BRPI0802273A2 - conjunto radiante tridimensional assimÉtrico - Google Patents
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Abstract
Conjunto radiante tridimensional assimétrico. Formado por uma antena Yagi-Uda (YU) modificada (10, 10'), cujo padrão de radiação assimétrico em elevação é provido pela estrutura tridimensional da antena, estrutura esta formada pelo posicionamento dos elementos parasiticos (12a, 12b, 12c, 12d) progressivamente mais afastado do eixo longitudinal (15) da antena, substancialmente horizontal, as posições dos ditos elementos parasíticos estando situadas ao longo de um eixo curvo (18) com a concavidade voltada para baixo e cuja porção proximal tangencia o dito eixo longitudinal (15), bem como pelo provimento de um refletor plano de material condutor. A referida antena é alimentada por meio de um balun de microfita (14) caracteristico das antenas Quasi-Yagi (QY).
Description
CONJUNTO RADIANTE TRIDIMENSIONAL ASSIMÉTRICO
Campo da invenção
Refere-se a presente invenção ao mapeamento de solo efetuado apartir de aeronaves providas de equipamentos de radar e, maisparticularmente, à otimização dos diagramas de radiação mediante ouso de sistemas radiantes modificados.Antecedentes da invenção
A necessidade de mapear grandes extensões de terra num prazolimitado tem levado à adoção de técnicas baseadas em varreduras doterreno feitas a partir de plataformas situadas em posições elevadascom relação à área que se deseja mapear. Uma destas técnicas baseia-se no uso de aerofotogrametria, que consiste na captura, por meio decâmera, de pelo menos duas imagens, tomadas a partir de pontosdiferentes, que posteriormente são interpoladas por meios deequipamentos específicos a fim de fornecer dados topográficos ealtimétricos da área de interesse. A desvantagem do uso de técnicasvisuais consiste no fato de depender das condições atmosféricasfavoráveis, principalmente da ausência de nuvens entre a câmera e oterreno. Dependendo da região e da época do ano, a realização podedemandar um tempo excessivo. Ademais, a tomada de imagensfotográficas somente pode ser feita durante o dia, e mesmo assim, emhorários em que não existirem sombras pronunciadas.
O uso de ondas de radar para efetuar tais levantamentosapresenta-se altamente vantajoso, uma vez que a propagação das ondaseletromagnéticas em determinadas faixas de freqüência não é afetadapelas condições atmosféricas. Ademais, dado o fato de que os sistemasde radar provêm sua própria "iluminação", os levantamentos podem serfeitos tanto de dia como à noite.
A precisão das imagens obtidas por meio de radar depende dasdimensões relativas da antena utilizada, isto é, antenas maiores (emtermos de comprimento de onda) fornecem imagens mais detalhadas.Assim sendo, para uma determinada dimensão física da antena, o usode freqüências mais elevadas iria resultar numa antena "maior" emtermos de comprimento de onda. No entanto, a propagação de sinaiseletromagnéticos de freqüências mais elevadas pode ser prejudicadapelas condições atmosféricas, tais como, por exemplo, um excessivo teorde umidade. Caso o levantamento mediante radar seja efetuadoutilizando técnicas tradicionais, o nível de detalhamento das imagensobtidas resulta insatisfatório, posto que o tamanho das antenas élimitado pelas dimensões da aeronave que transporta o equipamento.Uma solução que permite contornar tal limitação consiste no uso detécnicas de abertura sintética, conhecidas pela sigla SAR {SyntheticAperture Radar). Baseia-se esta técnica no movimento da antena deradar ao longo de uma trajetória definida, durante o qual são emitidossucessivos sinais de radar e captados os respectivos ecos de retorno, osquais são processados mediante técnicas computacionais para fornecerimagens com alta resolução.
O uso da técnica SAR permite utilizar, como plataformas móveisnas quais são montados os equipamentos radar, aeronaves de pequenoou médio porte, uma vez que a precisão do mapeamento passa aindepender das dimensões físicas das antenas utilizadas.
