ES2264018T3 - Antena multi-haz con material bip. - Google Patents
Antena multi-haz con material bip.Info
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Abstract
Antena multi-haz que incluye: - un material BIP (20, 142, 172), Banda de Prohibición Fotónica, capaz de filtrar espacial y frecuencialmente ondas electromagnéticas, presentando dicho material BIP por lo menos una banda no pasante y formando una superficie exterior (38; 158) radiante en emisión y/o recepción, - por lo menos un defecto (36, 76, 78, 156, 180) de periodicidad del material BIP, de manera a crear por lo menos una pasabanda estrecha en el seno de dicha por lo menos una banda no pasante de dicho material BIP, - el o cada defecto (36, 76, 78) de periodicidad del material BIP forma una cavidad (36, 76, 78) resonantes con fugas, que presenta una altura constante en una dirección ortogonal a dicha superficie exterior radiante (38), y dimensiones laterales determinadas paralelas a dicha superficie exterior radiante, y - un dispositivo de excitación (40 a 43, 84, 86, 160, 162, 190) capaz de emitir y/o recibir ondas electromagnéticas en el interior de dicha por lo menos una pasabanda estrecha creada por dicho por lo menos un defecto, caracterizada porque: el dispositivo de excitación es capaz de trabajar simultáneamente por lo menos alrededor de una primera y una segunda frecuencia de trabajo distintas; el dispositivo de excitación incluye un primero y un segundo elemento de excitación (40 a 43, 84, 86) distintos e independientes uno de otro, cada uno capaz de emitir y/o recibir ondas electromagnéticas, siendo el primer elemento de excitación capaz de trabajar a la primera frecuencia de trabajo y siendo el segundo elemento de excitación capaz de trabajar a la segunda frecuencia de trabajo; la primera y la segunda frecuencia de trabajo son capaces de excitar el mismo modo de resonancia de una cavidad resonante con fugas (36, 76, 78), estableciéndose dicho modo de resonancia de forma idéntica cualesquiera que sean las dimensiones laterales de la cavidad, de manera a generar en dicha superficie exterior respectivamente una primera y una segunda mancha radiante (46 a 49), representando cada una de dichas manchas radiantes el origen de un haz de ondas electromagnéticas radiadas en emisión y/o recepción por la antena; cada una de las manchas radiantes (46 a 49) presenta un centro geométrico cuya posición es función de la posición del elemento de excitación que le da origen y cuya superficie es superior a la del elemento radiante que le da origen, y el primero y el segundo elemento de excitación (40 a 43, 84, 88) están colocados uno con relación a otro de manera que la primera y la segunda mancha radiante (46 a 49) estén dispuestas en la superficie exterior (38) del material BIP, una junto a otra y solapadas en parte.
Description
Antena multi-haz con material
BIP.
La invención se refiere a una antena
multi-haz que incluye:
- -
- un material BIP (Banda de Prohibición Fotónica) capaz de filtrar espacial y frecuencialmente ondas electromagnéticas, presentando dicho material BIP por lo menos una banda no pasante y formando una superficie exterior radiante en emisión y/o recepción,
- -
- por lo menos un defecto de periodicidad del material BIP, de manera a crear por lo menos una pasabanda estrecha en el seno de dicha por lo menos una banda no pasante de dicho material BIP, y
- -
- un dispositivo de excitación capaz de emitir y/o recibir ondas electromagnéticas en el interior de dicha por lo menos una pasabanda estrecha creada por dicho por lo menos un defecto.
Las antenas multi-haz se emplean
mucho en las aplicaciones espaciales, especialmente en los satélites
geoestacionarios, para emitir hacia a superficie terrestre y/o
recibir información desde la superficie terrestre. A tal efecto,
incluyen varios elementos radiantes que generan cada uno un haz de
ondas electromagnéticas separado de los demás haces. Dichos
elementos radiantes se sitúan por ejemplo a proximidad del foco de
una parabólica que forma un reflector de haces de ondas
electromagnéticas, habiéndose alojado la parabólica y la antena
multi-haz en un satélite geoestacionario. La
parabólica está destinada a dirigir cada haz hacia una zona
correspondiente de la superficie terrestre. Cada zona de la
superficie terrestre iluminada por un haz de la antena
multi-haz se denomina comúnmente zona de cobertura.
Por lo tanto, cada zona de cobertura corresponde a un elemento
radiante.
