BRPI0802273B1 - Conjunto radiante tridimensional assimétrico - Google Patents

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Hugo Enrique Hernandez Figueroa
Juliano Rodrigues Brianeze
Edson Cesar Dos Reis
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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 parasíticos (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) característico das antenas quasi-yagi (qy).

Description

Campo da invenção
Refere-se a presente invenção ao mapeamento de solo efetuado a partir de aeronaves providas de equipamentos de radar e, mais 5 particularmente, à otimização dos diagramas de radiação mediante o uso de sistemas radiantes modificados.
Antecedentes da invenção
A necessidade de mapear grandes extensões de terra num prazo limitado tem levado à adoção de técnicas baseadas em varreduras do 10 terreno feitas a partir de plataformas situadas em posições elevadas com relação à área que se deseja mapear. Uma destas técnicas baseia- se no uso de aerofotogrametria, que consiste na captura, por meio de câmera, de pelo menos duas imagens, tomadas a partir de pontos diferentes, que posteriormente são interpoladas por meios de 15 equipamentos específicos a fim de fornecer dados topográficos e altimétricos da área de interesse. A desvantagem do uso de técnicas visuais consiste no fato de depender das condições atmosféricas favoráveis, principalmente da ausência de nuvens entre a câmera e o terreno. Dependendo da região e da época do ano, a realização pode 20 demandar um tempo excessivo. Ademais, a tomada de imagens fotográficas somente pode ser feita durante o dia, e mesmo assim, em horários em que não existirem sombras pronunciadas.
O uso de ondas de radar para efetuar tais levantamentos apresenta-se altamente vantajoso, uma vez que a propagação das ondas 25 eletromagnéticas em determinadas faixas de frequência não é afetada pelas condições atmosféricas. Ademais, dado o fato de que os sistemas de radar provêm sua própria “iluminação”, os levantamentos podem ser feitos tanto de dia como à noite.
A precisão das imagens obtidas por meio de radar depende das 30 dimensões relativas da antena utilizada, isto é, antenas maiores (em termos de comprimento de onda) fornecem imagens mais detalhadas. Assim sendo, para uma determinada dimensão física da antena, o uso de freqüências mais elevadas iria resultar numa antena “maior” em termos de comprimento de onda. No entanto, a propagação de sinais eletromagnéticos de freqüências mais elevadas pode ser prejudicada pelas condições atmosféricas, tais como, por exemplo, um excessivo teor 5 de umidade. Caso o levantamento mediante radar seja efetuado utilizando técnicas tradicionais, o nível de detalhamento das imagens obtidas resulta insatisfatório, posto que o tamanho das antenas é limitado pelas dimensões da aeronave que transporta o equipamento. Uma solução que permite contornar tal limitação consiste no uso de 10 técnicas de abertura sintética, conhecidas pela sigla SAR (Synthetic Aperture Radar]. Baseia-se esta técnica no movimento da antena de radar ao longo de uma trajetória definida, durante o qual são emitidos sucessivos sinais de radar e captados os respectivos ecos de retorno, os quais são processados mediante técnicas computacionais para fornecer 15 imagens com alta resolução.
O uso da técnica SAR permite utilizar, como plataformas móveis nas quais são montados os equipamentos radar, aeronaves de pequeno ou médio porte, uma vez que a precisão do mapeamento passa a independer das dimensões físicas das antenas utilizadas.
Os mapeamentos feitos com técnica SAR compreendem, portanto, uma série de vôos em trajetórias paralelas, cobrindo o território de interesse, e posterior processamento dos sinais resultantes.
Num sistema SAR tradicional, a antena irradia na direção vertical, e a faixa de terreno coberta depende da largura do feixe de 25 radiação utilizado. As limitações inerentes a tal tipo de sistema reduzem a faixa que pode ser varrida em cada trajetória, de modo a necessitar uma grande quantidade de võos paralelos para o mapeamento da área de interesse.
A utilização de dois sistemas radiantes com os feixes apontando 30 para os lados da trajetória de vôo permitiria aumentar a largura da faixa de terreno coberta em cada passe, reduzindo o número de passes e, portanto, o tempo necessário para realizar o mapeamento. Esta solução esbarra no problema de requerer sistemas radiantes com alta direcionalidade, a fim de evitar a interferência mútua dos ecos captados pelas duas antenas, condição esta que é de difícil obtenção nos sistemas aerotransportados, posto que as dimensões das aeronaves limitam as dimensões físicas das antenas, e, consequentemente, a sua direcionalidade.
