BR102013003551A2 - sistema de antena para medidas de contador eletrônico - Google Patents

Abstract

sistema de antena para medidas de contador eletrônico. é descrito no presente um sistema de antena (70) para medidas de contador eletrônico, que compreende um conjunto de antena plana (71; 80) de três ou mais antenas de slot sinuoso (712; 81) dispostas de maneira a formar uma treliça de conjunto triangular; em que o conjunto de antena plana (71; 80) possui uma extremidade periférica fechada; cada antena de slot sinuoso (712; 81) inclui uma estrutura de alimentação correspondente (41) disposta sobre uma superfície inferior (713) do conjunto de antena plana (71; 80); e o sistema de antena (70) compreende adicionalmente uma estrutura metálica oca (73) que inclui: uma base (732) que possui uma extremidade periférica fechada; uma parede lateral fechada (733) que se eleva a partir da extremidade periférica fechada da base (732) até uma dada altura (h) na qual a mencionada parede lateral fechada (733) termina com uma extremidade superior fechada; e um oco (731) definido pela mencionada base (732) e pela mencionada parede lateral fechada (733); em que o oco (731) é fechado na parte superior pelo conjunto de antena plana (71; 80) cuja extremidade periférica fechada é fixada sobre/à extremidade superior fechada da estrutura metálica oca (73) e cuja superfície inferior (731) é frontal para o oco (731); o sistema de antena (70) compreende adicionalmente um espaçador de espuma (72) que preenche o oco (731) e mantém as antenas de slot sinuoso (712; 81) espaçadas da base (732) da dada altura (h); em que a dada altura (h) é igual a um quarto do comprimento de onda correspondente a uma frequência central de operação do conjunto de antena (71; 80); em que uma folha absorvente cobre a base (732) sobre o fundo do oco (731) e a mencionada folha absorvente é projetada para absorver correntes da superfície sobre a base (732) sobre o fundo do oco (731); e em que, para cada antena de slot sinuoso (712; 81), a estrutura metálica oca (73) inclui adicionalmente: um elemento afilado refletor correspondente (734), que se protubera a partir da base (732) através da folha absorvente e do espaçador de espuma (72) para o oco (731), é disposto abaixo da mencionada antena de slot sinuoso (712; 81) e é projetado para refletir radiação contrária da mencionada antena de slot sinuoso (712; 81); e uma torre de alimentação correspondente (735), que se protubera a partir da base (732) através da folha absorvente e do espaçador de espuma (712) para o oco (731) até a estrutura de alimentação (41) da mencionada antena de slot sinuoso (712; 81) e é acoplada à estrutura de alimentação (41) da mencionada antena de slot sinuoso (712; 81).

Description

Sistema de antena para medidas de contador eletrônico.

Campo Técnico da Invenção A presente invenção refere-se, de forma geral, a um conjunto de fases com elementos irradiantes de Banda Ultralarga (UWB) e baixo perfil para aplicações em Medição de Contador Eletrônico (ECM) e, particularmente, a um conjunto de antena de slot sinuoso e baixo perfil de UWB para aplicações de ECM. Antecedentes da Invenção Como se sabe, os sistemas ECM devem cobrir uma faixa extremamente larga do espectro de frequências (ou seja, diversas oitavas). Os sensores eletromagnéticos explorados nesses sistemas devem, portanto, ser projetados para cobrir uma faixa de frequências de diversas oitavas que apresentam desempenhos de Rádio Frequência (RF) muito “planos” em termos de ganho, amplitude de feixe de meia potência e nível de perda de retorno de menos de 10 dB.

Além disso, devido a restrições mecânicas e ambientais, os sistemas ECM, especialmente para aplicações em aviões, necessitam de sensores eletromagnéticos de pequeno tamanho, baixo perfil e mecanicamente robustos.

Particularmente, os sensores eletromagnéticos, para que possam ser explorados em conjuntos de fases para aplicações de ECM, devem atender às exigências a seguir: cobertura de espectro de frequência UWB (ou seja, tipicamente 3:1); alta eficiência (tipicamente, mais de 50%); setor de cobertura angular amplo estável com a frequência (tipicamente, ±45° em planos de Elevação e de Azimute na frequência central de operação); integração em treliça de conjunto muito densa, a fim de minimizar a presença de lobos de grade índesejados; estrutura de baixo perfil e pequenas dimensões (ou seja, espessura da estrutura irradiante de menos de λ0/4 em frequência mínima de operação, em queÍAo indica õ comprimento dê òndã correspondente à frequência mínima de operação), a fim de aumentar a capacidade de montagem de fluxo do sistema sobre plataformas de avião, o que fornece a possibilidade de projetar conjuntos de conformação integrados ao revestimento das plataformas de aviões; e capacidade de receber instantaneamente todas as polarizações horizontais, verticais e circulares esquerda e direita de operação do campo eletromagnético (ou seja, a chamada necessidade “não cega").

Em V. H. Rumsey, Frequency Independent Antennas, Anais da Convenção Nacional IRE 1957, págs. 114-118, março de 1957, são descritas antenas independentes de frequências, que possuem desempenhos de RF exclusivos, especificamente capacidade de estabilidade de ganho e estabilidade de padrão em comparação com a faixa de frequências de operação UWB (até várias oitavas), que tornam essas antenas bons candidatos para conjuntos em fases de ECM. Infelizmente, diversas desvantagens, tais como a complexidade da estrutura de alimentação e dimensões em escala de frequências (ou seja, a impossibilidade de povoar treliças de conjuntos “eletricamente densas”), representam obstáculos insuperáveis para o seu uso em conjuntos de fases de ECM.

