MXPA00011380A - Antena de comunicaciones para satelite de haces multiples. - Google Patents

Abstract

Un reflector esferico de bajo costo y un sistema de antena mecanicamente escudrinada que utiliza a tales reflectores; el sistema utiliza uno o mas reflectores esfericos primarios (sustancialmente similares) (cada uno es una superficie esferica truncada), teniendo cada uno una alimentacion asociada en forma movil controlada por un mecanismo posicionador de dos ejes que tiene pocas partes moviles; la estructura de alimentacion de preferencia puede comprender una alimentacion de guia de onda de fuente puntual en combinacion con un reflector secundario con forma concava en una configuracion del tipo gregoriana para corregir el error de fase esferica; el mecanismo posicionador mueve la alimentacion de guia de onda y el reflector secundario en tandem para cambiar la posicion del haz de campo alejado en el cielo; despues de la correccion de fase por el reflector secundario, la senal resultante reflejada desde la abertura primaria puede transmitir y recibir en forma simultanea en dos o mas frecuencia independientes, con un ensamble de una multitud de tales reflectores esfericos, teniendo cada uno teniendo una alimentacion movil controlada por su propio mecanismo posicionador, se logra un arreglo compacto; el ensamble esta montado sobre una placa de base circular y de preferencia esta cubierta por un domo de radar.

Description

ANTENA DE COMUNICACIONES POR SATELITE DE HACES MULTIPLES CAMPO DE LA INVENCION La invención se refiere al campo de sistemas de antena para comunicación entre una estación en tierra y un satélite. Particularmente, se refiere a un reflector para usarse en un sistema de antena y a un sistema de antena que utiliza una pluralidad de dichos reflectores para sistemas de comunicaciones por satélite de banda ancha que funcionan en las bandas de frecuencia de microondas y ondas de milímetros. La invención también se refiere a antenas para comunicación con satélites de órbitas baja y media de la tierra, que viajan a través del cielo en cierta forma rápidamente.

ANTECEDENTES DE LA INVENCION En décadas pasadas, se ha expandido el uso de sistemas de comunicación que emplean satélites de órbita de la tierra para transmitir comunicaciones entre estaciones basadas en la tierra ("sistemas de comunicaciones por satélite"). Ahora bajo desarrollo y en etapas tempranas de despliegue se encuentran los sistemas de comunicaciones por satélite que utilizan señalización de banda ancha y que funcionan en la banda 1 1-14 GHz (Ku), la banda 20-30 GHz (Ka), y bandas de onda de milímetros más altas entre alrededor de 30 y 70 GHz. (Dichos sistemas se denominan en la presente de aquí en adelante como sistemas de MMW o como sistemas de bandas Ku, Ka o V). Muchos de estos sistemas de MMW emplean satélites de órbita baja de la tierra (LEO) u órbita media de la tierra (MEO) en constelaciones, para proveer enlaces de datos a alta velocidad bidireccionales hacia y desde equipo en las instalaciones del cliente (CPE) ubicado en diversos lugares. También pueden utilizar uno o más satélites geoestacionarios (GEO's) en combinación con satélites LEO o MEO en algunos tipos y modos de comunicaciones. Los sistemas Spaceway, Expressway, Cyberstar y Teledesic son los más conocidos de estos sistemas nuevos; pero de hecho existen más de veinte sistemas de satélite de MMW en diversas etapas de desarrollo e instalación. Todos estos sistemas de MMW son globales ya que facilitan las comunicaciones con ubicaciones de CPE en virtualmente todos los puntos en la superficie de la tierra. Las aplicaciones de usuario final para estas redes incluyen colocar CPE en varios tipos de ubicaciones del cliente, incluyendo, por ejemplo, ubicaciones de negocios grandes y pequeños, puntos de presencia (POP) de compañías telefónicas, edificios de oficinas y departamentos de ocupantes múltiples, instalaciones de teléfonos públicos, y residencias individuales. Un requisito importante para el acceso directo al sistema de satélite desde estas ubicaciones es que deberá proveerse una antena de CPE y dicha antena deberá ser capaz de rastrear simultáneamente por lo menos dos satélites LEO o MEO para mantener una conexión entre el usuario y la red. En muchos casos, la antena también deberá ser capaz de rastrear un satélite geoestacionario.

