ES2967396T3 - Arquitectura de alimentación de antena fractal de doble polarización que emplea modos de placas paralelas ortogonales - Google Patents
Arquitectura de alimentación de antena fractal de doble polarización que emplea modos de placas paralelas ortogonales Download PDFInfo
- Publication number
- ES2967396T3 ES2967396T3 ES19193392T ES19193392T ES2967396T3 ES 2967396 T3 ES2967396 T3 ES 2967396T3 ES 19193392 T ES19193392 T ES 19193392T ES 19193392 T ES19193392 T ES 19193392T ES 2967396 T3 ES2967396 T3 ES 2967396T3
- Authority
- ES
- Spain
- Prior art keywords
- parallel plate
- cts
- polarization
- region
- antenna according
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 230000010287 polarization Effects 0.000 title claims abstract description 69
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 title description 18
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims abstract description 35
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims abstract description 35
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims abstract description 35
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims description 26
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 17
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 11
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 claims description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 6
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000006260 foam Substances 0.000 claims description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 2
- 230000000644 propagated effect Effects 0.000 abstract description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 10
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 10
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 8
- 238000013461 design Methods 0.000 description 8
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 8
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 description 6
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 5
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 5
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 5
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 5
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 5
- 238000003491 array Methods 0.000 description 4
- 238000005388 cross polarization Methods 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 4
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 4
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 4
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 3
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 3
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 3
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 3
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 3
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 2
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 2
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 230000005574 cross-species transmission Effects 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 239000004620 low density foam Substances 0.000 description 1
- 230000000116 mitigating effect Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000002991 molded plastic Substances 0.000 description 1
- 238000003032 molecular docking Methods 0.000 description 1
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 1
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 239000011343 solid material Substances 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q21/00—Antenna arrays or systems
- H01Q21/0006—Particular feeding systems
- H01Q21/0031—Parallel-plate fed arrays; Lens-fed arrays
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
- H01Q1/27—Adaptation for use in or on movable bodies
- H01Q1/28—Adaptation for use in or on aircraft, missiles, satellites, or balloons
- H01Q1/288—Satellite antennas
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q15/00—Devices for reflection, refraction, diffraction or polarisation of waves radiated from an antenna, e.g. quasi-optical devices
- H01Q15/0006—Devices acting selectively as reflecting surface, as diffracting or as refracting device, e.g. frequency filtering or angular spatial filtering devices
- H01Q15/0093—Devices acting selectively as reflecting surface, as diffracting or as refracting device, e.g. frequency filtering or angular spatial filtering devices having a fractal shape
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q15/00—Devices for reflection, refraction, diffraction or polarisation of waves radiated from an antenna, e.g. quasi-optical devices
- H01Q15/24—Polarising devices; Polarisation filters
- H01Q15/242—Polarisation converters
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q21/00—Antenna arrays or systems
- H01Q21/0006—Particular feeding systems
- H01Q21/0037—Particular feeding systems linear waveguide fed arrays
- H01Q21/0043—Slotted waveguides
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q21/00—Antenna arrays or systems
- H01Q21/0006—Particular feeding systems
- H01Q21/0075—Stripline fed arrays
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q21/00—Antenna arrays or systems
- H01Q21/06—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
- H01Q21/061—Two dimensional planar arrays
- H01Q21/065—Patch antenna array
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q21/00—Antenna arrays or systems
- H01Q21/24—Combinations of antenna units polarised in different directions for transmitting or receiving circularly and elliptically polarised waves or waves linearly polarised in any direction
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q25/00—Antennas or antenna systems providing at least two radiating patterns
- H01Q25/001—Crossed polarisation dual antennas
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Astronomy & Astrophysics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
- Waveguide Aerials (AREA)
Abstract
Una antena de ramal transversal continua (CTS) multipolarizada incluye una primera red de alimentación operativa para al menos uno de recibir o transmitir una señal que tiene una primera polarización, y una segunda red de alimentación diferente de la primera red de alimentación y operativa para al menos uno de recibir o transmitir una señal que tiene una segunda polarización diferente de la primera polarización. Al menos una región de placas paralelas está definida por una primera estructura de placas y una segunda estructura de placas espaciadas de la primera estructura de placas, donde una primera estructura de acoplamiento que conecta la primera red de alimentación a la región de placas paralelas y una segunda estructura de acoplamiento que conecta la segunda red de alimentación a la región de placas paralelas. Una abertura común está dispuesta en un lado de la región de placas paralelas, donde los frentes de onda producidos por las estructuras de acoplamiento primera y segunda y propagados dentro de la región de placas paralelas irradian al espacio libre a través de la abertura común. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Arquitectura de alimentación de antena fractal de doble polarización que emplea modos de placas paralelas ortogonales
Campo técnico
La presente invención se refiere en general a antenas y, más particularmente, a una antena con stubs transversales continuas que emplea modos de placas paralelas ortogonales para generar doble banda de frecuencia con doble polarización.
Antecedentes
El mundo de las comunicaciones actual requiere mover cantidades cada vez mayores de datos y ancho de banda. Este ancho de banda adicional tiene un precio superior, ya que los operadores de red basan sus tarifas en la cantidad de espectro utilizado por sus clientes. Para obtener ancho de banda o capacidad adicional, los sistemas convencionales a menudo utilizarán antenas físicamente cada vez más grandes y/o aberturas independientes. Cuanto más grande sea la instalación de una antena, mayores serán los costes iniciales y operativos.
La necesidad de agregar ancho de banda de antena adicional sin aumentar proporcionalmente la huella de la antena siempre ha sido y seguirá siendo un gran desafío. En el mundo actual, no siempre es suficiente proporcionar sólo un funcionamiento de Rx y Tx completo en dúplex. Es cada vez más importante diseñar sistemas capaces de funcionar en múltiples bandas y polarizaciones, y al mismo tiempo hacerlo dentro de una huella limitada.
El documento US 2002/0075194 A1 da a conocer conjuntos de antenas mecánicamente orientables.
El documento CN 108232416 A da a conocer conjuntos de antenas con stubs transversales continuas de exploración de haz de doble polarización.
El documento CN 202 121 061 U da a conocer una unidad de radiación y un conjunto de radiación.
El documento US 2006/0202899 A1 da a conocer una red de alimentación con retardo de tiempo verdadero para un conjunto CTS.
El documento US 2012/0177376 A1 da a conocer una abertura EO/RF híbrida conformal y una antena de RF con stubs transversales continuas de inclinación variable.
Sumario de la invención
Las antenas con stubs transversales continuas (CTS) son una clase de antenas que proporcionan excelentes características de radiación, incluida una construcción de alta eficiencia, bajo perfil y bajo coste. Aunque la tecnología CTS en sí no es nueva, los elementos radiantes CTS son dispositivos nativos de polarización única y banda única.
Un dispositivo según la presente invención amplía la tecnología CTS de una manera nueva combinando dos antenas CTS de polarización única en un volumen de abertura compartido. Las estructuras de canales de RF independientes dentro de la antena CTS se integran juntas de una forma novedosa para permitir el funcionamiento ortogonal de doble canal usando una abertura común compartida. Esta arquitectura integrada duplica el ancho de banda de RF y permite el funcionamiento de doble polarización y de doble banda sin ninguna penalización adicional en tamaño/huella. El unísono resultante de la tecnología CTS con una polarización y canales de frecuencia extendidos conduce a beneficios significativos en coste, tamaño y eficiencia frente a las arquitecturas de antenas de doble polarización/doble banda existentes.