Actualmente, los elementos radiantes empleados
se conocen mediante el término "conos", y la antena
multi-haz equipada con dichos conos se conoce
mediante el término antena de conos. Cada cono produce una mancha
radiante sensiblemente circular, que forma la base de un haz cónico
radiado en emisión o en recepción. Dichos conos están dispuestos
unos al lado de otros, de manera a aproximar lo más posible las
manchas radiantes unas de otras.
La figura 1A representa esquemáticamente una
antena multi-haz de conos vista de frente, en la que
siete cuadrados F1 a F7 indican el volumen de siete conos dispuestos
unos junto a otros. Siete círculos S1 a S7, cada uno incluido en una
de los cuadrados F1 a F7, representan las manchas radiantes
producidas por los correspondientes conos. La antena de la figura 1A
está situada en el foco de una parabólica de un satélite
geoestacionario destinada a emitir información sobre el territorio
francés.
La figura 1B representa zonas C1 a C7 de
cobertura a -3 dB, cada una correspondiente a una mancha radiante de
la antena de la figura 1A. El centro de cada círculo corresponde a
un punto de la superficie terrestre donde la potencia recibida es
máxima. El contorno de cada círculo delimita una zona en cuyo
interior la potencia recibida en la superficie terrestre es superior
a la mitad de la potencia máxima recibida en el centro del círculo.
Aunque las manchas radiantes S1 a S7 estén prácticamente juntas,
éstas producen zonas de cobertura a -3 dB separadas unas de otras.
Las áreas situadas entre las zonas de cobertura a -3 dB se denominan
agujeros de recepción. Cada agujero de recepción corresponde por lo
tanto a un área de la superficie terrestre donde la potencia
recibida es inferior a la mitad de la potencia máxima recibida. En
dichos agujeros de recepción, la potencia recibida puede revelarse
insuficiente para que un receptor terrestre pueda funcionar
correctamente.
Para resolver dicho problema de agujero de
recepción, se ha planteado solapar entre sí las manchas radiantes de
la antena multi-haz. La figura 2A ilustra una vista
de cara parcial de dicha antena multi-haz con varias
manchas radiantes solapadas. En dicha figura, sólo se han
representado dos manchas radiantes SR1 y SR2. Cada mancha radiante
está producida a partir de siete fuentes de radiación independientes
y distintas unas de otras. La mancha radiante SR1 se forma a partir
de las fuentes de radiación SdR1 a SdR7 dispuestas juntas unas al
lado de otras. La mancha radiante SR2 se produce a partir de las
fuentes de radiación SdR1, SdR2, SdR3 y SdR7, y de las fuentes de
radiación SdR8 a SdR10. Las fuentes de radiación SdR1 a SdR7 son
capaces de trabajar a una primera frecuencia de trabajo para crear
un primer haz de ondas electromagnéticas sensiblemente uniforme a
esta primera frecuencia. Las fuentes de radiación SdR1 a SdR3 y SdR7
a SdR10 son capaces de trabajar a una segunda frecuencia de trabajo,
de manera a generar un segundo haz de ondas electromagnéticas,
sensiblemente uniforme a dicha segunda frecuencia de trabajo. Por lo
tanto, las fuentes de radiación SdR1 a SdR3 y SdR7 son capaces de
trabajar simultáneamente a la primera y a la segunda frecuencia de
trabajo. La primera y la segunda frecuencia de trabajo son distintas
una de otra de manera a limitar las interferencia entre el primero y
el segundo haz producido.
Por lo tanto, en dicha antena
multi-haz, se emplean fuentes de radiación tales
como las fuentes de radiación SdR1 a 3, al mismo tiempo para generar
la mancha radiante SR1 y la mancha radiante SR2, lo que produce un
solapado de dichas dos manchas radiantes SR1 y SR2. La figura 2B
ilustra la disposición de las zonas de cobertura a -3 dB generadas
por una antena multi-haz que presenta manchas
radiantes solapadas. Dicha antena permite reducir considerablemente
los agujeros de recepción, incluso eliminarlos. Sin embargo, debido
en parte a que una macha radiante está formada a partir de varias
fuentes de radiación independientes y distintas unas de otras, de
las que por lo menos algunas se utilizan asimismo para otras manchas
radiantes, dicha antena multi-haz es más compleja de
comandar que las antenas de conos clásicas.
La invención pretende remediar dicho
inconveniente, proponiendo una antena multi-haz de
manchas radiantes solapadas más sencilla.
