ES2250322T3 - Antena de alto rendimiento y bajo coste para empleo en terminales de transmision/recepcion por satelite. - Google Patents

Abstract

Sistema de antena terminal de satélite, que comprende un reflector parabólico elíptico (1) y una bocina (2) de alimentación que comporta una abertura elíptica exterior enfrentada al reflector parabólico elíptico (1) para recibir un campo electromagnético reflejado, comportando la bocina de alimentación (2) una guía de ondas cilíndricas interior, incluyendo esta guía de ondas una parte interna (7) seguida de un escalonado (11) y por una sección de escalonado (8) que tiene un diámetro mayor que la parte interna (7), caracterizado porque se forma por lo menos una ranura longitudinal (10) que se extiende en la parte interna (7) de la guía de ondas cilíndrica y se abre en el escalonado (11) y en la sección de escalonado (8) para excitar un modo de orden superior al del modo fundamental del campo electromagnético reflejado recibido en la bocina.

Description

Antena de alto rendimiento y bajo coste para empleo en terminales de transmisión/recepción por satélite.

La presente invención se refiere a una antena a la cual va asociado una bocina de alimentación, optimizado para su uso en terminales de satélite interactivos.

Para la introducción con éxito de grandes redes interactivas accedidas por varias decenas de miles de terminales de usuario individuales interactivos individuales constituyendo cada uno un equipo interior y un equipo exterior asociado (esto es, antena y electrónica de transmisión/recepción), es esencial tener disponible en el mercado antenas de satélite de transmisión/recepción económicas y de alto rendimiento. Es sabido que la antena forma uno de los componentes esenciales de aquellos terminales. Actualmente se da por sentado que las antenas de transmisión de alto rendimiento no se pueden crear a un precio razonable.

La solicitud de patente europea EP 1.018.781 describe una bocina de alimentación que comprende una guía de ondas que tiene una parte de apertura de sección circular unida a una parte de bocina que tiene un extremo elíptico abierto. La solicitud de patente británica GB 1.525.514 describe una alimentación primaria de antena parabólica reflectora desplazada que comprende modo(s) de orden superior generados por una discontinuidad, simplemente descritos como de un solo paso, hechos en la bocina cancelando por lo tanto componentes polarizados en cruz.

El objeto de la presente invención es proponer un sistema de antena de alto rendimiento que cumple las especificaciones actuales de regulaciones y funcionamiento, pero que pueda fabricarse a un precio razonable.

Para alcanzar ese objetivo, una antena de terminal interactivo de satélite según la invención se caracteriza porque comprende una antena elíptica y una bocina de alimentación corrugado que tiene una abertura exterior elíptica y una parte interna de guía cilíndrica con un paso en ella, y porque se añaden elementos de cavidad a la parte del paso para compensación de componentes polares en cruz. Además, algunos aspectos mecánicos esenciales necesitan ser realizados para que la optimización sea efectiva.

La invención se comprenderá mejor y sus objetivos, aspectos, detalles y ventajas aparecerán más claramente en la siguiente descripción explicativa referida a los adjuntos diagramas esquemáticos, que se citan a título de meros ejemplos ilustrativos de una realización de la invención.

Las figuras 1 a 3 ilustran respectivamente una vista lateral, una vista delantera y una vista posterior de una disposición de antena elíptica de alimentación compensada según la invención.

La figura 4 representa de marea esquemática un dispositivo de bocina de alimentación elíptico según a invención, en tres vistas diferentes indicadas a,b y c.

Las figuras 5 y 6 son vistas esquemáticas de una realización preferida de una bocina de alimentación propuesta por la invención, incluyendo los elementos de cavidad propuestos por la invención.

La figura 7 muestra un mapa con los contornos de ángulos giratorios usados para ajustar el plano de polarización de la antena.

En las figuras 1, 2 y 3 se presenta un dibujo esquemático de una antena de terminal interactivo de multisatélite propuesto por la invención. El terminal comprende esencialmente un reflector elíptico principal 1 de alimentación frontal, una bobina de alimentación compensada 2 sustentada por un brazo de alimentación 3 fijada a la parte periférica inferior del reflector 1, una placa giratoria 4 sobre la cual va montado el reflector principal 1 y, como posibilidad opcional, un segundo alimentador 5 montado sobre el brazo alimentador 3 adyacente al alimentador compensado 2, para la recepción de otro satélite vecino. El reflector elíptico 1 puede ser un reflector disponible comercialmente.

Escogiendo la configuración elíptica, puede obtenerse un elevado aislamiento intersatélite y se facilitará el funcionamiento multisatélite. Sin embargo, la geometría del reflector alimentado por delante debida a su corta longitud focal presenta el inconveniente de que el diagrama polar cruzado muestra más bien altos lóbulos que pueden estar bien por encima de los 20 dB y están próximos a la dirección principal de orientación de la antena y esto significa que, aún con una orientación altamente cuidadosa, no se puede obtener un buen rendimiento de discriminación polar cruzado.