Estruturas de elementos irradiantes end-fire UWB, tais como Antenas de Slot Afilado (TSA), antenas Vivaldi etc., são atualmente utilizadas, portanto, para povoar conjuntos em fases para aplicações ECM em vez de antenas independentes de frequências planas.

Neste particular, as Figuras 1, 2 e 3 exibem, respectivamente, uma vista em perspectiva, uma vista lateral e uma vista superior de um modelo de Projeto Auxiliado por Computador (CAD) tridimensional (3D) de um conjunto de antena 10 de um exemplo com base em elementos irradiantes Vivaldi.

Os elementos irradiantes Vivaldi apresentam as duas desvantagens não desprezíveis a seguir.

Em primeiro lugar, os elementos irradiantes Vivaldi não são elementos com baixo perfil (na verdade, a corrente flui no plano de irradiação máxima) e a altura total da antena deve ser pelo menos igual â metade do comprimento de onda na frequência de operação mais baixa. Consequentemente, os elementos Vivaldi não podem ser utilizados para povoar aberturas de conformação.

Em segundo lugar, a fim de satisfazer a necessidade de polarização não cega, deve ser utilizado um item adicional, ou seja, um polarizador, para girar o campo irradiado. Desta forma, é possível realizar polarização inclinada a 45° não cega. Por outro lado, a presença do polarizador (e suas perdas) inevitavelmente reduz significativamente a eficiência da antena. Neste particular, a Figura 4 exibe uma vista em perspectiva de um modelo CAD 3D de um conjunto Vivaldi 20 de um exemplo com polarizador para polarização inclinada a 45°. ----- Objeto e Resumo da Invenção O objeto da presente invenção é, portanto, o de fornecer um conjunto de antena que, de forma geral, atenda a todas as exigências de ECM relacionadas anteriormente e, portanto, seja explorável em conjuntos de fases para aplicações de ECM e, particularmente, que reúna as vantagens correspondentes de antenas TSA e antenas independentes de frequência, evitando, ao mesmo tempo, as desvantagens correspondentes descritas anteriormente.

Este objeto é atingido pela presente invenção pelo fato de que se refere a um sistema de antena, conforme definido nas reivindicações anexas.

Particularmente, a presente invenção refere-se a um sistema de antena para Medições de Contagem Eletrônica, em que esse sistema de antena compreende um conjunto de antena plana de três ou mais antenas de slot sinuoso dispostas de maneira a formar uma treliça de conjunto triangular. O conjunto de antena plano possui uma extremidade periférica fechada. Cada antena de slot sinuoso inclui uma estrutura de alimentação correspondente disposta sobre uma superfície inferior do conjunto de antena plana. O sistema de antena de acordo com a presente invenção compreende adicionalmente uma estrutura metálica oca, que inclui: uma base que possui uma extremidade periférica fechada; uma parede lateral fechada que se eleva a partir da extremidade periférica fechada da base até uma dada altura na qual a mencionada parede lateral fechada termina com uma extremidade superior fechada; e um oco definido pela mencionada base e pela mencionada parede lateral fechada. O oco é fechado na parte superior pelo conjunto de antena plana, cuja extremidade periférica fechada é fixa à extremidade superior fechada da estrutura metálica oca ou sobre ela e cuja superfície inferior fica de frente para o oco. O sistema de antena de acordo com a presente invenção compreende adicionalmente um espaçador de espuma que preenche o oco e mantém as antenas de slot sinuoso espaçadas da base da altura fornecida. A altura fornecida é igual a um quarto de comprimento de onda correspondente a uma frequência central de operação do conjunto de antena. O sistema de antena de acordo com a presente invenção compreende adicionalmente uma folha absorvente que cobre a base sobre o lado inferior do oco, em que a mencionada folha absorvente é projetada para absorver correntes da superfície sobre a base sobre o fundo do oco.

Para cada antena de slot sinuoso, a-estrutura metálica oca inclui adicionalmente: um elemento afilado refletor correspondente, que se protubera a partir da base através da folha absorvente e do espaçador de espuma para o oco, é disposto abaixo da mencionada antena de slot sinuoso e é projetado para refletir a radiação contrária da mencionada antena de slot sinuoso; e uma torre de alimentação correspondente, que se protubera a partir da base através da folha absorvente e o espaçador de espuma para o oco até a estrutura de alimentação da mencionada antena de slot sinuoso e que é acoplada à estrutura de alimentação da mencionada antena de slot sinuoso.

Breve Descrição das Figuras Para melhor compreensão da presente invenção, realizações preferidas, que são pretendidas puramente como forma de exemplo e não devem ser interpretadas como limitadoras, serão agora descritas com referência às figuras anexas (todas fora de escala), nas quais: as Figuras 1, 2 e 3 exibem, respectivamente, uma vista em perspectiva, uma vista lateral e uma vista superior de um conjunto de antena com base em elementos irradiantes Vivaldi; a Figura 4 exibe um conjunto Vivaldi com polarizador para polarização inclinada a 45°; a Figura 5 ilustra esquematicamente a geometria de um braço sinuoso isolado de uma antena sinuosa plana conhecida; a Figura 6 exibe esquematicamente uma estrutura de slot sinuoso de uma antena de slot sinuoso conhecida; as Figuras 7a e 7b exibem, em dois níveis de detalhes diferentes, uma estrutura de alimentação para a estrutura de slot sinuoso exibida na Figura 6; as Figuras 8a e 8b exibem, respectiva mente, uma antena de slot sinuoso conhecida com base na estrutura de slot sinuoso e na estrutura de alimentação exibida nas Figuras 6, 7a e 7b e uma estrutura de transição de RF a 90° da mencionada antena de slot sinuoso conhecida; a Figura 9 exibe uma vista em perspectiva de um sistema de antena de acordo com uma primeira realização preferida da presente invenção; a Figura 10 exibe uma vista de todos os componentes do sistema de antena da Figura 9; as Figuras 11a e 11b exibem, respectivamente, uma superfície superior e uma superfície inferior de um componente do sistema de antena das Figuras 9 e 10; -------- --------------- a Figura 12 exibe distâncias de treliça de elementos de antena do sistema de antena das Figuras 9 e 10; a Figura 13 exibe uma vista em perspectiva de um outro componente do sistema de antena das Figuras 9 e 10; a Figura 14 exibe um conjunto de antena modular com base no sistema de antena das Figuras 9 e 10; a Figura 15 exibe um conjunto de antena de slot sinuoso de um sistema de antena de acordo com uma segunda realização preferida da presente invenção; e as Figuras 16 e 17 exibem, respectivamente, o ganho médio de um único elemento e as perdas de varrimento do sistema de antena de acordo com a presente invenção.