Por lo tanto, tiene por objeto una antena como
la definida anteriormente, caracterizada:
- -
- porque el dispositivo de excitación es capaz de trabajar simultáneamente por lo menos alrededor de una primera y una segunda frecuencia de trabajo distintas;
- -
- porque el dispositivo de excitación incluye un primero y un segundo elemento de excitación distintos e independientes uno de otro, cada uno capaz de emitir y/o recibir ondas electromagnéticas, siendo el primer elemento de excitación capaz de trabajar a la primera frecuencia de trabajo y siendo el segundo elemento de excitación capaz de trabajar a la segunda frecuencia de trabajo;
- -
- porque el o cada defecto de periodicidad del material BIP forma una cavidad resonante con fugas que presenta una altura constante en una dirección ortogonal a dicha superficie exterior radiante y dimensiones laterales determinadas paralelas a dicha superficie exterior radiante;
- -
- porque la primera y la segunda frecuencia de trabajo son capaces de excitar el mismo modo de resonancia de una cavidad resonante con fugas, estableciéndose dicho modo de resonancia de forma idéntica cualesquiera que sean las dimensiones laterales de la cavidad, de manera a generar en dicha superficie exterior respectivamente una primera y una segunda mancha radiante, representando cada una de dichas manchas radiantes el origen de un haz de ondas electromagnéticas radiadas en emisión y/o recepción por la antena;
- -
- porque cada una de las manchas radiantes presenta un centro geométrico cuya posición es función de la posición del elemento de excitación que le da origen y cuya superficie es superior a la del elemento radiante que le da origen, y
- -
- porque el primero y el segundo elemento de excitación están colocados uno con relación a otro de manera que la primera y la segunda mancha radiante estén dispuestas en la superficie exterior del material BIP, una junto a otra y solapadas en parte.
En la antena multi-haz descrita
anteriormente, cada elemento de excitación produce una única mancha
radiante que forma la base o sección recta al origen de un haz de
ondas electromagnéticas. Por lo tanto, desde este punto de vista,
esta antena es compatible con las antenas de conos convencionales,
donde un cono produce una única mancha radiante. El comando de esta
antena es similar al de una antena de conos convencional. Además,
los elementos de excitación están situados de manera a solapar las
manchas radiantes. Esta antena presenta las ventajas de una antena
multi-haz de manchas radiantes solapadas, sin
incremento de la complejidad del comando de los elementos de
excitación con relación a la de las antenas
multi-haz de conos.
Según otras características de una antena
multi-haz de conformidad con la invención:
- -
- cada mancha radiante es sensiblemente circular, correspondiendo el centro geométrico a un máximo de potencia emitida y/o recibida, y correspondiendo la periferia a una potencia emitida y/o recibida igual a una fracción de la potencia máxima emitida y/o recibida en su centro, y la distancia, en un plano paralelo a la superficie exterior, que separa los centros geométricos de ambos elementos de excitación, es estrictamente inferior al radio de la mancha radiante producida por el primer elemento de excitación añadido al radio de la mancha radiante producida por el segundo elemento de excitación;
- -
- el centro geométrico de cada mancha radiante está situado en la línea ortogonal en dicha superficie exterior radiante, que pasa por el centro geométrico del elemento de excitación que le da origen;
- -
- el primero y el segundo elemento de excitación están situados en el interior de una misma cavidad;
- -
- la primera y la segunda frecuencia de trabajo están situadas en el interior de la misma pasabanda estrecha generada por dicha misma cavidad;
- -
- el primero y el segundo elemento de excitación están situados cada uno en el interior de cavidades resonantes distintas, y la primera ya la segunda frecuencia de trabajo son capaces de excitar cada una un modo de resonancia independiente de las dimensiones laterales de su respectiva cavidad;
- -
- un plano reflector de radiación electromagnética asociado al material BIP, estando deformado dicho plano reflector de manera a formar dichas cavidades distintas;
- -
- la o cada cavidad tiene forma paralelepipédica.
La invención se entenderá mejor mediante la
lectura de la siguiente descripción, realizada únicamente a título
de ejemplo, con referencia a los dibujos, en los cuales:
- las figuras 1A, 1B, 2B y 2B representan
antenas multi-haz conocidas, así como las áreas de
cobertura resultantes;
- la figura 3 muestra una vista en perspectiva
de una antena multi-haz de conformidad con la
invención;
- la figura 4 muestra un gráfico que representa
el coeficiente de transmisión de la antena de la figura 3;
- la figura 5 muestra un gráfico que representa
el diagrama de radiación de la antena de la figura 3;
- la figura 6 muestra un segundo modo de
realización de una antena multi-haz de conformidad
con la invención;
- la figura 7 representa el coeficiente de
transmisión de la antena de la figura 6;
- la figura 8 representa un tercer modo de
realización de una antena multi-haz de conformidad
con la invención;
- la figura 9 muestra una ilustración de una
antena semi-cilíndrica de conformidad con la
invención.
