 y 114 configurados para rellenar las cavidades de la guía de ondas metálica 101.
Se observa en particular que el dieléctrico 114 se ajusta a la forma de la pared metálica 102 para rellenar la guía de ondas 101,
• un material dieléctrico 115, colocado delante de la cabeza de la guía de ondas 101 para conseguir la adaptación que permite la propagación de las ondas electromagnéticas entre la bocina de antena 101 y el espacio libre. Permite utilizar una guía de ondas 101 metálica de dimensiones reducidas en lugar de una bocina abocardada, con lo que se gana en compacidad y posibilidades de integración en una red de antenas elementales con una malla de tamaño de paso reducido.
Aunque la solución mostrada en la Figura 1a tiene la ventaja de poder integrarse en una malla con un tamaño de paso inferior o igual a A/2, el uso de sustratos en forma de materiales dieléctricos hace que la construcción de la bocina de antena sea más compleja porque los sustratos y la bocina metálica deben fabricarse por separado y luego ensamblarse con gran precisión. El más mínimo defecto en el ensamblaje de los materiales dieléctricos y las piezas metálicas, en particular durante el ajuste mecánico de los elementos dieléctricos 113 y 114 en la guía de ondas 101, tiene consecuencias importantes para el rendimiento del elemento de la antena elemental. También es difícil garantizar la constancia de las propiedades de un material dieléctrico a lo largo del tiempo y en condiciones de temperatura variables. Por eso, el dispositivo de la figura 1a es difícil de fabricar y, por tanto, muy caro. Esto es tanto más problemático cuanto que las antenas de barrido pueden tener un número muy elevado de antenas elementales (hasta varios miles), lo que conlleva tiempos y costes de montaje considerables. Además, el rendimiento no homogéneo de los elementos individuales repercute en el rendimiento global de la antena de barrido.
Por último, el tamaño de la bocina de antena mostrada en la figura 1a está directamente relacionado con las propiedades de permitividad eléctrica del componente dieléctrico utilizado. Reducir aún más el tamaño de la bocina exige diseñar un nuevo material dieléctrico con mayor permitividad, una operación compleja e igualmente costosa. Además, cuando aumenta la permitividad de un material dieléctrico, también aumentan las pérdidas. La ganancia de la antena, y por tanto el balance del enlace y las velocidades de datos propuestas, disminuyen entonces proporcionalmente.
Un objeto de la invención es, por tanto, describir una bocina de antena que permite la transmisión de dos señales según polarizaciones circulares ortogonales en banda Ka, compatible con la integración en una antena en red que tiene una malla de dimensiones reducidas (típicamente inferior o igual a A/2), y cuyo diseño se simplifica en comparación con la antena de la figura 1a. La bocina de antena está diseñada para satisfacer las necesidades de un ancho de banda cada vez mayor y un aumento de las frecuencias utilizadas para las transmisiones.
Sumario de la invención:
Con este fin, la presente invención describe una bocina de antena, en particular para comunicaciones por satélite, que comprende una guía de ondas que se extiende a lo largo de un eje longitudinal. La guía de ondas tiene un extremo abierto y un extremo para acceder a las señales transmitidas en la guía de ondas. Las paredes de guía de ondas opuestas más anchas forman un primer par de paredes de guía de ondas, las otras dos paredes de guía de ondas forman un segundo par de paredes de guía de ondas.
La bocina de antena según la invención comprende además:
• dos primeras nervaduras que se extienden a lo largo del eje longitudinal en el interior de la guía de ondas, en el centro y a lo largo de toda la longitud de cada una de las paredes del primer par de paredes,
• una pared central plana que se extiende en la guía de ondas a lo largo del eje longitudinal, estando la pared central configurada para :
o en el extremo que da acceso a las señales transmitidas en la guía de ondas, conectar las dos paredes del segundo par de paredes en el centro, formando así dos accesos separados a dichas señales, o interrumpir hacia el extremo abierto de la guía de ondas para polarizar las señales transmitidas por los dos accesos en polarizaciones circulares ortogonales,
o en el lado del extremo abierto de la guía de ondas, formar dos segundas nervaduras que se extiendan a lo largo del eje longitudinal en el centro de cada una de las paredes del segundo par de paredes.
Según una realización, la guía de ondas tiene una sección transversal cuadrada, dos paredes opuestas cualesquiera de la guía de ondas constituyen el primer par de paredes, y las otras dos paredes opuestas de la guía de ondas forman el segundo par de paredes.
