ES2317534T3 - Disposicion de antena. - Google Patents
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Abstract
Disposición de antena que comprende un mástil (1) y unos elementos de antena (2) dispuestos en dicho mástil (1), estando constituido el mástil (1) por varios elementos (3) de forma troncocónica, caracterizada porque los distintos elementos (3) de forma troncocónica del mástil (1) están unidos alternativamente uno con otro en las superficies de base y en las superficies de techo, y las superficies de base y de techo situadas una sobre otra son iguales en cada caso, y una normal S_E de los elementos de antena (2) forma con la perpendicular S_A al eje z del mástil un ángulo |alfa| comprendido entre 5º y 35º.
Description
Disposición de antena.
La invención concierne a una disposición de
antena según el preámbulo de la reivindicación 1.
Se conoce por el documento US 6173537 una
disposición de antena que comprende un mástil y unos elementos de
antena dispuestos en el mástil, estando constituido el mástil por
varios elementos de forma troncocónica.
Se conoce por [1] una disposición de una antena
radiogoniométrica. La antena comprende un tramo de mástil que sirve
de antena de UHF y otro tramo de mástil que sirve de antena de
VHF.
Una disposición de antena de esta clase se
utiliza frecuentemente en sistemas de antena radiogoniométrica como
los que se emplean en barcos de la Marina. Un requisito conocido
impuesto a tales barcos es, como es sabido, la invisibilidad del
respectivo barco para el radar enemigo. Dado que las antenas
radiogoniométricas están dispuestas siempre en la punta del mástil
de un barco, éstas son las primeras en proyectarse sobre el
horizonte y pueden ser así fácilmente detectadas. Decisiva para la
detección de un objeto por medio del radar es la respectiva sección
transversal de retrodispersión monoestática de radar del respectivo
objeto. El resultado de la aplicación es un sector de amenaza que
se ha de optimizar y que corresponde al intervalo angular de la
posible radiación incidente del radar enemigo.
El cometido de la invención consiste en indicar
una disposición de antena del género antes señalado con una pequeña
sección transversal optimizada de retrodispersión monoestática del
radar para el sector de amenaza.
Este problema se resuelve con la disposición de
antena según las características de la reivindicación 1. Ejecuciones
ventajosas de la invención son objeto de las reivindicaciones
subordinadas.
La disposición de antena según la invención
comprende un mástil y unos elementos de antena dispuestos en el
mástil, estando constituido el mástil por varios elementos de forma
troncocónica y formando una normal a la superficie de los elementos
de antena con la perpendicular al eje z del mástil un ángulo
|\alpha| entre 5º y 35º.
El eje z del mástil coincide con el eje
simétrico de cada elemento de forma troncocónica.
Gracias a estas medidas es posible reducir en
más de 10 dB la retrodispersión monoestática de radar (RCS) de la
disposición de antena en el sector de amenazada. Se reduce así
sensiblemente la distancia desde la cual un radar enemigo puede
detectar el barco. Monoestático significa aquí que la dirección de
incidencia y la dirección de emergencia de la radiación de radar
son iguales o, en otras palabras, que la antena emisora y la antena
receptora del radar enemigo tienen la misma posición. Esto es lo que
ocurre en la mayoría de las instalaciones de radar (por ejemplo, en
un radar de barco).
Los distintos elementos de forma troncocónica
del mástil están unidos alternativamente uno con otro en las
superficies de base y en las superficies de techo. Las áreas de las
superficies de base y de techo situadas una sobre otra son
convenientemente iguales en cada caso. Como superficie de base se
designa, además, la superficie perpendicular al eje simétrico del
tronco de cono que resulta del diámetro más grande de dicho tronco
de cono. La superficie de techo designa de manera correspondiente
la superficie del tronco de cono que resulta del diámetro más
pequeño de dicho tronco de cono.
Por tanto, el mástil está constituido
sustancialmente por varios troncos de cono dobles. Las transiciones
entre los distintos troncos de cono dobles son convenientemente de
construcción homogénea, es decir que no se emplean bridas. En
particular, en una forma de realización preferida de la invención
las normales a las superficies envolventes de dos elementos de
mástil troncocónicos contiguos unidos uno con otro en las
superficies de techo forman un ángulo inferior a 90º. Se impide así
que las dos superficies envolventes sirvan de retrorradiador
ideal.