Además, es importante que dichas antenas de CPE sean dispositivos de bajo costo capaces de elaborarse en un ambiente de producción de alto volumen. En la ubicación del usuario, las antenas de CPE para estos nuevos sistemas de MMW deberán adquirir y rastrear múltiples satélites. En operaciones típicas, un primer satélite de LEO se rastrea a través del cielo desde su horizonte de adquisición en el Sur o Norte, hasta que se acerca al horizonte opuesto. En ese momento, un segundo satélite de LEO se adquiere conforme se eleva desde su horizonte de adquisición. Durante un tiempo corto, ambos satélites son rastreados, hasta que el enlace de CPE es transmitido del primer satélite al segundo satélite. Este procedimiento se repite conforme los diversos satélites LEO o MEO atraviesan el cielo en cada ubicación de CPE. Para poder mantener los enlaces de comunicaciones operativas con los satélites de estos sistemas de MMW, las antenas utilizadas en los sitios del usuario deberán ser capaces de rastrear sustancialmente en cualquier ángulo de azimut local y a todos los ángulos de elevación sobre aproximadamente quince grados (15). (La operación a ángulos de elevación más bajos no es práctica debido a la pérdida de trayectoria atmosférica incrementada y a la presencia de árboles y edificios u otras estructuras cercanas). Esto requiere un sistema de antena con un mecanismo de colocación de cielo completo que tenga precisión suficiente para mantener el rastreo de un satélite, para que un haz de transmisión "tipo lápiz" estrecho permanezca centrado sobre el satélite conforme se mueve a través del cielo. Para asegurar margen de ruido adecuado en los enlaces de comunicaciones, las antenas de CPE necesitan tener diámetros en la escala de alrededor de 0.4 metros para unidades residenciales de "extremo bajo" (es decir, menos costosa) a diámetros "típicos" de alrededor de 0.75, 1.0 y 1.5 en unidades de CPE de negocios. A estos diámetros, las anchuras del haz en la banda Ku, Ka y en la banda V son fracciones de un grado; por lo tanto, el mecanismo de colocación para la antena deberá ser capaz de apuntar la antena a una posición mejor de 0.1 grado de la posición de satélite objetivo, en todos los puntos en el cielo. Esto requiere colocadores relativamente exactos, y con frecuencia no sólo deberán mover toda la antena de MMW sino también sus componentes electrónicos de transmisores y receptores asociados. Las antenas tanto eléctricamente exploradas como mecánicamente exploradas previamente se han construido para operación en sistemas de comunicación por satélite en las frecuencias de comunicación por satélite de banda Ku y C más bajas (SATCOM). En particular, la industria tiene una larga historia proveyendo terminales de apertura muy pequeña (VSAT) para usarse en enlaces de satélite de banda C y Ku desde las instalaciones del usuario. Dichas terminales VSAT existentes utilizan antenas montadas de manera fija que típicamente apuntan a una ubicación de satélite de GEO específica y no necesitan ser exploradas o movidas durante el funcionamiento. Este enfoque de antena de VSAT fija es más fácil de implementar que el enfoque necesario para los nuevos sistemas de MMW que deberán rastrear constantemente los satélites moviéndose a través del cielo. Los reflectores parabólicos tradicionales, aunque son fáciles de fabricar en los pequeños tamaños necesarios, no pueden explorarse fácilmente con medios electrónicos. En vez de lo anterior, deberán moverse físicamente para apuntar directamente hacia el satélite en órbita conforme se mueve a través del cielo. En estos sistemas de MMW, se requiere que la antena parabólica sea capaz de apuntar a casi todos los puntos en el hemisferio completo sobre cierto ángulo de elevación mínimo con respecto al horizonte. El uso de antenas reflectoras parabólicas tradicionales como se utilizan en la actualidad en sistemas de antena de VSAT de banda Ku y C, para poder tener haces múltiples (para comunicarse simultáneamente con múltiples satélites), se requiere una antena reflectora separada para cada haz, cada una teniendo su propio mecanismo de colocación mecánico. Antenas múltiples deberán utilizarse para facilitar el rastreo simultáneo de dos satélites de MEO o LEO que se encuentran típicamente en direcciones opuestas en el cielo, y en el caso en donde también se emplea un satélite de GEO, deberán utilizarse tres antenas de movimiento completo separadas de manera simultánea. La mayoría de las antenas serán cubiertas por una cúpula, tanto por razones estéticas como para evitar los efectos del ambiente (por ejemplo, viento, hielo, nieve, insolación, etc.) en la precisión de rastreo del sistema de antena. En el sitio de instalación para dos (o tres) antenas de rastreo reflectoras parabólicas complejas y relativamente grandes, estas antenas deberán colocarse con un espacio de alrededor de 12.70 cm entre sí para no interferir con cada una durante la operación concurrente. Cada antena empleará un mecanismo complicado y relativamente costoso para mover toda la antena para que apunte hacia la ubicación de cada satélite rastreado conforme se mueve en el cielo. Esta instalación relativamente grande presentará problemas estéticos y logísticos en muchas ubicaciones. Debido a que cada antena no sólo se está moviendo constantemente sino que también está transmitiendo energía RF, deberán proveerse cúpulas para evitar desviaciones por viento y hacer la instalación segura de y para niños, mascotas, etc., particularmente en sitios residenciales y de negocios. Tampoco es claro que un colocador de alta precisión adecuado pueda fabricarse a un costo razonable, bajo. Se puede pensar en antenas eléctricamente exploradas como una alternativa, pero a los ángulos de exploración grandes requeridos (es decir, casi una cobertura de hemisferio completa) en estos nuevos sistemas de MMW, las disposiciones de fase de estado sólido eléctricamente exploradas se vuelven difíciles de instalar. Además, deberán tener cientos o incluso miles de elementos individuales, haciéndolas difíciles de fabricar y muy costosas. Sin embargo, es técnicamente posible que los circuitos integrados semiconductores monolíticos GaAs puedan proveer 20-50-mW por elemento de transmisión/recepción; y cuando se utilizan en grupos de alrededor de cien elementos en una pequeña disposición, pueden proveer 2-5 W de energía radiada. Sin embargo, el costo es un obstáculo. Los elementos de transmisión/recepción individuales utilizados en dichas disposiciones de estado sólido a 20-30 GHz en la actualidad cuestan en el orden de cien dólares cada uno en cantidades de producción pequeñas. Por lo tanto, es evidente que las disposiciones hechas de cientos de dichos elementos no serán rentables para el mercado comercial y los mercados residenciales en un marco de tiempo cercano; y posiblemente nunca serán rentables para los tamaños de apertura más grandes utilizados para las terminales de negocios. Para lograr una exploración de haz eficiente sobre escalas angulares muy amplias, se ha encontrado que el reflector esférico fijado con un alimentador movible ofrece una alternativa potencialmente atractiva, de bajo costo para un reflector parabólico explorado. Con dicho diseño, el reflector primario, que es el componente más pesado del sistema, permanece fijo; la exploración de haz se efectúa por movimiento de un alimentador pequeño y ligero utilizando un mecanismo de exploración compacto. En su forma más simple, un reflector esférico de exploración consiste en un reflector esférico fijo y un alimentador de exploración pequeño que se mueve a lo largo de una superficie pseudo-focal esférica localizada a la mitad entre el centro de la esfera y la superficie reflectora esférica. Sin embargo, para lograr altas eficiencias se requieren sistemas de alimentación de fuente no puntual que utilizan lentes o reflectores configurados de manera adicional para corregir la aberración esférica del reflector esférico principal en la ubicación del alimentador de fuente puntual. Con referencia a la figura 1 , se ilustra en general la geometría de dirección y enfoque de una antena esférica como la que se describe en la presente. La apertura 12 de un reflector esféricamente configurado 10 recoge la radiación desde una dirección (f, T) definida por el ángulo de azimut <j> y el ángulo de elevación T con respecto a la dirección de zenit. El campo de radiación incidente 14 es una onda plana con sus componentes de campo magnético transversos y componentes eléctricos transversos en el plano perpendicular a, y su vector de Poynting a lo largo de la dirección definida por (f, T) en la región de la apertura de la antena. El reflector 10 es una superficie hemisférica. Colecta la energía electromagnética de fuentes de radiación de campo lejanas, para que cada señal que llega al plano de la apertura del hemisferio 12 sea una onda TEM plana que cruce el plano de apertura en cierto ángulo (f, T) con relación al eje principal de la esfera. Todavía con referencia a la figura 1 , para cada onda TEM plana que se cruce con el hemisferio existe una ubicación correspondiente en donde el reflector primario 10 producirá una multitud de puntos focales 16 que se extienden en una línea desde el punto central 18 del radio de la esfera a lo largo de la dirección del vector de Poynting de cada onda TEM plana incidente conforme corta el plano del reflector esférico. Como resultado, la radiación electromagnética 14 que llega a la apertura 12 desde una fuente de campo lejana en el ángulo (f, T) es colectada y enfocada a lo largo de una línea focal que corre a lo largo de la dirección (f, T). La dirección de línea focal gira alrededor del centro 20 de la esfera dependiendo de la dirección a la fuente de radiación de campo lejana. En muchos sistemas de antena esférica, un dispositivo denominado un "alimentador de línea" (no se muestra) se utiliza para recoger toda la radiación que aparece a lo largo de la región de línea focal 16 desde la fuente de campo lejana. Desafortunadamente, dichos alimentadores de línea son difíciles de construir y normalmente no tienen anchuras de banda instantáneas grandes. Además, en el caso de sistemas de satélite de MMW en donde es necesaria la polarización circular de manera simultánea en dos frecuencias ampliamente espaciadas (una para transmitir y la otra para recibir), es incierto que un alimentador de línea de bajo costo práctico pueda ponerse en práctica y que cumpla con todos los objetivos técnicos. Por lo tanto, se necesitan nuevos enfoques para poner en práctica antenas exploradas efectivas en costos para sistemas de MMW.