Este problema se supera con el sistema de alimentación compensado 2 que contrarresta eléctricamente la despolarización causada por el reflector principal, esto es, creando un modo específico de microondas que tiene la misma amplitud, pero la fase opuesta al componente de despolarización inducido por el reflector principal.

Las figuras 4 a 6 ilustran la realización de una configuración de bobina de alimentación que se diseña para compensar el antes citado componente de despolarización. Esta configuración de alimentación compensada se ha desarrollado con el fin de que sea aplicable a las antenas elípticas, mejorar la discriminación de la polarización cruzada en la transmisión, ser posible de construir en serie y no necesitar ninguna sintonización. Como se indica en la figura 4, la bobina de alimentación usada tiene el diseño general de una bobina de alimentación corrugada que posee una abertura elíptica Ap con un diámetro ancho Dw y un diámetro de apertura estrecho Dn, representados respectivamente en las figuras 4b, 4c y una parte interna 7 de la guía de ondas cilíndrica, con un diámetro de guía Dg seguido por una parte de escalonado 8 que tiene un diámetro Ds.

Es en esta parte de la garganta de la bocina de alimentación donde el diseño de la alimentación utilizado difiere particularmente de una alimentación corrugada convencional.

Se ha visto que la compensación antedicha puede obtenerse excitando un modo TE_{21} en la parte de la guía de ondas cilíndrica creando una asimetría allí. En realidad, el modo TE_{21} es un modo asimétrico y por lo tanto requiere una simetría en la estructura de alimentación. El mejor método hallado para introducir la asimetría requerida es utilizar unas ranuras longitudinales 10 en la guía, como se ve en las figuras 5 y 6. Estas ranuras se forman en la discontinuidad de la guía de a medida que el diámetro aumenta desde la parte interna 7 hacia la zona del escalonado 8. Esas ranuras se forman paralelas al eje de la guía de ondas en la parte interna 7 y se extienden desde el escalonado 11 que es de anchura algo menor. Variando las dimensiones de las ranuras puede controlarse la amplitud del modo.

Las figuras 5 y 6 muestran una bocina de alimentación corrugado con tres ranuras 10. Una de ellas está situada en el eje y, de modo que genera el necesario campo de polarización cruzada para la polarización horizontal. Las otras dos ranuras se montan formando ángulos de más o menos 45° respecto a aquella ranura.

Las dimensiones de las ranuras son críticas para determinar el nivel del modo generado. La longitud S de la ranura y la anchura W de la misma juegan un papel muy importante en el nivel del modo generado junto con el escalonado en el tamaño de la guía de ondas. Cuanto mayor sea la longitud S de la ranura, mayor será el nivel del modo TR_{21} generado. La profundidad D de la ranura es básicamente la mitad de la diferencia entre el diámetro Dg de la guía y el diámetro Ds del escalonado. La profundidad necesita ser ligeramente menor que éste para asegurar que el borde exterior de la ranura permanezca siempre dentro del diámetro del escalonado. Esto es para asegurar que el escalonado pueda obtenerse en la operación de moldeo. La disminución gradual T en la parte del escalonado no es necesaria para que funcione la bocina, pero se incluye para asegurar que la bocina es más fácil de obtener por moldeo. Si se emplea una sección perpendicular en este punto, la herramienta puede atascarse y ser difícil de extraer.

Se ha visto que las dos ranuras a 45° generaban niveles importantes de orden superior del modo TR_{21}. El nivel del modo generado por las dos ranuras para la polarización vertical fue muy similar al generado por la ranura única para la polarización horizontal. Se ha visto que la cancelación de la polarización cruzada se ha obtenido en ambas polarizaciones con la misma disposición de alimentación. Como ejemplo, la longitud de la ranura central era de 7,5 mm, siendo las dos ranuras exteriores de 6,5 mm de longitud. La ranura central tenía 3 mm y las ranuras exteriores 2 mm de anchura. La longitud Ls del escalonado era de 19 mm y los diámetros Ds y Dg eran respectivamente 24 mm y 18 mm. El eje mayor de la elipse de abertura. Las ranuras se orientaron sobre el eje menor de la bocina.

Debe observarse que la ranura central de las tres ranuras 10 es la que controla la generación del modo de la polarización horizontal junto con el eje mayor de la bocina. Las dos ranuras de ángulos más o menos 45° respecto al eje menor de la bocina generan el modo superior para la polarización vertical. La longitud del escalonado se ajusta para conseguir que la fase de los lóbulos de la polarización cruzada esté en fase o en contrafase con la figura de la polarización cruzada.

