BR102012002423A2 - antena grupal - Google Patents

Abstract

patente de invenção: "antena grupal". a presente invenção refere-se a uma antena grupal, compreendendo - uma placa básica de antena (p) com uma variedade de elementos de radiação (se) dispostos em uma retícula regular, bem como - uma camada waim (w; waim: wide angle impedance mach - justaposição de impedância de ângulo largo) para adequação de impedância para ângulos de giro grandes, sendo que a camada waim (w) é uma camada monolítica que encobre todos os elementos de radiação (se) e a partir de cujo material são trabalhados distanciadores (a) em uma retícula regular, sendo que a retícula dos distanciadores (a) corresponde a retícula do elemento de radiação (se).

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "ANTENA GRUPAL". A presente invenção refere-se a uma antena grupai com uma camada WAIM para adequação de impedância para grandes ângulos de giro, de acordo com o preâmbulo da reivindicação 1.

Um fenômeno frequentemente observado no comportamento de transmissão de uma antena grupai durante o giro eletrônico do raio principal a diferença no grau da transmissão será de acordo com a direção na qual a antena for girada. Comumente, uma antena possui um alinhamento de polarização definido, por exemplo, uma polarização vertical ou horizontal. Para explicar o fenômeno mencionado será suficiente girar eletronicamente, em forma de imaginação, o raio principal de uma antena grupai deste tipo ao longo destes dois planos (vertical e horizontal). Desde que o vetor da intensidade de campo elétrica irradiada se encontrar dentro do plano do giro, que é definido da direção do giro e da normal da antena, fala-se de uma polarização magnética transversal (TE). Todos os outros estados possíveis de polarização podem ser decompostos nesses dois componentes de polarização. Principalmente, antenas grupais convencionais (como também outras estruturas similares aos radomes dielétricos e de frequência seletiva) apresentam uma tendência de conformar com crescente ângulo de giro em TE um grau de transmissão pior do que em TM.

Uma chamada camada WAIM (WAIM; Wide Angle Impedance Match - Justaposição de Impedância de Ângulo Largo) que é posicionada diante dos elementos de irradiação pode reagir a este efeito.

Com relação aos dois casos de polarização TE e TM, a camada WAIM funciona de modo análogo ao modelo de peça de reposição da antena como uma capacidade ligada em paralelo cuja susceptância relativa (referida à resistência de ondas) se altera com o ângulo de giro Θ. Para o caso da polarização TE, esta alteração acompanha o fator 1/cos(0), porém, para a eventualidade da polarização TM isto ocorre com o fator cos(0), desde que a constante dielétrica da camada WAIM seja suficientemente alta e a espessura da camada WAIM seja suficientemente reduzida. A reciprocidade mencio- nada dos fatores, na conformação adequada da camada WAiM, faz com que os graus de transmissão da antena no giro entre a polarização TE e TM, se ajustam reciprocamente. Isto é válido para todos os possíveis ângulos de giro dentro de uma faixa tecnicamente viável, por exemplo, de 9=0° até 0=60°. Este ajuste resultará, então, nos diagramas de radiação individuais largos, convencionalmente desejados, de elementos de radiação de uma antena grupai em todos os planos de intersecção importantes.

As soluções até agora empregadas estão baseadas essencialmente nos trabalhos teóricos de Magill & Wheeler (E. Magill und H. Wheeler, "Wide-angle impedance matching of a planar array antenna by a dieiectric sheet," IEEE Transactions on Antennas and Propagation, Vol. 14, No. 1, págs. 49-53, 1966). Uma camada WAIM cumprirá então somente a finalidade de uma compensação da transmissão entre a polarização TE e TM quando preservar uma distância reduzida, porém, bem definida para com os elementos da antena grupai. A solução padrão para gerar uma separação espacial necessária é o emprego de materiais espumantes HF, por exemplo, U.S. 7.580.003 B1. Enquanto que a disponibilidade dessas espumas não representa problema, no decurso do emprego dessas espumas surge uma série de desvantagens: - Higroscopia: muitas espumas têm uma tendência de recolherem umidade do ambiente com ocorrer do tempo, o que resulta em uma modificação acentuada das propriedades dielétricas. As consequências são medidas complexas para o encapsulamento da camada de espuma. -Tolerâncias: a produção de camadas de espuma com poucos milímetros de espessura é possível somente em uma faixa de tolerância moderada. - Colagem: Materiais padronizados principalmente adequados para camada WAIM (comercializados em forma de materiais de placas con-dutoras HF com elevada constante dieiétrica, por exemplo, Rogers RT/duroid 6010, contém teflon que no sentido de uma colagem durável e confiável com o material de espuma representa o problema. Em princípio, é possível, sob o ponto de vista técnico, realizar essas colagens, porém so- mente com medidas complexas, como a ativação de plasma dos componentes WAIM contendo teflon. O documento U.S. 3,605.098 A descreve uma antena grupai na qual na frente de cada elemento de radiação está previsto um elemento WA-IM separado. Um elemento WAIM deste tipo abrange uma camada WAIM paralela para com o plano dos elementos de radiação bem como distanciadores onde a camada WAIM está colocada.