Os mapeamentos feitos com técnica SAR compreendem, portanto,uma série de vôos em trajetórias paralelas, cobrindo o território deinteresse, e posterior processamento dos sinais resultantes.
Num sistema SAR tradicional, a antena irradia na direçãovertical, e a faixa de terreno coberta depende da largura do feixe deradiação utilizado. As limitações inerentes a tal tipo de sistema reduzema faixa que pode ser varrida em cada trajetória, de modo a necessitaruma grande quantidade de vôos paralelos para o mapeamento da áreade interesse.
A utilização de dois sistemas radiantes com os feixes apontandopara os lados da trajetória de vôo permitiria aumentar a largura dafaixa de terreno coberta em cada passe, reduzindo o número de passese, portanto, o tempo necessário para realizar o mapeamento. Estasolução esbarra no problema de requerer sistemas radiantes com altadirecionalidade, a fim de evitar a interferência mútua dos ecos captadospelas duas antenas, condição esta que é de difícil obtenção nossistemas aerotransportados, posto que as dimensões das aeronaveslimitam as dimensões físicas das antenas, e, consequentemente, a suadirecionalidade.Objetivos da invenção
Em vista do exposto, tem como objetivo a presente invenção oprovimento de sistemas radiantes em aplicações SAR comcaracterísticas direcionais superiores àquelas providas pelas antenastradicionais.
Outro objetivo consiste no provimento de antenas de dimensõesrelativamente reduzidas, que permitam a utilização de aeronaves depequeno ou médio porte.
Descrição resumida da invenção
Os objetivos acima, bem como outros, são atingidos pela invençãomediante o provimento de um conjunto radiante compreendendo pelomenos dois sistemas radiantes formados, cada um, pela combinação dobalun de microfita costumeiramente utilizado nas antenas planaresQuasi-Yagi (QY) com uma antena Yagi-Uda (YU) modificada pelodeslocamento progressivo das posições dos diretores relativamente aoeixo longitudinal da antena bem como pela utilização de um refletorformado por uma superfície de material condutor, o conjunto formadopelo driver, diretores e refletor constituindo uma estrutura de antenatridimensional.
De acordo com outra característica da invenção, o elementoradiante (driver) bem como os diretores, permanecem semelhantes aosde uma antena YU, ou seja, são hastes cilíndricas de metal.
De acordo com outra característica da invenção, o refletor éconstituído por uma superfície condutora plana, sendo o eixolongitudinal da antena projetando-se substancialmente perpendicular aesta superfície.De acordo com outra característica da invenção, o dito refletorconsiste numa superfície condutora vertical estando o dito eixolongitudinal orientado numa direção substancialmente horizontal.
De acordo com outra característica da invenção, a estruturatridimensional da antena resulta na produção de um feixe de radiaçãoassimétrico no plano vertical e substancialmente simétrico no planoázimutal.
De acordo com outra característica da invenção, o balun foi girado90° para baixo em relação ao eixo longitudinal da antena e modificadopara ser mais compacto que o equivalente de uma antena QY.
De acordo com outra característica da invenção, a assimetria dodiagrama de radiação é provida pelo deslocamento progressivo daposição dos diretores com relação ao eixo longitudinal da antena.
De acordo com outra característica da invenção, dito conjuntoradiante compreende pelo menos dois sistemas radiantes localizados,cada um, em um dos lados da fuselagem da aeronave utilizada comoplataforma, compreendendo cada sistema um balun e uma antena YUmodificada.
De acordo com outra característica da invenção, o elementorefletor de cada antena YU modificada é provido pela superfíciecondutora lateral da fuselagem à qual a base de dita antena se encontraafixada.
De acordo com outra característica da invenção, as referidasantenas estão posicionadas de modo a fazer com que o diagrama deradiação em elevação apresente seu mínimo na direção perpendicularao plano horizontal, isto é, na direção do solo.Descrição da figuras
As demais vantagens e características da presente invenção serãomelhor expostas através da descrição de formas preferidas derealização, dadas a título exemplificativo e não num sentido delimitação, e das figuras que a ela se referem, nas quais:A figura 1 ilustra o conjunto de antenas afixado à fuselagem deuma aeronave, segundo os princípios da invenção.