Descrição Detalhada de Realizações Preferidas da Presente Invenção A discussão a seguir é apresentada para permitir que os técnicos no assunto elaborem e utilizem a presente invenção. Diversas modificações das realizações serão facilmente evidentes para os técnicos no assunto, sem abandonar o escopo da presente invenção conforme reivindicado. Desta forma, a presente invenção não se destina a limitar-se às realizações exibidas e descritas, mas deve ser de acordo com o escopo mais amplo consistente com os princípios e as características descritas no presente e definidas nas reivindicações anexas.

Particularmente, a presente invenção, que se refere a um sistema de antena para aplicações ECM, será descrita a seguir fazendo-se referência explícita a transmissões de RF sem que isso indique nenhuma perda de generalidade. De fato, o sistema de antena de acordo com a presente invenção, mesmo que a sua operação seja descrita com referência explícita à transmissão, pode também operar, sem a necessidade de modificações, como um sistema receptor de acordo com o princípio de rorinrnriHíaiHA hpm PAnhAridn I CJwl |Ji UvIU CíUC U ví111 I 111ví wl U . A presente invenção surge da ideia do Depositante de explorar, como elementos irradiantes de um conjunto em fases para aplicações de ECM, antenas de slot sinuoso.

Como se sabe (pode-se fazer referência neste particular, por exemplo, à Patente Norte-Americana US 4.658.262), uma antena sinuosa compreende um conjunto de N braços sinuosos idênticos (em que N > 1), tais como N fitas metálicas sinuosas, que repousam sobre uma superfície comum, estendem-se para fora a partir de um ponto comum e são dispostos simetricamente sobre a superfície comum em intervalos de 3607N em volta de um eixo central que contém o ponto comum. Em outras palavras, o conjunto de N braços sinuosos idênticos possui simetria de rotação com relação ao eixo central (ou seja, em volta dele), de tal forma que uma rotação de 3607N graus em volta do mencionado eixo central deixe a estrutura sinuosa geral inalterada. Os braços sinuosos possuem larguras que aumentam com a distância a partir do ponto comum. Convenientemente, a superfície comum pode ser plana, cônica ou piramidal.

Com mais detalhes, cada braço de antena compreende P células de dobras e curvas, em que as mencionadas células são dimensionadas uma com relação à outra e numeradas de 1 a P, em que 1 é a célula mais externa que é a maior e P é a célula mais interna que é a menor. Os raios externo e interno da pa célula genérica (em que 1 < p < P), medidos a partir do ponto comum, são respectivamente indicados como Rp e Rp+1 e são relatados por um primeiro parâmetro de projeto tp, que é um número positivo menor que 1 e define a razão entre o raio interno Rp+1 e o raio externo Rp, ou seja, resulta que tp = Rp+1/Rp.

Para que a geometria de um braço sinuoso seja mais bem compreendida, a Figura 5 ilustra esquematicamente a estrutura geométrica de um braço sinuoso isolado de uma antena sinuosa plana com relação a um sistema de referência bidimensional (2D) de coordenadas polares re Φ centralizadas sobre um ponto C que é o ponto comum a partir do qual se estendem os N braços sinuosos da antena sinuosa plana.

Particularmente, com referência à Figura 5, a equação para a curva da pa célula é fornecida por: com Rp+1 í£ rs Rp, em que ap indica um segundo parâmetro de projeto, que é um número positivo e define a largura angular da pa célula.

Se ap e tp são constantes para todas as células, nomeadamente se são independentes de p, a curva é uma função periódica logarítmica do logaritmo do raio r e, portanto, satisfaz o princípio periódico logarítmico; caso contrário, nomeadamente, se ap e rp não são independentes de p, a curva pode ser indicada como sendo uma curva periódica semilogarítmica. O braço sinuoso é gerado em seguida considerando um terceiro parâmetro de projeto õ que indica um certo número de graus que definem a oscilação da curva sinuosa para criar um braço: novamente, com Rp+1 Rp. É importante destacar que a amplitude de banda da antena sinuosa depende principalmente do tamanho físico da curva sinuosa. Particularmente, o raio máximo externo Rt e o raio mínimo interno Rp referem-se estritamente, respectivamente, à frequência de operação mais baixa ftow e â frequência de operação mais alta fhigh, de tal forma que: em que A/ow e Ahigh indicam, respectivamente, o comprimento de onda associado à frequência de operação mais baixa fiow e o comprimento de onda associado à frequência de operação mais alta fhjgh.

Para uma antena sinuosa em versão slot, ou seja, com N slots sinuosos no lugar dos N braços sinuosos, permanecem válidas as regras de projeto sinuoso básico descritas anteriormente.

Conforme indicado anteriormente, a presente invenção refere-se ao uso, a fim de realizar um conjunto em fases para aplicações de ECM, de um conjunto de antena de slot sinuoso, ou seja, um conjunto de antenas de slot sinuoso.