Convenientemente, el mástil está aplicado sobre
una placa de base. El mástil está aplicado aquí ventajosamente
sobre la placa de base de tal manera que una normal al lado superior
de la placa de base forma un ángulo obtuso con una normal a la
superficie envolvente del primer elementos troncocónico aplicado
sobre la superficie de base. Se garantiza así un posicionamiento
seguro del mástil.
En lo que sigue se explican con más detalle la
invención y otras realizaciones ventajosas ayudándose de dibujos.
Muestran:
La figura 1, esquemáticamente, un tramo de
mástil de una disposición de antena según el estado de la
técnica,
La figura 2, esquemáticamente, un tramo de
mástil de una disposición de antena según la invención dada a título
de ejemplo,
La figura 3, para un tramo de mástil de una
disposición de antena según la figura 1, una evolución a título de
ejemplo de la retrodispersión monoestática de radar en función del
ángulo \theta y la frecuencia f del radar,
La figura 4, para un tramo de mástil de una
disposición de antena de la invención según la figura 2, una
evolución a título de ejemplo de la retrodispersión monoestática de
radar en función del ángulo \theta y la frecuencia f del
radar,
La figura 5, una representación a título de
ejemplo de un mástil optimizado respecto de la dispersión
monoestática de radar,
La figura 6, la evolución de la retrodispersión
monoestática de radar para un mástil cilíndrico con una longitud de,
por ejemplo, 1 m y un diámetro de, por ejemplo, 125 mm, en función
del ángulo \theta y de la frecuencia f del radar,
La figura 7, la evolución de la retrodispersión
monoestática de radar para un mástil de una disposición de antena
según la invención con una longitud de, por ejemplo, 1 m y un
diámetro máximo de, por ejemplo, 125 mm en función del ángulo
\theta y de la frecuencia f del radar,
La figura 8, una disposición de antena según la
invención dada a título de ejemplo con un tramo mástil para una
antena de UHF y otro tramo para una antena de VHF.
La figura 1 muestra un fragmento de una
disposición de antena conocida, tal como ésta ha sido revelada, por
ejemplo, en [1]. La disposición se caracteriza por un mástil 1
sustancialmente cilíndrico en el que están dispuestos con simetría
radial unos elementos de antena 2. Los elementos de antena están
configurados convenientemente como elementos de dipolo. La sujeción
(no representada) de los elementos de antena 2 en el mástil se
efectúa con ayuda de medidas conocidas, por ejemplo uniones no
conductoras.
La figura 2a muestra esquemáticamente un ejemplo
de un tramo de una disposición de antena según la invención. El
tramo comprende dos troncos de cono 3 que están unidos uno con otro
en sus superficies de base. Por tanto, los dos troncos de cono
forman una especie de tronco de cono doble.
Convenientemente, los troncos de cono 3
presentan un agujero pasante concéntrico (no representado) con un
diámetro más pequeño que el diámetro mínimo de una superficie de
techo de un tronco de cono. Este agujero sirve para el paso de
cables de medida, etc. (no representado).
La unión de los troncos de cono 3 se efectúa por
medio de uniones de atornillamiento (no representadas) realizadas
en el interior de dichos troncos de cono 3. Estas uniones de
atornillamiento pueden ser alcanzadas convenientemente a través del
agujero para el tendido de cables.
En la figura 2a se representan varios elementos
de antena 2 que están dispuestos ventajosamente sobre una línea
circular, estando situado el círculo en un plano perpendicular al
eje del mástil con un diámetro mayor que el diámetro máximo de un
elemento de forma troncocónica. Convenientemente, los elementos de
antena 2 están dispuestos uniformemente sobre la línea circular,
estando posicionados los elementos de antena 2 sobre la línea
circular de manera que forman un ángulo fijo uno con otro.
