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Dual-polarisation reflectarray antenna with improved cros-polarization propertiesCM Patents

Índice de la ficha

Updated at
24/07/2026
Numero publicacion
ES.2339099.A1
Fecha publicacion
14/05/2010
Numero solicitud
ES20090031140
Fecha presentacion
10/12/2009

En detalle

Resumen

Dual-linear polarisation reflectarray antenna with improved cross-polarization properties. The reflectarray antenna consists of a planar array of phasing cells illuminated by a feed, that produces a collimated or shaped beam in dual-linear polarisation, where the phasing cells are made of varying-sized conductive patches with a rotation angle that has been adjusted to minimise the cross-polarisation. In a first implementation, the patches in which the angle of incidence is larger than a prefixed threshold are rotated so that the propagation direction of the incident field is contained on a symmetry plane of the patches. In a second implementation, the rotation angle of the patches in each cell is optimized to minimize the cross-polarisation in a prefixed frequency band. The invention can be applied to dual-polarization antennas in Telecommunication satellites

Reivindicaciones

1. 1. Antena reflectarray de polarización duallineal con propiedades de polarización cruzada mejoradas, quecomprende un reflectarray (1) y un alimentador primario (2) configurado para iluminar un agrupamiento de celdas desfasadoras (3) del reflectarray (1) , cada celda desfasadora (3) comprendiendo almenos una capa de dieléctrico (6, 8; 13; 19, 20) y un plano conductor (9, 17) , disponiendo cada capa de dieléctrico (6, 8; 13; 19, 20) de almenos un elemento conductor (5, 7; 10, 11, 12; 14, 15, 16) impreso en susuperficie, el tamaño de cada elemento conductor de cada celdadesfasadora (3) estando determinado para producir un haz deradiación previamente definido, caracterizada en que cadaelemento conductor de cada celda desfasadora (3) se dispone en unaorientación previamente calculada con respecto a la celdadesfasadora (3) para reducir el efecto de polarización cruzada, dependiendo dicha orientación de la celda desfasadora (3) considerada. 2. 2. Antena reflectarray de polarización duallineal según la reivindicación 1, en la que se considera un sistemade coordenadas del reflectarray (XR, YR, ZR) , siendoel eje ZR perpendicular al reflectarray (1) , considerándosetambién en cada celda desfasadora i (3) un sistema local decoordenadas (XRi, YRi, ZRi) centrado en la celda yparalelo al sistema de coordenadas del reflectarray (XR, YR, ZR) , caracterizada en que el al menos unelemento conductor de cada capa de dieléctrico (6, 8) de cada celdadesfasadora i (3) comprende un parche conductor (5, 7) cuyosejes de simetría (XPi, YPi) forman un ángulo calculadopreviamente αi con respecto a los ejes correspondientes (XRi, YRi) del sistema de coordenadas local (XRi, YRi, ZRi) , dependiendo dicho ángulo αi de lacelda desfasadora (3) considerada. 3. 3. Antena reflectarray de polarización duallineal según la reivindicación 2, caracterizada porque losparches conductores (5, 7) del reflectarray (1) tienen una de lasformas siguientes: rectangular, cuadrada, cruciforme, elíptica, poligonal. 4. 4. Antena reflectarray de polarización duallineal según cualquiera de las reivindicacións 2-3, caracterizada en que para cada celda desfasadora i (3) el ángulo αi se elige tal que la dirección depropagación del campo incidente en dicha celda desfasadora i (3) proveniente del alimentador (2) está contenida en un plano desimetría del parche conductor (5, 7) de cada capa de dieléctrico (6, 8) de la celda desfasadora i (3) . 5. 5. Antena reflectarray de polarización duallineal según la reivindicación 1, en la que se considera un sistemade coordenadas del reflectarray (XR, YR, ZR) , siendoel eje ZR perpendicular al reflectarray (1) , considerándosetambién en cada celda desfasadora i (3) un sistema local decoordenadas (XRi, YRi, ZRi) centrado en la celda yparalelo al sistema de coordenadas del reflectarray (XR, YR, ZR) , caracterizada porque el al menos unelemento conductor de cada capa de dieléctrico (13) de cada celdadesfasadora i (3) comprende un primer conjunto de dipolosconductores paralelos (10, 11, 12) impresos en un lado de la capa dedieléctrico (13) y un segundo conjunto de dipolos conductoresparalelos (14, 15, 16) impresos en el lado opuesto de la capa dedieléctrico (13) , comprendiendo la celda desfasadora