La figura 3 representa una antena
multi-haz 4. Esta antena 4 está formada por un
material 20 con banda de prohibición fotónica o material BIP
asociado a un plano metálico 22 reflector de ondas
electromagnéticas.
Los materiales BIP son conocidos, describiéndose
el diseño de un material BIP como el material 20, por ejemplo en la
solicitud de patente FR 99 14521. Por lo tanto, sólo se describen en
detalle en la presente las características específicas de la antena
4 con relación a dicho estado de la técnica.
Se recuerda que un material BIP es un material
que posee la propiedad de absorber ciertas gamas de frecuencias, es
decir prohibir cualquier transmisión en dichas gamas de frecuencias.
Dichas gamas de frecuencias forman lo que se denomina aquí una banda
no pasante.
La figura 4 ilustra una banda no pasante B del
material 20. Dicha figura 4 muestra una curva que representa las
variaciones del coeficiente de transmisión expresado en decibelios
en función de la frecuencia de la onda electromagnética emitida o
recibida: dicho coeficiente de transmisión es representativo de la
energía transmitida por un lado del material BIP con relación a la
energía recibida por el otro lado. En el caso del material 20, la
banda no pasante B o banda de absorción B se extiende sensiblemente
entre 7 GHz y 17 GHz.
La posición y la anchura de dicha banda no
pasante B es únicamente función de las propiedades y características
del material BIP.
El material BIP está formado generalmente por un
arreglo periódico de dieléctrica de permitividad y/o permeabilidad
variable. En este caso, el material 20 está formado a partir de dos
láminas 30 y 32 realizadas en un primer material magnético como la
alúmina, y de dos láminas 34 y 36 formadas en un segundo material
magnético como el aire. Se interpone la lámina 34 entre las dos
láminas 30 y 32, mientras que la lámina 36 se interpone entre la
lámina 32 y el plano reflector 22. Se dispone la lámina 30 en un
extremo de dicho apilamiento de láminas. Presenta una superficie
exterior 38 en el lado opuesto de su superficie en contacto con la
lámina 34. Dicha superficie 38 forma una superficie radiante en
emisión y/o recepción.
De manera conocida, la introducción de una
ruptura en dicha periodicidad geométrica y/o radioeléctrica, ruptura
también denominada defecto, permite generar un defecto de absorción
y, por lo tanto, la creación de una pasabanda estrecha en el seno de
la banda no pasante del material BIP. Se denomina al material, en
estas condiciones, material BIP con defectos.
En este caso, se crea una ruptura de
periodicidad geométrica eligiendo la altura o grosor H de la lámina
36 superior a la de la lámina 34. De forma conocida, y de manera a
crear una pasabanda estrecha E (figura 4) sensiblemente en medio de
la pasabanda B, se define dicha altura H mediante la siguiente
relación:
H = 0,5 \ x \
\lambda / \sqrt{\varepsilon \tau \times \mu
\tau}
donde:
- -
- \lambda es la longitud de onda correspondiente a la frecuencia media f_{m} de la pasabanda E,
- -
- \varepsilon_{r} es la permitividad relativa del aire, y
- -
- \mu_{r} es la permeabilidad relativa del aire.
En este caso, la frecuencia media f_{m} es
sensiblemente igual a 12 GHz.
La lámina 36 forma una cavidad resonante
paralelepipédica con fugas, cuya altura H es constante y cuyas
dimensiones laterales están definidas mediante las dimensiones
laterales del material BIP 20 y el reflector 22. Dichas láminas 30 y
32, así como el plano reflector 22, son rectangulares y de
dimensiones laterales idénticas. En este caso, se eligen dichas
dimensiones laterales de manera a ser varias veces mayores que el
radio R definido mediante la fórmula empírica siguiente:
(1)G_{dB} \geq
20log \frac{\pi \Phi}{\lambda} -
2,5.
donde:
- -
- G_{dB} es la ganancia en decibelios deseada para la antena,
- -
- \Phi=2 R,
- -
- \lambda es la longitud de onda correspondiente a la frecuencia media f_{m}.
A título de ejemplo, para una ganancia de 20 dB,
el radio R es sensiblemente igual a 2,15 \lambda.