Según una realización, la guía de ondas, el primer par de nervaduras y el segundo par de nervaduras tienen dimensiones adaptadas para la propagación de ondas electromagnéticas según los modos de propagación TE10 y TE01 en la banda de frecuencias de las señales transmitidas, y en la que los dos accesos tienen dimensiones adaptadas para la propagación de ondas electromagnéticas según el modo de propagación TE10.
Según una realización, la bocina de antena según la invención comprende además una capa de material dieléctrico colocada de modo que cubra el extremo abierto de la guía de ondas y configurada para lograr la adaptación entre la propagación dentro de la guía de ondas y la propagación en el espacio libre.
Según una realización alternativa, la primera y segunda nervaduras se extienden fuera de la guía de ondas a través de su extremo abierto, teniendo una forma abocardada fuera de la guía de ondas.
Ventajosamente, las dos primeras nervaduras tienen alturas y anchuras idénticas, y en las que las dos segundas nervaduras tienen alturas y anchuras idénticas.
En una realización de la invención, adaptada a las comunicaciones por satélite, uno de los accesos de la bocina de antena formado por la pared central y la guía de ondas se utiliza para inyectar una primera señal a una primera frecuencia. El otro acceso de la bocina de antena se utiliza para extraer una señal a una segunda frecuencia distinta de la primera. Las frecuencias primera y segunda se seleccionan como pertenecientes a la banda Ka del espectro electromagnético.
Ventajosamente, la bocina de antena según la invención tiene una guía de ondas cuyos lados de sección transversal son menores o iguales que A/2, donde A es la longitud de onda de las señales a transmitir.
La invención también se refiere a una antena que comprende al menos una bocina de antena según la invención.
En una realización de la invención, la antena comprende una red de al menos dos bocinas de antena según la invención dispuestas en una malla de paso regular, en la que la primera y segunda nervaduras se extienden fuera de las guías de ondas por sus extremos abiertos que tienen una forma abocardada. Las bocinas de antena adyacentes se conectan entonces por el extremo de una de sus nervaduras fuera de las guías de ondas.
Por último, la invención se refiere a un equipo de radiocomunicaciones que comprende una antena según la invención, y a un procedimiento de telecomunicación, en particular por satélite, entre dos estaciones, que comprende la utilización de un equipo de radiocomunicaciones según la invención.
Breve descripción de las figuras:
La invención se comprenderá mejor y otras características, detalles y ventajas resultarán evidentes a partir de la siguiente descripción, que se da a modo de ejemplo.
La figura 1a muestra una bocina de antena según el estado de la técnica que realiza simultáneamente la polarización de la señal y su radiación en una malla de dimensiones reducidas.
La figura 1b muestra una vista en despiece de los diversos componentes mostrados en la figura 1a.
La figura 2a muestra una vista posterior de tres cuartos de una bocina de antena según una primera realización de la invención.
La figura 2b muestra una vista frontal de tres cuartos de la bocina de antena de la figura 2a.
La figura 2c muestra la bocina de antena de las figuras 2a y 2b en una vista frontal de tres cuartos en sección transversal a lo largo de un plano vertical situado en el centro de la bocina.
La figura 2d muestra la bocina de antena de las figuras 2a y 2b en una vista frontal de tres cuartos en sección transversal a lo largo de un plano horizontal situado en el centro de la bocina.
La figura 3 muestra otra realización de una bocina de antena según la invención, en vista frontal de tres cuartos.
La figura 4 muestra una red de bocinas de antena según una realización de la invención.
Se utilizan referencias idénticas en diferentes figuras cuando los elementos designados son idénticos.
Descripción detallada:
La figura 2a muestra una vista posterior de tres cuartos de una bocina de antena según una primera realización de la invención.
La bocina de antena 200 según la invención comprende una guía de ondas 201, de sección rectangular, que se extiende a lo largo de un eje longitudinal zz'. La guía de ondas 201 está abierta en un extremo en la parte delantera, que es el extremo a través del cual irradia la bocina. El otro extremo de la guía de ondas 201 tiene accesos 202 y 203 a través de los cuales se inyectan/extraen las señales transmitidas por la bocina.
Las dos paredes opuestas más anchas 204 y 204' de la guía de ondas constituyen un primer par de paredes. Las otras dos paredes opuestas 205 y 205' forman un segundo par de paredes. Cuando la guía de ondas tiene una sección transversal cuadrada, que es un rectángulo particular, el primer par de paredes pueden ser, indistintamente, las paredes opuestas 204 y 204' o las paredes opuestas 205 y 205'.