Según un aspecto de la invención, una antena con stubs transversales continuas (CTS) de múltiple polarización incluye: una primera red de alimentación operativa para al menos uno de recibir o transmitir una señal de R<f>que tiene una primera polarización lineal; una segunda red de alimentación orientada geométricamente ortogonal desde la primera red de alimentación y operativa para al menos uno de recibir o transmitir una señal de RF que tiene una segunda polarización lineal, con una polarización ortogonal con respecto a la primera polarización; al menos una región de placas paralelas definida por una primera estructura de placas y una segunda estructura de placas separada de la primera estructura de placas; una primera estructura de acoplamiento que conecta la primera red de alimentación con la región de placas paralelas; una segunda estructura de acoplamiento que conecta la segunda red de alimentación con la región de placas paralelas; y una abertura común dispuesta en un lado de la región de placas paralelas, en la que los frentes de onda ortogonales producidos por las estructuras de acoplamiento primera y segunda y propagados dentro de la región de placas paralelas se irradian al espacio libre a través de la abertura común, en la que las estructuras de acoplamiento primera y segunda están conectadas con la región de placas paralelas en un lado de la región de placas paralelas opuesto a la abertura común y en la que la antena CTS tiene una huella rectangular con una cara de abertura plana.
En una realización, la antena CTS incluye además una pluralidad de discos separados entre sí, en la que el espacio entre discos adyacentes define la abertura común.
En una realización, la pluralidad de discos comprenden una pluralidad de elementos metálicos dispuestos en una estructura reticular.
En una realización, la pluralidad de discos tienen forma rectangular.
En una realización, al menos un disco de la pluralidad de discos está dimensionado de forma diferente a al menos otro disco de la pluralidad de discos.
En una realización, las estructuras de acoplamiento primera y segunda están acopladas a la segunda estructura de placa y la abertura común se forma en la primera estructura de placa.
En una realización, la región de placas paralelas comprende una pluralidad de regiones de placas paralelas ubicadas entre la abertura común y las estructuras de acoplamiento primera y segunda, por lo que cada región de placas paralelas adyacente acopla además los frentes de onda dentro de dicha región de placas paralelas a la siguiente región de placas paralelas adyacente a través de transiciones de capas de placas paralelas.
En una realización, la antena CTS incluye además un polarizador dispuesto adyacente a la abertura común y operativo para cambiar la polarización de los patrones de radiación de antena.
En una realización, la al menos una región de placas paralelas comprende un material dieléctrico dispuesto entre la primera estructura de placa y la segunda estructura de placa.
En una realización, el material dieléctrico comprende al menos uno de un material de espuma o aire.
En una realización, la primera red de alimentación y la segunda red de alimentación comprenden al menos una de una guía de ondas, una línea de banda, una línea de banda de aire suspendida o una línea de transmisión de microcinta.
En una realización, las estructuras de acoplamiento primera y segunda comprenden transiciones de ranura de guía de ondas a placa paralela.
En una realización, la primera polarización comprende polarización vertical y la segunda polarización comprende polarización horizontal.
En una realización, la región de placas paralelas comprende al menos una ranura dispuesta en una superficie de una de la primera estructura de placa o la segunda estructura de placa.
Para lograr los fines anteriores y relacionados, la invención comprende, entonces, las características que se describen en su totalidad a continuación en el presente documento y que se señalan particularmente en las reivindicaciones. La siguiente descripción y los dibujos adjuntos exponen en detalle ciertas realizaciones ilustrativas de la invención. Estas realizaciones son indicativas, sin embargo, sólo de algunas de las diversas formas en las que pueden emplearse los principios de la invención. Otros objetos, ventajas y características novedosas de la invención resultarán evidentes a partir de la siguiente descripción detallada de la invención cuando se considere conjuntamente con los dibujos.Breve descripción de los dibujos
En los dibujos adjuntos, referencias similares indican partes o características similares.
La figura 1 es una vista en despiece de una antena CTS de doble banda de frecuencia con doble polarización a modo de ejemplo según la invención.
La figura 2 es una vista de nivel superior que ilustra una red de alimentación para la antena a modo de ejemplo de la figura 1, que incluye transiciones de ranura de guía de ondas a placa paralela.
La figura 3 es una vista detallada de transiciones de acoplamiento de ranura de guía de ondas a placa paralela a modo de ejemplo para una red de alimentación del plano H que puede utilizarse en la antena de la figura 1.
La figura 4 es un diagrama esquemático que ilustra una vista desde arriba de una progresión de frente de onda de placa paralela para la polarización H.
La figura 5 es un diagrama esquemático que ilustra una vista desde arriba de la progresión del frente de onda de placa paralela para la polarización V.
La figura 6A es una vista en perspectiva superior de una estructura de placas paralelas de un solo nivel a modo de ejemplo con elementos radiantes CTS (stubs) de una sola etapa que puede usarse en la antena de la figura 1.
La figura 6B es una sección transversal de una estructura de placas paralelas de un solo nivel a modo de ejemplo con elementos radiantes CTS (stubs) de una sola etapa que pueden usarse en la antena de la figura 1.
La figura 7 es una sección transversal de una estructura de placas paralelas de dos niveles a modo de ejemplo con elementos radiantes CTS (stubs) de dos etapas que pueden usarse en la antena de la figura 1.
La figura 8 es una sección transversal de una estructura de placas paralelas fractales de múltiples niveles a modo de ejemplo con elementos radiantes CTS (stubs) de dos etapas que pueden usarse en la antena de la figura 1.
La figura 9 es una vista en perspectiva de elementos radiantes de disco CTS de un solo nivel a modo de ejemplo dispuestos en una rejilla bidimensional que puede usarse en la antena de la figura 1.
La figura 10 es una vista en perspectiva de elementos de disco CTS de dos niveles a modo de ejemplo, estando compuesto el superior por elementos radiantes de disco CTS de dos etapas, dispuestos en una rejilla bidimensional que puede usarse en la antena de la figura 1.
La figura 11 es una vista en perspectiva de elementos de disco CTS de múltiples niveles a modo de ejemplo, estando compuesto el superior por elementos radiantes de disco CTS de dos etapas, dispuestos en una rejilla bidimensional que puede usarse en la antena de la figura 1.
La figura 12 ilustra los patrones/VSWR (relación de onda estacionaria de tensión) para una antena de un solo nivel con una polarización por banda según la presente invención.
La figura 13 ilustra los patrones/VSWR para una antena de un solo nivel con dos polarizaciones por banda según la presente invención.
La figura 14 ilustra los patrones/VSWR para una antena de múltiples niveles con una polarización por banda según la presente invención.
La figura 15 ilustra los patrones/VSWR para una antena de múltiples niveles con dos polarizaciones por banda según la presente invención.
Descripción detallada de la invención
Una antena según la presente invención utiliza la tecnología CTS para proporcionar eficiencias de rendimiento mejoradas y un mayor potencial de integración que los elementos de antena convencionales. Una antena que emplea una estructura CTS puede hacer pleno uso de un área de antena activa común al mismo tiempo que admite bandas operativas de Tx y Rx, lo que conduce a una mayor eficiencia de área, anchos de haz de antena más estrechos y un mejor rendimiento de interferencia entre satélites adyacentes (ASI). Además, las estructuras de alimentación y de radiación CTS son escalables en tamaño para cubrir espectros de frecuencia de banda ancha según sea necesario. La tecnología de antena CTS también permite patrones de radiación más limpios y libres de lóbulos en malla reticular que pueden ayudar a reducir la ASI.
La mayoría de las plataformas de antenas tienen limitaciones de espacio y, por lo tanto, el apilamiento de antenas de Tx y Rx independientes para que quepan dentro de una huella determinada a menudo conduce a efectos de sombra y problemas de integración. La mala utilización del área que surge de aberturas apiladas o independientes también puede conducir a una ganancia de antena reducida, anchos de haz de plano geosíncrono más grandes y, en última instancia, un peor rendimiento de ASI.
Hay varias formas de lograr el funcionamiento de doble polarización (denominada doble pol)/doble banda de frecuencia (denominada doble banda). Algunos ejemplos incluyen:
• conjunto de bocinas de doble pol/doble banda
• conjunto de parches de doble pol
• conjunto de ranuras de doble pol/doble banda
• alimentación/reflector de doble pol/doble banda
• subconjuntos de Tx y Rx independientes (apilados o uno al lado del otro)
Las tecnologías anteriores, como las arquitecturas descritas anteriormente, se basan en elementos de antena convencionales y bien establecidos (bocinas, parches, etc.) que se entienden y caracterizan bien. Todas las arquitecturas convencionales de doble pol/doble banda tienen diversas limitaciones en cuanto a rendimiento, empaquetado o coste, algunas de las cuales se analizan a continuación, que una antena basada en CTS de doble pol/doble banda según la invención puede mejorar.