De manera conocida, dicha cavidad resonante
paralelepipédica presenta varias familias de frecuencias de
resonancia. Cada familia de frecuencias de resonancia está formada
por una frecuencia fundamental y sus armónicas o múltiplos enteros
de la frecuencia fundamental. Cada frecuencia de resonancia de una
misma familia excita el mismo modo de resonancia de la cavidad.
Estos modos de resonancia se conocen con los términos de modos de
resonancia TM_{0}, TM_{1}, ..., TM_{i}, ... Dichos modos de
resonancia se describen con mayor detalle en el documento de F.
Cardiot, "Electromagnetismo, tratado de Electricidad, Electrónica
y Electrotécnica". Ed. Dunod, 1987.
Se recuerda aquí que el modo de resonancia
TM_{0} puede ser excitado mediante una gama de frecuencias de
excitación vecina de una frecuencia fundamental fm_{0}. De forma
similar, cada modo TM_{i} puede ser excitado mediante una gama de
frecuencias de excitación vecina de una frecuencia fundamental
fm_{i}. Cada modo de resonancia corresponde a un diagrama de
radiación de la antena particular y a una mancha radiante en emisión
y/o recepción, formada en la superficie exterior 38. En este caso,
la mancha radiante es la zona de superficie exterior 38 que contiene
el conjunto de puntos donde la potencia radiada en emisión y/o
recepción es superior o igual a la mitad de la potencia máxima
radiada a partir de dicha superficie exterior mediante la antena 4.
Cada mancha radiante admite un centro geométrico correspondiente al
punto en que la potencia radiada es sensiblemente igual a la
potencia radiada máxima.
En el caso del modo de resonancia TM_{0},
dicha mancha radiante se incluye en un círculo cuyo diámetro \Phi
se obtiene mediante la fórmula (1). Para el modo de resonancia
TM_{0}, el diagrama de radiación es en este caso fuertemente
directivo a lo largo de una dirección perpendicular a la superficie
exterior 38 y pasa por el centro geométrico de la mancha radiante.
El diagrama de radiación correspondiente al modo de resonancia
TM_{0} se ilustra en la figura 5.
Las frecuencias f_{mi} están situadas en el
interior de la pasabanda estrecha E.
Finalmente, cuatro elementos de excitación 40 a
43 se sitúan unos junto a otros en la cavidad 36 en el plano
reflector 22. En el ejemplo descrito aquí, los centros geométricos
de dichos elementos de excitación están situados en las cuatro
esquinas de un rombo cuyos lados tienen unas dimensiones
estrictamente inferiores a 2R.
Cada uno de dichos elementos de excitación es
capaz de emitir y/o recibir una onda electromagnética a una
frecuencia de trabajo fT_{1} distinta de la de los demás elementos
de excitación. En este caso, la frecuencia fT_{1} de cada elemento
de excitación es vecina de f_{m0}, de manera a excitar el modo de
resonancia TM_{0} de la cavidad 36. Dichos elementos de excitación
40 a 43 están conectados a un generador/receptor clásico de señales
eléctricas destinadas a ser transformadas por cada elemento de
excitación en una onda electromagnética y viceversa.
Dichos elementos de excitación están formados,
por ejemplo, por un dipolo radiante, una ranura radiante, una sonda
placa o un match radiante. El volumen lateral de cada elemento
radiante, es decir, en un plano paralelo a la superficie exterior
38, es estrictamente inferior a la superficie de la mancha radiante
a la que da origen.
A continuación, se describe el funcionamiento de
la antena de la figura 3.
En emisión, el elemento de excitación 40,
activado mediante el generador/receptor 45, emite una onda
electromagnética a una frecuencia de trabajo f_{T0} y excita el
modo de resonancia TM_{0} de la cavidad 36. Los demás elementos
radiantes 41 a 43 se activan simultáneamente por ejemplo por medio
del generador/receptor 45, y actúan del mismo modo con respecto a
las frecuencias de trabajo f_{T1}, f_{T2} y f_{T3}.