Objetivos da invenção
Em vista do exposto, tem como objetivo a presente invenção o provimento de sistemas radiantes em aplicações SAR com características direcionais superiores àquelas providas pelas antenas tradicionais.
Outro objetivo consiste no provimento de antenas de dimensões relativamente reduzidas, que permitam a utilização de aeronaves de pequeno ou médio porte.
Descrição resumida da invenção
Os objetivos acima, bem como outros, são atingidos pela invenção mediante o provimento de um conjunto radiante compreendendo pelo menos dois sistemas radiantes formados, cada um, pela combinação do balunde microfita costumeiramente utilizado nas antenas planares Quasi-Yagi (QY) com uma antena Yagi-Uda (YU) modificada pelo deslocamento progressivo das posições dos diretores relativamente ao eixo longitudinal da antena bem como pela utilização de um refletor formado por uma superfície de material condutor, o conjunto formado pelo driver,diretores e refletor constituindo uma estrutura de antena tridimensional.
De acordo com outra característica da invenção, o elemento radiante (driver]bem como os diretores, permanecem semelhantes aos de uma antena YU, ou seja, são hastes cilíndricas de metal.
De acordo com outra característica da invenção, o refletor é constituído por uma superfície condutora plana, sendo o eixo longitudinal da antena projetando-se substancialmente perpendicular a esta superfície.
De acordo com outra característica da invenção, o dito refletor consiste numa superfície condutora vertical estando o dito eixo longitudinal orientado numa direção substancialmente horizontal.
De acordo com outra característica da invenção, a estrutura 5 tridimensional da antena resulta na produção de um feixe de radiação assimétrico no plano vertical e substancialmente simétrico no plano azimutal.
De acordo com outra característica da invenção, o balunfoi girado 90° para baixo em relação ao eixo longitudinal da antena e modificado 10 para ser mais compacto que o equivalente de uma antena QY.
De acordo com outra característica da invenção, a assimetria do diagrama de radiação é provida pelo deslocamento progressivo da posição dos diretores com relação ao eixo longitudinal da antena.
De acordo com outra característica da invenção, dito conjunto 15 radiante compreende pelo menos dois sistemas radiantes localizados, cada um, em um dos lados da fuselagem da aeronave utilizada como plataforma, compreendendo cada sistema um balun e uma antena YU modificada.
De acordo com outra característica da invenção, o elemento 20 refletor de cada antena YU modificada é provido pela superfície condutora lateral da fuselagem à qual a base de dita antena se encontra afixada.
De acordo com outra característica da invenção, as referidas antenas estão posicionadas de modo a fazer com que o diagrama de 25 radiação em elevação apresente seu mínimo na direção perpendicular ao plano horizontal, isto é, na direção do solo.
Descrição da figuras
As demais vantagens e características da presente invenção serão melhor expostas através da descrição de formas preferidas de 30 realização, dadas a título exemplificativo e não num sentido de limitação, e das figuras que a ela se referem, nas quais:
A figura 1 ilustra o conjunto de antenas afixado à fuselagem de uma aeronave, segundo os princípios da invenção.
A figura 2 detalha uma das antenas do conjunto, de acordo com os 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 elevação lateral, de acordo com os princípios da invenção.
A figura 5 ilustra em detalhe o balun, de acordo com os princípios da invenção.
A figura 6 ilustra as larguras do feixe irradiado em função da freqüência, em azimute e em elevação.
A figura 7 ilustra o padrão de radiação em elevação, na freqüência de 400MHz.
A figura 8 ilustra as curvas de rejeição entre os ângulos de 20° e 15 70° para três freqüências diferentes, referentes à antena ilustrada nas figuras 1 a 4.
A figura 9 ilustra o ganho da antena para três disposições físicas dos diretores, de acordo com os princípios da invenção.
A figura 10 ilustra, através de uma vista em elevação, as posições dos diretores com referência ao eixo longitudinal da antena, numa concretização particular da invenção.