Por ejemplo, los conjuntos de bocinas de doble pol/doble banda pueden sufrir una eficiencia deficiente y un ancho de banda limitado. En particular, el tamaño finito de los elementos radiantes de bocinas en un conjunto puede conducir a problemas de separación y artefactos de lóbulo en malla reticular en los planos intercardinales. Por el contrario, las antenas basadas en CTS ofrecen patrones de radiación más limpios y libres de artefactos de lóbulo en malla reticular en los planos intercardinales, evitando posibles problemas de ASI que limitan los problemas de cobertura geográfica con algunos conjuntos de bocinas.
Los conjuntos de parches de doble pol son inherentemente ineficientes ya que a menudo emplean microcinta, línea de cinta y otras tecnologías de circuitos impresos. Esta ineficiencia se ve amplificada ya que los medios con pérdidas se utilizan tanto en la red de alimentación de abertura como en la de combinación. Si bien los parches son relativamente directos y sencillos de diseñar, son de banda estrecha (poco porcentaje de ancho de banda) y adolecen de una deficiente polarización de cruce sobre frecuencias. Los equivalentes a las antenas basadas en<c>T<s>ofrecen una eficiencia superior debido a los medios de transmisión de baja pérdida utilizados en todas las etapas de la trayectoria de señal de la antena. Los elementos radiantes CTS ofrecen un ancho de banda mucho más amplio (hasta un 15%) y, como se analiza más adelante, pueden ampliarse para adaptarse a requisitos de espectro aún más amplios, por ejemplo, agregando niveles adicionales (por ejemplo, niveles adicionales de placas paralelas).
Los conjuntos de ranuras de doble pol/doble banda son costosos de fabricar y a menudo requieren procesos de mecanizado de precisión para sintonizar las ranuras resonantes. Al igual que los parches, las ranuras son inherentemente elementos radiantes de banda estrecha con eficiencia deficiente. Por el contrario, las estructuras CTS no son un elemento radiante de tipo resonante y, por tanto, ofrecen mucho más ancho de banda que los elementos radiantes de tipo ranura. Las estructuras CTS ofrecen una eficiencia de radiación mejorada y pueden adaptarse fácilmente a técnicas de fabricación en gran escala (por ejemplo, estampado en moldes de inyección de material plástico) que pueden no ser adecuadas para conjuntos de ranuras.
Los sistemas basados en alimentación/reflector de doble pol/doble banda pueden ser extremadamente voluminosos. Por ejemplo, un método común para proporcionar simultáneamente dos canales (Rx y Tx) y dos polarizaciones (horizontal y vertical) en sistemas basados en alimentación/reflector es emparejar la parabólica reflectora con una bocina circular y un transductor de modo orto (OMT). Estos componentes añaden volumen adicional, por lo que dichos sistemas no son prácticos para aplicaciones de bajo perfil y baja resistencia. Por el contrario, las estructuras de antenas CTS pueden integrarse en gran medida en una verdadera abertura compartida, lo que permite que estas antenas encajen en huellas y volúmenes mucho más pequeños. Además, los sistemas basados en reflectores sufren pérdidas por desbordamiento no deseadas y un control de la excitación de abertura deficiente en comparación con las antenas CTS. Las estructuras CTS ofrecen un mejor control de la distribución de abertura al brindar al diseñador una libertad mucho más directa para diseñar sus partes constituyentes (alimentación, sintonizadores, separaciones, elementos radiantes, etc.).
Un conjunto de antenas CTS normalmente incluye dos placas, una (superior) que tiene una estructura reticular unidimensional de stubs radiantes continuos y una segunda (inferior) que tiene una o más fuentes lineales que emanan hacia la región de placas paralelas formada y delimitada entre las estructuras de placas superior (primera) e inferior (segunda). En consecuencia, la abertura del stub radiante de la antena CTS convencional está compuesta por una colección de stubs radiantes idénticos, paralelos y uniformemente separados sobre toda su superficie. La abertura de los stubs sirve para acoplar energía desde la región de placas paralelas, que se forma entre la superficie conductora más superior de la red de conjunto y la superficie conductora más inferior de la estructura de abertura de los stubs radiantes.
Una antena CTS según la invención utiliza una arquitectura novedosa que emplea modos de placas paralelas ortogonales para generar antenas de doble polarización. Una antena CTS de doble banda y doble pol según la presente invención ofrece un rendimiento de radiación de RF superior (en cuanto a eficiencia y calidad del patrón) en huellas reducidas (hasta la mitad del espacio de aberturas independientes de Rx y Tx). Una antena CTS de doble pol puede utilizar una arquitectura de antena altamente integrada para permitir el funcionamiento de doble pol y doble banda utilizando una sola abertura compartida. Las piezas internas que componen la antena CTS pueden construirse utilizando técnicas que permiten técnicas de fabricación de gran volumen, lo que reduce en gran medida los costos iniciales de hardware.
Las características anteriores tienen numerosos beneficios prácticos para aplicaciones terrestres, tierra-aire y SATCOM. Por ejemplo, la menor huella/volumen que ofrece una antena CTS de doble banda y doble pol según la invención permite instalar más antenas en torres terrestres, en barcos/aviones/trenes y en cargas útiles de satélite. Estos sitios de instalación suelen estar abarrotados y el espacio tiene un precio superior. La huella reducida permitiría terminales de COTM (comunicación en movimiento) de Az/EI de perfil más bajo que conducirían a carcasas de radomo más simples y una aerodinámica mejorada para terminales basados en vehículos. Los terminales aeronáuticos de COTM se beneficiarían de una menor resistencia que conduciría a una mejor eficiencia del combustible. Además, los operadores de redes pueden reducir sus gastos operativos (OPEX) y mejorar la calidad del servicio (QOS) aprovechando los patrones de radiación de mayor eficiencia más limpios de las antenas CTS. Para los satélites que operan en el plano de satélite geosincrónico (plano geosíncrono), los atributos de patrón de CTS mejorados reducirían la ASI que puede afectar a otras tecnologías de antenas.
Con referencia a la figura 1, se ilustra una construcción y composición a modo de ejemplo de una antena 10 CTS de doble banda y doble pol según la invención, mostrando sus cuatro regiones principales. La antena 10 incluye dos trayectorias de alimentación de guía de ondas que forman una red 12 de alimentación (región #1), que transportan cada uno una señal independiente para una de las dos polarizaciones. Las trayectorias 12 de alimentación de guía de ondas ayudan a lanzar dos frentes de onda ortogonales hacia una estructura llena de dieléctrico denominada placa 14 paralela (región #2). Encima de la placa 14 paralela se encuentra un conjunto de elementos 17 radiantes CTS (región #3) que ayudan a irradiar los dos frentes de onda ortogonales al espacio libre. Como se usa en el presente documento, un disco se define como una parte o elemento conductor de RF, generalmente de forma cuboide o compuesto por múltiples cuboides que, cuando están adecuadamente separados de y dispuestos en conjunto con otros discos, forman elementos radiantes CTS ortogonales o líneas de transmisión de placas paralelas ortogonales en las regiones entre ellos. Puede construirse un disco de metal, plástico metalizado u otro material sólido siempre que todas las superficies externas sean conductoras de RF. Entonces, un polarizador 18 opcional (región #4) hace coincidir la polarización natural de la antena con la de un satélite u otro enlace de comunicación. Esta arquitectura novedosa permite el funcionamiento de doble banda y doble pol utilizando una sola abertura compartida con características de bajo perfil y bajas pérdidas. A continuación se proporcionan detalles del funcionamiento de las cuatro regiones de la antena CTS de doble pol.