Se ha descubierto que, para el modo de
resonancia TM_{0}, la mancha radiante y el diagrama de radiación
correspondiente son independientes de las dimensiones laterales de
la cavidad 36. En efecto, el modo de resonancia TM_{0} sólo es
función del grosor y de la naturaleza de los materiales de cada una
de las láminas 30 a 36, y se establece con independencia de las
dimensiones laterales de la cavidad 36 cuando éstas son varias veces
superiores al radio R definido anteriormente. Por lo tanto, se
pueden establecer varios modos de resonancia TM_{0}
simultáneamente uno junto a otro, y generar simultáneamente varias
manchas radiantes dispuestas unas junto a otras. Es lo que se
produce cuando los elementos de excitación 40 a 43 excitan, cada uno
en distintos puntos del espacio, el mismo modo de resonancia. En
consecuencia, la excitación por parte del elemento de excitación 40
del modo de resonancia TM_{0} se traduce por la aparición de una
mancha radiante 46 sensiblemente circular, cuyo centro geométrico
está situado a la vertical del centro geométrico del elemento 40. De
manera similar, la excitación por medio de los elementos 41 a 43 del
modo de resonancia TM_{0} se traduce por la aparición, a la
vertical del centro geométrico de cada uno de dichos elementos,
respectivamente de manchas radiante 47 a 49. Dado que el centro
geométrico del elemento 40 se encuentra a una distancia
estrictamente inferior a 2R del centro geométrico de los elementos
41 y 43, la mancha radiante 46 se solapa en parte a las manchas
radiantes 47 y 49 correspondientes respectivamente a los elementos
radiantes 41 y 43. Por los mismos motivos, la mancha radiante 49 se
solapa en parte a las manchas radiantes 46 y 48, la mancha radiante
48 se solapa en parte a las manchas radiantes 49 y 47 y la mancha
radiante 47 se solapa en parte a las manchas radiantes 46 y 48.
Cada mancha radiante corresponde a la base o
sección recta al origen de un haz de ondas electromagnéticas
radiado. De este modo, dicha antena funciona de manera similar a las
antenas conocidas multi-haz de manchas radiantes
solapadas.
El funcionamiento de la antena en recepción
deriva del descrito en emisión. Por ello, por ejemplo, si se emite
una onda electromagnética hacia la mancha radiante 46, ésta se
recibe en la superficie correspondiente a la mancha 46. Si la onda
recibida está a una frecuencia incluida en la pasabanda estrecha E,
no es absorbida por el material BIP 20 y es recibida por el elemento
de excitación 40. Cada onda electromagnética recibida por un
elemento de excitación es transmitida en forma de una señal
eléctrica al generador/receptor 45.
La figura 6 representa una antena 70 realizada a
partir de un material BIP 72 y un reflector 74 de ondas
electromagnéticas, y la figura 7 la evolución del coeficiente de
transmisión de dicha antena en función de la frecuencia.
El material BIP 72 es por ejemplo idéntico al
material BIP 20 y presenta la misma banda no pasante B (figura 7).
Las láminas que forman dicho material BIP ya descritas con
referencia a la figura 3, llevan sus mismas referencias
numéricas.
El reflector 74 está formado por ejemplo a
partir del plano reflector 22 deformado de manera a dividir la
cavidad 36 en dos cavidades resonantes 76 y 78 de distintas alturas.
La altura constante H_{1} de la cavidad 76 queda determinada de
manera a situar, en el seno de un banda no pasante B, una pasabanda
estrecha E_{1} (figura 7), por ejemplo alrededor de la frecuencia
de 10 GHz. De manera similar, la altura H_{2} de la cavidad
resonante 78 se determina para situar, en el seno de la misma banda
no pasante B, una pasabanda estrecha E_{2} (figura 7), por ejemplo
centrada alrededor de 14 GHz. El reflector 74 se compone en este
caso de dos medios planos 80 y 82 dispuestos en escalera y unidos
eléctricamente entre sí. El medio plano reflector 80 es paralelo a
la lámina 32 y está separado de la misma por la altura H_{1}. El
medio plano 82 es paralelo a la lámina 32 y está separado de la
misma por la altura constante H_{2}.
Finalmente, un elemento de excitación 84 está
dispuesto en la cavidad 76, y un elemento de excitación 86 está
dispuesto en la cavidad 78. Estos elementos de excitación 84 y 86
son, por ejemplo, idénticos a los elementos de excitación 40 a 43,
salvo por el hecho de que el elemento de excitación 84 es capaz de
excitar el modo de resonancia TM_{0} de la cavidad 76, mientras
que el elemento de excitación 86 es capaz de excitar el modo de
resonancia TM_{0} de la cavidad 78.
En este modo de realización, la distancia
horizontal, es decir paralela a la lámina 32, que separa el centro
geométrico de los elementos de excitación 84 y 86, es estrictamente
inferior a la suma de los radios de dos manchas radiantes producidas
respectivamente por lo elementos 84 y 86.
