ES2251749T3 - Matrices de antenas de amplio ancho de banda. - Google Patents

Abstract

EXISTE UNA NECESIDAD CRECIENTE DE SISTEMAS DE RADAR MODERNOS PARA CONSEGUIR EL RECONOCIMIENTO Y LA CLASIFICACION DE OBJETIVOS Y UN FUNCIONAMIENTO EFICAZ EN UN ENTORNO HOSTIL. ESTAS DEMANDAS REQUIEREN UN FUNCIONAMIENTO DE ANCHURA DE BANDA DE FRECUENCIA AMPLIA QUE DEBE TRATARSE MEDIANTE TECNICAS ESPECIALES EN LA ANTENA. LAS LLAMADAS ANTENAS DE FUNCIONAMIENTO INDEPENDIENTE DE LA FRECUENCIA SE HAN VENIDO UTILIZANDO DESDE FINALES DE LOS AÑOS 50 Y SE HAN UTILIZADO SATISFACTORIAMENTE VARIAS FORMAS BIEN CONOCIDAS DE ANTENAS DE ANCHO DE BANDA MUY AMPLIO, TANTO EN LOS EQUIPOS CIVILES COMO MILITARES. SIN EMBARGO, TODOS ELLOS SON DISPOSITIVOS DE GANANCIA BAJA A MEDIA, HASTA 18 DB APROXIMADAMENTE CON RESPECTO A LA RADIACION ISOTROPICA. CUANDO SE HAN REALIZADO INTENTOS DE UTILIZARLOS COMO ELEMENTOS EN SISTEMAS GRANDES PARA CONSEGUIR GANANCIA ALTA, NIVELES BAJOS DE LOBULO LATERAL DE IRRADIACION, CONTROL DE HACES, FORZADO DE HACES ADAPTABLE, ETC. A TRAVES DE LOS ANCHOS DE BANDA DE FRECUENCIA DE UNA OCTAVAO MAS, NO PUEDE CUMPLIRSE LA ESPECIFICACION DE RENDIMIENTO DEL SISTEMA. ESTO SE DEBE A QUE LOS ELEMENTOS DEL SISTEMA NO PUEDEN SITUARSE IDEALMENTE LOS UNOS RESPECTO A LOS OTROS EN TODAS LAS FRECUENCIAS, CON EL RESULTADO DE QUE LOS LOBULOS DE REJILLA, QUE SON COPIAS DEL LOBULO PRINCIPAL DEL PATRON DE RADIACION, SE PRODUCEN EN LAS FRECUENCIAS SUPERIORES. EL RESULTADO SON AMBIGUEDADES EN LA DETECCION DEL OBJETIVO. LA INVENCION ES UNA RED DE DIPOLOS DE PERIODO LOGARITMICO (LPDA) OBLICUA QUE, CUANDO SE UTILIZA COMO EL ELEMENTO EN UN SISTEMA LINEAL O PLANAR, SIRVE PARA ELIMINAR LA LIMITACION DE ESPACIADO DE LOS ELEMENTOS Y, POR LO TANTO, ELIMINA EL PROBLEMA DEL LOBULO DE REJILLA. LAS LPDAS SON BIEN CONOCIDAS EN LA FORMA DE UN SISTEMA DE DIPOLOS LINEAL ESPACIADO PERIODICAMENTE, UTILIZADO POR EJEMPLO EN ENLACES DE COMUNICACIONES DE BANDA ANCHA Y LA RECEPCION DE TV DOMESTICA. PUEDEN DISEÑARSE PARA FUNCIONAR EFICAZMENTE A TRAVES DE VARIAS OCTAVAS O INCLUSO DE UN DECADA EN FRECUENCIA. LA FORMA OBLICUADEL DISPOSITIVO TIENE TODOS LOS DIPOLOS DE LONGITUD MAYOR QUE EL MAS CORTO, ES DECIR, LA FRECUENCIA MAS ALTA, OBLICUA DE MANERA QUE TIENEN FORMA DE "Z". RESULTA DE PARTICULAR INTERES EL CASO EN QUE EL ANGULO ENTRE LOS SEGMENTOS FINAL Y CENTRAL DEL DIPOLO Z TIENE 90 GRADOS. LA LPDA OBLICUA TIENE AHORA UNA ANCHURA CONSTANTE IGUAL A LA LONGITUD DEL DIPOLO DE FRECUENCIA MAS ALTA. EL MODELADO MATEMATICO HA ESTABLECIDO QUE LOS SISTEMAS PLANARES Y LINEALES DE LPDAS OBLICUAS PUEDEN PROPORCIONAR UN RENDIMIENTO LIBRE DE LOBULO DE REJILLA, COMO MINIMO, SOBRE UNA OCTAVA. EL LIMITE DE FUNCIONAMIENTO DE FRECUENCIA SUPERIOR SE RIGE AMPLIAMENTE POR LA PRECISION CON LA QUE PUEDE CONSTRUIRSE EL PUNTO DE ALIMENTACION.