Particularmente, um sistema de antena para conjuntos em fases ECM de acordo com uma realização preferida da presente invenção compreende um conjunto de antena de slot sinuoso com base em uma antena de slot sinuoso que é apresentada e descrita em A. Manna, P. Baldonero, F. Trotta, Novel UWB Low-Profíle Sinuous Slot Antenna, Anais da 5a Conferência Européia Sobre Antenas e Propagação (EUCAP), Roma, 11 a 15 de abril de 2011, e é uma antena semi-independente de frequências, possui todas as vantagens de antenas independentes de frequências e também possui uma estrutura de alimentação exclusiva e extremamente simples.

Neste particular, faz-se referência à Figura 6, que exibe a estrutura de slot sinuoso (indicado integralmente por 30) proposta em Novel UWB Low-Profile Sinuous Slot Antenna.

Particularmente, a estrutura de slot sinuoso 30 é projetada para operar na faixa de frequências de 6 a 18 GHz e compreende: dois slots sinuosos (ou seja, N = 2) 31 e 32, cada um dos quais pode ser obtido por meio de rotação do outro slot sinuoso em 180° em volta de um ponto central O a partir do qual são medidos os raios das células; e um slot de alimentação reto 33 que conecta as células menores “P" (ou seja, as células mais internas) dos slots sinuosos 31 e 32 e é centralizado com relação ao ponto central O (ou seja, o ponto central O é substancial mente mediano com relação à fenda de alimentação reta 33).

Detalhadamente, a estrutura de slot sinuoso 30 é baseada nos parâmetros a seguir: R, = 12 mm; - RP = 1,5 mm; α = 50°; <5=10°;e 16 células por braço (ou seja, P = 16).

Para a estrutura de slot sinuoso 30, selecionou-se crescimento linear dos slots sinuosos 31 e 32 a fim de garantir largura celular constante, de forma similar a uma espiral de Arquimedes.

Mais detalhadamente, a antena de slot sinuoso descrita no documento mencionado acima é realizada por meio de: fornecimento de um elemento dielétrico em forma de disco fino que possui uma superfície plana frontal e uma superfície plana traseira, em que as duas superfícies mencionadas são metalizadas, ou seja, cobertas por metalizações; corte da estrutura de slot sinuoso 30 na superfície plana frontal do elemento dielétrico em forma de disco, de tal forma que o slot de alimentação reto 33 seja centralizado com relação ao centro do elemento dielétrico em forma de disco (em que o mencionado centro é, portanto, mediano com relação ao mencionado slot de alimentação reto 33); e elaboração, sobre a superfície plana traseira do elemento dielétrico em forma de disco, de uma estrutura de alimentação para alimentar a estrutura de slot sinuoso 30 através do slot de alimentação reto 33, em que a elaboração da estrutura de alimentação inclui a remoção da(s) metalização(ões) das áreas da superfície plana traseira não ocupadas pela mencionada estrutura de alimentação, de forma a expor o dielétrico subjacente.

Conveníentemente, o elemento dielétrico em forma de disco pode ser obtido, por exemplo, a partir de um laminado Rogers RT/Duroid® com espessura de 0,254 mm. A partir da Figura 6, é possível observar que a estrutura de slot sinuoso 30 não explora toda a área disponível sobre as superfícies frontal e traseira do elemento dielétrico. Essa estratégia parece ser desvantajosa devido ao comprimento total inferior das células externas que ressonam consequentemente em frequência mínima mais alta. Na verdade, essa escolha esconde uma vantagem muito atraente, nomeadamente a possibilidade de exploração da parte metálica livre da superfície plana frontal do elemento dielétrico em forma de disco na forma de plano de terra para uma microfita impressa sobre a superfície plana traseira do elemento dielétrico em forma de disco. Desta forma, é possível alimentar os slots sinuosos 31 e 32 por meio de uma microfita que termina com um terminal aberto em forma de ventilador UWB que causa o fluxo do sinal RF no slot de alimentação reto 33 e, em seguida, nos slots sinuosos 31 e 32. ----------Para que a estrutura de alimentação da estrutura de slot sinuoso 30 seja mais bem compreendida, faz-se referência às Figuras 7a e 7b, em que a Figura 7a exibe a superfície plana traseira (indicada por 40) do elemento dielétrico em forma de disco e a Figura 7b é uma vista em zoom de uma região central da mencionada superfície plana traseira 40 que se estende em volta do seu ponto central O' (nas Figuras 7a e 7b, o elemento dielétrico em forma de disco não é conhecido por motivo de clareza de ilustração).

Conforme exibido nas Figuras 7a e 7b, sobre a superfície plana traseira 40, é realizada uma estrutura de alimentação 41, que inclui uma linha de alimentação 42 na forma de fita reta que: estende-se radial mente a partir do ponto central O' em uma posição mediana com relação ao slot de alimentação reto 33 (nomeadamente, o ponto central O' é mediano com relação ao slot de alimentação reto 33); é perpendicular ao slot de alimentação reto 33; possui largura previamente definida Wm paralelamente ao slot de alimentação reto 33; e termina, no ponto central O’, com um terminal aberto em forma de ventilador 43.

Particularmente, a linha de alimentação reta 42 e o terminal aberto em forma de ventilador 43 estendem-se a partir de lados opostos do Slot de alimentação reto 33 e possuem um único eixo de simetria que é perpendicular ao slot de alimentação reto 33 e passa através do ponto central O’.