La bocina de antena según la invención comprende dos nervaduras 206 y 206', situadas en el interior de la guía de ondas y que forman un saliente en el centro y a lo largo de toda la longitud de cada una de las paredes del primer par de paredes 204 y 204'. Las dos nervaduras 206 y 206' son idénticas en anchura y altura.
Por último, la bocina de antena según la invención comprende una pared central plana que se extiende a lo largo del eje longitudinal zz'. En el lado de acceso, la pared central 207 conecta los puntos medios de las paredes del segundo par de paredes 205 y 205'. Forma así, con la guía de ondas 201, dos accesos independientes 202 y 203. Cada uno de estos accesos forma una guía de ondas de sección rectangular, anchura a y altura b.
Gracias a las nervaduras 206 y 206', cada uno de los accesos 202 y 203 forma una guía de ondas con nervaduras cuya dimensión eléctrica se reduce en relación con la longitud de onda, haciendo que la bocina de la antena sea compacta. La selección, en particular, de la anchura a, la altura y la anchura de las nervaduras 206 y 206' determina la propagación de las ondas electromagnéticas en las guías de ondas 202 y 203, según reglas conocidas por el experto en la materia, tal como se describen, por ejemplo, en el artículo W. J. R. Hoefer y M. N. Burton, "Analytical Expressions for the Parameters of Finned and Ridged Waveguides," 1982 IEEE MTT-S International Microwave Symposium Digest, Dallas, TX, USA, 1982, pp. 311-313.
Las dimensiones de los accesos 202 y 203 se seleccionan para permitir que las ondas electromagnéticas se propaguen en el modo de propagación fundamental TE10 en la banda de frecuencia de interés. Ventajosamente, en el caso de una antena de enlace por satélite, la banda de frecuencias de interés es la banda Ka. En particular, pueden adaptarse a la propagación en la banda de frecuencias de 17,3 - 31 GHz, que abarca las bandas de transmisión y recepción de las transmisiones por satélite en banda Ka. En un caso particular de aplicación, uno de los accesos puede utilizarse para inyectar una señal a transmitir en la bocina, y el otro acceso puede utilizarse para recuperar una señal recibida por la bocina, transmitiéndose las dos señales a la misma frecuencia o a frecuencias diferentes en la misma banda de frecuencias.
Las guías de ondas con nervaduras no implican pérdidas adicionales en comparación con las guías de ondas convencionales. El formato de la guía de ondas 201 está directamente relacionado con el formato de los dos accesos 202 y 203, ya que la distancia entre sus paredes 205 y 205' es igual a la anchura a de los accesos 202 y 203. La altura interna de la guía de ondas 201 es el doble de la alturabde las guías de ondas 202 y 203, más el grosor de la pared central 207. Por lo tanto, esta pared se seleccionará ventajosamente por ser pequeña frente a b. Normalmente, las guías de ondas comerciales tienen una relación entre la alturaby la anchuraade 1/2, pero la bocina de antena según la invención puede implementarse cualquiera que sea la relaciónalb.
La figura 2b muestra la bocina de antena de la figura 2a en vista frontal de tres cuartos, es decir, desde el lado de la abertura de la guía de ondas 201. Se incluyen las nervaduras 206 y 206', que se extienden bien a lo largo de toda la longitud de las paredes de guía de ondas 204 y 204' a lo largo del eje longitudinal. También puede verse que la pared central termina en forma de dos nervaduras 208 y 208' que forman un saliente en el centro de cada una de las paredes del segundo par de paredes 205 y 205' en el extremo abierto de la guía de ondas. Las dos nervaduras 208 y 208' son idénticas en anchura y altura.
En esta realización, las nervaduras 206, 206', 208 y 208' se extienden hasta el exterior de la guía de ondas 201, donde adoptan una forma abocardada para lograr la adaptación entre la propagación guiada en el interior de la guía de ondas 201 y la propagación en el espacio libre. En las ilustraciones se utiliza una forma elíptica, pero cualquier forma que permita un cambio gradual de dimensiones entre el interior y el exterior de la bocina es adecuada. En particular, un abocardado gradual por pasos puede permitir una adaptación precisa en ambas bandas de frecuencia.