En una realización ventajosa de la invención los
elementos de antena 2 están orientados en dirección paralela a la
superficie envolvente radialmente distanciada 4 del elemento 3 de
forma troncocónica. Además, los elementos de antena 2 están
orientados en forma de dipolos D. Convenientemente, el centro de
gravedad S de un dipolo D se encuentra en el plano de las
superficies de base de los dos troncos de cono 3 unidos uno con
otro. Sin embargo, es posible también que el centro de gravedad S
de un dipolo D se encuentre en el plano de las superficies de
techo.
techo.
En la figura 2a está definido, además, el ángulo
\theta como el ángulo matemático entre la dirección a de la
radiación de radar incidente y retrodispersada y el eje z del
mástil. Resulta de esto un ángulo de elevación (no representado) de
90º-\theta. Aparte de la definición del ángulo \theta, la figura
2b muestra también la definición del ángulo de acimut \Phi.
En la figura 3 y la figura 4, así como en la
figura 6 y la figura 7 se ha supuesto que la radiación de radar
incide sobre el respectivo cuerpo a lo largo de la dirección a
(figura 2a) con respecto al eje z del mástil. Por tanto, el ángulo
\theta indica el ángulo de incidencia y de retrodispersión de la
radiación de radar incidente, referido al eje z del mástil. En aras
de una mayor sencillez, el ángulo de acimut \Phi asciende en todos
los diagramas a 0º.
La figura 3 muestra, para una disposición de
antena conocida según la figura 1, un ejemplo de evolución de la
retrodispersión monoestática de radar en función del ángulo \theta
y de la frecuencia f del radar.
Por el contrario, la figura 4 muestra, para una
disposición de antena de la invención según la figura 2a, un
ejemplo de evolución de la retrodispersión monoestática de radar en
función del ángulo \theta y de la frecuencia f del radar.
Comparando la figura 3 con la figura 4 se pone claramente de
manifiesto que la retrodispersión monoestática de radar para la
disposición de antena según la invención se ha reducido
sensiblemente a las respectivas frecuencias de radar en la zona
angular próxima a la vertical del mástil. Así, por ejemplo, la
retrodispersión monoestática de radar de un tramo de mástil de una
disposición de antena conocida, a 2,5 GHz y a un ángulo \theta de
87,5º, asciende a aproximadamente -5 dB (véase la figura 3). En un
mástil de una disposición de antena según la invención la
retrodispersión monoestática de radar, a 2,5 GHz y a un ángulo
\theta de 87,5º, asciende a aproximadamente -22,5 dB.
En la figura 7 se representa la evolución de la
retrodispersión monoestática de radar para un mástil de una
disposición de antena según la invención, tal como este mástil se
representa en la figura 5, con una longitud L de, por ejemplo, 1 m y
un diámetro máximo DM de, por ejemplo, 125 mm, en función del ángulo
\theta y de la frecuencia f del radar. Por el contrario, la figura
6 muestra la evolución de la retrodispersión monoestática de radar
de un mástil cilíndrico con una longitud de, por ejemplo, 1 m y un
diámetro de, por ejemplo 125 mm, en función del ángulo \theta y
de la frecuencia f del radar. Comparando la figura 6 con la figura 7
se pone claramente de manifiesto que la retrodispersión
monoestática de radar para un mástil de la disposición de antena
según la invención, a las respectivas frecuencias de radar, se ha
reducido sensiblemente. Así, por ejemplo, la retrodispersión
monoestática de radar de un mástil de una disposición de antena
conocida, a 2,5 GHz y a un ángulo de elevación de 87,5º, asciende a
aproximadamente -13 dB (véase la figura 3). En un mástil de una
disposición de antena según la invención la retrodispersión
monoestática de radar, a 2,5 GHz y a un ángulo \theta de 87,5º,
asciende a aproximadamente -22,5 dB.
Por tanto, con la disposición de antena según la
invención es posible reducir la retrodispersión monoestática en el
intervalo de acimut de 0º \leq \Phi \leq 360º y en el
intervalo de 60º \leq \theta \leq 90º, correspondiendo este
último a un intervalo de elevación de 0º a 30º.