Conforme indicado anteriormente, na elaboração da linha de alimentação 42 e do terminal aberto em forma de ventilador 43, a(s) metalização(ões) nas áreas da superfície plana traseira 40 não ocupadas pela mencionada linha de alimentação 42 nem pelo mencionado terminal aberto em forma de ventilador 43 é(são) removida(s), de forma a expor o dielétrico subjacente. Em outras palavras, após a elaboração da linha de alimentação 42 e do terminal aberto em forma de ventilador 43, sobre a superfície plana traseira 40 do elemento dielétrico em forma de disco, apenas a(s) metalização(ões) que define(m) a mencionada linha de alimentação 42 e o mencionado terminal aberto em forma de ventilador 43 estão presentes, enquanto o dielétrico ê exposto no restante da mencionada superfície plana traseira 40.

Convenientemente, a fim de minimizar a reflexão devido à falta de coincidência entre a estrutura de alimentação 42 e a estrutura de slot sinuoso 30, a largura Wm da linha de alimentação 42 e o raio RFeo tamanho angular 0F do terminal aberto em forma de ventilador 43 (medido, respectivamente, a partir do ponto central O’ e, com relação ao eixo de simetria ou ao slot de alimentação reto 33) pode ser otimizado para atingir perda de retorno de menos de -15 dB na faixa de frequências de 6 a 18 GHz.

Como a estrutura de Slot sinuoso 30 possui um padrão de radiação bidirecional, nomeadamente, durante o uso, ele irradia para a frente e para trás, é necessária uma cavidade traseira metálica adequada. Para uma faixa de frequências 3:1, é possível explorar facilmente a radiação contrária por meio de uma cavidade metálica espaçada da superfície plana superior de cerca de λο/4 na frequência central de operação (em que λ0 indica o comprimento de onda correspondente à frequência central de operação). Além disso, a cavidade também é projetada para alimentar adequadamente a estrutura de alimentação 41 e, portanto, a estrutura de slot sinuoso 30 por meio de uma estrutura de transição de RF.

Para que a estrutura de transição de RF seja mais bem compreendida, faz-se referência às Figuras 8a e 8b, em que a Figura 8a é uma vista em perspectiva da antena de Slot sinuoso gerai (indicada como um todo por 50) proposta em Novel UWB Low-Profile Sinuous Slot Antenna e a Figura 8b é uma vista em perspectiva em zoom apenas de uma estrutura de transição de RF a 90° (indicada como um todo por 60) empregada na mencionada antena de slot sinuoso 50.

Particularmente, a estrutura de transição de RF a 90° 60 compreende um conector GPO® (explorado devido ao pequeno tamanho da antena 50). Detalhadamente, o pino da esfera de conector GPO® é soldado sobre a superfície plana superior (indicada por 51) da antena de slot sinuoso 50. Desta forma, por meio de metálico por meio do orifício, o sinal de RF trafega através da linha de alimentação 42 até o slot de alimentação reto 33. A antena de slot sinuoso proposta em Novel UWB Low-Profile Sinuous Slot Antenna apresenta excelente desempenho de RF em termos de ganho no eixo ótico, amplitude de feixe em meia potência e nível de perda de retorno. Com referência à presente invenção, as Figuras 9 e 10 exibem, respectivamente: uma vista em perspectiva de um modelo CAD 3D de um sistema de antena (indicado nas Figuras 9 e 10 de forma integral por 70) de acordo com uma primeira realização preferida da presente invenção; e uma vista de todos os componentes do sistema de antena 70. O sistema de antena 70 é projetado para cobrir uma faixa de frequências 3:1 diretamente em polarização inclinada a 45° (sem a necessidade de polarizador); ele é especificamente projetado para operar em uma faixa de frequências de 6 a 18 GHz, de forma a ser um sistema de antena UWB.

Conforme exibido nas Figuras 9 e 10, o sistema de antena 70 inclui: um conjunto de antena de slot sinuoso 71; um espaçador de espuma 72; e - uma estrutura metálica oca 73.--------------------- Particularmente, a estrutura metálica oca 73 possui um oco 731 que é fechado na parte superior, ou seja, tampado, pelo conjunto de antena de slot sinuoso 71 e o espaçador de espuma 72 preenche o mencionado oco 731.

Detalhadamente, o conjunto de antena de slot sinuoso 71 inclui: uma folha dielétrica que possui uma superfície superior 711, uma superfície inferior e uma extremidade periférica fechada, em que a superfície superior 711 é metalizada; e doze antenas de slot sinuoso 712 elaboradas, ou seja, formadas, na folha dielétrica, especificamente cada uma em uma parte correspondente da folha dielétrica e dispostas de maneira a formar uma treliça de conjunto triangular com duas fileiras de seis elementos. É importante ressaltar o fato de que o número das antenas de slot sinuoso pode ser diferente de doze. De fato, ele pode ser maior ou igual a três, de forma a permitir uma disposição de rede triangular das antenas de slot sinuoso.

Preferencialmente, cada uma das antenas de slot sinuoso 712 inclui a estrutura slot sinuosa 30 e a estrutura de alimentação 41 propostas em Novel UWB Low-Profile Sinuous Slot Antenna e descritas anteriormente. Diferentemente de Novel UWB Low-Profile Sinuous Slot Antenna, entretanto, no sistema de antena 70, as doze antenas de slot sinuoso 712 são impressas sobre uma única folha dielétrica e, portanto, o sistema de antena 70 é projetado de forma a considerar e administrar adequadamente o acoplamento mútuo entre as antenas de slot sinuoso 712.

Neste particular, as Figuras 11a e 11b exibem, respectivamente: a superfície superior 711 da folha dielétrica na qual são impressas as doze estruturas de slot sinuoso 30 das doze antenas de slot sinuoso 719· a I i z, c a superfície inferior (indicada por 713) da folha dielétrica na qual são impressas as doze estruturas de alimentação 41 das doze antenas de slot sinuoso 712.