Description

Matrices de antenas de amplio ancho de banda.

Este invento se refiere a los elementos emisores usados en matrices de antenas de frecuencia de radio tales como las que se encuentran, por ejemplo, en determinado equipo de radar y, más especialmente, se refiere al funcionamiento en muy amplia frecuencia de ancho de banda de tales matrices de antenas.

La energía electromagnética es emitida y recibida por estructuras de antena diseñadas especialmente que pueden ser de muchas formas topológicas. Se ven estructuras de antena muy comunes y simples en aplicaciones para la recepción de difusión de radio de automóviles y recepción de televisión doméstica. Se pueden ver estructuras de antena más complicadas en equipo de radar usado para detectar objetivos distantes que se mueven tanto para fines militares y como civiles.

Las antenas de radar más complejas son ejemplos de una clase de matrices de antenas, que emplean una pluralidad de elementos individuales pequeños de antena que están interconectados de maneras diseñadas para permitir, por ejemplo, dirección electrónica de los haces emitidos de energía electromagnética en el espacio, sin movimiento físico de toda la matriz.

Los elementos individuales de antena que forman una matriz pueden ser, por ejemplo, dipolos simples que son bien conocidos. Tales elementos se refieren a elementos fundamentales y usualmente tiene las dimensiones más pequeñas posibles para una frecuencia dada de la energía emitida (figura 1). Los brazos 1a y 1b del dipolo son usualmente cada uno de longitud de un cuarto de longitud de onda a la frecuencia de funcionamiento y están separados un cuarto de longitud de onda x por encima de un plano metálico 2 de tierra para dar radiación en la dirección deseada z. La línea de transmisión 3 suministra energía a los brazos 1a y 1b del dipolo. La relación de longitud l al diámetro d es usualmente >10, lo que da un rendimiento satisfactorio sobre una banda de frecuencia estrecha de un pequeño porcentaje con respecto a la frecuencia del centro de la banda. La dirección del vector del campo eléctrico se indica por la flecha E.

Las matrices de antenas pueden ser hechas usando una pluralidad de tales elementos, distribuidos uniformemente o no uniformemente sobre una zona prescrita de superficie, y ser elegidos para proporcionar las características deseadas de emisión de antena. La superficie puede ser plana o curvada en más de un plano y el perímetro puede ser de cualquier forma, aunque comúnmente es circular o rectangular o simplemente una línea recta, que es el caso degenerado para una abertura rectangular cuando un lado del rectángulo tiene dimensión cero.

La figura 2 muestra una matriz rectangular de MxN elementos 5 de dipolo situados sobre un plano metálico 6 de tierra. Los elementos de antena en la matriz están separados unos de otros situándolos en puntos de nodo de una retícula geométrica 4, que puede ser por ejemplo de naturaleza rectangular (como se muestra) o triangular. La separación de los elementos 5 entre sí s, p, y d no puede exceder determinadas fracciones máximas de la longitud de onda de la energía electromagnética emitida si se van a evitar características no deseadas del diseño polar de la matriz. Si esta máxima separación de los elementos se supera, en un intento deminimizar el número de elementos en la matriz, entonces se generan "lóbulos de rejilla" en el diseño polar de la energía emitida desde la matriz. Los lóbulos de rejilla son réplicas del lóbulo principal (fundamental) del diseño pero están en diferentes direcciones espaciales desde él.