El funcionamiento de esta antena 70 es idéntico
al de la antena de la figura 3. Sin embargo, en este modo de
realización, las frecuencias de trabajo de los elementos de
excitación 84 y 86 están situadas en pasabandas estrechas E_{1} y
E_{2} respectivas. Por ello, al contrario que en la antena 4 de la
figura 3, las frecuencias de trabajo de cada uno de dichos elementos
de excitación están separadas una de otra por un gran intervalo de
frecuencia, por ejemplo, en este caso, 4 GHz. En este modo de
realización, las posiciones de las pasabandas E_{1} y E_{2} se
eligen de manera a poder utilizar frecuencias de trabajo
impuestas.
La figura 8 representa una antena
multi-haz 100. Esta antena 100 es similar a la
antena 4, salvo por el hecho de que se sustituye el material BIP
mono-defecto 20 del dispositivo radiante 4 por un
material BIP 102 con varios defectos. En la figura 8, los elementos
ya descritos con referencia a la figura 4 llevan las mismas
referencias numéricas.
La antena 100 se representa en corte según un
plano de corte perpendicular al plano deflector 22 y que pasa por
los elementos de excitación 41 y 43.
El material BIP 102 incluye dos agrupaciones
sucesivas 104 y 106 de láminas realizadas en un primer material
dieléctrico. Las agrupaciones 104 y 106 están superpuestas en la
dirección perpendicular al plano reflector 22. Cada agrupación 104 y
106 está formada, a título de ejemplo no limitativo, respectivamente
por dos láminas 110 y 112, y 114 y 116, paralelas al plano reflector
22. Cada lámina de una agrupación tiene el mismo grosor que las
demás láminas de dicha misma agrupación. En el caso de la agrupación
106, cada lámina tiene un grosor e_{2} = \lambda/2, donde
\lambda designa la longitud de onda de la frecuencia media de la
banda estrecha creada por los defectos del material BIP.
Cada lámina de la agrupación 104 tiene un grosor
e_{1} = \lambda/4.
El cálculo de dichos grosores e_{1} y e_{2}
deriva de la enseñanza divulgada en la patente francesa 99 14521 (2
801 428).
Entre cada lámina del material BIP 102 con
defecto está interpuesta una lámina de un segundo material
dieléctrico, como el aire. El grosor de dichas láminas que separan
las láminas 110, 112, 114 y 116 es igual a \lambda/4.
La primera lámina 116 está dispuesta en frente
del plano reflector 22 y separada de dicho plano por una lámina del
segundo material dieléctrico de grosor \lambda/2, de manera a
formar una cavidad paralelepipédica resonante con fugas.
Preferiblemente, el grosor e_{i} de las láminas de material
dieléctrico, consecutiva a cada grupo de láminas de material
dieléctrico, está en progresión geométrica de razón q en la
dirección de las agrupaciones 104 y 106 sucesivas.
Además, en el modo de realización descrito aquí
a título de ejemplo no limitativo, el número de agrupaciones
superpuestas es igual a 2, con objeto de sobrecargar el dibujo, y la
razón de progresión geométrica adoptada es asimismo igual a 2.
Dichos valores no son limitativos.
Dado que dicha superposición de agrupaciones de
material BIP tiene características de permeabilidad magnética,
permitividad dieléctrica y grosor ei distintas, se incrementa la
anchura de la pasabanda estrecha creada en el seno de la misma banda
no pasante del material BIP. Por ello, se eligen las frecuencias de
trabajo de los elementos radiantes 40 a 43 más separadas unas de
otras que en el modo de realización de la figura 3.
El funcionamiento de este dispositivo radiante
100 deriva directamente del de la antena 4.
Como variante, la radiación emitida o recibida
por cada elemento de excitación es polarizada en una dirección
distinta de la empleada por los elementos de excitación vecinos.
Ventajosamente, la polarización de cada elemento de excitación es
ortogonal a la utilizada por los elementos de excitación vecinos. De
esta forma, se limitan las interferencias y los acoplamientos entre
elementos de excitación vecinos.
Como variante, un mismo elemento de excitación
está adaptado para funcionar sucesiva o simultáneamente a varias
frecuencias de trabajo distintas. Dicho elemento permite crear una
zona de cobertura en la que, por ejemplo, la emisión y la recepción
se efectúan a distintas longitudes de onda. Dicho elemento de
excitación es asimismo capaz de realizar conmutación de
frecuencia.