Na obra de MCGRATH D T: "Acccelerated periodic hybrid finite element method analysis for integrated array element and radome design, PHASED ARRAY SYSTEMS AND TECHNOLOGY, 2000. (Método de análise de elementos acelerados híbridos periódicos finitos para elementos de conjuntos integrados, sistemas e desenho radome, sistemas de conjuntos com fase e tecnologia, 2000. EVENTO. 200 IEEE INTERNATIONAL CON-FERENCE ON DANA POINT, CA, USA 21 -25 MAY 2000, PISCATAWAY, NJ, USA, IEEE, US, 21. Mai 2000 (2000-05-21), Seiten 319-322, XP010504600, DOI: DOI: 10.1109/PAST 2000.858965, ISBN: 978-0-7803-6345-8 é descrita uma antena grupai com elementos de radiação de condutores ocos sendo que esses elementos de radiação de condutores ocos a-presentam elementos de enchimento díelétrícos para alterar de modo controlado as propriedades de radiação da antena. Os elementos enchedores die-létricos se salientam na antena. Nesses elementos enchedores dielétricos salientes está prevista uma camada WAIM.

Constitui um objetivo da invenção criar uma antena grupai com camada uma WAIM que, no emprego de espumas como camada intermediária, evite desvantagens incidentes entre elementos de radiação e a camada WAIM.

Esta tarefa será solucionada com o objetivo da reivindicação 1. Versões vantajosas são objetivo de outras reivindicações.

De acordo com a invenção, a partir do material da camada WA-IM são produzidos distanciadores em uma retícula regular. Distanciadores e camada WAIM estão, portanto, integralmente ligados (monoliticamente), sendo que a retícula dos distanciadores corresponde a retícula dos elemen- tos de radiação. A retícula pode, por exemplo, ser quadrada, retangular ou hexagonal. Os distanciadores podem ser especialmente conformados como colunas com seção transversal arredondada. A fixação da camada WAIM na placa básica da antena verifica-se vantajosamente nos distanciadores por meios de ligações mecânicas (por exemplo, parafusos), sendo que o número daqueles distanciadores no qual está previsto um meio de ligação depende das necessidades concretas. Especialmente, não precisa estar previsto um meio de ligação em cada distanciador.

De acordo com a invenção, portanto, no lugar da constituição de camadas múltiplas conhecidas (camada WAIM - película adesiva - espuma), que abrangem diferentes materiais, é empregado somente o material da camada WAIM na qual os distanciadores já estão integrados. Pelos distanciadores é criado um separador cheio de ar ou de vácuo entre a camada WAIM e os elementos da antena. As desvantagens mencionadas de conexão com as espumas até agora usadas são totalmente evitadas. Além disso, são dispensados processos complexos de colagem para interligar a camada WAIM com um separador de espuma.

Os distanciadores atribuem à camada WAIM a necessária estabilidade mecânica. Ela é, assim, insensível contra vibração, choque, etc. e adapta-se, portanto, também os casos de empregos robustos.