A figura 2 detalha uma das antenas do conjunto, de acordo comos princípios da invenção.
A figura 3 ilustra uma das antenas do conjunto em vista superior.
A figura 4 ilustra a antena da figura anterior, vista em elevaçãolateral, de acordo com os princípios da invenção.
A figura 5 ilustra em detalhe o balun, de acordo com os princípiosda invenção.
A figura 6 ilustra as larguras do feixe irradiado em função dafreqüência, em azimute e em elevação.
A figura 7 ilustra o padrão de radiação em elevação, na freqüênciade 400MHz.
A figura 8 ilustra as curvas de rejeição entre os ângulos de 20° e70° para três freqüências diferentes, referentes à antena ilustrada nasfiguras 1 a 4.
A figura 9 ilustra o ganho da antena para três disposições físicasdos diretores, de acordo com os princípios da invenção.
A figura 10 ilustra, através de uma vista em elevação, as posiçõesdos diretores com referência ao eixo longitudinal da antena, numaconcretização particular da invenção.Descrição detalhada da invenção
Fazendo referência, agora, às figuras 1 e 2, compreende oconjunto radiante objeto da presente invenção dois sistemas radiantescompreendendo duas antenas 10 e 10' instaladas nas laterais 17 e 17'da fuselagem 16 de uma aeronave. Cada antena compreende um dipolode meia-onda formado por dois elementos colineares 11 de % de onda,alimentados por uma linha balanceada 13 formada por dois condutoresparalelos 24 e 25, ilustrados em maior detalhe na Fig. 5.
De acordo com esta figura, ditos condutores são alimentados apartir de um balun 14, o qual é constituído por linhas de circuitoimpresso sobre um substrato isolante com rigidez e resistênciasuficiente para prover um suporte mecânico para os condutores,apresentando a vantagem de garantir uma grande largura de banda. Osinal desbalanceado é introduzido na extremidade 21 do balun, e ossinais balanceados aparecem nos terminais 22 e 23, aos quais estãoconectadas as extremidades dos condutores 24 e 25.
De acordo com o ilustrado na Fig. 2, a linha 13 coincide com oeixo longitudinal 15 de cada antena. A porção proximal da antenacoincide com a orientação do eixo longitudinal 15, ou seja, em direçãosubstancialmente perpendicular à lateral 17 ou 17' no qual a antenaestá montada. Em outras palavras, os eixos 15 estão posicionadosnuma direção substancialmente horizontal e apontam em sentidosopostos. A partir do driver, porém, observa-se que os demais elementosisto é, os diretores situam-se progressivamente mais afastados doeixo longitudinal 15, passando seus posicionamentos a serem definidospelo eixo 18. Segundo ilustrado, a porção proximal do eixo 18 tangenciao eixo longitudinal 15, ao passo que a porção distai apresenta-securvada para baixo.
As figuras 3 e 4 ilustram cada antena em maior detalhe, podendo-se observar que apenas o driver 11 é alimentado com o sinal trazidopela linha balanceada 13. As varetas 12a, 12b, 12c e 12d são elementosparasíticos - diretores ~ e seu posicionamento difere daquele adotadonas antenas YU convencionais pelo fato de estarem progressivamentemais afastados do eixo longitudinal 15, conforme ilustrado na vistalateral em elevação da Fig. 4. Quando os diretores são inclinados juntospara baixo, seguindo o eixo 18, uma assimetria no padrão de radiaçãoem elevação é gerada, e o ganho máximo é deslocado para baixo. Ainclinação progressiva dos diretores em relação ao driver (diretoresprogressivamente mais distantes do eixo longitudinal 15) produz umefeito inovador nesta antena: desloca o padrão de radiação e aumentaseu ganho máximo ao mesmo tempo em que diminui a radiação parabaixo da aeronave. Por outro lado, são desprezíveis os efeitos destaconfiguração sobre a perda de retorno da antena.O diagrama da Fig. 9 mostra a influência dos referidosdeslocamentos sobre o padrão de radiação em elevação da antena,considerando-se Adiri o deslocamento do primeiro diretor com relaçãoao driver