En aplicaciones de radar no es posible distinguir entre objetivos detectados en el haz principal y en los haces de lóbulo de rejilla, lo que da lugar a ambigüedades. Un objetivo detectado en un haz de lóbulo de rejilla será procesado como si hubiera sido recibido en el haz principal y se le asignará una dirección espacial completamente errónea por el procesador de señal del radar. En aplicaciones de radar y otras, tales como servicios de comunicaciones y teledifusión, los lóbulos de rejilla llevan algo de la energía a regiones espaciales indeseadas y así reducen la eficiencia de funcionamiento del sistema.

Usualmente es posible, para la mayoría de aplicaciones de ancho de banda de frecuencia estrecha, aceptar la limitación de separación de los elementos de la matriz. Si el haz principal del diseño emitido no va a ser explorado electrónicamente, la separación d de la figura 2 puede ser hasta un medio de longitud de onda en la frecuencia de funcionamiento. Si el haz va a ser explorado electrónicamente, la separación debe ser reducida conforme aumente el ángulo máximo de exploración, hasta un mínimo de un medio de longitud de onda para una exploración de noventa grados desde la normal a la superficie de la matriz.

Sin embargo, hay ocasiones en las que es necesario transmitir y recibir energía electromagnética en un amplio rango de frecuencia, por ejemplo en radares ligeros de frecuencia que funcionan en una o más frecuencias distribuidas en un rango amplio de frecuencias prescrito. La ligereza de frecuencia puede permitir que el radar o sistema de comunicación táctico continúe funcionando cuando interferencias, o cualquier naturaleza, abruma la recepción de cualquier frecuencia. La ligereza tiene otras ventajas en detección de objetivos y procesamiento de señal que son explotadas comúnmente en equipos de radar, particularmente los aplicados a funciones militares.

Usualmente, es deseable en tales aplicaciones militares ligeras de frecuencia funcionen en una banda de frecuencia tan amplia como sea posible; al menos una octava. Esto requiere que los elementos individuales de la matriz sean capaces de funcionar en un rango elegido de frecuencia y que sus separaciones de los otros cumplan el criterio de separación máxima ya descrito, en todas frecuencias de funcionamiento. Claramente, esto no es posible con elementos convencionales de antena tales como dipolos lineares individuales, incluso aunque se establezcan diseños para dipolos de banda ancha que permitan el funcionamiento en un ancho de banda de aproximadamente el 30% con respecto a la frecuencia media de la banda. Por ejemplo, un dipolo de media onda de banda ancha se describe en el documento IEEE Transacciones en Antenas y Propagación, Vol AP-32, Número 4, de abril de 1984 páginas 410-412 por M.C. Bailey y describe un dipolo con forma de pajarita, que tiene una longitud igual a 0,32 de la longitud de onda media de la banda de funcionamiento, y se ha mostrado que tiene un rendimiento aceptable sobre un ancho de banda de 33%, centrado alrededor de los 600 MHz, determinado en el criterio de que la Relación de Ondas Estacionarias en Banda de Paso (VSWR) de entrada no excederá 2,0.

Incluso si fuera posible hacer un dipolo capaz de emitir sobre un octavo de cambio en la frecuencia, no satisfaría la condición de separación necesaria para asegurar lóbulos de rejilla sin emisión sobre el rango octavo, desde una matriz formada por una pluralidad de tales dipolos. La longitud del dipolo estaría entre una mitad de la longitud de onda en la frecuencia más baja y una mitad de la longitud de onda en la frecuencia más alta, y así la separación entre dipolos en la matriz debe exceder una mitad de longitud de onda en la frecuencia más alta si la interferencia física entre dipolos se ha de evitar. El modelo matemático del dipolo de pajarita descrito en el artículo mencionado antes en IEEE Transacciones en Antenas y Propagación, usando el software de análisis probado de Código Electromagnético Numérico (NEC), ha mostrado que no puede ser diseñado para funcionar sobre un rango de frecuencia de octavo.