Se ha de observar que, puesto que la compensación no tiene elementos que produzcan pérdidas, la ganancia absoluta de la transmisión y la recepción no se ve afectada. Además, debe mencionarse que el efecto de compensación depende de la frecuencia, pero se ha demostrado que funciona en por lo menos el 5% de la banda de frecuencias. Así, a 14 GHz se pueden cubrir unos 500 MHz y a 30 GHz unos 1000 MHz. Con esto el aislamiento de la polarización cruzada de la antena en la transmisión resulta sensiblemente mejorado y los lóbulos de la polarización cruzada se reducen considerablemente, hasta unos 30 dB e incluso aún más.

En lo que sigue se describirán algunas otros aspectos y ventajas de la invención con referencia a las figuras 1 y 3.

Dado que la alimentación compensada se equilibra para que contrarreste la despolarización causada por el reflector principal 1, resulta imposible aplicar una rotación de alimentación para ajustar el plano de polarización de la antena. La invención propone para este fin hacer girar todo el sistema de la antena. Esta rotación puede obtenerse de una manera económica por medio de la placa giratoria 4, que está provista de orificios de ranuras 12 que se extienden en la dirección periférica y una escala graduada representada en 13. El ajuste del ángulo de giro depende de la situación del terminal y podría proporcionarse al instalador, por ejemplo, con un simple mapa, indicando los contornos de los ángulos de giro. La figura 7 muestra un ejemplo de ello.

Debe observarse que, en principio, es posible realizar ese ajuste del giro alrededor del eje eléctrico o el eje mecánico de la antena. La diferencia en el ángulo de giro necesario puede tenerse en cuenta al generar diferentes formas de contornos de giro. En ambos casos puede obtenerse una alineación correcta.

Alinear en la forma descrita más arriba significa efectivamente que el eje mayor del reflector elíptico 1 está alineado paralelo a la órbita geoestacionaria, visto desde la estación terrestre, lo cual tiene dos principales ventajas adicionales.

Primero, permite la recepción de otro satélite vecino simplemente montando una segunda alimentación, tal como la alimentación 5 lateral a la alimentación compensada principal 2, sin necesitar un desplazamiento vertical adicional, gracias al hecho de que la antena está alineada con la órbita. Esto facilita el funcionamiento multi-satélite.

Segundo, hay que observar que, según las disposiciones legales de la industria, se puede obtener una relajación de la máxima potencia isotrópica radiada autorizada equivalente (EIRP) para las antenas elípticas, con la condición de que el eje mayor de la antena se alinee con la órbita geoestacionaria. En este caso sólo se considerará la figura de la radiación de azimut más ventajosa para determinar ese EIRP lo cual conduce a más altos niveles de potencia autorizados. Lógicamente, la configuración propuesta reúne estos requerimientos, alcanzando así la atribución objetiva de la máxima EIRP permitida.

Resumiendo, la invención permite el empleo de antenas disponibles comercialmente con reflectores de referencia elípticos gracias a las bocinas de alimentación compensada, las cuales pueden construirse usando normas y técnicas de fabricación en serie, sin ninguna necesidad de ajuste.

Claims (6)

1. Sistema de antena terminal de satélite, que comprende un reflector parabólico elíptico (1) y una bocina (2) de alimentación que comporta una abertura elíptica exterior enfrentada al reflector parabólico elíptico (1) para recibir un campo electromagnético reflejado, comportando la bocina de alimentación (2) una guía de ondas cilíndricas interior, incluyendo esta guía de ondas una parte interna (7) seguida de un escalonado (11) y por una sección de escalonado (8) que tiene un diámetro mayor que la parte interna (7), caracterizado porque se forma por lo menos una ranura longitudinal (10) que se extiende en la parte interna (7) de la guía de ondas cilíndrica y se abre en el escalonado (11) y en la sección de escalonado (8) para excitar un modo de orden superior al del modo fundamental del campo electromagnético reflejado recibido en la bocina.

2. Sistema de antena terminal de satélite, según la reivindicación 1, en el que cada ranura (10) tiene una longitud longitudinal escogida para excitar el modo de orden superior con una amplitud ajustada para eliminar los componentes de polarización cruzada.

3. Sistema de antena terminal de satélite, según las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque por lo menos una ranura (10) se abre en la dirección del eje menor o mayor de la abertura elíptica.

4. Sistema de antena terminal de satélite, según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la bocina de alimentación compensada (2) comprende en su parte interna (7) de guía de ondas cilíndrica tres ranuras (10), una de las cuales está situada en el eje mayor o menor de la abertura elíptica de la bocina de alimentación y las otras dos ranuras están dispuestas formando ángulos de más o menos 45° respecto a la ranura central.

5. Sistema de antena terminal de satélite, según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la rotación de todo el sistema de la antena se efectúa por medio de una placa giratoria (4) sobre la cual el sistema de la antena es ajustable angularmente, resultando así el ajuste preciso del plano de azimut con el arco orbital.

6. Sistema de antena terminal de satélite, según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque puede comprender una segunda alimentación montada lateralmente a la compensada (2) para la recepción de otro satélite vecino.