La red 12 de alimentación constituye la primera región en una antena 10 CTS de doble pol y su función es guiar una señal de RF de entrada y realizar una transición eficiente con ella hacia la placa 14 paralela. Se muestra en la figura 2 una alimentación de banda Ku a modo de ejemplo con dos redes de alimentación de guía de ondas independientes, uno para la polarización vertical y otro para la polarización horizontal. El medio de línea de transmisión para las dos trayectorias de alimentación independientes se dispone cuidadosamente para evitar chocar entre sí y, por lo tanto, puede abarcar más de un nivel. Una guía de ondas es el medio de línea de transmisión preferido para las antenas CTS de doble pol con el fin de facilitar la menor pérdida de transmisión posible, aunque pueden usarse otros medios de línea de transmisión, tales como, por ejemplo, una línea de cinta (por ejemplo, un material dieléctrico dispuesto entre dos segmentos de línea de cinta), una línea de cinta de aire suspendido (por ejemplo, una configuración coaxial rectangular), una línea de transmisión de microcinta (por ejemplo, líneas de transmisión dispuestas sobre un solo sustrato), etc.). El diseño detallado de las alimentaciones, incluidas sus disposiciones, divisiones de potencia y sintonizadores, puede implementarse con el objetivo de lanzar una distribución particular de amplitud/fase en la placa 14 paralela. Las consideraciones incluyen los patrones de radiación de antena deseados, el/los ancho(s) de banda de frecuencia operativa, los efectos de dispersión modal y la mitigación de esos efectos a través de la distorsión previa de la red de alimentación. Estas consideraciones se aplican generalmente a cada uno de los dos planos ortogonales, por separado. La distribución particular dependerá de si la antena 10 se utiliza para aplicaciones de Rx o Tx, el ancho de banda necesario y las limitaciones de volumen/huella.
La transición desde la red 12 de alimentación de guía de ondas hacia la placa 14 paralela puede lograrse de varias maneras diferentes, dependiendo del tipo de red de alimentación de guía de ondas que se utilice. Se muestra en la figura 2 las estructuras 12b (Hpol) y 12d (Vpol) de acoplamiento primera y segunda que acoplan las redes 12a, 12c de alimentación primera y segunda, respectivamente, a la región de placas paralelas (la segunda red de alimentación puede orientarse geométricamente ortogonal con respecto a la primera red de alimentación). En la realización a modo de ejemplo, las estructuras de acoplamiento están conectadas a la región de placas paralelas en un lado de la región de placas paralelas opuesto a la abertura (las estructuras de acoplamiento están acopladas a la estructura de placa inferior (segunda) y la abertura está formada en la parte superior (primera) estructura de placa). En una realización, las estructuras 12b y 12d de acoplamiento incluyen transiciones 12b', 12d' de ranura de guía de onda a placa paralela (véase la figura 3) que ayudan a realizar la transición de energía desde las redes de alimentación de guía de onda de tipo de plano E a la placa paralela. Las transiciones 12b' 12d' de ranura de guía de ondas a placa paralela pueden formarse como agrupaciones de ranuras que se alimentan simétricamente pero que alimentan ranuras que están orientadas asimétricamente (es decir, en la misma dirección). En comparación con los divisores de potencia de guía de ondas simétricos (plano E) convencionales con ranuras de alimentación orientadas simétricamente, la orientación asimétrica tiene la ventaja de resolver/corregir el desplazamiento de fase inherente de 180° asociado con el enfoque convencional. Un canal empotrado en la base de un dieléctrico (no mostrado) en la placa 14 paralela permite que la energía evanescente se apague y puede ayudar a suprimir modos no deseados que pueden surgir al lanzarse hacia materiales dieléctricos más densos.
Independientemente del tipo de red de alimentación empleada, las disposiciones y orientaciones de las estructuras 12b, 12d de acoplamiento primera y segunda (y si se utilizan las transiciones 12b' 12d' de ranura de guía de ondas a placa paralela) se gestionan cuidadosamente de modo que los campos lanzados hacia la placa 14 paralela están en fase el uno con el otro de manera apropiada. Por ejemplo, las estructuras 12b, 12d de acoplamiento y/o las transiciones 12b' 12d' de ranura de guía de ondas a placa paralela están dispuestas y orientadas de manera que los diversos campos se lanzan con distorsión previa dentro de la placa 14 paralela y se encuentran sin distorsión al llegar a los elementos 16 radiantes. Basándose en el ancho finito de la región de placas paralelas, la banda de frecuencia operativa y la longitud del camino de RF desde la alimentación hasta los elementos radiantes de RF, se emplea una técnica de fase conjugada para distorsionar previamente la amplitud y el perfil de fase de la onda lanzada (modos) en la alimentación de modo que, basándose en efectos de dispersión conocidos, se irradie en la abertura un perfil sin distorsión (amplitud y fase ideales).
Volviendo a la figura 2, se ilustran cinco secciones diferentes de la red 12 de alimentación. Más específicamente, una red 12a de alimentación de guía de ondas de primera polarización (de aquí en adelante primera pol) recibe o transmite una primera señal que tiene una primera polarización lineal (por ejemplo, Hpol). La red 12a de alimentación de guía de ondas de primera pol puede ser una guía de ondas convencional que confina la propagación de la onda en una o dos dimensiones, de modo que, en condiciones ideales, la onda no pierde potencia mientras se propaga a través de ella. Por ejemplo, si la red 12a de alimentación tiene forma de guía de ondas rectangular, entonces puede incluir paredes laterales superior, inferior, izquierda y derecha que definen un camino que confina la señal dentro del camino definido. Pueden emplearse otras formas de guías de ondas, tales como guías de ondas que tienen una sección transversal circular u ovalada, sin salirse del alcance de la invención. La red 12a de alimentación de guía de ondas de primera pol suministra la señal a la primera estructura 12b de acoplamiento que proporciona la señal a la región de placas paralelas 2. La guía 12a de ondas de primera pol y la primera estructura 12b de acoplamiento (y la primera transición 12b' de ranura de guía de ondas a placa paralela, si está presente) corresponden a una primera polarización (por ejemplo, Hpol) de una señal que se va a inyectar en la placa 14 paralela.
De manera similar, la red 12 de alimentación también incluye una segunda red 12c de alimentación de guía de ondas de polarización lineal (de aquí en adelante segunda pol) (diferente de la primera red de alimentación), que recibe o transmite una segunda señal que tiene una segunda polarización que es sustancialmente ortogonal a la primera señal (por ejemplo, Vpol). Tal como se utiliza en el presente documento, se define como sustancialmente ortogonal estar dentro de quince grados de ortogonalidad perfecta, y más preferiblemente dentro de cinco grados de ortogonalidad perfecta. La red 12c de alimentación de guía de ondas de segunda pol es similar en construcción a la red 12a de alimentación de guía de ondas de primera pol, pero está dispuesta de manera que las redes 12a, 12c de alimentación de guía de ondas no se cruzan entre sí, es decir, no comparten un punto común/la misma trayectoria de guía de ondas. La red 12c de alimentación de guía de ondas de segunda pol suministra la señal a la segunda estructura de acoplamiento y 12d (y a la segunda transición 12d' de ranura de guía de ondas a placa paralela, si está presente). La guía 12c de ondas de segunda pol y la segunda estructura 12d de acoplamiento (y la segunda transición 12d' de ranura de guía de ondas a placa paralela, si está presente) corresponden a una segunda polarización (por ejemplo, Vpol) de una señal que se va a inyectar en la placa 14 paralela.
La energía de las segundas estructuras 12b, 12d de acoplamiento emerge hacia la placa 14 paralela (región #2), que puede considerarse como una región de depósito compartida. Esta región se construye normalmente usando un material de baja densidad, como espuma, pero puede llenarse de manera homogénea o no homogénea con materiales alternativos, incluido aire. El material de baja densidad proporciona soporte mecánico para los discos 16 de elemento radiante CTS que se asientan directamente encima de la placa 14 paralela. Las estructuras 12b, 12d de alimentación de guía de ondas primera y segunda ayudan a realizar la transición de energía desde las redes 12a, 12c de alimentación de guía de ondas hacia dos grupos independientes de frentes de onda ortogonales en modo restringido dentro de la placa 14 paralela, y los frentes de onda se propagan a través de la placa 14 paralela.