Descrição detalhada da invenção
Fazendo referência, agora, às figuras 1 e 2, compreende o conjunto radiante objeto da presente invenção dois sistemas radiantes 25 compreendendo duas antenas 10 e 10’ instaladas nas laterais 17 e 17’ da fuselagem 16 de uma aeronave. Cada antena compreende um dipolo de meia-onda formado por dois elementos colineares 11 de % de onda, alimentados por uma linha balanceada 13 formada por dois condutores paralelos 24 e 25, ilustrados em maior detalhe na Fig. 5.
De acordo com esta figura, ditos condutores são alimentados a partir de um balun14, o qual é constituído por linhas de circuito impresso sobre um substrato isolante com rigidez e resistência suficiente para prover um suporte mecânico para os condutores, apresentando a vantagem de garantir uma grande largura de banda. O sinal desbalanceado é introduzido na extremidade 21 do balun,e os sinais balanceados aparecem nos terminais 22 e 23, aos quais estão conectadas as extremidades dos condutores 24 e 25.
De acordo com o ilustrado na Fig. 2, a linha 13 coincide com o eixo longitudinal 15 de cada antena. A porção proximal da antena coincide com a orientação do eixo longitudinal 15, ou seja, em direção substancialmente perpendicular à lateral 17 ou 17’ no qual a antena está montada. Em outras palavras, os eixos 15 estão posicionados numa direção substancialmente horizontal e apontam em sentidos opostos. A partir do driver, porém, observa-se que os demais elementos - isto é, os diretores - situam-se progressivamente mais afastados do eixo longitudinal 15, passando seus posicionamentos a serem definidos pelo eixo 18. Segundo ilustrado, a porção proximal do eixo 18 tangencia o eixo longitudinal 15, ao passo que a porção distai apresenta-se curvada 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 trazido pela linha balanceada 13. As varetas 12a, 12b, 12c e 12d são elementos parasíticos - diretores — e seu posicionamento difere daquele adotado nas antenas YU convencionais pelo fato de estarem progressivamente mais afastados do eixo longitudinal 15, conforme ilustrado na vista lateral em elevação da Fig. 4. Quando os diretores são inclinados juntos para baixo, seguindo o eixo 18, uma assimetria no padrão de radiação em elevação é gerada, e o ganho máximo é deslocado para baixo. A inclinação progressiva dos diretores em relação ao driver(diretores progressivamente mais distantes do eixo longitudinal 15) produz um efeito inovador nesta antena: desloca o padrão de radiação e aumenta seu ganho máximo ao mesmo tempo em que diminui a radiação para baixo da aeronave. Por outro lado, são desprezíveis os efeitos desta configuração sobre a perda de retomo da antena.
O diagrama da Fig. 9 mostra a influência dos referidos deslocamentos sobre o padrão de radiação em elevação da antena, considerando-se ADIRI O deslocamento do primeiro diretor com relação ao driver e ADIF ° deslocamento progressivo de cada diretor em relação 5 ao anterior. Neste diagrama, a linha tracejada 31 corresponde ao caso em que ADIRI = 80° e ADIE=θ°- A linha pontilhada 32 corresponde ao caso em que ADIRI= 40° e ADIF=θ°- Finalmente, a linha cheia 33 corresponde ao caso em que ADIRI - 5o e ADIF= 20°. Esta configuração particular encontra-se ilustrada na vista em elevação da Fig. 10, onde 10 se observa que o elemento driver 11 encontra-se posicionado sobre o eixo longitudinal 15 da antena e o diretor 12a está deslocado em 5 graus com relação ao eixo 15; o diretor 12b está deslocado adicionalmente em 20° com relação ao anterior (isto é, ao diretor 12a) totalizando 25° com relação ao eixo 15; o diretor 12c está deslocado 15 adicionalmente em 20° com relação ao anterior, totalizando 45° com relação 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 um nulo mais pronunciado, próximo dos 35° de elevação, ao passo que o 20 ganho máximo é quase idêntico para as diversas configurações analisadas.
Vantajosamente, os melhores resultados no que diz respeito ao padrão de radiação desejado são obtidos com ADIRI = 0o e ADIF= 5o.