BREVE DESCRIPCION DE LA INVENCION Para satisfacer estas necesidades se provee un reflector de bajo costo, compacto, junto con un sistema de antena mecánicamente explorada utilizando dichos reflectores. El sistema emplea uno o más (sustancialmente similares) reflectores esféricos primarios (cada uno es una superficie esférica truncada), que tienen un alimentador movible asociado impulsado por un mecanismo de colocación que tiene pocas partes móviles y por lo tanto es inherentemente confiable. La estructura del alimentador puede comprender preferiblemente un alimentador de guía de onda de fuente puntual en combinación con un reflector secundario cóncavo configurado utilizado en una configuración de tipo Gregoriana. El mecanismo de colocación mueve el alimentador de guía de onda y el reflector secundario uno tras otro para cambiar la posición de la dirección del haz de campo lejano en el cielo. Después de la corrección de fase por el reflector secundario, la señal resultante reflejada desde la apertura primaria puede transmitir y recibir simultáneamente en dos o más frecuencias independientes. Estas pueden, por ejemplo, ser las frecuencias de 20 GHz y 30 GHz utilizadas en sistemas SATCOM de banda Ka. Los radiadores de alimentación adecuados pueden ser guías de onda (como ya se mencionó), radiadores de circuito impreso plano, radiadores de circuito impreso no planos, u otras estructuras no resonantes operables. De acuerdo con un aspecto de la invención, se provee un ensamble de tres dichos reflectores esféricos, cada uno teniendo un alimentador móvil impulsado por su propio mecanismo de colocación. El ensamble se monta sobre una placa base circular y preferiblemente es cubierto por una cúpula. De acuerdo con otro aspecto de la invención, se provee, para usarse en una antena, un elemento reflector esférico que puede ser explorado por un alimentador mecánicamente colocado sobre un arco azimutal predeterminado entre un primer límite de ángulo de exploración azimutal y un segundo límite de ángulo de exploración azimutal y sobre una elevación predeterminada se encuentran entre un primer límite de ángulo de exploración de elevación y un segundo límite de ángulo de exploración de elevación, dicho elemento estando configurado en la forma de una porción menos que hemisférica de una coraza esférica que es simétrica alrededor del centro de la esfera de la cual la coraza es una porción, el grado de la coraza proveyendo una superficie interna para que en cada límite de ángulo de exploración azimutal y de elevación, una apertura proyectada de la región del reflector iluminado en ese límite de ángulo de exploración no sea sombreada por la región del reflector iluminado en el otro extremo del límite de ángulo de exploración azimutal y de elevación y el radio de la coraza esférica es tal que un margen de enlace de comunicación predeterminado se puede lograr sobre la escala de exploración completa entre dichos límites. Otro aspecto de la invención es un reflector primario esférico para una antena que comprende una coraza que tiene una superficie reflectora, la coraza y la superficie estando configuradas en la forma de una porción de una esfera con la superficie reflectora hacia el interior de la esfera, el grado de la porción de la esfera siendo tal que (1 ) puede colocarse en la misma un conjunto semi-infinito de regiones circulares de un diámetro D plano predeterminado que son paralelas a una tangente a la superficie interna esférica en el centro de las regiones circulares, a todos los puntos entre los extremos de la región de superficie esférica, dicho diámetro D correspondiente a una ganancia de antena deseada para lograr un margen de enlace de comunicaciones deseado, (2) un conjunto semi-infinito correspondiente de líneas dibujadas desde el punto central de cada circulo a través del centro de la coraza esférica que comprende el conjunto disponible de direcciones de vector de Poynting incluyendo todas las líneas que apuntan a cualquier ángulo de elevación entre primer y segundo límites de ángulo de elevación predeterminados y que apuntan a ángulos de azimut asociados entre primer y segundo límites de ángulos de azimut predeterminados, y (3) radiación incidente desde una fuente electromagnética de onda plana dentro de un conjunto de direcciones de vector de Poynting disponibles que caen en dicha superficie reflectora con una proyección en una región circular del diámetro D sin ser sombreadas por ninguna porción del reflector.

Otro aspecto de la invención es una antena que comprende un reflector primario esférico formado como una coraza que tiene una superficie reflectora, la coraza y la superficie estando configuradas en la forma de una porción de una esfera con la superficie reflectora hacia el interior de la esfera, el grado de la porción de la esfera siendo tal que (1 ) puede colocarse en la misma un conjunto semi-infinito de regiones circulares de un diámetro D plano predeterminado que son paralelas a una tangente a la superficie interna esférica en el centro de las regiones circulares, a todos los puntos entre los extremos de la región de superficie esférica, dicho diámetro D correspondiente a una ganancia de antena deseada para lograr un margen de enlace de comunicaciones deseado, (2) un conjunto semi-infinito correspondiente de líneas dibujadas desde el punto central de cada circulo a través del centro de la coraza esférica que comprende el conjunto disponible de direcciones de vector de Poynting incluyendo todas las líneas que apuntan a cualquier ángulo de elevación entre primer y segundo límites de ángulo de elevación predeterminados y que apuntan a ángulos de azimut asociados entre primer y segundo límites de ángulos de azimut predeterminados, y (3) radiación incidente desde una fuente electromagnética de onda plana dentro de un conjunto de direcciones de vector de Poynting disponibles que caen en dicha superficie reflectora con una proyección en una región circular del diámetro D sin ser sombreadas por ninguna porción del reflector; y un ensamble de alimentación que tiene (1 ) un reflector secundario de corrección de aberración esférico y (2) un elemento de alimentación, el reflector secundario y el elemento de alimentación colocados para que sus ejes principales de simetría sean colineales y caigan sobre una línea que pasa a través del centro de la esfera y el centro del reflector secundario, y en donde el reflector secundario se coloca y se configura para que todas las trayectorias de haces posibles que inician desde el alimentador y viajan al reflector secundario desde el cual son reflejados al reflector primario se vuelvan sustancialmente de una misma longitud de trayectoria, para que un radiador de fuente puntual que ilumina el reflector secundario y desde el mismo el reflector primario pueda producir una radiación de onda TEM casi plana sumamente alineada a lo largo de la dirección del vector de Poynting. El alimentador opcionalmente puede ser un alimentador de frecuencia dual de fuente puntual. Puede emitir radiación polarizada , en una o preferiblemente ambas de dichas frecuencias duales. Dicha polarización puede ser lineal pero preferiblemente es circular. El reflector secundario y el alimentador pueden dirigir radiación a lo largo de cualquier dirección incluida en el grupo de direcciones de vector de Poynting disponibles hacia dicha superficie de reflector primario para iluminar el reflector primario y que transmita radiación o reciba radiación. Dicha antena puede incluir adicionalmente un mecanismo de colocación para colocar el ensamble de alimentación y transmitir radiación y recibir radiación desde una dirección deseada. En una forma ejemplar de dicha antena, el reflector primario se monta en una posición fija y el mecanismo de colocación soporta y mueve el ensamble de alimentación alrededor de un cojinete de azimut y un cojinete de elevación para proveer rotación azimutal y de elevación del ensamble de alimentación con relación al reflector primario para girar y colocar el ensamble de alimentación para que la radiación desde el alimentador pueda dirigirse a todas las direcciones en el grupo de direcciones de vector de Poynting disponibles. De acuerdo con otro aspecto, la antena antes mencionada de conformidad con la reivindicación 10 también incluye una estructura de soporte para soportar el mecanismo de colocación, una guía de onda transmisora dirigida a lo largo de la estructura de soporte al cojinete azimutal; una primera junta de guía de onda giratoria unida a la estructura de soporte y teniendo una entrada conectada a la guía de onda del transmisor en el cojinete azimutal y teniendo un eje y una salida que gira en el plano azimutal; una segunda junta de guía de onda giratoria teniendo una entrada y una salida que pueden girar alrededor de la entrada en el plano de elevación; un elemento de guía de onda de conexión teniendo un primer extremo conectado a la salida de la primera junta giratoria y un segundo extremo conectado a la entrada de la segunda junta giratoria; una primera unidad de accionamiento motorizada conectada y operable para efectuar rotación del elemento de guía de onda de conexión en el plano azimutal, el ensamble de alimentación conectado a la salida de la segunda junta giratoria; y una segunda unidad de accionamiento motorizada conectada y operable para efectuar rotación del ensamble de alimentación en dirección de elevación. La antena también puede incluir una computadora de control para controlar los mecanismos de impulso y dirigir el ensamble de alimentación para lograr un vector de Poynting para radiación desde el alimentador a lo largo de cualquiera de las direcciones de vector de Poynting permitidas.