La figura 4 muestra una ilustración desde arriba a modo de ejemplo de la progresión del frente de onda Hpol para una estructura 12b de acoplamiento (que incluye una transición 12b' de ranura) y una placa 14 paralela de banda Ku de tamaño completo. Un primer frente de onda emana de cuatro conjuntos 12b' de transición de ranura de guía de onda a placa paralela verticales, y los frentes de onda de cada conjunto 12b' de transición de ranura se propagan entonces tanto hacia la izquierda como hacia la derecha de la placa 14 paralela. Las orientaciones de campo E para este frente de onda dentro de la placa 14 paralela forman cortocircuitos 20 virtuales (áreas en las que el campo eléctrico es cero debido a condiciones de simetría) en puntos intermedios entre cada par adyacente de conjuntos 12b' de ranuras.
La figura 5 ilustra la correspondiente progresión del frente de onda ortogonal Vpol a través de la misma placa 14 paralela a modo de ejemplo. Este segundo frente de onda ortogonal emana de un solo conjunto de ranuras 12d' ubicadas a lo largo de la línea central horizontal de la placa paralela, y se propaga entonces hacia las direcciones superior e inferior dentro de la placa 14 paralela. Ambos grupos de frentes de onda (Hpol y Vpol) forman entonces distribuciones de ondas estacionarias independientes (ortogonales) dentro de la placa 14 paralela antes de irradiarse eventualmente a través de los elementos 16 radiantes CTS, que están dispuestos encima de la placa 14 paralela. Cada frente de onda en el dieléctrico dentro de la placa 14 paralela se compone de múltiples modos simultáneos, todos los cuales se propagan a diferentes velocidades de fase. A medida que los frentes de onda se propagan dentro de la placa 14 paralela, su forma y contenido evolucionarán basándose en el contenido modal de cada frente de onda bajo la influencia de las condiciones límite del perímetro.
La placa 14 paralela de la antena 10 puede disponerse en disposiciones de un solo nivel como se muestra en las figuras 6A-6B para facilitar la fabricación cuando el ancho de banda operativo es pequeño (por ejemplo, entre 0-15 %, cuando el ancho de banda operativo definido como fmax - fmin y (fmax - fmin)/fcentro es inferior al 15 %). Como se usa en el presente documento, “un solo nivel” se refiere a una antena 10 que incluye una región de placas paralelas dispuesta con respecto a la red 12 de alimentación y los discos 16 que definen los elementos 17 radiantes c Ts . Como se ilustra en las figuras 6A y 6B, una red 12 de alimentación está acoplada a una región 14 de placas paralelas a través de una transición 12b de guía de ondas a placa paralela. Los discos 16, que pueden tener forma rectangular, están dispuestos en un lado de la región 14 de placas paralelas y definen elementos 17 radiantes CTS a través de los cuales pueden propagarse las señales. La región 14 de placas paralelas puede incluir una o más ranuras 24 de sintonización que tienen dimensiones iguales o diferentes. Las ranuras 24 de sintonización pueden crear un nivel deseado de energía reflejada de la señal inyectada desde la red 12 de alimentación de guía de ondas que produce una característica deseada (bien adaptada) cuando la señal sale de los elementos 17 radiantes CTS.
Si se desea un ancho de banda más amplio, puede utilizarse una disposición de dos niveles como se muestra en la figura 7 para aumentar el ancho de banda en un 40 % o más (hasta un ancho de banda de 2:1). Como puede verse en la figura 7, la disposición de dos niveles incluye dos regiones de placas 14a, 14b paralelas independientes dispuestas con respecto a la red 12 de alimentación y los discos 16 de nivel de abertura (estando la segunda región de placas paralelas entre la primera estructura 15a de placas y la segunda estructura 15b de placas), definiendo las regiones entre discos 16 adyacentes los elementos 17 radiantes CTS a través de los cuales las señales pueden propagarse. Las regiones 14a y 14b de placas paralelas, que incluyen cada una ranuras 24 de sintonización y resonadores 25, están acopladas entre sí a través de transiciones 26 de capas de placas paralelas (por ejemplo, placas paralelas orientadas verticalmente que conectan las regiones 14a y 14b de placas paralelas orientadas horizontalmente) formadas por huecos entre los discos 27 de nivel inferior que son dimensionalmente más grandes y menos en cantidad en comparación con los discos de elemento radiante CTS. Las ranuras 24 de sintonización y los resonadores 25 efectúan la transición desde la primera región 14a de placas paralelas a la segunda región 14b de placas paralelas. Puede lograrse aún más ancho de banda (>80 %) con diseños más elaborados de tipo fractal de múltiples niveles, como la variante de banda Ku que se muestra en la figura 8, que incluye tres regiones 14a, 14b y 14c de placas paralelas dispuestas en una configuración apilada, con transiciones 26 de capas que conectan las placas paralelas adyacentes.
Las figuras 6-8 también ilustran la progresión en sección transversal de cada frente de onda a medida que se propaga a través de las estructuras 14 de placas paralelas de diferentes tamaños (uno, dos o más niveles). Las ranuras 24 de sintonización transversales inciden en las estructuras 14 de placas paralelas en cada nivel y sirven para varios fines que incluyen actuar como estranguladores y/o cortocircuitos virtuales, mejorar la adaptación de la antena y aumentar el acoplamiento en los elementos 17 radiantes CTS (stubs) definidos por los discos 16. Colectivamente, esta red contenida dentro de la placa 14 paralela ayuda a establecer la distribución de abertura que finalmente se irradia desde la parte superior de la abertura (estando las aberturas definidas por los discos 16).
Dispuesta encima de la placa 14 paralela hay una estructura reticular rectangular de discos 16 de elemento radiante CTS que definen la abertura 17 CTS común. Los frentes de onda proporcionados por las estructuras de acoplamiento primera y segunda se propagan dentro de la región de placas paralelas y se irradian al espacio libre a través de la abertura común (o a la inversa, las señales recibidas por la abertura común se propagan dentro de la región de placas paralelas y se proporcionan a las estructuras de acoplamiento primera y segunda). Los discos 16 pueden tener una<primera etapa 16a estrecha que se abre para dar una segunda etapa>16<b más ancha (definiendo así el elemento 17>radiante que tiene una primera etapa 17a ancha y una segunda etapa 17b estrecha), donde el espacio entre los discos 16 define la abertura 17. Si bien se ilustra una configuración de dos etapas, puede emplearse una configuración de una sola etapa o una configuración con tres o más etapas. Los discos 16, que pueden estar formados de metal o plástico metalizado (denominados elementos metálicos), ayudan a realizar la transición de las distribuciones de ondas estacionarias dentro de la placa 14 paralela hacia el espacio libre para formar el patrón de antena de campo lejano. La separación entre los discos 16 puede ser o bien fija (idéntica) o bien variable en ambas dimensiones para proporcionar una buena adaptación de impedancia y lograr una conicidad y un patrón de radiación deseados.
En la figura 9 se muestra una vista isométrica a modo de ejemplo de una estructura reticular de subconjunto de un solo nivel, de banda X, de discos 16 con tamaños de disco desiguales (los discos 16a tienen dimensiones diferentes a las de los discos 16b) así como separaciones desiguales entre elementos radiantes (debido a los diferentes tamaños de disco). En las figuras 10 y 11 se muestran vistas isométricas de disposiciones adicionales de elementos radiantes de discos de dos y tres niveles de ancho de banda, respectivamente. Estas vistas isométricas corresponden a las secciones transversales mostradas en las figuras 6, 7 y 8, respectivamente.