Conforme descrito anteriormente, cada estrutura de alimentação 41 inclui a linha de alimentação reta 42, que termina, em uma primeira extremidade, com o terminal aberto em forma de ventilador 43 e, em uma segunda extremidade, com uma parte posterior projetada para acoplamento de transição de RF a 90°.

Além disso, a fim de minimizar a presença de lobos de grade, foi selecionada uma treliça de conjunto triangular. Neste particular, a Figura 12 exibe as distâncias de treliça selecionadas como boa compensação entre a área alocada ao elemento isolado (ou seja, quanto mais larga a área, mais baixo é a frequência mínima de operação) e a presença de lobos de grade. Particularmente, conforme exibido na Figura 12, antenas de slot sinuoso adjacentes 712 dispostas ao longo de uma única fileira são espaçadas entre si (particularmente, os centros das mencionadas antenas de slot sinuoso adjacentes 712 são espaçados entre si) de dAz = 3/2 Ámin e as fileiras são colocadas lado a lado não alinhadas, de maneira a formar a treliça de conjunto triangular e são espaçadas (particularmente os eixos que contêm os centros das antenas de slot sinuoso correspondentes 712) entre si em dEi = 7/6 Ámin, em que Ámin indica o comprimento de onda correspondente à frequência de operação mais baixa na qual o sistema de antena 70 é projetado para operar, ou seja, transmitir e receber.

Com a treliça apresentada, o conjunto de antena de slot sinuoso 71 cobre uma faixa de frequências mais ampla que uma oitava (ou seja, 3:1).

Novamente com referência às Figuras 9 e 10, o conjunto de antena de slot sinuoso 71 é disposto de forma a fechar na parte superior, ou seja, tampar, o oco 731 da estrutura metálica oca 73, de tal forma que a superfície inferior 713 da folha dielétrica fique de frente para o mencionado oco 731. O espaçador de espuma 72 (tal como ROHACELL® 71HF) é inserido no oco 731 para garantir a distância correta entre o conjunto de antena de slot sinuoso 71 e o fundo do oco 731.

Além disso, a Figura 13 exibe uma vista em perspectiva da estrutura metálica oca 73, que inclui: uma base 732 que possui uma extremidade periférica fechada e possui tamanho e formato substancialmente correspondentes ao tamanho e ao formato do conjunto de antena de slot sinuoso 71, particularmente da folha dielétrica; uma parede lateral fechada 733 que se eleva, ou seja, estende-se para cima, a partir da extremidade periférica fechada da base 732 até uma dada altura H na qual a mencionada parede lateral fechada 733 termina com uma extremidade superior fechada correspondente à extremidade periférica fechada da folha dielétrica; o oco 731 definido pela mencionada base 732 e pela mencionada parede lateral fechada 733; elementos afilados refletores 734 que se protuberam a partir da base 732 por meio do espaçador de espuma 72 para o oco 731, são moldados substancialmente na forma de cúpulas ou cones circulares ou cones circulares truncados e cada um deles é disposto em uma posição respectiva, correspondente à posição de uma antena de slot sinuoso correspondente 712 sobre a folha dielétrica, de maneira a formarem, todos juntos, uma treliça de conjunto triangulaiLcorrespondente à treliça de conjunto triangular formada pelas doze antenas de slot sinuoso 712; e torres de alimentação 735 que se protuberam a partir da base 732 através do espaçador de espuma 72 para o oco 731 até a dada altura H, que são dispostas cada qual em uma posição respectiva correspondente à posição da parte posterior da linha de alimentação 42 de uma antena de slot sinuoso correspondente 712 sobre a superfície inferior 713 da folha dielétrica e terminam na dada altura H, cada qual com uma parte de conexão correspondente projetada para formar, com a parte posterior da linha de alimentação 42 da antena de slot sinuoso correspondente 712, um acoplamento de transição de RF a 90° baseado em metálico por meio da propagação de orifício dos sinais de RF entre a mencionada parte de conexão correspondente e a mencionada parte posterior da linha de alimentação 42.

Além disso, uma folha absorvente de um material absorvente cobre a base 732 sobre o fundo do orifício 731, em que os elementos afilados refletores 734 e as torres de alimentação 735 protuberam-se a partir da base 732 para o oco 731 através da folha absorvente e do espaçador de espuma 72.

Novamente com referência à Figura 9, no sistema de antena 70, a extremidade periférica fechada da folha dielétrica do conjunto de antena de slot sinuoso 71 é fixa, tal como colada, sobre ou à extremidade superior fechada da parede lateral fechada 733 da estrutura metálica oca 73, de forma a fechar, ou seja, tampar, o oco 731, de tal forma que a superfície inferior 713 da folha dielétrica fique de frente para o mencionado oco 731.

Convenientemente, a base 732, a parede lateral fechada 733 e os elementos afilados refletores 734 são elaborados integralmente em um pedaço de material metálico.

Preferencialmente, cada uma das partes de conexão das torres de alimentação 735 inclui a estrutura de transição de RF a 90° 60 com o conector GPO® proposto em Novel UWB Low-Profile Sinuous Slot Antenna e descrito anteriormente.

Conforme exibido nas Figuras 10 e 13, a estrutura metálica oca 73 não possui paredes metálicas internas que se protuberam no oco 731 e, desta forma, dedicou-se atenção específica ao projeto desse item.

Além disso, a presença e o formato dos elementos afilados refletores 734 possui objeto duplo: eles refletem eficientemente a radiação traseira da antena para atingir um padrão de conjunto unidirecional; e eles evitam a presença de ressonâncias espúrias internas. ___ Além disso, a folha absorvente é disposta sobre o fundo do oco 731, a fim de, durante o uso, absorver as correntes de superfície sobre ela (ou seja, sobre o fundo do oco 731, nomeadamente sobre a base 732) e evitar radiações traseiras destrutivas.