No es necesario que los elementos usados en una antena de matriz sean dipolos individuales. En la figura 3, se muestra una Matriz de Dipolos de Registro Periódico (LPDA), en la que una serie de dipolos de media longitud de onda dispuestos en una configuración coplanar y paralela en una línea 7 de transmisión de alambre, puede ser usada como elemento de banda muy ancha. Los cinco elementos LPDA mostrados en la figura 3 son representativos de la clase LPDA de antenas. El número de elementos de dipolo usados en el LPDA depende de las características requeridas de funcionamiento. Las longitudes y separaciones de los dipolos en el LPDA aumentan logarítmicamente en proporción a su distancia desde un punto coordenado fijo 8 de referencia. Se suministra energía al LPDA desde el punto de alimentación 9 que está cerca del dipolo 10, en una dirección hacia el punto de referencia 8.

El primer y último dipolo 10 y 11 respectivamente son elegidos para acomodar la banda de frecuencia de interés que puede ser varios octavos o incluso un decenio de extensión. El dipolo 10 tendrá dimensiones elegidas para hacerle emitir correctamente en el extremo de alta frecuencia de la banda. Un plano metálico 12 de tierra está situado aproximadamente un cuarto de longitud de onda a la frecuencia de funcionamiento más baja desde el dipolo 11 para proporcionar emisión unidireccional que puede ser deseable en aplicaciones del invento a radar por ejemplo, en el que la energía emitida en la dirección hacia atrás puede tener efectos adversos en el funcionamiento del radar. La línea de transmisión 7 está cortocircuitada por el plano metálico 12 de tierra en el que lo corta en el punto A. Tales LPDA son bien conocidos, por ejemplo la patente del Reino Unido número 884889 describe tal LPDA, y se usan ampliamente. La dirección del vector de campo eléctrico emitido o recibido por el LPDA, conocido como la polarización de la onda, se muestra por la flecha E. Se sitúa en el plano común de los dipolos (horizontal como se ha dibujado) ya que todas las corrientes de excitación del dipolo están en ese plano.

Una antena plana de matriz puede comprender una pluralidad de elementos LPDA dispuestos con los planos que contienen sus grupos individuales de dipolos que son normales a la matriz plana. La figura 4 muestra los elementos 14 -18 en la matriz, situados en los puntos de nodo de la retícula rectangular 19.

Una matriz plana formada así tiene la ventaja de que los lóbulos laterales del diseño en ángulos anchos desde su dirección normal son reducidos, comparado con los lóbulos laterales desde una matriz correspondiente de elementos individuales de dipolo, ya que el ancho de haz del elemento LPDA es más estrecho que el del elemento de dipolo. Sin embargo, el mismo criterio de separación de elemento que se aplica a la matriz de elementos de dipolo para eliminar lóbulos de rejilla se aplica a la matriz de elementos de LPDA, pero las magnitudes de los lóbulos de rejilla se reducirán por el diseño de haz estrecho del elemento de LPDA.

El LPDA supera las limitaciones de ancho de banda de frecuencia del elemento de dipolo individual pero, justo como con el dipolo de ancho de banda ancha individual, no cumple el criterio de separación necesario para suprimir los lóbulos de rejilla generados por la matriz plana. Por ejemplo, los LPDA 14 y 15 de la figura 4 no pueden ser colocados más cerca en la matriz que lo que permitiría el elemento de dipolo más largo, 11 en la figura 3. Cuando se hace esto con los elementos de alta frecuencia, 20 en LPDA 14 y 15 serán separados uno de otro por más de una mitad de longitud de onda en la frecuencia alta; de hecho, una longitud de onda si el LPDA está diseñada para funcionar sobre un octavo, y se formarán lóbulos de rejilla en las frecuencias más altas en la banda de funcionamiento.

La patente de EEUU 3696437 (JFD Electronics) describe una antena de registro periódico de costado en la que dipolos de longitudes efectivas diferentes están apilados verticalmente.