Cada frente de onda dentro de la placa 14 paralela está fuertemente influenciado por los bordes transversales de los elementos radiantes definidos por los discos 16 CTS, aun siendo en su mayor parte transparente al borde ortogonal opuesto de los mismos discos 16. Los discos 16 actúan como un transformador de impedancia y un elemento radiante, donde la colocación de los discos forma el espacio de aire que define los elementos radiantes. Preferiblemente, los discos están diseñados para coincidir con la impedancia de las capas combinadas. En este sentido, el ancho de los discos proporciona un acoplamiento óptimo a la sección inferior del disco y está diseñado para lanzar eficientemente una señal desde la región de placas paralelas. La altura de los discos puede basarse en bandas de frecuencia de la estructura para obtener una banda de frecuencia lo más amplia posible. El diseño del elemento radiante de disco también puede depender de factores adicionales como el tamaño general de la antena, las asignaciones de bandas de frecuencia de Rx/Tx, las limitaciones de separación mecánica y los niveles de acoplamiento alcanzables a través de elementos radiantes individuales. La extensión horizontal/transversal de cada etapa del elemento radiante (definida como la región de “hueco” entre discos adyacentes) se selecciona para proporcionar una adaptación de impedancia óptima entre la impedancia asociada con la región de placas paralelas paralela y la impedancia efectiva del elemento radiante (establecida generalmente por la separación entre discos). La extensión vertical de cada etapa del elemento radiante (formada por discos adyacentes) generalmente se establece en aproximadamente 0,2Xcentral, donde Central es la longitud de onda asociada con la frecuencia central del intervalo de frecuencia de funcionamiento deseado general. La etapa más baja (la más cercana a la región de placas paralelas) generalmente se selecciona para proporcionar el acoplamiento interno deseado requerido para proporcionar una adaptación de impedancia óptima del subconjunto compuesto visto desde la red de alimentación.
Una región adicional que puede estar presente en algunas arquitecturas CTS de doble pol es el polarizador 18. La función del polarizador es adaptar la polarización lineal nativa del elemento radiante CTS para que coincida con la polarización entrante de un satélite u otro enlace de comunicación. Cada banda de telecomunicaciones tiene su propia convención de espectro y polarización, por lo que las antenas CTS pueden emplear una amplia variedad de tipos de polarizadores en diferentes bandas de comunicaciones.
Varios atributos clave hacen que una antena CTS de doble pol según la invención sea muy fácil de adaptar a una amplia variedad de bandas de comunicaciones. Estos atributos se analizan a continuación.
• Adaptabilidad del ancho de banda: la arquitectura CTS de doble pol es escalable a una variedad de anchos de banda de frecuencia. Las implementaciones de una sola capa pueden proporcionar hasta ~15 % de ancho de banda, a la vez que ofrecen el perfil de altura general más bajo y una integración de montaje más sencilla. Las configuraciones de dos capas han logrado anchos de banda de ~25 % y se han logrado anchos de banda aún más amplios, superiores al 80 % de ancho de banda distribuyendo los elementos radiantes CTS en capas de alimentación “fractales” de múltiples niveles (es decir, un patrón, como un patrón de duplicación binario, que se repite en cada escala, duplicándose efectivamente en cada nivel). La tremenda capacidad de ancho de banda de las capas de alimentación “fractales” hace posible reutilizar el mismo espacio de abertura física para agrupaciones por pares de las bandas de frecuencia muy separadas entre sí (por ejemplo, banda K/Q) que convencionalmente se cubre mediante aberturas físicas independientes.
• Diversidad de polarización: La polarización natural producida por una antena CTS de doble pol según la invención es una polarización horizontal/vertical lineal, pero esta polarización nativa se adapta fácilmente a una variedad de otras combinaciones de polarización. Por ejemplo, el uso de un transductor ortomodo (OMT) para combinar los canales H/V independientes permite lograr el seguimiento de la polarización lineal. Del mismo modo, el uso de una capa polarizadora en forma de línea de meandro encima de la abertura del CTS permite canales de polarización circular independientes (por ejemplo, LH/RH o RH/LH). Finalmente, puede lograrse una polarización circular (CP) doble simultánea combinando los dos componentes ortogonales junto con un acoplador de cuadratura de guía de ondas.
La antena CTS de doble pol según la invención presenta muchos atributos novedosos que la distinguen de los diseños de antena convencionales. Estas características pueden incluir uno o más de los siguientes elementos.
• Verdadera abertura compartida: la abertura total se utiliza para ambas bandas y ambas polarizaciones. Esto reduce la huella total del sistema en comparación con las antenas que utilizan aberturas de Rx y Tx independientes para lograr la misma diversidad de banda/polarización.
• Bajas pérdidas disipativas: Los medios de línea de transmisión utilizados dentro de las antenas CTS de doble pol tienen pérdidas muy bajas. Las guías de ondas utilizadas en las redes de alimentación ofrecen pérdidas exponencialmente menores que las tecnologías de circuitos impresos alternativas, como microcinta y línea de cinta. La guía de ondas puede dividirse a lo largo de su pared ancha para ayudar a minimizar las fugas y al mismo tiempo permitir una fácil fabricación y montaje. De manera similar, el material dieléctrico de placas paralelas es normalmente una espuma de baja densidad (aunque son prácticas otras realizaciones homogéneas y no homogéneas que emplean dieléctrico y/o aire) que proporciona una amplia estructura y soporte para las disposiciones del disco 16 de elemento radiante CTS a la vez que permite una propagación de modo de placas paralelas de bajas pérdidas. Juntas, estas características conducen a una reducción de las pérdidas disipativas y una mayor eficiencia general en comparación con las arquitecturas de antenas de la competencia.
• Excelente supresión de polarización cruzada: los modos de placa paralela utilizados en el dispositivo según la invención realizan la transición hacia al espacio libre a través de elementos radiantes CTS largos y continuos en lugar de elementos discretos. Estos elementos radiantes con forma de ranura pueden verse como una serie de fuentes de corriente magnética filamentosa, conocidas por su excelente supresión de polarización cruzada. Este atributo calidad se mejora aún más cuando se organizan, lo que da como resultado una señal de polarización conjunta muy pura. La supresión de polarización cruzada típica que ofrecen las antenas CTS de doble pol es >25dB. A las tecnologías de abertura compartida de la competencia les va mucho peor (hasta 10dB). El bajo aislamiento reduce el rendimiento de datos que pueden enviarse a través de la antena y, en algunos casos, los operadores de satélite ni siquiera permitirán que se despliegue una antena si no se cumplen los requisitos mínimos de polarización cruzada.
• Excelente aislamiento de Tx-Rx y/o polarización: A pesar de que los canales de Rx y Tx comparten el mismo espacio y abertura de excitación modal física, los frentes de onda para cada canal están aislados entre sí ya sea por separación física de las guías de ondas 12 o por ortogonalidad entre cada grupo de estructuras (ranuras de sintonización y elementos radiantes de ranura c Ts ) dentro de la placa 14 paralela. Esta ortogonalidad permite que las características de cada canal se diseñen independientemente del otro y mantengan un buen aislamiento de polarización del otro canal cuando se integran en la abertura común compartida. La mayoría de las bandas de comunicación asignan una polarización diferente a cada asignación de banda de frecuencia, por lo que las bandas de Rx y Tx estarán naturalmente aisladas entre sí. Mantener la ortogonalidad dentro de las estructuras físicas de la antena sirve para mejorar aún más este aislamiento.
• Económico de fabricar: Las características utilizadas en la construcción de la antena 10 CTS de doble pol son adaptables a una variedad de técnicas de fabricación que incluyen métodos de construcción de bajo coste. Las estructuras de alimentación de guía de ondas 12 que conducen a la región 14 de placas paralelas pueden dividirse a lo largo de la dimensión a de pared ancha de la guía de ondas (alimentación en plano E) para minimizar las pérdidas así como para reducir los costos de mecanizado de precisión, o pueden tener la forma de una alimentación en plano H. Alternativamente, estas redes de alimentación de guías de ondas pueden estamparse en plástico y revestirse de cobre para una fabricación de gran volumen y bajo coste. Las características de ajuste en la región de placas paralelas abiertas son pasivas y adecuadas para la fabricación a partir de material plástico moldeado por inyección. Finalmente, los elementos radiantes CTS (definidos por los discos 16) son estructuras rectangulares muy simples dispuestas en disposiciones de estructuras reticulares bidimensionales regulares. Los discos 16 pueden mecanizarse, fundirse a presión, moldearse por inyección de material plástico o incluso extruirse para reducir los costes de producción.