Convenientemente, a dada altura H da parede lateral fechada 733 e das torres de alimentação 735 é igual a AJA, em que An indica o comprimento de onda na frequência central de operação fn na qual o sistema de antena 70 é projetado para operar, ou seja, transmitir e receber. O espaçador de espuma 72 preenche o oco 731, de forma a manter o conjunto de antena de slot sinuoso 71 e o fundo do oco 731 espaçados da dada altura H. Essa dada altura H que, portanto, é substancialmente a altura do sistema de antena geral 70 faz com que o mencionado sistema de antena 70 possua perfil baixo.

Convenientemente, o conjunto de antena de slot sinuoso 71, o espaçador de espuma 72 e a estrutura metálica oca 73 são colados entre si por meio de adesivo estrutural (tal como Araldite AV138) para garantir robustez estrutural.

Uma característica importante adicional do sistema de antena 70 é o formato, particularmente o perfil lateral, do mencionado sistema de antena 70. De fato, o perfil lateral da base 732, da parede lateral fechada 733 e do conjunto de antena de slot sinuoso 71 é substancialmente senoidal, de forma a permitir a colocação de dois ou mais sistemas de antena 70 lado a lado para formar uma estrutura modular Neste particular, a Figura 14 exibe um conjunto modular de 24 elementos slot sinuosos realizado utilizando dois “conjuntos de doze elementos slot sinuosos”, particularmente dois sistemas de antena 70 nos quais nenhuma alteração nas distâncias intermediárias entre os elementos e nenhuma modificação da mecânica (ou seja, da estrutura metálica oca 73) foi introduzida.

Além disso, uma segunda realização preferida da presente invenção refere-se a um sistema de antena que difere do sistema de antena 70 de acordo com a primeira realização preferida apenas no conjunto de antena de slot sinuoso.

Particularmente, de acordo com a mencionada segunda realização preferida da presente invenção, as estruturas de slot sinuoso de antenas de slot sinuoso dispostas ao longo de uma mesma fileira são conectadas.

Neste particular, a Figura 15 exibe um conjunto de antena de slot sinuoso 80 de um sistema de antena de acordo com a segunda realização preferida da presente invenção, o mencionado conjunto de antena de slot sinuoso 80 que compreende duas fileiras de seis antenas de slot sinuoso 81, cada qual com uma estrutura de slot sinuoso correspondente 82 com dois slots sinuosos (similar à estrutura de slot sinuoso 30 descrita anteriormente).

Conforme exibido na Figura 15, a estrutura de slot sinuoso 82 de cada antena de slot sinuoso 81 que possui duas antenas de slot sinuoso adjacentes 81 ao longo de uma mesma fileira possui: a célula maior e mais externa (ou seja, a célula “1”) de um de seus dois slots sinuosos conectados à célula maior e mais externa de um slot sinuoso de uma das duas antenas de slot sinuoso adjacentes 81; e a célula maior e mais externa (ou seja, a célula “1”) do outro de seus dois slots sinuosos conectados à célula maior e mais externa de um slot sinuoso da outra das duas antenas de slot sinuoso adjacentes 81.

Desta forma, cada antena de slot sinuoso isolada 81 é carregada com as vizinhas, o comprimento elétrico total da antena cresce significativamente e, portanto, a frequência mínima de operação cai.

Na Figura 16, é exibido o ganho médio do elemento isolado do sistema de antena 70 no eixo ótico com relação à frequência. Particularmente, o gráfico exibido na Figura 16 foi calculado medindo-se o padrão de todos os doze elementos de uma vez, com os outros elementos carregados a 50 Ohm. Em seguida, por meio de pós-processamento, foi obtido o ganho médio do elemento no eixo ótico.

Além disso, na Figura 17, são exibidas as perdas de varrimento do sistema de antena 70 em quatro pontos de direcionamento específicos com relação à frequência. Os pontos de varrimento são, respectivamente, (Az, El) = (30°, 0°), (45°, 0°), (0o, 30°) e (0o, 45°). As curvas exibidas na Figura 17 representam as “perdas” de ganho de conjunto nos pontos de direcionamento relacionados anteriormente em comparação com o eixo ótico.

As vantagens da presente invenção são claras a partir do acima. Particularmente, é importante destacar o fato de que a presente invenção pode ser convenientemente explorada para elaborar conjuntos em fases que atendem totalmente às exigências de ECM, nomeadamente que apresentam todas as características a seguir: cobertura de espectro de frequência UWB (ou seja, 3:1); alta eficiência; setor de ampla cobertura angular estável com a frequência; integração em treliça de conjunto muito densa, a fim de minimizar a presença de lobos de grade indesejados; estrutura de baixo perfil e pequenas dimensões, a fim de aumentar a capacidade de montagem de fluxo do sistema sobre plataformas de avião, o que fornece a possibilidade de projeto de conjuntos de conformação integrados ao revestimento das plataformas de aviões; e - ___capacidade de receber instantaneamente todas as polarizações horizontais, verticais e circulares esquerda e direita de operação.

Por fim, fica claro que podem ser realizadas diversas modificações e variações da presente invenção, todas enquadrando-se dentro do escopo da presente invenção, conforme definido nas reivindicações anexas.