La patente de EEUU 3389396 (Minerva y otros) describe otra antena de registro periódico. Los elementos en la antena están doblados para reducir el tamaño físico de la antena para frecuencias de funcionamiento inferiores.

Un objeto del presente invento es proporcionar un elemento lineal de matriz que vence los problemas mencionados antes.

De acuerdo a un aspecto del presente invento, se proporciona un elemento lineal de matriz de antenas para conseguir la supresión de lóbulos de rejilla, comprendiendo la matriz: una pluralidad de dipolos oblicuos de longitud total desigual, teniendo cada uno de dicho dipolos oblicuos una sección central con sus polos oblicuos de tal manera que las secciones de extremo de los dipolos oblicuos son de longitud igual y están formados con un ángulo respecto la sección central, teniendo cada dipolo oblicuo una longitud total de substancialmente un medio de la longitud de onda o múltiplos de ella con referencia a la frecuencia deseada a recibir o transmitir discreta dentro de la banda total de frecuencias; al menos un dipolo más corto no oblicuo, siendo la longitud de la sección central de cada dipolo oblicuo substancialmente igual a la longitud del dipolo no oblicuo más corto; y una línea de transmisión de dos conductores a la que están conectados alternativamente los dipolos oblicuos y a la que está conectado cada dipolo no oblicuo, estando formada la línea de transmisión para asegurar fases de excitación correcta para el funcionamiento, siendo los conductores de la línea de transmisión paralelos en un plano vertical y estando dispuestas de tal manera que la relación de la longitud total de cada dipolo con su distancia desde un punto de referencia fijo situado en un eje de la línea de transmisión es constante; caracterizado porque las secciones de extremo de cada punto respectivo de dipolo oblicuo en direcciones opuestas, en la que cada sección de extremo de un dipolo respectivo se sitúa substancialmente en un plano vertical, o cada sección de extremo de un dipolo respectivo recae substancialmente en un plano horizontal.

Ventajosamente, las secciones de extremo de cada dipolo oblicuo están substancialmente torcidas con ángulos rectos a las respectivas secciones centrales.

En una realización, las secciones de extremo de los dipolos oblicuos pueden situarse substancialmente en un plano horizontal y todos los dipolos y sus respectivos conductores de la línea de transmisión de dos conductores están grabados químicamente en una placa de circuito impreso que tiene superficies planas substancialmente paralelas. Los conductores pueden estar grabados químicamente sobre lados separados del panel de circuito impreso.

En otra realización, los dipolos y la línea de transmisión están contenidos dentro de una lámina de material dieléctrico que se estrecha desde una dimensión que abarca el dipolo oblicuo más grande hasta cero en un punto más allá del dipolo no oblicuo más corto.

De acuerdo con otro aspecto del presente invento, se proporciona una matriz lineal de antena que tiene una pluralidad de elementos lineales de matriz de antena como se ha descrito antes, siendo los ejes de los elementos de matriz de antena paralelos unos con otros y estando sustancialmente en ángulo recto con una línea que forma una base para la matriz lineal de antena.

De acuerdo a una aspecto adicional del presente invento, se proporciona una matriz de antena plana con cualquier forma que tiene una pluralidad de elementos lineales de matriz de antena como se ha descrito antes, en el que los elementos de matriz de antena están situados con separaciones regulares o irregulares en puntos de nodo de una retícula con cualquier forma, siendo los ejes de los elementos lineales de matriz de antena paralelos unos con otros y estando substancialmente en ángulo recto con respecto al plano de la matriz plana.

De acuerdo a otro aspecto del presente invento, se proporciona una matriz de antena no plana formada curvando individual o doblemente la matriz plana como se ha descrito antes.

El presente invento retira la restricción en la separación de los LPDA en la matriz plana impuesta por el dipolo de frecuencia más baja (longitud más larga) en el LPDA, permitiendo así el funcionamiento aceptable de la antena de la matriz plana sobre al menos una banda de frecuencia de octava.

Es evidente que los elementos LPDA oblicuos pueden ser ahora idealmente colocados dentro de una matriz, compuesta de una pluralidad de tales elementos, con separaciones de elementos adyacentes que cumplen con el criterio de supresión de lóbulos de rejilla, permitiendo así que el haz de antena de matriz sea explorado de una manera ideal sobre una banda de frecuencia de al menos una octava.