En algunas modalidades de la antena, la superficie del reflector primario abarca menos de un hemisferio, y puede abarcar significativamente menos de un hemisferio. Otro aspecto de la invención es un sistema de antena que tiene por lo menos dos de dichas antenas co-localizadas como se definieron, proveyendo la capacidad de por lo menos dos haces transmisores o receptores, o haces transmisores y receptores, independientes y simultáneos. Los haces juntos pueden apuntar a casi todas las direcciones posibles en un hemisferio sobre un ángulo de elevación mínimo predeterminado con respecto al horizonte local. En una modalidad ilustrada del mismo, el sistema de antena puede incluir tres antenas co-localizadas cuyos haces juntos pueden apuntar a todas las direcciones posibles en el hemisferio sobre un ángulo de elevación de alrededor de 15 grados con respecto al horizonte, con los reflectores primarios de las antenas abarcando cada uno sustancialmente menos de un hemisferio. El resultado de lo anterior es un diseño compacto. Otro aspecto de la invención es una disposición de circuitos de control e interconexión para cambiar entre y controlar el uso de las aperturas provistas por los reflectores primarios de dicho sistema de antena conforme el satélite viaja a través del cielo. Otro aspecto de la invención es un mecanismo de colocación confiable, de bajo costo para usarse con dichas antenas, como se describe en la presente.

Estas y otras ventajas y características de la Invención se entenderán mejor cuando se haga referencia a la descripción detallada posterior, que deberá leerse en conjunto con los dibujos que la acompañan.

BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS En el dibujo, los números ¡guales representan elementos iguales o similares y: la figura 1 es una ilustración diagramática, en sección transversal, de una superficie reflectora de antena esférica de la técnica anterior y el enfoque de línea que produce; la figura 2 es una ilustración diagramática, también en sección transversal, de un reflector esférico de antena de acuerdo con la presente invención, y una antena que utiliza dicho reflector y que tiene un ensamble de alimentación de acuerdo con la presente, con un alimentador de fuente puntual y un reflector secundario de tipo Gregoriano para corregir el error de fase esférica; la figura 3 es una gráfica que ilustra la pérdida de ganancia de un reflector esférico con el alimentador localizado a la mitad del radio reflector desde la superficie reflectora y con la ubicación del alimentador optimizada para reducir la pérdida de ganancia; la figura 4 es una ilustración diagramática que ¡lustra la condición limitativa de un reflector esférico que comprende un hemisferio y que muestra la escala de exploración que puede obtenerse sin sombreado; la figura 5 es una ilustración diagramática, desde una vista superior, de una modalidad del ensamble de antena de tres reflectores de acuerdo con la invención, que muestra la cobertura de exploración azimutal provista por cada uno de los tres reflectores primarlos constituyentes; la figura 6 es una representación de una vista en perspectiva tridimensional de los tres reflectores primarios de la figura 5; la figura 7 es una ilustración esquemática de una modalidad representativa de un ensamble de un reflector secundario, alimentador de fuente puntual, y una porción de un colocador de acuerdo con la invención; la figura 8 es un diagrama isométrico de una modalidad ejemplar de un ensamble de tres antenas tal como el que se ilustra en las figuras 5 y 6, ilustrando mejor los tres ensambles de alimentadores, reflectores secundarios y colocadores; la figura 9 es una vista en acercamiento de sólo uno de los ensambles ejemplares de alimentador, reflector secundario, colocador de la figura 8; la figura 10 es otra vista del ensamble de la figura 9, tomada desde el otro lado; la figura 1 1 es una vista en acercamiento de una de las juntas de elevación giratorias y aparato relacionado de los ensambles ejemplares de alimentador, reflector secundario, y colocador; la figura 12 es una vista isométrica en acercamiento que muestra el reflector secundario, el alimentador y el polarizador de los ensambles ejemplares de las figuras 8-11 ; la figura 13 es una presentación de diagrama de bloque del ensamble de tres antenas ejemplar y sus componentes electrónicos.

DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCION Ahora con referencia a la figura 2, se muestra una ilustración diagramática de la geometría de enfoque y dirección general de una antena esférica de acuerdo con la invención. El alimentador de línea ilustrado en la figura 1 , es reemplazado por un grupo de componentes casi ópticos que toman toda la radiación incidente en la región de línea focal y la vuelven a enfocar en una red de alimentación de fuente puntual estándar. (Para propósitos de explicación esta discusión da por hecho que la antena se utiliza para recibir. Será evidente que los "ópticos" se operan a la inversa para transmisión). De manera específica, como se muestra en la figura 2, se provee un alimentador de guía de onda de fuente puntual estándar 22 en combinación con un reflector secundario cóncavo configurado 24 que se utiliza para proveer corrección de fase para enfocar el haz. La radiación electromagnética 26 que llega a la apertura primaria 12 desde una fuente de campo lejana (no se muestra) a un ángulo (f, T) ilumina un área 28 y es recogida y enfocada a lo largo de una línea focal 30 que corre a lo largo de la dirección (f, T), pero insertando el reflector secundario de corrección de fase 24, la radiación es interceptada y vuelta a enfocar en el alimentador de fuente puntual 22 cuando el reflector secundario 24 es una cierta distancia, d, hacia el reflector primario desde el centro 20 de la esfera. El centro de la esfera y la forma del reflector secundario se seleccionan para llevar al máximo la transferencia de energía desde la radiación electromagnética incidente 26 al alimentador de fuente puntual 22, y en donde la dirección de la radiación máxima recibida por el alimentador de fuente puntual es exactamente a lo largo de la dirección correspondiente a la dirección de fuente de radiación de campo lejana (f, T). El teorema de reciprocidad asegura que este diseño de antena transmitirá a la dirección de campo lejana así como recibirá desde la dirección de campo lejana para cada dirección (f, T) a lo largo de la cual el eje del reflector de corrección secundario y el alimentador de fuente puntual se coloca dentro del hemisferio. El reflector de corrección secundario y el alimentador de fuente puntual se acoplan juntos mecánicamente, para mantener la relación antes mencionada. Para cambiar la posición del haz de campo lejano, el reflector de corrección secundario y el alimentador de fuente puntual se mueven al unísono, girando su eje común alrededor del centro de la esfera. Un mecanismo para mover el reflector de corrección y el alimentador se muestra en las figuras 8-13. Los métodos numéricos convencionales pueden emplearse para diseñar la configuración del reflector de corrección. Existen programas de computadora comercialmente disponibles que pueden emplearse para este propósito, tales como el programa Mathematica de Wolfram Research, Inc. de Champaign, Illinois. Los expertos en la técnica de diseño de antenas de MMW o ingeniería óptica entenderán cómo utilizar dicho programa para crear una forma de espejo secundario (reflector) que producirá el mejor enfoque de radiación incidente sobre el alimentador de fuente puntual. La reducción del error de fase atribuible a la forma esférica del reflector primario puede lograrse de otras maneras, cada una de las cuales permite que los reflectores esféricos se utilicen para proveer tamaños de apertura eléctrica más grandes. Estas alternativas incluyen: volver a enfocar el alimentador, alimentador de línea alineado, alimentador transverso alineado, y un lente corrector. Volver a enfocar el alimentador simplemente involucra mover la superficie de exploración del alimentador una distancia corta hacia la superficie de reflector, para recuperar parte de la ganancia perdida debido al error de fase esférica. La figura 3 ilustra el efecto. La curva 34 representa en gráfica la pérdida de ganancia con el alimentador ubicado a la mitad del radio reflector a partir de la superficie reflectora. La curva 36 representa en gráfica la pérdida de ganancia reducida cuando la localización del alimentador es optimizada utilizando un algoritmo para minimizar numérico para determinar la localización del alimentador que tiene la pérdida más baja de ganancia asociada con el error de fase esférica. Para un reflector esférico de un metro de radío, por ejemplo, la pérdida de ganancia de error de fase esférica a una frecuencia de 30 GHz se reduce de alrededor de 6.6 dB a aproximadamente 2.4 dB simplemente volviendo a enfocar el alimentador. Este esquema de corrección suministra sólo una corrección de primer orden al error de fase esférica, para que el tamaño eléctrico (en longitudes de onda) de la apertura primaria que puede utilizarse eficientemente todavía esté limitado. Sin embargo, el límite superior será sustancialmente mayor que el que se obtuvo con el alimentador ubicado en el punto medio del radio. E! segundo y tercer esquemas (alimentador de línea alineado y alimentador transverso alineado) utilizan diseños de alimentador modificados que proveen una alineación más cercana a la distribución del campo de enfoque no puntual, y por lo tanto cancelan de manera efectiva el error de fase esférica. El último esquema (un lente corrector), como el enfoque reflector de corrección, agrega un lente de compensación al sistema de alimentación, para proveer una corrección de longitud de trayectoria para poder compensar, o cancelar el error de fase esférica. Todos estos enfoques, el enfoque ¡lustrado y las alternativas anteriores, con la excepción del volver a enfocar el alimentador, son capaces de proveer compensación casi independiente del tamaño de apertura eléctrico, permitiendo que se realicen tamaños de apertura mucho más grandes. Los haces de exploración de ganancia relativamente alta pueden producirse utilizando un reflector esférico y un mecanismo de corrección de error de fase esférica como se muestra en la presente con la condición que se dé consideración adecuada a la determinación del grado físico de la superficie del reflector esférico primario necesario para permitir que el haz sea explorado sobre una escala angular específica. Esta determinación se realiza mapeando el área iluminada por el alimentador para proveer la apertura requerida en la superficie de reflector en los extremos de la exploración de haz. Tomando en cuenta que el requisito es proveer en general 360° de cobertura azimutal desde el zenit hacia un ángulo de elevación de alrededor de 15° desde el horizontal, entonces si se proveen dos haces, cada uno tiene una cobertura de 180° en azimut. El radio reflector esférico mínimo (y, por lo tanto, las dimensiones del sistema generales mínimas) se determina geométricamente por la necesidad de evitar o minimizar el "auto-sombreado" del reflector. Es decir, el reflector