• Estructura plana compacta altamente integrada: Las antenas CTS de doble pol que se analizan aquí tienen una huella rectangular de bajo perfil con una cara de abertura plana. Las versiones de banda X y Ku son particularmente adecuadas para aplicaciones de comunicaciones vehiculares en movimiento cuando se combinan con un cardán Az-over-E. Las antenas CTS de doble pol pueden moldearse para tener una relación de aspecto de ancho con respecto a altura mucho mayor para permitir una menor resistencia del vehículo, así como para presentar un ancho de haz de plano geosíncrono azimutal más estrecho bajo ángulos de inclinación normales (bajos a moderados).
• Mejor control de amplitud/fase con mejor eficiencia: Las antenas parabólicas/reflectoras convencionales requieren procesos de mecanizado de precisión costosos para conformar el haz principal. Por el contrario, una antena 10 CTS de doble pol según la invención permite un control más fácil de las características de amplitud y fase de la abertura a través del control directo del diseño de sus estructuras constituyentes de alimentación 12 de guía de ondas, placas 14 paralelas y disco 16 radiante.
Además, la antena 10 CTS de doble pol ofrece una eficiencia mejorada ya que la abertura radiante CTS genera directamente su patrón de antena de campo lejano. Esto contrasta directamente con las antenas parabólicas, donde el reflector responsable de generar los patrones de antena la parabólica está iluminado por una bocina de alimentación independiente. La pérdida por desbordamiento de esta iluminación secundaria conduce a una reducción de la eficiencia de la antena.
• Patrones de radiación más limpios: Un beneficio de un mejor control de amplitud/fase es la mejora resultante en la calidad del patrón de radiación. Las antenas basadas en parabólicas convencionales generan lóbulos laterales en todas las direcciones independientemente del corte de patrón que se presenta al plano geosíncrono, debido a la forma monótona en que la bocina de alimentación ilumina el reflector a lo largo de todos los cortes sesgados. Por el contrario, la iluminación de la abertura en la cara de la abertura CTS de doble pol emana centralmente de grupos ortogonales de ranuras y se estrecha hacia el perímetro. Este enfoque de alimentación conduce a regiones intercardinales más limpias y patrones de radiación de campo lejano mucho más limpios, desprovistos de lóbulos laterales y lóbulos en malla reticular en los planos intercardinales. En las figuras 12-15 se muestran grupos de patrones de doble banda representativos para diversos conceptos de antena CTS de doble pol según la invención. Los patrones mucho más limpios proporcionados por las antenas CTS de doble pol pueden aprovecharse en aplicaciones de satélites para minimizar la interferencia entre satélites adyacentes (ASI) girando físicamente la antena conjuntamente con el ajuste de la polarización para alejar los dos planos principales de los lóbulos laterales del plano de satélite geoestacionario. Esto queda demostrado por el patrón de radiación que se muestra en la figura 15.
Aunque la invención se ha mostrado y descrito con respecto a una determinada realización o determinadas realizaciones, a otros expertos en la técnica se les pueden ocurrir modificaciones tras la lectura y comprensión de esta memoria y los dibujos adjuntos, como se define en las reivindicaciones adjuntas.
En particular, con respecto a las diversas funciones realizadas por los elementos descritos anteriormente (componentes, conjuntos, dispositivos, composiciones, etc.), los términos (incluida una referencia a un “medio”) utilizados para describir dichos elementos pretenden corresponder, a menos que se indique lo contrario, a cualquier elemento que realiza la función especificada del elemento descrito (es decir, que es funcionalmente equivalente), aunque no sea estructuralmente equivalente a la estructura descrita que realiza la función en la presente realización o las presentes realizaciones a modo de ejemplo de la invención. Además, si bien una característica particular de la invención puede haberse descrito anteriormente con respecto a sólo una o más de varias realizaciones, dicha característica puede combinarse con una o más características diferentes de las otras realizaciones, según se desee y sea ventajoso para cualquier aplicación dada o particular.
Claims (14)
- REIVINDICACIONESi . Antena (10) con stubs transversales continuas de múltiple polarización, CTS, que comprende:una primera red (12a) de alimentación operativa para al menos uno de recibir o transmitir una señal de RF que tiene una primera polarización lineal;una segunda red (12c) de alimentación orientada geométricamente ortogonal desde la primera red (12a) de alimentación y operativa para al menos uno de recibir o transmitir una señal de RF que tiene una segunda polarización lineal, con una polarización ortogonal con respecto a la primera polarización;al menos una región (14) de placas paralelas definida por una primera estructura (15a) de placas y una segunda estructura (15b) de placas separada de la primera estructura (15a) de placas;una primera estructura (12b) de acoplamiento que conecta la primera red (12a) de alimentación con la región (14) de placas paralelas;una segunda estructura (12d) de acoplamiento que conecta la segunda red (12c) de alimentación con la región (14) de placas paralelas; yuna abertura común dispuesta en un lado de la región (14) de placas paralelas,en la que las estructuras (12b, 12d) de acoplamiento primera y segunda están configuradas para producir frentes de onda ortogonales que se propagan dentro de la región (14) de placas paralelas y se irradian al espacio libre a través de la abertura común; yen la que las estructuras (12b, 12d) de acoplamiento primera y segunda están conectadas con la región (14) de placas paralelas en un lado de la región (14) de placas paralelas opuesto a la abertura común, y caracterizada porque la antena CTS tiene una huella rectangular con una cara de abertura plana.
- 2. Antena CTS según la reivindicación 1, que comprende además una pluralidad de discos (16) separados entre sí, en la que el espacio entre discos (16) adyacentes define la abertura común.
- 3. Antena CTS según la reivindicación 2, en la que la pluralidad de discos (16) comprenden una pluralidad de elementos metálicos dispuestos en una estructura reticular.
- 4. Antena CTS según una cualquiera de las reivindicaciones 2-3, en la que la pluralidad de discos (16) tienen forma rectangular.
- 5. Antena CTS según una cualquiera de las reivindicaciones 2-4, en la que al menos un disco (16) de la pluralidad de discos (16) está dimensionado de forma diferente a al menos otro disco (16) de la pluralidad de discos (16).
- 6. Antena CTS según la reivindicación 1-5, en la que las estructuras (12b, 12d) de acoplamiento primera y segunda están acopladas a la segunda estructura (15b) de placa y la abertura común está formada en la primera estructura (15a) de placa.
- 7. Antena CTS según una cualquiera de las reivindicaciones 1-6, en la que la región (14) de placas paralelas comprende una pluralidad de regiones de placas paralelas ubicadas entre la abertura común y las estructuras (12b, 12d) de acoplamiento primera y segunda, por lo que cada región de placas paralelas adyacente está configurada además para acoplar los frentes de onda dentro de dicha región de placas paralelas a la siguiente región de placas paralelas adyacente a través de transiciones (26) de capas de placas paralelas.
- 8. Antena CTS según una cualquiera de las reivindicaciones 1-7, que comprende además un polarizador (18) dispuesto adyacente a la abertura común y configurado para cambiar la polarización de los patrones de radiación de antena.
- 9. Antena CTS según una cualquiera de las reivindicaciones 1-8, en la que al menos una región (14) de placas paralelas comprende un material dieléctrico dispuesto entre la primera estructura (15a) de placas y la segunda estructura (15b) de placas.
- 10. Antena CTS según la reivindicación 9, en la que el material dieléctrico comprende al menos uno de un material de espuma o aire.
- 11. Antena CTS según una cualquiera de las reivindicaciones 1-10, en la que la primera red (12a) de alimentación y la segunda red (12c) de alimentación comprenden al menos uno de una guía de ondas, una línea de banda, una línea de banda de aire suspendida o una línea de transmisión de microcinta.
- 12. Antena CTS según una cualquiera de las reivindicaciones 1-11, en la que las estructuras (12b, 12d) de acoplamiento primera y segunda comprenden transiciones de ranura de guía de ondas a placa paralela.
- 13. Antena CTS según una cualquiera de las reivindicaciones 1-12, en la que la primera polarización comprende polarización vertical y la segunda polarización comprende polarización horizontal.