En el ejemplo mostrado en la Figura 2b, las ranuras forman un semicírculo y se pliegan hacia el exterior de la guía de ondas 201. Este diseño es ventajoso para la conexión en red de bocinas de antena, pero la parte sombreada de las nervaduras no es esencial para la realización de una bocina elemental según la invención.
La figura 2c muestra la bocina de antena de las figuras 2a y 2b en una vista frontal de tres cuartos en sección a lo largo de un plano vertical situado en el centro de la bocina. Esto incluye la guía de ondas 201 y la nervadura 206'. En la parte inferior de la bocina de la antena, en el extremo de acceso a la señal, la pared central 207 conecta las dos paredes de guía de ondas 205 y 205' de forma continua en el centro. En la parte delantera de la bocina de la antena, en el extremo abierto por el que irradia la bocina, la pared central forma las dos nervaduras 208 y 208'. Entre ambas, la pared central se interrumpe hacia la parte abierta de la guía de ondas 201, de modo que se forma un polarizador septum que permite polarizar las señales transmitidas en los dos accesos 202 y 203 en polarizaciones circulares ortogonales. En particular, la función de polarización se consigue diseñando la pared central de forma que transfiera parte de la energía del modo vertical al modo horizontal, aplicando al mismo tiempo un retardo igual a Ag/4 entre estos dos modos, siendo Ag la longitud de onda guiada de la banda de frecuencias de interés teniendo en cuenta la presencia de las nervaduras. Esto puede conseguirse utilizando una pared central interrumpida en su centro con una pluralidad de dientes, como los dientes 209 y 209' de la figura 2c.
Las dimensiones de la guía de ondas 201 se seleccionan de forma que sea adecuada para propagar ondas electromagnéticas según los modos de propagación TE10 y TE01 en la banda de frecuencias de interés en su extremo abierto, con dimensiones reducidas gracias a las nervaduras dispuestas en cada una de sus paredes. Así, las primeras nervaduras 206 y 206' colocadas contra el primer par de paredes de guía de ondas y las segundas nervaduras 208 y 208' colocadas contra el segundo par de paredes de guía de ondas no son necesariamente idénticas en altura y anchura, estando las primeras nervaduras dimensionadas a partir de la anchura a de las paredes 204 y 204' para el modo de propagación TE10, estando las segundas nervaduras dimensionadas a partir de la anchura de las paredes 205 y 205', igual a 2b más la altura de la pared central 207, para el modo de propagación TE01. La altura de la pared central 207 está pues vinculada a la anchura de las nervaduras que permiten la propagación en el modo TE01 en la guía de ondas 201.
La pared central desempeña pues un triple papel: delimita los accesos 202 y 203, realiza la función de polarización circular formando un septum de cuarto de onda, y permite la propagación de ondas polarizadas circularmente en una guía de ondas de dimensiones reducidas gracias a sus extremos 208 y 208'.
La figura 2d muestra la bocina de antena de las figuras 2a y 2b en una vista frontal de tres cuartos en sección transversal a lo largo de un plano horizontal situado en el centro de la bocina. En particular, puede observarse que las nervaduras 206 y 206' forman protuberancias situadas a lo largo y en el centro de las paredes opuestas 204 y 204' de la guía de ondas 201.
Según una realización de la invención, la guía de ondas 201 tiene una sección transversal cuadrada. En este caso, las paredes a las que se fijan las nervaduras 206 y 206' pueden ser las paredes horizontales opuestas 204 y 204' o las paredes verticales opuestas 205 y 205'. En el segundo caso, esto significa que la pared central 207 se extiende verticalmente a lo largo del eje longitudinal zz', de manera que conecta los puntos medios de las paredes 204 y 204' en los puntos de acceso.
Al seleccionar la guía de ondas 201 con una sección transversal cuadrada, las nervaduras 206 y 206' de las paredes horizontales y las nervaduras 208 y 208' de las paredes verticales pueden tener las mismas alturas y anchuras. En este caso, la elipticidad de las señales transmitidas es óptima y la polarización circular es muy pura.
La guía de ondas 201 puede seleccionarse con una sección transversal rectangular no cuadrada, con el fin, por ejemplo, de tener accesos 202 y 203 de formato estándar con una relacióna/bigual a ^ , o para un tamaño de malla restringido con el fin de satisfacer los requisitos relativos al ángulo máximo de barrido y a la frecuencia máxima de funcionamiento.