i (3) almenos una capa adicional de dieléctrico (18) para separar la almenos una capa de dieléctrico (13) del plano conductor (17) , 6. y porque el primer conjunto de dipolosconductores paralelos (10, 11, 12) está orientado tal que su ejeasociado YDi, paralelo al primer conjunto de dipolos (10, 11, 12) , forma un ángulo calculado previamente αyicon respecto al eje correspondiente (YRi) del sistema local decoordenadas (XRi, YRi, ZRi) , y el segundo conjunto dedipolos conductores paralelos (14, 15, 16) está orientado tal que sueje asociado (XDi) , paralelo al segundo conjunto de dipolos (14, 15, 16) , forma un ángulo calculado previamente αxicon respecto al eje correspondiente (XRi) del sistema local decoordenadas (XRi, YRi, ZRi) , dependiendo dichosángulos αyi y αxi de la celda desfasadora (3) considerada. 7. 6. Antena reflectarray de polarización duallineal según la reivindicación 1, en la que se considera un sistemade coordenadas del reflectarray (XR, YR, ZR) , siendoel eje ZR perpendicular al reflectarray (1) , considerándosetambién en cada celda desfasadora i (3) un sistema local decoordenadas (XRi, YRi, ZRi) centrado en la celda yparalelo al sistema de coordenadas del reflectarray (XR, YR, ZR) , caracterizada porque cada celdadesfasadora i (3) comprende al menos un par de capas dedieléctrico (19, 20) con un primer conjunto de dipolos conductoresparalelos (10, 11, 12) impresos en un lado de una capa de dieléctrico (19) y un segundo conjunto de dipolos conductores paralelos (14, 15, 16) impresos en la otra capa de dieléctrico (20) , 8. y porque el primer conjunto de dipolosconductores paralelos (10, 11, 12) está orientado tal que su ejeasociado YDi, paralelo al primer conjunto de dipolos (10, 11, 12) , forma un ángulo calculado previamente αyicon respecto al eje correspondiente (YRi) del sistema local decoordenadas (XRi, YRi, ZRi) , y el segundo conjunto dedipolos conductores paralelos (14, 15, 16) está orientado tal que sueje asociado (XDi) , paralelo al segundo conjunto de dipolos (14, 15, 16) , forma un ángulo calculado previamente αxicon respecto al eje correspondiente (XRi) del sistema local decoordenadas (XRi, YRi, ZRi) , dependiendo dichosángulos αyi y αxi de la celda desfasadora (3) considerada. 9. 7. Antena reflectarray de polarización duallineal según cualquiera de reivindicaciones 5-6, caracterizada en que para cada celda desfasadora i (3) el ángulo αyi es elegido tal que el eje YDi quedefine la dirección del primer conjunto de dipolos conductores (10, 11, 12) está contenido en el plano de incidencia del campo queincide en dicha celda desfasadora i (3) proveniente delalimentador (2) , y el ángulo αxi es elegido tal que eleje XDi que define la dirección del segundo conjunto de dipolosconductores (14, 15, 16) es perpendicular al plano de incidencia delcampo que incide en dicha celda desfasadora i (3) provenientedel alimentador (2) . 10. 8. Antena reflectarray de polarización duallineal según cualquiera de las reivindicaciones 2-3, 5-6, caracterizada en que las dimensiones decada elemento conductor de cada celda desfasadora i (3) sonelegidas tal que haya un desfasaje de 180 grados entre las doscomponentes del campo eléctrico reflejado paralelo a los ejesasociados a los elementos conductores (XPi, YPi; XDi, YDi) y donde la orientación de cada elemento conductor de cadacelda desfasadora i (3) es tal que la polarización cruzadatotal producida por proyecciones geométricas y por acoplo en lacelda desfasadora está minimizada en una banda de frecuenciaprefijada para las dos polarizaciones lineales. 11. 9. Antena reflectarray de polarización duallineal según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque las celdas desfasadoras (3) estándispuestas en una de las siguientes disposiciones: una retícularectangular, una retícula cuadrada, una retícula triangular, unaretícula hexagonal, una agrupación no-periódica, unaagrupación dispersa. 12. 10. Antena reflectarray de polarización duallineal según cualquiera de reivindicaciones precedentes, en la quese considera un sistema de coordenadas del reflectarray (XR, YR, ZR) , siendo el eje ZR perpendicular alreflectarray (1) , considerándose también en cada celda desfasadorai (3) un sistema local de coordenadas (XRi, YRi, ZRi) centrado en la celda y paralelo al sistema de coordenadasdel reflectarray (XR, YR, ZR) , caracterizadaen que la orientación de cada elemento conductor de las celdasdesfasadoras (3) en las que el ángulo de incidencia (θi) del campo proveniente del alimentador (2) con respecto al ejeZR es menor que un ángulo umbral predeterminado θt, es elegida tal que los ejes asociados al elemento conductorcorrespondiente (XPi, YPi; XDi, YDi) sonparalelos a los ejes correspondientes (XR, YR) del sistemade coordenadas del reflectarray (XR, YR, ZR) . 