- 14. Antena CTS según una cualquiera de las reivindicaciones 1-13, en la que la región (14) de placas paralelas comprende al menos una ranura dispuesta en una superficie de una de la primera estructura (15a) de placa o la segunda estructura (15b) de placa.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US16/113,129 US10468780B1 (en) | 2018-08-27 | 2018-08-27 | Dual-polarized fractal antenna feed architecture employing orthogonal parallel-plate modes |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2967396T3 true ES2967396T3 (es) | 2024-04-30 |
Family
ID=67742285
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES19193392T Active ES2967396T3 (es) | 2018-08-27 | 2019-08-23 | Arquitectura de alimentación de antena fractal de doble polarización que emplea modos de placas paralelas ortogonales |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US10468780B1 (es) |
| EP (1) | EP3618182B1 (es) |
| CA (1) | CA3049202C (es) |
| ES (1) | ES2967396T3 (es) |
| IL (1) | IL267965B (es) |
Families Citing this family (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10978812B2 (en) * | 2016-10-17 | 2021-04-13 | Director General, Defence Research & Development Organisation (Drdo) | Single layer shared aperture dual band antenna |
| WO2019135736A1 (en) * | 2018-01-03 | 2019-07-11 | Intel Corporation | Dual-polarized retrodirective array and multi-frequency antenna element |
| WO2019183665A1 (en) * | 2018-03-26 | 2019-10-03 | Netcomm Wireless Limited | Ultra thin and compact dual polarized microstrip patch antenna array with 3-dimensional (3d) feeding network |
| CN109860995B (zh) * | 2019-01-24 | 2020-08-21 | 中国电子科技集团公司第三十八研究所 | 一种轻量型相控阵天线校正装置 |
| US10854996B2 (en) * | 2019-03-06 | 2020-12-01 | Huawei Technologies Co., Ltd. | Dual-polarized substrate-integrated beam steering antenna |
| CN111129760B (zh) * | 2020-01-16 | 2022-09-23 | 苏州度风科技有限公司 | 面向大气湍流信号探测的毫米波连续横向枝节天线阵列 |
| CN111585050B (zh) * | 2020-05-18 | 2021-03-02 | 宁波大学 | 一种宽频带平板阵列天线 |
| CN112186347B (zh) * | 2020-09-22 | 2023-01-31 | 北京子兆信息技术有限公司 | 应用于毫米波安检成像的带状线馈电喇叭天线 |
| CN112259962B (zh) * | 2020-12-21 | 2021-03-02 | 东南大学 | 基于双模平行波导的双频段共口径天线阵 |
| US11394114B2 (en) | 2020-12-22 | 2022-07-19 | Huawei Technologies Co., Ltd. | Dual-polarized substrate-integrated 360° beam steering antenna |
| CN113437532B (zh) * | 2021-04-06 | 2022-09-06 | 浙江大学 | 一种基于多层混合波导功分结构的cts天线 |
| CN114361787B (zh) * | 2021-04-22 | 2023-05-23 | 成都星达众合科技有限公司 | 基于3d正交并馈网络的双频段双极化cts天线 |
| CN112993561B (zh) * | 2021-04-23 | 2021-07-30 | 四川斯艾普电子科技有限公司 | 天线低剖面转接板、转接方法及双波段共口径天线 |
| US11791565B2 (en) * | 2021-10-11 | 2023-10-17 | Lockheed Martin Corporation | Aperture antenna arrays with aperture mesh |
| CN114006172B (zh) * | 2021-10-19 | 2022-11-22 | 南京航空航天大学 | 一种基于基片集成波导和带状线馈电的双极化单脉冲天线 |
| CN116315683B (zh) * | 2023-05-17 | 2023-08-01 | 武汉船舶通信研究所(中国船舶集团有限公司第七二二研究所) | 一种相控阵天线及通讯设备 |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1314221B1 (en) * | 2000-08-31 | 2004-11-10 | Raytheon Company | Mechanically steerable array antenna |
| US7432871B2 (en) * | 2005-03-08 | 2008-10-07 | Raytheon Company | True-time-delay feed network for CTS array |
| ATE522951T1 (de) * | 2006-05-24 | 2011-09-15 | Wavebender Inc | Integrierte wellenleiterantenne und array |
| US8963789B2 (en) * | 2010-08-13 | 2015-02-24 | Raytheon Company | Conformal hybrid EO/RF aperture |
| CN202121061U (zh) * | 2011-04-29 | 2012-01-18 | 刘建江 | 辐射单元及辐射阵列 |
| US9735475B2 (en) * | 2014-12-01 | 2017-08-15 | Anderson Contract Engineering, Inc. | Low cost antenna array and methods of manufacture |
| EP3311449B1 (en) * | 2015-06-16 | 2019-12-11 | King Abdulaziz City for Science and Technology | Efficient planar phased array antenna assembly |
| CN108232416B (zh) * | 2017-12-06 | 2020-08-04 | 上海大学 | 一种双极化cts波束扫描天线阵 |
-
2018
- 2018-08-27 US US16/113,129 patent/US10468780B1/en active Active
-
2019
- 2019-07-10 IL IL267965A patent/IL267965B/en active IP Right Grant
- 2019-07-11 CA CA3049202A patent/CA3049202C/en active Active
- 2019-08-23 EP EP19193392.8A patent/EP3618182B1/en active Active
- 2019-08-23 ES ES19193392T patent/ES2967396T3/es active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| IL267965B (en) | 2020-03-31 |
| IL267965A (en) | 2020-02-27 |
| US10468780B1 (en) | 2019-11-05 |
| CA3049202A1 (en) | 2020-02-27 |
| EP3618182B1 (en) | 2023-10-04 |
| EP3618182A1 (en) | 2020-03-04 |
| CA3049202C (en) | 2023-02-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| ES2967396T3 (es) | Arquitectura de alimentación de antena fractal de doble polarización que emplea modos de placas paralelas ortogonales | |
| US11283165B2 (en) | Antenna arrays having shared radiating elements that exhibit reduced azimuth beamwidth and increased isolation | |
| US11831083B2 (en) | Compact wideband dual-polarized radiating elements for base station antenna applications | |
| US6297774B1 (en) | Low cost high performance portable phased array antenna system for satellite communication | |
| US6650291B1 (en) | Multiband phased array antenna utilizing a unit cell | |
| US8537068B2 (en) | Method and apparatus for tri-band feed with pseudo-monopulse tracking | |
| US6011520A (en) | Geodesic slotted cylindrical antenna | |
| ES2856068T3 (es) | Sistema de antena para comunicación satelital de banda ancha en el intervalo de frecuencias de GHz, dotado de red de alimentación | |
| US7102581B1 (en) | Multiband waveguide reflector antenna feed | |
| US4973972A (en) | Stripline feed for a microstrip array of patch elements with teardrop shaped probes | |
| US8830133B2 (en) | Circularly polarised array antenna | |
| WO1999034477A1 (en) | Low cost high performance portable phased array antenna system for satellite communication | |
| KR20020073212A (ko) | 이동무선통신 안테나 | |
| US7999745B2 (en) | Dual polarization antenna element with dielectric bandwidth compensation and improved cross-coupling | |
| ES2964974T3 (es) | Bocina para antena de satélite de doble banda Ka con polarización circular | |
| US7436371B1 (en) | Waveguide crescent slot array for low-loss, low-profile dual-polarization antenna | |
| US10680332B1 (en) | Hybrid multi-band antenna array | |
| CN114520418A (zh) | 具有非对称辐射图案的双极化喇叭天线 | |
| Zhu et al. | Butler matrix based multi-beam base station antenna array | |
| CN114843772A (zh) | 一种双频、双圆极化、高隔离法布里-珀罗腔mimo天线及其加工方法 | |
| Di Paola et al. | Hybrid switchable phased array with pin diodes for 5G mobile terminals | |
| Hanoosh et al. | Multi-beams waveguide slot antennas at X-band for wireless communications systems | |
| Koli et al. | A high gain radial line slot array antenna for satellite reception | |
| Sor et al. | Multi-mode microstrip antennas for reconfigurable aperture | |
| Abd El-Rahman et al. | Dual-Band Cavity-Backed KA-band antenna for satellite communication |