está diseñado para que en un extremo de exploración, la apertura proyectada de la región del reflector iluminado a dicho ángulo de exploración no sea sombreada por la región del reflector iluminado en el otro extremo del ángulo de exploración. En el límite del radio de la esfera práctico mínimo que cumple este criterio, el reflector 10 comprenderá un hemisferio, como se muestra en la figura 4. La figura 4 ilustra la geometría cubriendo una escala de exploración desde el zenit (al que apuntan los haces 42, 43 y 44) hasta aproximadamente 15 grados de elevación (a la que apuntan los haces 45, 46 y 47) sobre el horizonte 48. El arco circular pequeño 52 ilustra la ubicación del arco de exploración del alimentador, con la ubicación del alimentador en los extremos de exploración mostrada como pequeños círculos rellenos 54, 56 en los extremos de este arco. Con un sistema de dos haces, ya sea que se implemente como un solo reflector esférico simétrico grande con dos alimentadores de exploración separados o como dos reflectores esféricos asimétricos pequeños localizados "uno frente a otro", el criterio de diseño de auto-sombreado impone un tamaño de reflector relativamente grande cuando la escala completa deseada del sistema de comunicación por satélite típica de cobertura angular es implementada. Esto se debe a la necesidad de evitar "auto sombreado" en los extremos de los sectores de azimut de 180 grados muy cercanos a los ángulos de elevación del horizonte. Si el requisito de cobertura puede estar relajado, para que la cobertura sólo se provea a un límite de ángulo de elevación más alto en los extremos de la escala de azimut, las dimensiones del reflector pueden reducirse sustancialmente. Otra variación de este enfoque, en la forma de una modalidad ejemplar de la invención, se discute más adelante. Ahora con referencia a la figura 5, se ilustra de forma diagramática una vista superior de una antena de haces múltiples de tamaño para negocio de CPE utilizando reflectores esféricos y contrarrestando las dimensiones del reflector grandes impuestas por la limitación del auto-sombreado. El sistema ejemplar ilustrado provee tres haces representados por flechas A, B y C que emanan de tres reflectores esféricos separados 60, 61 y 62 y sus alimentadores (no se muestran). Cada haz cubre un sector de 120 grados en azimut, con una cobertura de elevación asociada de 15 grados a 90 grados; es decir, de alrededor de 15 grados sobre el horizonte hasta el zenit local, que es recto y perpendicular a la página en la vista de la figura 5. El uso de tres reflectores esféricos colocalizados da como resultado una reducción dramática en las dimensiones generales del sistema de antena completo. Las líneas punteadas 63A, 63B y 63C ilustran los límites de azimut de cada cobertura para reflectores 60, 61 y 62, respectivamente. Observe el traslape que ocurre en las intersecciones 64, 65 y 66 de los haces adyacentes. Una vista tridimensional de los reflectores principales 60, 61 y 62 se muestra en la figura 6. (Vistas adicionales aparecen en otras figuras que se discuten más adelante). Observe que los reflectores esféricos están separados y ya no necesitan ser hemisferios completos. Cada uno de los reflectores primarios está configurado en la forma de una parte de una coraza esférica simétrica a alrededor del plano vertical que pasa a través del centro. Además, cada dicho reflector está fabricado para que sea sumamente reflector a la radiación electromagnética incidente sobre su superficie interna (por ejemplo, una superficie metálica apropiada o una superficie no metálica con una capa metálica depositada). Cada coraza esférica ha sido parcialmente truncada (es decir, limitada o removida) para que sea menos de un hemisferio en grado. Las técnicas de computación numéricas que utilizan sistemas de diseño auxiliados por computadora convencionales pueden emplearse como sigue para diseñar la porción mínima de una superficie esférica que será suficiente para la antena. Primero, deberá tomarse una decisión con respecto a la ganancia requerida de la antena. Después esta información se utiliza para determinar el diámetro D de una superficie circular plana que es necesaria para proveer la ganancia de antena en las bandas de frecuencia de transmisión y recepción para lograr los márgenes de enlace de transmisión y recepción deseados. Luego, se encuentra el grado mínimo de superficie esférica útil para el receptor, consistente con el grado angular de la región que será explorada por el haz de la antena, en términos tanto de azimut como de elevación. El grado máximo de la superficie esférica, consistente con un radio determinado de curvatura, será aquel que acomode los límites angulares sin incurrir a sombreado. Muy específicamente, la configuración de superficie puede seleccionarse mediante (1 ) dentro de la superficie interna de la esfera parcial de un radio seleccionado, ajusfando un grupo semi-infinito de regiones circulares de un diámetro D plano que es paralelo a una tangente a la superficie interna esférica en el centro de las regiones circulares, en todos los puntos entre los extremos de la región superficie esférica, (2) asegurando que el grupo semiinfinito correspondiente de líneas dibujadas desde el punto central de cada círculo a través del vértice (centro) de la coraza esférica (es decir, el conjunto disponible de direcciones de vector de Poynting) incluye todas las líneas que apuntan a cualquier ángulo de elevación menor a una cantidad predeterminada (por ejemplo, alrededor de 15 grados sobre el horizonte) a por lo menos 90 grados sobre el horizonte y con ángulos de azimut asociados de por lo menos ±60 grados con relación al eje de simetría de azimut del corte de abertura en la coraza esférica, (3) si el conjunto disponible de direcciones de vector de Poynting no incluirá las escalas angulares deseadas y las direcciones de exploración de haz, cambiar el radio de la coraza esférica y repetir los pasos previos hasta que se haya seleccionado un radio que producirá un conjunto disponible de direcciones de vector de Poynting suficiente para incluir la escala deseada. Después, asegurar que la radiación incidente desde una fuente electromagnética de onda plana a partir del grupo de direcciones de vector de Poynting disponibles deberá estar dentro de la superficie interna de la esfera con proyección en una región circular de dicho diámetro plano sin ser sombreada por la superficie externa de la coraza. Si se determina que ocurrirá sombreado, entonces se cambia el radio seleccionado y se prueba un nuevo radio. Finalmente, la coraza esférica resultante satisfará todos los requisitos para producir una antena que explorará la región deseada del cielo y tendrá una sensibilidad deseada a través de la región completa, teniendo al mismo tiempo menos de un grado hemisférico.