Claims (8)
1. Antena multi-haz que
incluye:
- -
- un material BIP (20, 142, 172), Banda de Prohibición Fotónica, capaz de filtrar espacial y frecuencialmente ondas electromagnéticas, presentando dicho material BIP por lo menos una banda no pasante y formando una superficie exterior (38; 158) radiante en emisión y/o recepción,
- -
- por lo menos un defecto (36, 76, 78, 156, 180) de periodicidad del material BIP, de manera a crear por lo menos una pasabanda estrecha en el seno de dicha por lo menos una banda no pasante de dicho material BIP,
- -
- el o cada defecto (36, 76, 78) de periodicidad del material BIP forma una cavidad (36, 76, 78) resonantes con fugas, que presenta una altura constante en una dirección ortogonal a dicha superficie exterior radiante (38), y dimensiones laterales determinadas paralelas a dicha superficie exterior radiante, y
- -
- un dispositivo de excitación (40 a 43, 84, 86, 160, 162, 190) capaz de emitir y/o recibir ondas electromagnéticas en el interior de dicha por lo menos una pasabanda estrecha creada por dicho por lo menos un defecto,
caracterizada
porque:
- -
- el dispositivo de excitación es capaz de trabajar simultáneamente por lo menos alrededor de una primera y una segunda frecuencia de trabajo distintas;
- -
- el dispositivo de excitación incluye un primero y un segundo elemento de excitación (40 a 43, 84, 86) distintos e independientes uno de otro, cada uno capaz de emitir y/o recibir ondas electromagnéticas, siendo el primer elemento de excitación capaz de trabajar a la primera frecuencia de trabajo y siendo el segundo elemento de excitación capaz de trabajar a la segunda frecuencia de trabajo;
- -
- la primera y la segunda frecuencia de trabajo son capaces de excitar el mismo modo de resonancia de una cavidad resonante con fugas (36, 76, 78), estableciéndose dicho modo de resonancia de forma idéntica cualesquiera que sean las dimensiones laterales de la cavidad, de manera a generar en dicha superficie exterior respectivamente una primera y una segunda mancha radiante (46 a 49), representando cada una de dichas manchas radiantes el origen de un haz de ondas electromagnéticas radiadas en emisión y/o recepción por la antena;
- -
- cada una de las manchas radiantes (46 a 49) presenta un centro geométrico cuya posición es función de la posición del elemento de excitación que le da origen y cuya superficie es superior a la del elemento radiante que le da origen, y
- -
- el primero y el segundo elemento de excitación (40 a 43, 84, 88) están colocados uno con relación a otro de manera que la primera y la segunda mancha radiante (46 a 49) estén dispuestas en la superficie exterior (38) del material BIP, una junto a otra y solapadas en parte.
2. Antena, según la reivindicación 1,
caracterizada porque:
- -
- cada mancha radiante (46 a 49) es sensiblemente circular, correspondiendo el centro geométrico a un máximo de potencia emitida y/o recibida, y correspondiendo la periferia a una potencia emitida y/o recibida igual a una fracción de la potencia máxima emitida y/o recibida en su centro, y
- -
- la distancia, en un plano paralelo a la superficie exterior, que separa los centros geométricos de ambos elementos de excitación (40 a 43, 84, 86), es estrictamente inferior al radio de la mancha radiante producida por el primer elemento de excitación añadido al radio de la mancha radiante producida por el segundo elemento de excitación.
3. Antena, según la reivindicación 1 o 2,
caracterizada porque el centro geométrico de cada mancha
radiante (46 a 49) está situado en la línea ortogonal a dicha
superficie exterior radiante (38) y pasa por el centro geométrico
del elemento de excitación (40 a 43) que le da origen.
4. Antena, según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque el primero y el
segundo elemento de excitación (40 a 43) están situados en el
interior de una misma cavidad (36).
5. Antena, según la reivindicación 4,
caracterizada porque la primera y la segunda frecuencia de
trabajo están situadas en el interior de la misma pasabanda estrecha
creada por dicha misma cavidad (36).
\newpage
6. Antena, según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque el primero y el
segundo elemento de excitación (84, 86) están situados cada uno en
el interior de cavidades resonantes distintas (76, 78), y porque la
primera y la segunda frecuencia de trabajo son capaces de excitar
cada una un modo de resonancia independiente de las dimensiones
laterales de su respectiva cavidad.
7. Antena, según la reivindicación 6,
caracterizada porque incluye un plano reflector (74) de
radiación electromagnética asociado al material BIP (72),
deformándose dicho plano reflector de manera a formar dichas
cavidades distintas.
8. Antena, según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 7, caracterizada porque la o cada
cavidad tiene forma paralelepipédica.
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