Por último, la figura 8 muestra otro ejemplo de
una disposición de antena según la invención. Esta disposición de
antena comprende en un tramo superior A del mástil 1 una disposición
para una antena de UHF y en un tramo inferior B una disposición
para una antena de VHF. En este caso, los elementos de antena 2
están dispuestos en varios planos perpendiculares al eje z del
mástil, con lo que es posible hacer que tramos individuales A, B de
la disposición de antena funcionen con respectivos dominios de
frecuencia diferentes. Por supuesto, es posible que la disposición
de antena esté subdividida en varios tramos, estando asociado cada
tramo a un intervalo de frecuencia diferente tomado del dominio de
UHF y/o de VHF.
Para reducir la retrodispersión de radar, la
longitud de la línea generatriz s1, s2 de un elemento 3 de forma
troncocónica es ventajosamente mayor que la magnitud de la longitud
de onda de radar que incide sobre la disposición de antena. Además,
el perímetro del elemento 3 de forma troncocónica con el diámetro
máximo DM es mayor que la magnitud de la longitud de onda de radar
que incide sobre la disposición de antena. Es posible que la
longitud de la línea generatriz s2 de un elemento 3 de forma
troncocónica se diferencie de la longitud de la línea generatiz s1
de otro elemento 3 de forma troncocónica.
Los elementos de antena están unidos con el
mástil 1, ventajosamente a través de sujetadores H no conductores.
Convenientemente, los elementos de antena 2 presentan una superficie
plana.
En el tramo superior A para la antena de UHF los
elementos de antena 2 están orientados convenientemente en
dirección paralela a la superficie envolvente 4 del elemento 3 de
forma troncocónica. En este caso, el mástil 1 optimizado respecto
de la retrodispersión de radar sirve como reflector para los
elementos de antena 2.
En el tramo inferior B para la antena de VHF los
elementos de antena 2 están orientados convenientemente en
dirección no paralela a la superficie envolvente 4 del elemento 3 de
forma troncocónica.
Los elementos de antena 2 pueden estar
dispuestos como antenas interferométricas de cinco elementos. Los
elementos de antena 2 pueden estar fabricados también
ventajosamente de un material de placa de circuito impreso, estando
integrados en los elementos de antena 2 especialmente componentes
tales como, por ejemplo, resistencias, condensadores o bobinas (no
representado). Estos componentes sirven como elementos de
amortiguación e influyen sobre las propiedades de la antena. Se
puede incrementar así, por ejemplo, el ancho de banda de la antena.
Además, se puede reducir así el acoplamiento de radiación entre los
distintos elementos de antena 2. Por supuesto, en el tramo superior
A pueden emplearse elementos de antena 2 distintos de los empleados
en el tramo inferior B.
Según la invención, la normal S_E a la
superficie de los elementos de antena 2 forma con la perpendicular
S_A al eje z del mástil un ángulo |\alpha| comprendido entre 5º y
35º.
Ventajosamente, los distintos elementos 3 de
forma troncocónica del mástil 1 están unidos alternativamente uno
con otro en las superficies de base y en las superficies de techo, y
las superficies de base y de techo situadas una sobre otra son
iguales en cada caso. Por tanto, el mástil 1 consiste
sustancialmente en varios troncos de cono dobles. Las transiciones
entre los distintos troncos de cono dobles son convenientemente de
construcción homogénea, es decir que no se emplean bridas. En
particular, en una forma de realización preferida de la invención
las normales L1, L2 a las superficies envolventes 4 de dos elementos
de mástil contiguos 3 de forma de tronco de cono presentan un
ángulo \beta inferior a 90º. Se impide así que las dos superficies
envolventes contiguas 4 sirvan de retrorradiador ideal.
Convenientemente, el mástil 1 está aplicado
sobre una placa de base P. El mástil 1 está aplicado aquí
ventajosamente sobre la placa de base P de tal manera que una
normal L3 al lado superior de la placa de base P forme un ángulo
obtuso \gamma con una normal L4 a la superficie envolvente 4 del
primer elemento 3 de forma troncónica aplicado sobre la placa de
base P. Se garantiza así un posicionamiento seguro del mástil 1.