13. 11. Método para obtener una antena reflectarraycon características mejoradas de polarización cruzada, comprendiendodicho método: 14. definir un reflectarray (1) y un alimentadorprimario (2) configurado para iluminar un agrupamiento de celdasdesfasadoras (3) del reflectarray (1) , comprendiendo cada celdadesfasadora (3) al menos una capa de dieléctrico (6, 8; 13; 19, 20) yun plano conductor (9, 17) , disponiendo cada capa de dieléctrico (6, 8; 13; 19, 20) de al menos un elemento conductor (5, 7; 10, 11, 12;14, 15, 16) impreso en su superficie, el tamaño de cada elementoconductor de cada celda desfasadora (3) estando determinado paraproducir un haz de radiación previamente definido;caracterizado en que el método además comprende: 15. calcular, para cada elemento conductor de cadacelda desfasadora (3) , una orientación con respecto a la celdadesfasadora (3) para reducir el efecto de polarización cruzada, dependiendo dicha orientación de la celda desfasadora (3) considerada; 16. disponer cada elemento conductor de cada celdadesfasadora (3) en la orientación previamente calculada. 17. 12. Método según la reivindicación 11, caracterizado en que la orientación de cada elementoconductor de cada celda desfasadora (3) está calculada de manera quela dirección de propagación del campo incidente en dicha celdadesfasadora i (3) proveniente del alimentador (2) estécontenida en un plano de simetría de dicho elemento conductor. 18. 13. Método según la reivindicación 11, caracterizado en que el cálculo de la orientación de cadaelemento conductor comprende minimizar, usando una rutina deoptimización, la polarización cruzada total producida porproyecciones geométricas y por acoplo en el elemento desfasador, enuna banda de frecuencias prefijada y para las dos polarizacioneslineales. 19. 14. Método según la reivindicación 11, considerando un sistema de coordenadas del reflectarray (XR, YR, ZR) , siendo el eje ZR perpendicular alreflectarray (1) , considerando también en cada celda desfasadorai (3) un sistema local de coordenadas (XRi, YRi, ZRi) centrado en la celda y paralelo al sistema de coordenadasdel reflectarray (XR, YR, ZR) ; 20. caracterizado en que el cálculo laorientación de cada elemento conductor comprende: 21. calcular las dimensiones de cada elementoconductor de cada celda desfasadora (3) tal que haya un desfasaje de180 grados entre las dos componentes del campo eléctrico reflejadoparalelo a los ejes asociados a los elementos conductores (XPi, YPi; XDi, YDi) ; 22. minimizar, usando una rutina de optimización, lapolarización cruzada total producida por proyecciones geométricas ypor acoplo en el elemento desfasador, en una banda de frecuenciasprefijada y para las dos polarizaciones lineales. 23. 15. Método según cualquiera de lasreivindicaciones 11-14, considerando un sistema decoordenadas del reflectarray (XR, YR, ZR) , siendo eleje ZR perpendicular al reflectarray (1) , considerando tambiénen cada celda desfasadora i (3) un sistema local decoordenadas (XRi, YRi, ZRi) centrado en la celda yparalelo al sistema de coordenadas del reflectarray (XR, YR, ZR) , caracterizado por comprender además lossiguientes pasos: 24. definir un ángulo umbral θt, tal quela polarización cruzada producida por aquellas celdas desfasadoras (3) en las que el ángulo de incidencia con respecto al eje ZRes menor que el ángulo umbral θt, sea menor que un nivelprefijado para las dos polarizaciones ortogonales; 25. disponer cada elemento conductor en aquellasceldas desfasadoras (3) donde el ángulo de incidencia (θi) del campo que proviene del alimentador (2) conrespecto al eje ZR sea menor que dicho ángulo umbralθt tal que los ejes asociados al elemento conductorcorrespondiente (XPi, YPi; XDi, YDi) seanparalelos a los ejes correspondientes (XR, YR) del sistemade coordenadas del reflectarray (XR, YR, ZR) .

Etiquetas

Inventores
Encinar Garcinuno Jose AntonioArrebola Baena ManuelMenzel WolfgangToso GiovanniMangenot Cyril
Solicitantes
Universidad Politécnica de Madrid
Clasificacion ipc
H01Q 21/ 00 A IH01Q 3/ 46 A I
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