Una pluralidad de elementos LPDA oblicuos pueden ser usados en matrices para aplicaciones de sistemas particulares en las que la agilidad de frecuencia de ancho de banda ancha puede proporcionar un contador útil a señales de interferencia naturales o artificiales recibidas por el sistema.

Varias realizaciones del presente invento se describirán ahora haciendo referencia a los siguientes dibujos, en los que,

La figura 5 muestra una matriz de dipolos de registro periódico (LPDA) oblicuos, de acuerdo con el presente invento.

Las figuras 6 y 7 muestran realizaciones alternativas de un LPDA de acuerdo con el presente invento,

Las figuras 8 y 9 muestran ejemplos, y

La figura 10 muestra una matriz plana de LPDA oblicuos.

Con referencia a la figura 5, se muestra un LPDA oblicuo en el que los dipolos individuales están dispuestos para ser oblicuos o con forma de "Z", siendo los ángulos b entre los segmentos de extremo y el segmento de centro uno igual a otro, de tal manera que el dipolo oblicuo puede estar contenido totalmente dentro de una zona plana, en la que en el caso ilustrado los ángulos b son 90 grados. Más específicamente, los segmentos de centro de todos los dipolos están hechos iguales en longitud e iguales a una mitad de longitud de onda a la más alta frecuencia de funcionamiento, que es igual en longitud (2 veces y) al dipolo más corto 10 en un LPDA no convencional oblicuo. Los dos segmentos de extremo 21a y 21b del dipolo oblicuo 21 de 90 grados, tienen por ejemplo longitudes iguales de tal manera que la longitud total del dipolo es la misma que su dipolo recto equivalente mostrado como 13 en la figura 3. Así la "anchura" del LPDA es constante y está controlada por la frecuencia más alta de funcionamiento independientemente del requisito de ancho de banda.

Un LPDA formado por una pluralidad de tales dipolos oblicuos puede ser construido de varias formas. Las figuras 6 y 7 muestran dos realizaciones del invento. Ayudará a la comprensión de la descripción visualizar el plano metálico de tierra como un plano orientado verticalmente y la línea de transmisión de dos cables que hay en un segundo plano vertical que se encuentran en el plano de tierra en ángulo recto.

En la figura 6 los planos que contienen cada uno de los dipolos que forman el LPDA son paralelos unos con otros y paralelos al plano metálico de tierra. Sin embargo, el vector E de campo eléctrico emitido ahora no es ahora más largo en el plano horizontal ya que los dipolos que forman el LPDA oblicuo tienen componentes (I_{h}) y (I_{v}) que llevan corriente en los planos horizontal y vertical respectivamente. La polarización de una señal transmitida por el LPDA es todavía lineal pero está en un plano inclinado, y es la adición de vector de los componentes horizontal y vertical del campo eléctrico emitido por las partes de componente de los dipolos oblicuos. Se muestra en la figura 6 para los brazos 22a y 22b de dipolo de frecuencia baja como los componentes E_{Ih} y E_{Iv} y por la adición de vector el campo de frecuencia baja de red EI = E_{Ih} + E_{Iv} y está inclinado con un ángulo \theta respecto la horizontal en el que \theta es dado por tan-1 (E_{Iv}/E_{Ih}). Claramente \theta es un máximo para el dipolo de frecuencia baja. Es cero para el dipolo de frecuencia alta ya que no lleva componentes verticales de corriente. Así, la polarización del campo eléctrico emitido por el LPDA oblicuo es lineal y su dirección es una función de la frecuencia. Por reciprocidad la misma afirmación se mantiene para señales recibidas por la antena.