e Adif o deslocamento progressivo de cada diretor em relaçãoao anterior. Neste diagrama, a linha tracejada 31 corresponde ao casoem que Adiri = 80° e Adif = 0o. A linha pontilhada 32 corresponde aocaso em que Adiri = 40° e Adif = 0o- Finalmente, a linha cheia 33corresponde ao caso em que Adiri = 5o e Adif = 20°. Esta configuraçãoparticular encontra-se ilustrada na vista em elevação da Fig. 10, ondese observa que o elemento driver 11 encontra-se posicionado sobre oeixo longitudinal 15 da antena e o diretor 12a está deslocado em 5graus com relação ao eixo 15; o diretor 12b está deslocadoadicionalmente em 20° com relação ao anterior (isto é, ao diretor 12a)totalizando 25° com relação ao eixo 15; o diretor 12c está deslocadoadicionalmente em 20° com relação ao anterior, totalizando 45° comrelação ao mesmo eixo, e assim por diante, até o quarto elemento 12d,cujo deslocamento em relação ao eixo 15 é de 65°. Conforme se observa,a curva correspondente, no diagrama da Fig. 9, é a que apresenta umnulo mais pronunciado, próximo dos 35° de elevação, ao passo que oganho máximo é quase idêntico para as diversas configuraçõesanalisadas.
Vantajosamente, os melhores resultados no que diz respeito aopadrão de radiação desejado são obtidos com Adiri = 0o e Adif = 5o.
As antenas construídas de acordo com a invenção apresentamuma largura de faixa de cerca de 25% de largura de faixa. Assim, parauma freqüência central de 400MHZ, a faixa utilizável vai de 350MHz a450MHz. A influência da freqüência sobre a largura do feixe (pontos de -3dB) está ilustrada nas figuras 6A e 6B. Na primeira, observa-se ainfluência da freqüência sobre a largura do feixe em azimute, enquantoa Fig. 6B ilustra a variação da largura do feixe em elevação. Conformese observa nesta última, tal largura apresenta-se substancialmenteuniforme entre 350MHz e 420MHz, permanecendo utilizável até os450MH, apresentando nesta última uma redução de largura para 85°,valor este considerado, ainda, utilizável.
A Fig. 7 mostra o padrão de radiação em elevação, em coordenadaspolares, para a freqüência de 400MHz, enquanto a Fig. 8 ilustra a5 rejeição para os ângulos entre 20° e 70° para três freqüênciasdiferentes: a curva 26 corresponde à freqüência de 400MHz, a curva 27aos 350MHz e a curva 28 à freqüência de 450MHz. Conforme indicado,o maior valor de rejeição é obtido com a operação em 400MHz, numângulo correspondente a 30°.
Claims (9)
1. Conjunto radiante tridimensional assimétrico, caracterizadopelo fato de compreender pelo menos dois sistemas radiantescompreendendo, cada um, uma antena Yagi-Uda (YU) modificada (10,10), o padrão de radiação assimétrico em elevação de cada antenasendo provido pela estrutura tridimensional da antena, estrutura estaformada pelas posições dos elementos parasíticos (12a, 12b, 12c, 12d)progressivamente mais afastadas do eixo longitudinal (15) da antena,substancialmente horizontal, as ditas posições estando situadas aolongo de um eixo curvo (18) com a concavidade voltada para baixo ecuja porção proximal tangencia o dito eixo longitudinal (15), bem comopelo provimento de um refletor em forma de superfície condutora.
2. Conjunto radiante, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de dito refletor ser constituído por umasuperfície condutora plana, o eixo longitudinal (15) da antenaprojetando-se numa direção substancialmente perpendicular a estasuperfície.
3. Conjunto radiante, de acordo com as reivindicações 1 ou 2,caracterizado pelo fato de o elemento radiante {driver), bem como osdiretores, serem providos por hastes cilíndricas de metal.
4. Conjunto radiante, de acordo com as reivindicações 1, 2 ou 3,caracterizado pelo fato de cada dita antena (10, W) estar montadanuma das laterais (17, \T) da fuselagem (16) de uma aeronave, os eixoslongitudinais (15) de ditas antenas apontando em sentidos opostos,numa direção substancialmente horizontal.