Como a retícula na qual está integrado o distanciador, corresponde a retícula dos elementos de radiação, a periodicidade natural da antena grupai não será prejudicada, de maneira que dentro da faixa de frequência, para qual a antena grupai está conformada, não podem apresentar-se reflexões de Bragg na superfície da antena. Não precisam ser aceitas falhas na seção transversal de retrodifusão de radar. Desde que não existam exigências maiores quanto à seção transversal de retrodifusão de radar (RCS), alternativamente também são possíveis versões nas quais a retícula dos distanciadores e a retícula dos elementos de radiação não correspondem. Esta retícula alterada terá, todavia, se orientada nos elementos de radiação. Para esta finalidade, a retícula dos distanciadores será de tal modo derivada da retícula dos elementos de radiação está presente apenas para cada elemento de radiação n um distanciador correspondente (e, além disso, não mais estão previstos outros distanciadores). Trata-se, portanto, de uma diluição ou estreitamento definido da retícula original dos distanciadores. Em outras palavras, a estrutura básica da retícula permanece preservada, porém, a medida da retícula (constante de grade) altera-se pelo fator n. No caso, n representa um número natural maior do que 1. A forma descrita da camada WAIM pode especialmente ser alcançada por técnicas de usinagem mecânicas como, por exemplo, chanfra-dura de modo correspondente à sua função como camada WAIM, o material deveria apresentar a mais alta possível constante de dieletricidade e apresentar um ângulo de perda reduzido e a sua espessura de camada deverá ser o mais possível reduzida. Esses materiais dielétricos são comercialmente disponíveis como produtos semiacabados.

Um material adequado para a camada WAIM é, por exemplo, um material dielétrico (produto semiacabado) "C-Stock AK" da empresa Cuming Microwave Corporation, que é disponível com uma constante dielétrica específica do cliente e em tamanhos de produto semiproduzido diferente. Esses materiais podem ser usinados facialmente com meios mecânicos (por exemplo, fresagem).

Para a estabilização mecânica adicional podem ser perfilados do material da camada WAIM estruturas de reforço adicionais na forma de nervuras. A fim de que não exerçam efeitos negativos sobre o grau de transmissão da antena no giro eletrônico, também estas estruturas terão que a-companhar a periodicidade na disposição dos elementos da antena. As nervuras são conformadas de tal modo que sempre interligam dois distanciadores adjacentes. A camada WAIM não precisa necessariamente ser plana ela pode também possuir uma superfície unidimensional ou bidimensional curvada, tendo em vista o emprego em antenas grupais de estruturação conforme e curvadas.

Com a interligação com outras camadas dielétricas, a camada WAIM poderá ser ampliada para um bloco WAIM de camada múltipla.

Exemplos de execução concretos da invenção serão em seguida explicados mais detalhadamente com base em figuras. As figuras mostram: figura 1 uma camada WAIM de acordo com a invenção em representação de 3D com distanciadores dispostos periodicamente; figura 2 uma antena grupai de acordo com a invenção em corte: a) Sem apresentação dos meios de fixação para camada WAIM; b) Com fixação da camada WAIM por trás; c) Com fixação da camada WAIM pela parte frontal;

Figura 3 uma antena grupai de acordo com a invenção bem como a correspondente camada WAIM, em vista superior: a) Placa básica da antena sem camada WAIM, b) Com camada WAIM posicionada na frente (esta última é apresentada transparente), c) Camada WAIM isoladamente. A figura 1 apresenta um exemplo para camada WAIM W de a-cordo com a invenção. A camada W é apresentada em forma transparente (deitada no plano do papel). Salientando-se desta camada W pode-se reconhecer os distanciadores A que nesta conformação são reproduzidos em forma de coluna (com seção transversal circular), bem como as nervuras de reforço R que interligam um distanciador A. O distanciador A e as nervuras de reforço R serão produzidos por chanfradura a partir de um bloco de material. A figura 2 apresenta representações de corte de uma antena grupai de acordo com uma invenção com camada WAIM W precedente. As noções "diante" e "atrás" com relação à antena, são usadas no sentido de que "diante" significa o lado da antena no qual é feita a radiação.

Pode-se reconhecer os distanciadores A dispostos em uma retí-cula regular que estão dispostos nos espaços intermediários entre os diferentes elementos radiadores SE onde encostam na placa básica da ante P. A fixação da camada WAIM W com a placa básica metálica da ante P, isto é, da antena grupai, verifica-se de vários parafusos S (figura 2b, c) que são introduzidos na região dos distanciadores A. No caso, são usados preferencialmente parafusos de material plásticos para não ser influenciado 0 diagrama da antena. Ao todo, os parafusos S produzem uma ancoragem muito estável da camada WAIM W na placa básica P. vantajosamente as propriedades do material do parafuso devem ser as mais similares possíveis ao material da camada WAIM. O número e aposição dos diferentes parafusos serão escolhidos na dependência das exigências de estabilidade que são formuladas em relação a antena. Especialmente, não precisa ser previsto um parafuso em cada distanciador.