Claims (12)

1. Sistema de antena (70) para Medidas de Contador Eletrônico, caracterizado por compreender um conjunto de antena plana (71; 80) de três ou mais antenas de Slot sinuoso (712; 81) dispostas de maneira a formar uma treliça de conjunto triangular; em que o conjunto de antena plana (71; 80) possui uma extremidade periférica fechada; em que cada antena de slot sinuoso (712; 81) inclui uma estrutura de alimentação correspondente (41) disposta sobre uma superfície inferior (713) do conjunto de antena plana (71; 80); em que o sistema de antena (70) compreende adicionalmente uma estrutura metálica oca (73), que inclui: uma base (732) que possui uma extremidade periférica fechada; uma parede lateral fechada (733) que se eleva a partir da extremidade periférica fechada da base (732) até uma dada altura (H) na qual a mencionada parede lateral fechada (733) termina com uma extremidade superior fechada; e um oco (731) definido pela mencionada base (732) e pela mencionada parede lateral fechada (733); em que o oco (731) é fechado na parte superior pelo conjunto de antena plana (71; 80), cuja extremidade periférica fechada é fixada sobre ou à extremidade superior fechada da estrutura metálica oca (73) e cuja superfície inferior (713) é frontal ao oco (731); em que o sistema de antena (70) compreende adicionalmente um espaçador de espuma (72) que preenche o oco (731) e mantém as antenas de slot sinuoso (712; 81) espaçadas da base (732) da dada altura (H); em que a altura fornecida (H) é igual a um quarto de comprimento de onda correspondente a uma frequência central de operação do conjunto de antena (71; 80); em que uma folha absorvente cobre a base (732) sobre o fundo do oco (731), em que a mencionada folha absorvente é projetada para absorver correntes da superfície sobre a base (732) sobre o fundo do oco (731); e em que, para cada antena de slot sinuoso (712; 81), a estrutura metálica oca (73) inclui adicionalmente: um elemento afilado refletor correspondente (734), que se protubera a partir da base (732) através da folha absorvente e do espaçador de espuma (72) para o orifício (731), é disposto abaixo da mencionada antena de slot sinuoso (712; 81) e é projetado para refletir radiação contrária da mencionada antena de slot sinuoso (712; 81); e uma torre de alimentação correspondente (735), que se protubera a partir da base (732) através da folha absorvente e do espaçador de espuma (72) para o orifício (731) até a estrutura de alimentação (41) da mencionada antena de slot sinuoso (712; 81) e que é acoplada à estrutura de alimentação (41) da mencionada antena de slot sinuoso (712; 81).

2. Sistema de antena de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a treliça de conjunto triangular compreende duas ou mais fileiras de antenas de slot sinuoso (712; 81); em que antenas de slot sinuoso adjacentes (712; 81) em uma mesma fileira são espaçadas em uma primeira distância igual a três metades de um comprimento de onda correspondente à frequência de operação mais baixa do conjunto de antena (71; 80); e em que fileiras adjacentes são espaçadas entre si em uma segunda distância igual a sete sextos do comprimento de onda correspondente à frequência de operação mais baixa do conjunto de antena (71; 80).

3. Sistema de antena de acordo com qualquer das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o conjunto de antena plana (71; 80) inclui uma folha dielétrica que possui uma superfície superior (711) e uma superfície inferior (713); em que a superfície superior (711) da folha dielétrica é metalizada; em que cada antena de slot sinuoso (712; 81) é elaborada em uma parte correspondente da folha dielétrica; e em que as estruturas de alimentação (41) das antenas de slot sinuoso (712; 81) são formadas sobre a superfície inferior (713) da folha dielétrica.

4. Sistema de antena de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a estrutura de alimentação (41) de cada antena de slot sinuoso (712; 81) inclui uma parte posterior projetada para transição de rádio frequência a 90°; e__ em que cada torre de alimentação (735) inclui uma parte de conexão, que é projetada para transição de rádio frequência a 90° e que é acoplada à parte posterior da estrutura de alimentação (41) da antena de slot sinuoso correspondente (712; 81).

5. Sistema de antena de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que cada antena de slot sinuoso (712) inclui uma estrutura de slot sinuoso correspondente (30); e em que as estruturas de slot sinuoso (30) de diferentes antenas de slot sinuoso (712) não estão conectadas.

6. Sistema de antena de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que cada antena de Slot sinuoso (81) inclui uma estrutura de slot sinuoso correspondente (82); em que a treliça de conjunto triangular compreende duas ou mais fileiras de antenas de slot sinuoso (81); e em que as estruturas de slot sinuoso (82) das antenas de slot sinuoso (81) em uma mesma fileira são conectadas.

7. Sistema de antena de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que a estrutura de slot sinuoso (82) de cada antena de slot sinuoso (81) inclui dois slots sinuosos; e em que a estrutura de slot sinuoso (82) de cada antena de slot sinuoso (81) adjacente a duas antenas de slot sinuoso (81) em uma mesma fileira possui: a célula mais externa de um de seus dois slots sinuosos conectada à célula mais externa de um slot sinuoso de uma das duas antenas de slot sinuoso adjacentes (81); e a célula mais externa do outro de seus dois slots sinuosos conectada à célula mais externa de um slot sinuoso da outra das duas antenas de slot sinuoso adjacentes (81).

8. Sistema de antena de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o conjunto de antena plana (71; 80) é um conjunto de antena plana ou conforme.

9. Sistema de antena modular caracterizado por compreender diversos sistemas de antena (70) conforme definido em qualquer das reivindicações anteriores, em que os sistemas de antena (70) são colocados lado a lado, de maneira a formar uma estrutura de antena modular.

10. Sistema de antena modular de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o perfil lateral de cada sistema de antena (70) é senoidal. — ___

11. Sistema de conjunto em fases para Medidas de Contador Eletrônico, caracterizado por compreender o sistema de antena (70) conforme definido em qualquer das reivindicações 1 a 8 ou o sistema de antena modular conforme definido em qualquer das reivindicações 9 ou 10.

12. Sistema de Medida de Contador Eletrônico, caracterizado por compreender o sistema de antena (70) conforme definido em qualquer das reivindicações 1 a 8 ou o sistema de antena modular conforme definido em qualquer das reivindicações 9 ou 10.