5. Conjunto radiante, de acordo com a reivindicação 4,caracterizado pelo fato de cada dita antena (10, IO7) ser alimentada porum balun de microfita (14) característico das antenas Quasi-Yagi (QY).
6. Conjunto radiante, de acordo com a reivindicação 5,caracterizado pelo fato de dito balun ser girado 90° para baixo emrelação ao driver, e modificado para ser mais compacto que oequivalente de uma antena QY.
7. Conjunto radiante, de acordo com a reivindicação 2,caracterizado pelo fato de o elemento refletor de cada antena ser providopela superfície condutora lateral (17, 17^ da fuselagem à qual a base dedita antena se encontra afixada.
8. Conjunto radiante, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de as referidas antenas estarem posicionadas demodo a fazer com que o diagrama de radiação em elevação apresenteseu mínimo na direção do solo.
9. Conjunto radiante, de acordo com qualquer uma dasreivindicações anteriores, caracterizado pelo fato do primeiro diretor(12a) apresentar um afastamento (Adiri) de 0o do eixo longitudinal (15)da antena, e os diretores subseqüentes (12b, 12c, 12d) apresentaremafastamentos progressivamente maiores em incrementos (Aqif) de 5o.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| B03A | Publication of a patent application or of a certificate of addition of invention [chapter 3.1 patent gazette] | ||
| B25D | Requested change of name of applicant approved |
Owner name: ORBISAT INDUSTRIA E AEROLEVANTAMENTO S/A (BR/SP) |
|
| B25G | Requested change of headquarter approved |
Owner name: ORBISAT INDUSTRIA E AEROLEVANTAMENTO S/A (BR/SP) |
|
| B06F | Objections, documents and/or translations needed after an examination request according [chapter 6.6 patent gazette] | ||
| B25D | Requested change of name of applicant approved |
Owner name: ORBISAT INDUSTRIA S.A. (BR/SP) |
|
| B25D | Requested change of name of applicant approved |
Owner name: BRADAR INDUSTRIA S.A. (BR/SP) |
|
| B25A | Requested transfer of rights approved |
Owner name: EMBRAER S.A. (BR/SP) |
|
| B06U | Preliminary requirement: requests with searches performed by other patent offices: procedure suspended [chapter 6.21 patent gazette] | ||
| B15K | Others concerning applications: alteration of classification |
Free format text: AS CLASSIFICACOES ANTERIORES ERAM: H01Q 19/30 , G01S 13/90 Ipc: H01Q 19/30 (2006.01), H01Q 1/28 (2006.01), G01S 13 |
|
| B06A | Patent application procedure suspended [chapter 6.1 patent gazette] | ||
| B09A | Decision: intention to grant [chapter 9.1 patent gazette] | ||
| B16A | Patent or certificate of addition of invention granted [chapter 16.1 patent gazette] |
Free format text: PRAZO DE VALIDADE: 20 (VINTE) ANOS CONTADOS A PARTIR DE 18/06/2008, OBSERVADAS AS CONDICOES LEGAIS. PATENTE CONCEDIDA CONFORME ADI 5.529/DF, QUE DETERMINA A ALTERACAO DO PRAZO DE CONCESSAO. |
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| B24B | Patent annual fee: requirement for complementing annual fee |
Free format text: CONFORME RESOLUCAO 113/2013, O DEPOSITANTE DEVERA COMPLEMENTAR A RETRIBUICAO DA 14A ANUIDADE, DE ACORDO COM TABELA VIGENTE, REFERENTE A GUIA DE RECOLHIMENTO 29409161940482681. |
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| B24E | Patent annual fee: resolution cancelled |
Free format text: ANULADA A PUBLICACAO CODIGO 24.2 NA RPI NO 2727 DE 11/04/2023 POR TER SIDO INDEVIDA, UMA VEZ QUE A 14A ANUIDADE FOI RECOLHIDA EM 20/09/2021, ATRAVES DA GRU 29409161940482681. |