Todavia, para manter na menor extensão possível uma influen-ciação do diagrama da antena, será selecionada a disposição dos parafusos preferencialmente na mesma retícula como na retícula predeterminada dos elementos de radiação.

Caso, todavia, o número dos parafusos necessários seja inferior ao número dos distanciadores, a disposição dos parafusos continuará sendo orientada na retícula dos elementos de radiação. Depois, a disposição dos parafusos será de tal forma diluída que somente estará previsto um parafuso em cada n-distanciador (n=2,3,4...).

As figura 2b, c se diferenciam com relação à pergunta a partir de qual direção deve ser feita a fixação da camada WAIM. Isto pode ocorrer tanto pelo lado dorsal (figura 2b) ou pelo lado frontal da antena (figura 2c). nn nqçn Ha fim ítíi 9h aq narísfi icaq 5% cprân íntrnrli i7ÍHrtQ satrsj\/Ác Hsa nlsarai 1 iv*/ vJ C*l I Iv-J L-I * C·* 4** 1«/ y L*/*5 ^v/C*41 C· 11*1 v*# I íSlv*/ III 1*1 U λ** 11*1 d LI d V v*?í^ U d IC-4 v>C3 básica P até os distanciadores A. no caso da figura 2c, os parafusos S serão atravessados pela camada WAIM W na placa básica P.

No tocante às possíveis falhas na seção transversal de retrodifu-são de radar (RCS), é preferido a montagem pela parte dorsal, porém, a fixação pelo lado frontal apresenta, naturalmente, vantagens com relação ao acesso. A figura 3a apresenta uma vista superior à placa básica da ante P com os elementos de radiação SE ali dispostos em uma retícula regular. A figura 3c apresenta a camada WAIM W correspondente aos distanciadores correspondentes A. A retícula dos distanciadores A na camada WAIM corresponde à retícula dos elementos de radiação SE.

Na figura 3b a camada WAIM W (apresentada de forma transparente) está montada na placa básica da antena P, sendo que pode se reconhecer muito bem a correspondência das duas retículas.

REIVINDICAÇÕES

Claims (8)

1. Antena grupai, compreendendo - uma placa básica de antena (P) com uma variedade de elementos de radiação (SE) dispostos em uma retícula regular, bem como - uma camada WAIM (W; WAIM: Wide Angíe Jmpedance Mach -Justaposição de Impedância de Ângulo Largo) para adequação de tmpedân-cia para ângulos de giro grandes, Caracterizada pelo fato de que, a camada WAIM (W) é uma camada monolítica que recobre todos os elementos de radiação (SE) e de cujo material são produzidos distanciadores (A) em uma retícula regular, sendo que a retícula dos distanciadores (A) corresponde a retícula dos elementos de radiação.

2. Antena grupai, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a retícula do elemento de radiação (SE) é quadrada, retangular ou hexagonal.

3. Antena grupai, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que a retícula dos distanciadores (A) é diferente das retí-culas dos elementos de radiação (SE), sendo que a retícula dos distanciadores (A) é de tal modo derivado da retícula dos elementos de radiação (SE) que está presente apenas para cada n-elemento de radiação (SE) com n_2 3 4 um distanciador (A) correspondente.

4. Antena grupai, de acordo com uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que a partir da camada WAIM (W) são trabalhadas nervuras de reforço (R) que interligam sempre dois distanciadores (A) adjacentes.

5. Antena grupai, de acordo com uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que a fixação da camada WAIM (W) na placa básica da ante (P) significa vários distanciadores (A) por meios de conexão mecânicos (S).

6. Antena grupai, de acordo com a reivindicação 5, caracterizada pelo fato de que os meios de ligação mecânicos (S) estão integrados em uma retícula que corresponde a retícula dos distanciadores (A).

7. Antena grupai, de acordo com a reivindicação 5, caracterizada pelo fato de que a retícula dos meios de ligação mecânicos (S) é diferente da retícula dos distanciadores (A), sendo que a retícula dos meios de ligação mecânicos (S) é de tal modo derivada da retícula dos distanciadores (A) que apenas está presente para cada n-distancidor com n=2,3,4... um meio de ligação mecânico correspondente (S).

8. Antena grupai, de acordo com uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que os distanciadores (A) apresentam uma seção transversal redonda.