En un radar la polarización de la señal trasmitida y por tanto la polarización de la señal recibida es elegida principalmente considerando la naturaleza de los objetivos esperados y el desorden del terreno. Es usualmente horizontal, vertical o a 45 grados. Dependiendo de la naturaleza del radar y su aplicación, la posibilidad de funcionar en un ancho de banda ágil muy ancha pude anular cualquier desventaja que puede resultar del giro de la polarización con la frecuencia. A frecuencias muy altas (VHF) y frecuencias ultra altas (UHF), hay beneficios claros de la difracción que sucede en las frecuencias bajas (VHF), cuando la polarización es vertical y las propiedades de penetración en el follaje de las frecuencias más altas (UHF), cuando la polarización es horizontal. Estas ventajas pueden ser realizadas con una matriz plana de una pluralidad de elementos LPDA oblicuos ilustrados en la figura 6 si el LPDA oblicuo está diseñado para cubrir las partes apropiadas de las bandas VHF y UHF.

Una segunda realización del invento se muestra en la figura 7. Aquí los dipolos oblicuos están limitados a un solo plano horizontal, ignorando la pequeña separación de los conductores que forman la línea de transmisión de alimentación 24a y 24b. La polarización lineal del campo eléctrico transmitido por esta realización del LPDA oblicuo es por tanto horizontal, como debe ser un requisito especificado para una aplicación particular del invento, por ejemplo un radar de mayor frecuencia en el que mecanismos de penetración en follaje y difracción son virtualmente insignificantes.

Se ha encontrado que cuando los segmentos de extremo de los dipolos son oblicuos de tal manera que son con forma de "C" y están dispuestos de una manera paralela y coplanar, como se muestra en la figura 8, el LPDA oblicuo formado así ha mejorado el rendimiento con ángulos anchos (\alpha), cuando se compara con el rendimiento de la realización mostrada en la figura 7. Esto es debido a que las corrientes llevadas por los segmentos de extremo del dipolo "C" son de igual magnitud y dirección opuesta, por tanto los componentes de campo emitidos por ellos tienden a cancelarse. Cuando \alpha=90 grados los componentes se cancelan exactamente y no aparece radiación en esa dirección, lo que es ideal para un elemento LPDA oblicuo usado en una matriz plana para aplicaciones de radar, por ejemplo.

En la figura 9 se ilustra un ejemplo adicional en el que dipolos oblicuos de la forma ilustrada en la figura 8 y la línea de transmisión que los alimenta está grabada químicamente sobre placas de circuito impreso 26 de doble cara o de dos caras individuales como un conjunto totalmente integrado. Este método de construcción permite un control superior de tolerancias de fabricación y buena capacidad de repetición, lo que es una ventaja importante en frecuencias en las que las longitudes de onda son muy pequeñas. Los elementos de dipolo y las líneas de transmisión pueden ser contenidos dentro de una lámina de material dieléctrico que se estreche desde una dimensión que abarca el dipolo oblicuo más grande hasta una dimensión cero en un punto más allá del dipolo no oblicuo y más corto.

En cada una de las realizaciones descritas antes, puede haber dispuestos varios dipolos 10 no oblicuos en el extremo de la matriz.

Un ejemplo de una matriz plana de elementos LPDA oblicuos idénticos se ilustra en la figura 10. Los elementos están situados en una retícula rectangular regular, que tiene sus respectivos ejes paralelos unos a otros y en ángulos rectos respecto una línea que forma una base de dicha matriz lineal.

Una matriz plana puede ser construida con cualquier forma que consista en una pluralidad de elementos lineales de matriz como se ha descrito previamente. Los elementos lineales de matriz pueden estar situados con separaciones regulares o irregulares en puntos de nodo de una retícula. Los puntos de nodo pueden ser rectangulares, triangulares o con cualquier otra forma geométrica de tal manera que el eje de los elementos lineales de matriz sean paralelos unos a otros y estén con ángulo recto respecto al plano de la matriz plana.

Una matriz no plana puede ser formada curvando individual o doblemente la superficie de la matriz plana descrita antes.

La aplicación del invento no está limitada a las bandas VHF y UHF y en principio puede ser usado con ventaja significativa en cualquier antena de matriz plana o lineal requerida para funcionar sobre anchos de banda amplios, particularmente un octavo o más, para radar, comunicaciones u otras finalidades. El límite superior de frecuencia está manejado por la precisión con la que puedan ser construidos la línea de transmisión y el punto de alimentación.