La guía de ondas según la invención permite transmitir y recibir simultáneamente, por ejemplo en la banda Ka para comunicaciones por satélite, desde una única bocina de antena de dimensiones reducidas, satisfaciendo así una necesidad de reducir el paso de malla de las redes de bocinas en antenas de barrido. Tiene muchas ventajas sobre el estado de la técnica:
• es muy compacta, gracias al uso de guías de ondas con nervaduras,
• no incluye ningún elemento dieléctrico, lo que significa que es fácil de montar, barato de fabricar y ofrece un rendimiento constante a lo largo del tiempo y con variaciones de temperatura;
• no tiene pérdidas debido al uso de materiales dieléctricos, lo que significa una ganancia máxima de la antena;
• las dimensiones de la bocina de la antena o la banda de frecuencias de funcionamiento son muy fácilmente ajustables, ya que están vinculadas al tamaño de las nervaduras de la guía de ondas. Por tanto, es compatible con la necesidad continua de aumentar la frecuencia de funcionamiento;
• puede integrarse en una malla de menor tamaño que las bocinas de antena del estado de la técnica, en particular una malla con un tamaño de paso inferior a A/2, y por tanto permite fabricar antenas con barrido en un ángulo mayor ;
• es totalmente metálica y puede fabricarse mediante mecanizado o fabricación aditiva (impresión 3D). Este último procedimiento de fabricación permite producir bocinas de antena o redes de bocinas de forma rápida y económica, basándose en un sencillo modelado tridimensional;
• los extremos de las nervaduras 206, 206', 208 y 208' situados fuera de la guía de ondas 201 evitan ciertos efectos nocivos en barrido elevado: caída de la ganancia (en ingléssean loss),ángulo ciego (pérdida de haz), despolarización (efectos generalmente favorecidos por la presencia de dieléctrico).
La figura 3 muestra otra realización de una bocina de antena según la invención, en vista frontal de tres cuartos. Esta realización difiere de la mostrada en las figuras 2a a 2d en que las nervaduras 206, 206', 208 y 208' no se extienden fuera de la guía de ondas 201. En esta realización, debe añadirse una capa dieléctrica, como la capa 115, al extremo abierto de la bocina de antena 300 para lograr la adaptación entre la propagación guiada dentro de la bocina y la propagación en el espacio libre.
Esta realización tiene la desventaja de requerir el ensamblaje de una capa de material dieléctrico con la parte metálica de la bocina. Sin embargo, la capa dieléctrica 115 se deposita en la abertura de la guía de ondas 201. Por consiguiente, es fácil de montar y puede instalarse en una sola pieza en todas las bocinas de una red de bocinas de antena según la invención, limitando así los costes de fabricación.
La Figura 4 representa una red de bocinas de antena según una realización de la invención, implementando bocinas de antena elementales como la descrita en las Figuras 2a a 2d.
La red 400 tiene una malla con un paso a según una dimensión y un paso p según la otra dimensión que corresponden exactamente a las dimensiones externas de la guía de ondas 201. Esto significa que cada bocina de antena se adapta perfectamente al espacio que se le ha asignado, lo que resulta óptimo en términos de ocupación.
En la realización mostrada en la Figura 4, las nervaduras adyacentes de bocinas adyacentes, tales como las nervaduras 401 y 402, se conectan para formar una única nervadura continua. La ausencia de discontinuidades permite, entre otras cosas, reducir la superficie equivalente de radar (SER) de la antena en red.
Por consiguiente, la invención se refiere a una bocina de antena compacta que puede integrarse en una red de antenas elementales. La bocina se describe en relación con la aplicación de comunicaciones por satélite en banda Ka, pero podría utilizarse para cualquier tipo de comunicaciones en una banda de frecuencias determinada que implique la transmisión de dos señales polarizadas circularmente.
La invención también se refiere a equipos de radiocomunicación que comprenden una bocina de antena o una red de bocinas de antena según la invención. El equipo de radiocomunicaciones puede, por ejemplo, llevarse a bordo de un vehículo terrestre o aéreo.
Por último, la invención se refiere a un procedimiento de telecomunicación, en particular por satélite, entre dos equipos de radiocomunicación según la invención. El procedimiento comprende la transmisión y/o recepción de señales utilizando una bocina de antena o una red de bocinas de antena según la invención.