Podrá calcularse que para un sistema de antena utilizado en instalaciones de negocio típicas, el diámetro base general 68 de la modalidad de las figuras 5 y 6 es aproximadamente 2.5 veces el diámetro de apertura efectivo para cada antena constituyente y la altura es ligeramente mayor que el diámetro de apertura efectivo. Si una ganancia de antena ligeramente reducida puede tolerarse cerca del zenit, el truncado adicional de los reflectores permitirá que el diámetro de la base se reduzca adicionalmente. Con base en estas relaciones, las dimensiones de superficie ocupada aproximada (comprendiendo las tres aperturas de antena en una constelación) para los tres tamaños de terminales de antena de CPE del sistema MMW utilizadas para aplicaciones de negocios son como se muestran posteriormente en el cuadro 1.

CUADRO 1 Tamaño de terminal Pequeña Mediana Grande Diámetro de apertura efectivo (metros) 0.75 1.0 1.5 para cada uno de los tres haces Diámetro de superficie ocupada base 1.875 2.5 3.75 (metros) Altura de cúpula (metros) 0.8 1 .2 1.7 El mismo mecanismo colocador de alimentador puede utilizarse para los tres tamaños de antena, simplemente con cambios menores en las longitudes de guía de onda fijadas entre el colocador y la apertura del alimentador. Fijado al colocador de alimentador se encuentra el reflector corrector secundario y el alimentador de fuente puntual que lo ilumina a las frecuencias de transmisores y receptores. Las características clave de un ensamble ejemplar de un reflector secundario, alimentador de fuente puntual y colocador se ilustran en la figura 7, a la que se hará mención a continuación. El ensamble está soportado por (suspendido de) una ménsula mecánica 70 que está fijada a y soportada por una estructura de soporte de cojinete azimutal (no se muestra). Sobre la ménsula 70 se monta un motor paso a paso con cabezal de engranajes 72, para proveer rotación del espejo secundario y alimentador de fuente puntual alrededor de un eje de elevación 74. La señal de transmisión se suministra a través de una guía de onda rectangular estándar 76 que está acoplada al lado de entrada de una junta giratoria de guía de onda 78. El lado de salida de la junta giratoria se conecta a una sección de guía de onda 82 y a una ménsula mecánica 84. La ménsula 84 soporta el reflector secundario de corrección 24 que está fijado al extremo distal del mismo. Fijado a la ménsula 84 es un ensamble de guía de onda 86 (comenzando con la sección de guía de onda 82) que soporta mecánicamente el alimentador 22. El ensamble de guía de onda incluye en serie una primera sección de guía de onda 82, un diplexor 88, uno o más elementos de guía de onda adicionales 92, 94 doblados alrededor del borde del reflector secundario, y preferiblemente un polarizador circular de guía de onda de frecuencia dual 96. El polarizador 96 convierte la polarización de guía lineal a polarización circular radiada en el plano de salida del alimentador para ambas frecuencias de transmisión y recepción. En la mayoría de los sistemas de MMW de banda Ka, la frecuencia del transmisor es cercana a 30 GHz y la frecuencia del receptor es de cerca de 20 GHz. El diplexor 88 también se conecta con un convertidor reductor de bloque de bajo ruido (LNB) 98. El diplexor alimenta la señal recibida desde la sección de guía de onda 92 al convertidor reductor 98 que, a su vez, produce una señal de salida IF de frecuencia cambiada (típicamente en un conector coaxial 102). Las secciones de guía de onda 82, 92 y 94 soportan la propagación tanto de las señales recibidas como transmisoras en modo fundamental. Ahora con referencia a las figuras 8-12, se muestra el ensamble de los colocadores y reflectores esféricos para un sistema de antena de tres reflectores. Los tres colocadores 1 12, 114, 1 16 están soportados en el centro del ensamble de antena sobre un poste 120 en virtud de que cada ensamble colocador está soportado en el perímetro externo de la apertura esférica asociada. Pueden realizarse ajustes de nivelación sencillos en la fábrica para asegurar que los tres colocadores dirijan sus alimentadores exactamente perpendiculares a la placa base de montaje circular 122 cuando los colocadores han sido instruidos para colocar los haces principales en el zenit local con relación a la placa base. Como se muestra de manera más clara en la figura 9, que ilustra esquemáticamente uno de los tres colocadores similares, cada colocador consiste en un ensamble de cojinete de azimut 124 montado sobre el extremo de un brazo de soporte (ménsula, etc.) 125 que, a su vez, está soportado sobre el poste 120. Todos los componentes del colocador están soportados del extremo de este brazo, incluyendo el cojinete de elevación del alimentador 126. Cada ensamble de cojinete de azimut y ensamble de elevación tiene una junta giratoria de guía de onda (128 y 78, respectivamente) que pasa a través de su eje para que el transmisor pueda localizarse "fuera del plato" (es decir, no sobre reflector esférico sino sobre la placa base 122; eso significa que ni los colocadores de alimentador ni los reflectores necesitan construirse para soportar el peso del transmisor). Los colados o estampados de aluminio pueden utilizarse para la mayoría de los componentes principales del ensamble colocador. Cada cojinete es operado, por ejemplo, utilizando un transmisor por banda a un motor paso a paso con cabezal de engranajes (132, 134, respectivamente) que es controlado por un circuito de impulso digital (véase figura 13 y descripción relacionada) preferiblemente localizado sobre la placa base. El motor de elevación 134 se monta en el ensamble de cojinete de azimut del alimentador 124 a través de un brazo de soporte dependiente 70 (llamado el brazo de soporte de azimut y previamente llamado una ménsula) y produce un movimiento de elevación a través de una polea o transmisor de engranaje directo, por ejemplo, que mueve un brazo de soporte 140 (denominado el brazo de soporte de elevación) y el ensamble de reflector secundario/alimentador 142 montado en el extremo distal del mismo. También puede proveerse un contrapeso de elevación 144, para reducir los requisitos de torsión para el motor de elevación. La unidad de accionamiento de motor de azimut 132 se monta sobre la periferia del reflector esférico y acciona directamente el cojinete de azimut del alimentador haciendo girar el brazo 138. La colocación e indexación pueden lograrse contando los números de pasos movidos desde un tope de indexación durante la iniciación del sistema de exploración. De manera alternativa, para aperturas de diámetro efectivas más grandes que tienen una anchura de haz más pequeña en el cielo, puede ¡mplementarse una unidad de accionamiento de engranaje directo desde el motor paso a paso y puede utilizarse un codificador de bajo costo para cerrar un bucle de colocación alrededor de cada eje del colocador. Será necesario o útil agregar un tacómetro de bajo costo y bucle de retroalimentación de velocidad para suavizar el movimiento del ensamble de colocador conforme rastrea los satélites de LEO a través del cielo. La figura 10 muestra otra vista del ensamble de colocador/alimentador de la figura 9. Una vista en acercamiento del área de la junta giratoria de elevación se muestra en la figura 11. La figura 12 muestra un acercamiento del reflector secundario y alimentador.

Los tipos de motores paso a paso, los grupos de circuitos integrados de controladores de motor paso a paso, y los transmisores de banda o engranaje que pueden utilizarse en el colocador de la presente son muy similares a los que se utilizan en las impresoras de chorro de tinta en el mercado y pueden comprarse a un precio muy bajo. Las secciones de guía de onda de interconexión pueden fabricarse de guía de onda de cobre tradicional para mantener las pérdidas a un mínimo para la trayectoria del transmisor. Juntos, el soporte central 120 y los tres brazos de soporte de azimut 70 pueden verse como un trípode invertido que soporta las partes móviles de los colocadores y alimentador. La trayectoria de señal del receptor es a través de cable coaxial a partir del convertidor descendente de bloque; los cables coaxiales así como los alambres desde y para los motores paso a paso preferiblemente se dirigen a lo largo del enlace de colocador y hacia el trípode a la placa base. Un diagrama de bloque del sistema de antena resultante se ¡lustra en la figura 3. Uno de los brazos de soporte de cada estructura del colocador de apertura se utiliza para dirigir una guía de onda de gran tamaño de baja pérdida 160 en donde es guiada la señal del transmisor de alto poder (por ejemplo, 30 GHz). La guía de onda del transmisor de gran tamaño 160 se conecta a una transición gradualmente ahusada (no se muestra) a guia de onda de modo fundamental de tamaño convencional poco antes de alcanzar el cojinete giratorio de guía de onda de eje de azimut. Una guía de onda de modo fundamental 162 corre a través de la junta giratoria de azimut 128 a la junta giratoria de elevación 78 en el eje de elevación. El alimentador, el polarizador y el diplexor se localizan más allá de este punto, y el convertidor de bloque de bajo ruido se fija en la salida IF de recepción a partir del diplexor. El. cable IF coaxial fijado a la salida de LNB 98 se dirige a la parte superior del colocador en donde se provee con un bucle de servicio adecuado antes de descender por uno de los brazos de soporte 70 al borde del reflector. Una matriz de baja pérdida 164 preferiblemente conectará las entradas de guía de onda de tres antenas a una guía de onda de salida de transmisor común 160 (mencionada con anterioridad) desde un amplificador de salida común 170 montado sobre la placa base. De manera similar, los cables coaxiales 172, 174 y 176 de los tres convertidores reductores pueden dirigirse a una matriz de cambio (no se muestra), y utilizarse uno a la vez o en cualquier combinación deseada por la arquitectura del sistema de M W. Los circuitos digitales 180 pueden montarse sobre la placa base, además, para tomar instrucciones de colocación desde una fuente externa y utilizarlas para controlar el mecanismo de colocación (denominado generalmente en 182) así como para controlar las funciones de cambio del transmisor y receptor. En la forma de diagrama de bloque, los motores y sus componentes electrónicos de control digital para conducir el sistema de la antena se muestran en la figura 13. Las antenas reflectoras parabólicas convencionales o tradicionales descritas con anterioridad deberán explorarse mecánicamente utilizando mecanismos grandes y costosos. Sólo pueden proveer haces individuales o múltiples que se encuentran apuntando en una dirección general a la vez desde cualquier antena. En contraste, la presente invención puede proveer haces simultáneos múltiples, con cada haz apuntando en una dirección diferente en el cielo y con todos los haces independientemente manejados. Por lo tanto, este sistema de antena compacto elimina la necesidad de tener múltiples antenas grandes en cada ubicación de CPE. Además, tiene un mecanismo de colocación muy confiable que utiliza pocas partes móviles, proveyendo alta confiabilidad. Habiendo descrito los conceptos de la invención, una modalidad ejemplar de la invención y variaciones de la misma, será evidente para los expertos en la técnica de diseño de antenas que son posibles otras modalidades o modalidades alternativas. Por lo tanto, las modalidades descritas se presentan a manera de ejemplo y no pretenden ser, y tampoco deberán tomarse como, limitativas.