La disposición de antena propuesta puede
utilizarse en antenas de emisión y/o de recepción, así como en
antenas radiogoniométricas. El intervalo de frecuencia en el cual
se puede hacer funcionar la disposición de antena está comprendido,
según la aplicación, entre 1,0 MHz y 30 MHz en el dominio de HF,
entre 20 MHz y 200 MHz en el dominio de VHF y entre 200 MHz y 3.000
MHz en el dominio de UHF. Por supuesto, es posible que, con un
dimensionamiento correspondiente de los distintos componentes de la
antena, por ejemplo de las dimensiones de los distintos troncos de
cono, la disposición de antena pueda hacerse funcionar también a
frecuencias más bajas o más altas.
Claims (14)
1. Disposición de antena que comprende un mástil
(1) y unos elementos de antena (2) dispuestos en dicho mástil (1),
estando constituido el mástil (1) por varios elementos (3) de forma
troncocónica, caracterizada porque los distintos elementos
(3) de forma troncocónica del mástil (1) están unidos
alternativamente uno con otro en las superficies de base y en las
superficies de techo, y las superficies de base y de techo situadas
una sobre otra son iguales en cada caso, y una normal S_E de los
elementos de antena (2) forma con la perpendicular S_A al eje z del
mástil un ángulo |\alpha| comprendido entre 5º y 35º.
2. Disposición de antena según la reivindicación
1, en la que el ángulo
\beta entre las normales (L1, L2) a
las superficies envolventes (4) de dos elementos contiguos (3) de
forma de tronco de cono es inferior a 90º.
3. Disposición de antena según una de las
reivindicaciones anteriores, en la que el mástil (1) está aplicado
sobre una placa de base (P) de tal manera que una normal (L3) al
lado superior de la placa de base (P) forma un ángulo obtuso
\gamma con una normal (L4) a la superficie envolvente (4) del
primer elemento (3) de forma troncocónica aplicado sobre la placa
de base (P).
4. Disposición de antena según una de las
reivindicaciones anteriores, en la que, para reducir la superficie
de retrorradiación de radar de la disposición de antena, la longitud
s1, s2 de la línea generatriz de un elemento (3) de forma
troncocónica es mayor que la magnitud de la longitud de onda de
radar que incide sobre la disposición de antena.
5. Disposición de antena según una de las
reivindicaciones anteriores, en la que, para reducir la superficie
de retrorradiación de radar de la disposición de antena, el
perímetro máximo de un elemento (3) de forma troncocónica es mayor
que la magnitud de la longitud de onda de radar que incide sobre la
disposición de antena.
6. Disposición de antena según una de las
reivindicaciones anteriores, en la que la longitud s1 de la línea
generatriz de un elemento (3) de forma troncocónica se diferencia de
la longitud s2 de la línea generatriz de otro elemento (3) de forma
troncocónica.
7. Disposición de antena según una de las
reivindicaciones anteriores, en la que varios elementos de antena
(2) están dispuestos sobre una línea circular, estando situado el
círculo en un plano perpendicular al eje z del mástil con un
diámetro mayor que el diámetro máximo de un elemento de forma
troncocónica, de tal manera que los elementos de antena (2) están
dispuestos uniformemente sobre la línea circular, estando
posicionados los elementos radiantes de antena (2) sobre la línea
circular de manera que forman un ángulo fijo entre ellos.
8. Disposición de antena según la reivindicación
7, en la que los elementos de antena (2) están orientados en
dirección paralela a la superficie envolvente radialmente
distanciada (4) del elemento (3) de forma troncocónica.
9. Disposición de antena según la reivindicación
7 u 8, en la que los elementos de antena (2) están dispuestos en
varios planos perpendiculares al eje z del mástil.
10. Disposición de antena según una de las
reivindicaciones anteriores, en la que los elementos de antena (2)
están configurados en forma de dipolos.
11. Disposición de antena según una de las
reivindicaciones anteriores, en la que los elementos de antena (2)
están unidos con el mástil (1) por medio de sujetadores (H) no
conductores.
12. Disposición de antena según una de las
reivindicaciones anteriores, en la que los elementos de antena (2)
presentan una superficie plana.
13. Disposición de antena según una de las
reivindicaciones anteriores, en la que los elementos de antena (2)
están fabricados de un material de placa de circuito impreso.
14. Disposición de antena según la
reivindicación 13, en la que están integrados componentes,
especialmente resistencias, condensadores o bobinas, en los
elementos de antena (2).
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