Claims (12)
1. Bocina de antena (200, 300), en particular para comunicaciones por satélite, que comprende :
- una guía de ondas (201) que se extiende a lo largo de un eje longitudinal (zz'), teniendo la guía de ondas un extremo abierto y un extremo para acceder a las señales transmitidas en la guía de ondas, constituyendo las paredes opuestas más anchas de la guía de ondas (204, 204') un primer par de paredes de la guía de ondas, constituyendo las otras dos paredes (205, 205') de la guía de ondas un segundo par de paredes de la guía de ondas,
comprendiendo además la bocina de antena:
- dos primeras nervaduras (206, 206') que se extienden a lo largo del eje longitudinal en el interior de la guía de ondas, en el centro y a lo largo de toda la longitud de cada una de las paredes del primer par de paredes,
- una pared central plana (207, 208, 208') que se extiende en la guía de ondas a lo largo del eje longitudinal, estando la pared central configurada para, en el extremo que da acceso a las señales transmitidas en la guía de ondas, conectar (207) en su centro las dos paredes del segundo par de paredes, formando así dos accesos separados (202, 203) a dichas señales, y para interrumpir en la dirección del extremo abierto de la guía de ondas para polarizar las señales transmitidas por los dos accesos según polarizaciones circulares ortogonales, formando la pared central dos segundas nervaduras (208, 208') que se extienden a lo largo del eje longitudinal en el centro de cada una de las paredes del segundo par de paredes del lado del extremo abierto de la guía de ondas.
2. Bocina de antena según la reivindicación 1, en la que la guía de ondas tiene una sección transversal cuadrada, dos paredes opuestas cualesquiera de la guía de ondas forman el primer par de paredes, y las otras dos paredes opuestas de la guía de ondas forman el segundo par de paredes.
3. Bocina de antena según una de las reivindicaciones anteriores, en la que la guía de ondas (201), el primer par de nervaduras (206, 206') y el segundo par de nervaduras (208, 208') tienen dimensiones adaptadas para la propagación de ondas electromagnéticas según los modos de propagación TE10 y TE01 en la banda de frecuencias de las señales transmitidas, y en la que los dos accesos (202, 203) tienen dimensiones adaptadas para la propagación de ondas electromagnéticas según el modo de propagación TE10.
4. Bocina de antena según una de las reivindicaciones anteriores, que comprende además una capa de material dieléctrico (115) colocada para cubrir el extremo abierto de la guía de ondas y configurada para realizar la adaptación entre la propagación dentro de la guía de ondas y la propagación en el espacio libre.
5. Bocina de antena según una de las reivindicaciones 1 a 3, en la que las primeras (206, 206') y las segundas (208, 208') nervaduras se extienden fuera de la guía de ondas a través de su extremo abierto, teniendo una forma abocardada fuera de la guía de ondas.
6. Bocina de antena según una de las reivindicaciones anteriores, en la que las dos primeras nervaduras (206, 206') tienen alturas y anchuras idénticas, y en la que las dos segundas nervaduras (208, 208') tienen alturas y anchuras idénticas.
7. Bocina de antena según una de las reivindicaciones precedentes, en la que uno de los accesos (202) formados por la pared central (207) y la guía de ondas (201) se utiliza para inyectar una primera señal a una primera frecuencia, y en la que el otro acceso (203) se utiliza para extraer una señal a una segunda frecuencia diferente de la primera frecuencia, perteneciendo la primera frecuencia y la segunda frecuencia a la banda Ka del espectro electromagnético.
8. Bocina de antena según una de las reivindicaciones anteriores, en la que los lados de la sección de guía de ondas son de tamaño inferior a A/2, siendo A la longitud de onda de las señales a transmitir.
9. Antena que comprende al menos una bocina de antena según una de las reivindicaciones anteriores.
10. Antena según la reivindicación 9 que comprende un conjunto (400) de al menos dos bocinas de antena según una de las reivindicaciones precedentes dispuestas en una malla de paso regular, en la que las primeras (206, 206') y las segundas (208, 208') nervaduras se extienden fuera de las guías de ondas por sus extremos abiertos que tienen una forma abocardada, estando las bocinas de antena adyacentes conectadas por el extremo de una de sus nervaduras fuera de las guías de ondas.
11. Equipo de radiocomunicaciones que comprende una antena según una de las reivindicaciones 9 y 10.
12. Procedimiento de telecomunicaciones, en particular por satélite, entre dos estaciones, comprendiendo el procedimiento la utilización de un equipo de radiocomunicaciones según la reivindicación 11.
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