Claims (18)

NOVEDAD DE LA INVENCION REIVINDICACIONES

1.- Una antena que comprende: un reflector primario esféricamente contorneado que tiene un radio de curvatura y una superficie reflectora hacia la parte interna de la esfera; y un ensamble de alimentador que comprende (1) un reflector secundario de corrección de aberración esférico, y (2) un elemento de alimentación; en donde el reflector secundario y el elemento de alimentación se colocan de tal manera que sus ejes principales de simetría son colineales y se encuentran con una línea que pasa a través del centro de una esfera correspondiente al contorno esférico del reflector primario, y el centro del reflector secundario; y en donde el reflector secundario se coloca y se configura de tal manera que todas las trayectorias de haces posibles iniciando desde el alimentador y viajando hacia el reflector secundario desde el cual son reflejadas al receptor primario se vuelven sustancialmente de las mismas longitudes, para que un radiador de fuente puntual que ilumina al reflector secundario y desde éste el reflector primario produzca una onda casi plana alineada.

2.- La antena de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada además porque la onda casi plana alineada es una onda de TEM.

3. - La antena de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada además porque el alimentador emite radiación polarizada.

4. - La antena de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada además porque el alimentador es un alimentador de frecuencia dual de fuente puntual.

5. - La antena de conformidad con la reivindicación Af caracterizada además porque el alimentador emite radiación polarizada en ambas dichas frecuencias duales.

6. - La antena de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 3 ó 5, caracterizada además porque la polarización es lineal o circular.

7. - La antena de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada además porque el reflector secundario y el alimentador dirigen la radiación hacia dicha superficie de reflector primario paralela a cualquier vector de Poynting disponible para iluminar el reflector primario para que transmita radiación o reciba radiación.

8. - La antena de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada además porque comprende un mecanismo de colocación para colocar el ensamble de alimentador para transmitir radiación hacia y recibir radiación desde una dirección deseada.

9.- La antena de conformidad con la reivindicación 8, caracterizada además porque el reflector primario se monta en una posición fija y el mecanismo de colocación soporta y mueve el ensamble de alimentador alrededor de un cojinete azimutal y un cojinete de elevación para proveer rotación azimutal y de elevación del ensamble de alimentador con relación al reflector primario para hacer girar y colocar el ensamble de alimentador para que la radiación a partir del alimentador pueda dirigirse a todas las direcciones en el grupo de direcciones de vector de Poynting disponibles.

10.- La antena de conformidad con la reivindicación 9, caracterizada además porque incluye una estructura de soporte para soportar el mecanismo de colocación; una guía de onda de transmisor dirigida a lo largo de la estructura de soporte al cojinete azimutal; una primera junta de guía de onda giratoria fijada a la estructura de soporte y que tiene una entrada conectada a la guía de onda del transmisor en el cojinete azimutal y teniendo un eje y una salida que gira en el plano azimutal; una segunda junta de guía de onda giratoria que tiene una entrada y una salida girable alrededor de la entrada en el plano de elevación; un elemento de guía de onda de conexión que tiene un primer extremo conectado a la salida de la primera junta giratoria y un segundo extremo conectado a la entrada de la segunda junta giratoria; una primera unidad de accionamiento motorizada conectada a y operable para efectuar rotación del elemento de guía de onda de conexión en el plano azimutal; el ensamble de alimentador conectado a la salida de la segunda junta giratoria; y un segunda unidad de accionamiento motorizada conectada a y operable para efectuar la rotación del ensamble de alimentador en la dirección de elevación.

11.- La antena de conformidad con la reivindicación 10, caracterizada además porque incluye una computadora de control que funciona para controlar los mecanismos transmisores para apuntar el ensamble de alimentador con el fin de lograr un vector de Poynting. para radiación desde el alimentador a lo largo de cualquiera de las direcciones de vector de Poynting disponibles.

12. - La antena de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada además porque la superficie del reflector primario abarca menos de un hemisferio.

13. - Un sistema de antena de por lo menos dos antenas colocalizadas de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado además porque el sistema provee por lo menos dos haces transmisores o receptores, o transmisor y receptores simultáneos e independientes.

14. - El sistema de antena de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado además porque los haces juntos pueden apuntar a sustancialmente todas las direcciones posibles en un hemisferio sobre un ángulo de elevación mínimo predeterminado con respecto al horizonte local.

15.- El sistema de antena de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado además porque incluye tres antenas co-localizadas y en donde los haces provistos por las mismas juntos pueden apuntar a todas las direcciones posibles en el hemisferio sobre un ángulo de elevación de alrededor de 15 grados con respecto al horizonte.

16.- El sistema de antena de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 13-15, caracterizado además porque incluye circuitos de interconexión y de control para cambiar entre y controlar el uso de las aperturas provistas por los reflectores primarios conforme los satélites viajan a través del cielo.

17. - El sistema de antena de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 13-16, caracterizado además porque incluye una cúpula que cubre las múltiples antenas.

18. - Un sistema de antena que comprende: una pluralidad de reflectores esféricamente contorneados, cada uno teniendo un radio de curvatura y una apertura de tamaño y una configuración; y exactamente un alimentador electromecánicamente explorable por reflector, cada uno teniendo una escala de exploración de ángulo azimutal y una escala de exploración de ángulo de elevación; en donde el radio de curvatura de los reflectores y el tamaño de apertura de los reflectores son individualmente configurados para (1 ) lograr una ganancia y margen de enlace de comunicaciones deseados, y (2) cubrir las escalas de exploración de ángulo azimutal y de elevación completas de los alimentadores, para que cualquier vector de Pqynting dirigido entre un alimentador y un satélite correspondiente en el cielo no sea obstruido por ninguna porción del reflector.