“Determining phase profile for beamforming antenna”: Esa e Unisalento brevettano la tecnica di controllo di irradiazione delle antenne a schiera in fase

È depositato presso l’European Patent Office il brevetto “Determining phase profile for beamforming antenna”, una tecnica matematica che permette di controllare le emissioni delle antenne costituite da una schiera di emettitori a fase variabile (in inglese, antenne phased array). Un risultato raggiunto da una collaborazione tra ESA – Agenzia Spaziale Europea e Università del Salento che vede tra i firmatari del brevetto Piero Angeletti e Giovanni Toso ingegneri dell’ESA presso il Centro Europeo per la Ricerca e la Tecnologia Spaziale (ESTEC, Noordwijk, Paesi Bassi) e Raffaele Vitolo, docente di Fisica Matematica all’Università del Salento e membro dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN, Sezione di Lecce) e dell’Istituto Nazionale di Alta Matematica (Gruppo Nazionale di Fisica Matematica).

Molti dispositivi moderni per le telecomunicazioni, radar o di tipo sensorio, hanno tra i principali componenti questo tipo di antenne, spesso montate su satelliti, usate per irradiare regioni geografiche, come l’Italia o l’Europa. I singoli elementi che compongono l’antenna possono emettere onde elettromagnetiche in maniera indipendente, e sono disposti in modo da formare una figura geometrica (un cerchio, un quadrato o un esagono, nei casi più semplici).

Grazie alle tecniche sviluppate nel brevetto, il fascio complessivo di onde elettromagnetiche può essere controllato in modo da coprire una qualunque figura geometrica (la generazione di un fascio da un’antenna circolare può coprire una regione triangolare), ad esempio una regione geografica, dosando la densità di irradiazione, che può essere assegnata. In questo modo, si può distribuire la potenza irradiata in maniera ottimale, aumentandola dove serve e diradandola dove non è necessaria. Si pensi alla necessità, nel campo delle telecomunicazioni, di irradiare in maniera più fitta regioni densamente popolate, e di impiegare meno potenza su regioni meno popolate.

Il brevetto contiene anche una tecnica matematica che permette di effettuare un calcolo approssimato molto più veloce per tutte le applicazioni che necessitano di riformare molto rapidamente il fascio di microonde emanato dall’antenna. Un esempio può essere costituito dai satelliti in orbita bassa, che passano abbastanza velocemente (pochi minuti) sulla regione geografica di interesse: il loro angolo visuale su una data regione geografica cambia in poco tempo, e l’emissione del fascio di onde elettromagnetiche va continuamente ricalcolata. Questo può essere fatto, anche con le limitate risorse di calcolo dei processori montati sui satelliti, mediante la tecnica sviluppata nel brevetto.

Il brevetto è di proprietà dell’ESA, che per suo statuto lo concederà in utilizzo gratuito a tutte le aziende europee che ne faranno richiesta per utilizzi nello spazio.

«Anche se il trasferimento dal brevetto alle applicazioni tecnologiche in prodotti concreti, come antenne montate su satelliti spediti in orbita, può richiedere tempi lunghi, dell’ordine di alcuni anni», spiega il professor Raffaele Vitolo, «crediamo di aver fornito un contributo importante per l’avanzamento della scienza e tecnologia europea, per migliorare sempre le condizioni di vita dei cittadini europei ed essere all’avanguardia nella competizione scientifica e tecnologica»