Claims (8)

1. Un elemento de matriz de antena lineal para conseguir la supresión de lóbulos de rejilla, comprendiendo la matriz;

una pluralidad de dipolos oblicuos o doblados (21) de longitud total desigual, teniendo cada uno de dichos dipolos oblicuos (21) una sección central con sus polos oblicuos de tal manera que las secciones (21a, 21b; 25a, 25b) de los dipolos oblicuos (21) son de igual longitud y están formadas con un ángulo respecto la sección central, teniendo cada uno de los dipolos oblicuos (21) una longitud total de substancialmente una mitad de longitud de onda o múltiplos de ella con relación a la frecuencia recibida o trasmitida discreta deseada dentro de la banda total de frecuencias;

al menos un dipolo más corto no oblicuo (10), siendo la longitud de la sección central de cada dipolo oblicuo (21) substancialmente igual a la longitud del dipolo más corto no oblicuo (10), y

una línea de transmisión (7) de dos conductores a la que están conectados alternadamente los dipolos oblicuos (21) y a la que está conectado cada dipolo no oblicuo (10), estando formada la línea de transmisión (7) para asegurar las fases de excitación correctas para el funcionamiento, siendo los conductores de la línea de transmisión paralelos en un plano vertical y estando dispuestos de tal manera que la relación de la longitud total de cada dipolo (10, 21) a su distancia desde un punto fijo de referencia (8) situado en un eje de la línea de transmisión (7) es constante;

caracterizado porque las secciones (21a, 21b; 25a, 25b) de extremo de cada dipolo oblicuo respectivo (21) apuntan en direcciones opuestas, en el que o bien cada sección (21a, 21b) de extremo de un dipolo respectivo (21) se sitúa substancialmente en un plano vertical, o cada sección (25a, 25b) de extremo de un dipolo respectivo (21) se sitúa substancialmente en un plano horizontal.

2. Un elemento de matriz de antena lineal acorde con la reivindicación 1, en el que las secciones (21a, 21b; 25a, 25b) de extremo de cada dipolo oblicuo (21) están orientadas substancialmente en ángulo recto con respecto a las secciones centrales respectivas.

3. Un elemento de matriz de antena lineal acorde con la reivindicación 1 ó 2, en el que las secciones (25a, 25b) de los dipolos oblicuos (21) se sitúan substancialmente en un plano horizontal y todos dipolos (10, 21) y su respectivo conductor de la línea de transmisión (7) de dos conductores están grabados químicamente sobre una placa de circuito impreso (26) que tiene superficies planas substancialmente paralelas.

4. Un elemento de matriz de antena lineal acorde con la reivindicación 3, en el que cada conductor de la línea de transmisión (7) y los dipolos respectivos (10, 21) conectados a ella están grabados químicamente sobre lados separados de la placa de circuito impreso.

5. Un elemento de matriz de antena lineal acorde con la reivindicación 1 ó 2, en el que los dipolos (10, 21) y la línea de transmisión (7) están contenidos dentro de una lámina de material dieléctrico que se estrecha desde una dimensión que abarca el dipolo oblicuo más grande (21) hasta una dimensión cero en un punto más allá del dipolo no oblicuo más corto (10).

6. Una matriz de antena lineal que tiene una pluralidad de elementos de matriz de antena lineal acorde con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, siendo los ejes de los elementos de la matriz de antena paralelos unos con otros y están substancialmente en ángulo recto con una línea que forma una base para la matriz de antena lineal.

7. Una matriz de antena plana de cualquier forma que tenga una pluralidad de elementos de matriz de antena lineal acorde con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en la que los elementos de matriz de antena están situados con separaciones regulares o irregulares en puntos de nodo de una retícula con cualquier forma, siendo los ejes de los elementos de matriz de antena lineal paralelos unos con otros y substancialmente en ángulo recto con respecto al plano de la matriz plana.

8. Una matriz de antena de área no plana formada curvando individual o doblemente una superficie de la matriz plana acorde con la reivindicación 7.