As antenas construídas de acordo com a invenção apresentam 25 uma largura de faixa de cerca de 25% de largura de faixa. Assim, para uma freqüência central de 400MHZ, a faixa utilizável vai de 350MHz a 450MHz. A influência da freqüência sobre a largura do feixe (pontos de - 3dB) está ilustrada nas figuras 6A e 6B. Na primeira, observa-se a influência da freqüência sobre a largura do feixe em azimute, enquanto 30 a Fig. 6B ilustra a variação da largura do feixe em elevação. Conforme se observa nesta última, tal largura apresenta-se substancialmente uniforme entre 350MHz e 420MHz, permanecendo utilizável até os 450MH, 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 coordenadas polares, para a frequência de 400MHz, enquanto a Fig. 8 ilustra a 5 rejeição para os ângulos entre 20° e 70° para três freqüências diferentes: a curva 26 corresponde à frequência de 400MHz, a curva 27 aos 350MHz e a curva 28 à frequência de 450MHz. Conforme indicado, o maior valor de rejeição é obtido com a operação em 400MHz, num ângulo correspondente a 30°.

Claims (9)

1. Conjunto radiante tridimensional assimétrico com um padrão direcional controlado, compreendendo duas antenas Yagi-Uda (YU) modificadas (10, 10’), em que cada antena compreende: - um eixo longitudinal horizontal (15) tendo uma extremidade proximal e uma extremidade distal; - um elemento driver (11) horizontal disposto entre as extremidades proximal e distal do dito eixo longitudinal horizontal (15) e perpendicular a ele; - um elemento reflexivo passivo disposto na extremidade proximal do dito eixo longitudinal horizontal (15); - uma pluralidade de diretores (12a, 12b, 12c, 12d) consistindo em elementos condutores retilíneos parasíticos passivos, paralelos ao e menores do que o dito elemento driver (11) horizontal e disposto afrente deste, o conjunto radiante sendo caracterizado pelo fato de que os ditos elementos diretores (12a, 12b, 12c, 12d) são espaçados ao longo de um eixo curvo (18) com a concavidade voltada para baixo e cuja porção proximal tangencia o dito eixo longitudinal (15), através da qual os desvios verticais dos diretores relativos ao eixo longitudinal horizontal (15) da antena aumentam gradualmente em proporção à distância destes diretores do dito elemento drive (11); e dito elemento reflexivo passivo (17, 17’) consistindo de uma superfície reflectiva condutiva perpendicular ao dito eixo longitudinal (15) horizontal.
2. Conjunto radiante, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os eixos longitudinais horizontais (15) das ditas antenas são apontados em direções horizontais opostas.
3. Conjunto radiante, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que cada um do dito eixo longitudinal horizontal (15) é perpendicular a cada lado (17, 17’) da fuselagem (16) de uma aeronave que carrega dito sistema radiante, ditas direções dos eixos longitudinais horizontais (15) sendo transversal ao eixo longitudinal da aeronave.
4. Conjunto radiante, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o elemento radiante (driver), bem como os diretores (12), serem providos por hastes e metal.
5. Conjunto radiante, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que as ditas hastes de metal (11, 12) são cilíndricas.
6. Conjunto radiante, de acordo com as reivindicações 1, caracterizado pelo fato de que para cada antena (10, 10’) dito elemento driver (11) é alimentado por uma linha de transmissão balanceada (13) compreendendo dois condutores (24, 25) paralelos aos eixos longitudinais (15) de ditas antenas, as extremidades proximais dos ditos condutores sendo conectadas a terminais de balanço (22, 23) de um balun de microfita (14).
7. Conjunto radiante, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de dito balun (14) ser girado 90° para baixo em relação ao eixo longitudinal horizontal (15) e modificado para ser mais compacto que o equivalente de uma antena QY.
8. Conjunto radiante, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o diretor (12a) próximo do elemento driver (11) é afastado por um primeiro ângulo (ADIRI) em relação ao dito eixo longitudinal horizontal (15), cada diretor a seguir (12b, 12c, 12d) sendo progressivamente afastados em relação ao diretor anterior pelo mesmo segundo ângulo (ADIF).
9. Conjunto radiante, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato do primeiro diretor (12a) apresentar um afastamento (ADIRI) de 0° e os diretores subsequentes (12b, 12c, 12d) apresentarem afastamentos progressivamente maiores em incrementos (ADIF) de 5°.
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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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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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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.