ES2344715T3 - Radomo de antena. - Google Patents
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Abstract
Un alojamiento (1) de una antena, que comprende: una porción de ventana electromagnética a través de la cual se pasan en uso señales electromagnéticas, caracterizado porque una capa (3) de una pared de la ventana electromagnética está formada por polipropileno autorreforzado PP-PP.
Description
Radomo de antena.
Los alojamientos de antena son una parte
esencial de la mayoría de los sistemas de radar y/o de
comunicación/control, que proporcionan protección a las antenas
frente al entorno, características aerodinámicas necesarias y sigilo
RF mejorado.
El término "radomo" se refiere generalmente
a alojamientos para una antena o colección de antenas. Generalmente,
las antenas no "miran" a través de cada parte de un radomo y
el área a través de las cuales se hacen pasar (se
transmiten/reciben) las señales se denomina "ventana
electromagnética". Con el fin de asegurar las prestaciones
eléctricas óptimas, el diseño y/o el material de esta ventana
electromagnética pueden diferir en comparación con partes más
estructurales de un radomo.
Actualmente, se utilizan materiales compuestos
termoestables para la fabricación de radomos de altas prestaciones,
tales como los conos de morro de un avión. En el extremo superior de
las prestaciones eléctricas y mecánicas de materiales conocidos
están los materiales compuestos de éster cianato reforzados con
fibra de cuarzo. Estos son materiales de un coste muy alto. En
ciertas situaciones en las que puede realizarse un compromiso entre
las prestaciones eléctricas, se utilizan materiales compuestos de
epoxi reforzados con fibra de vidrio de menor coste.
Para algunos radomos, las prestaciones
eléctricas de éster cianato con cuarzo no son suficientes y para
estos radomos, siempre que puedan proporcionarse las prestaciones
mecánicas, puede usarse PTFE (politetrafluoroetileno). Sin embargo,
el uso de PTFE sacrifica frecuentemente las prestaciones mecánicas.
Cuando las prestaciones mecánicas no pueden cumplirse con un radomo
de PTFE macizo, puede ser posible utilizar una construcción híbrida
en la que se utilice PTFE en el área de la ventana, pero la
estructura de radomo sea de un material más robusto, aunque debe
buscarse de nuevo un compromiso en este caso.
La presente invención busca superar los
problemas antes mencionados.
El documento
EP-A-0155599 describe un radomo.
Según la presente invención, se proporciona un
alojamiento para una antena, comprendiendo el alojamiento:
una porción de ventana electromagnética a través
de la cual se hacen pasar en uso señales electromagnéticas,
caracterizado porque una capa de una pared de la ventana
electromagnética está formada por polipropileno autorreforzado
(PP-PP).
Además, la presente invención proporciona el uso
de polipropileno autorreforzado (PP-PP) en un
alojamiento para una antena.
El polipropileno autorreforzado
(PP-PP) es un nuevo material que tiene ciertas
propiedades mecánicas y eléctricas, cuya implementación lleva a
radomos de altas prestaciones con masa de bajo coste. Debido a estas
propiedades, puede usarse PP-PP en la totalidad o
en parte de una estructura de radomo, incluyendo el área de ventana
electromagnética. Aunque las propiedades mecánicas del
PP-PP son conocidas en otros campos técnicos, no ha
habido hasta ahora ninguna sugerencia de que las propiedades de
este material pudieran ser también beneficiosas, ni de que tales
propiedades puedan aprovecharse en el campo del diseño de
alojamientos de antena.
A continuación, se describen ejemplos de la
presente invención con referencia a los dibujos que se acompañan,
en los que:
La figura 1a muestra una vista en sección
transversal de un ejemplo de un alojamiento de antena de una forma
conocida;
La figura 1b muestra una vista en perspectiva de
un ejemplo de un alojamiento de antena de una forma conocida;
La figura 2a muestra un ejemplo de un
alojamiento de antena según la presente invención, que comprende una
pared de polipropileno autorreforzado (PP-PP) de
una sola capa;
La figura 2b muestra un ejemplo de un
alojamiento de antena según la presente invención, que comprende
múltiples capas, incluyendo capas exteriores de la pared de
polipropileno autorreforzado (PP-PP);
La figura 2c muestra un ejemplo de un
alojamiento de antena según la presente invención, que comprende
múltiples capas, incluyendo capas exteriores y una capa de núcleo
de la pared de polipropileno autorreforzado (PP-PP),
en donde la capa de núcleo es más gruesa que las capas de espuma
estructural; y
La figura 2d muestra un ejemplo de un
alojamiento de antena según la presente invención, que comprende
múltiples capas, incluyendo capas exteriores y una capa de núcleo
de la pared de polipropileno autorreforzado (PP-PP),
en donde la capa de núcleo es más delgada que las capas de espuma
estructural.
El polipropileno autorreforzado
(PP-PP) es un ejemplo de una nueva generación de
"polímeros autorreforzados" que han resultado de desarrollos
recientes en la industria de los termoplásticos. En este tipo de
material compuesto, la fibra de refuerzo es un polímero altamente
alineado que es químicamente similar o idéntico al material de
matriz. Según la presente invención, se utiliza
PP-PP en alojamientos de antena ("radomos") en
los que las propiedades eléctricas y mecánicas deben optimizarse
mientras se minimiza el coste.
El material de PP-PP de grado
estándar contiene negro de carbono para protegerse frente a la
degradación por UV del polímero. La introducción de negro de
carbono a través del volumen del material no es deseable para los
radomos debido a que aumenta la pérdida eléctrica: el carbono se
calienta en respuesta a la radiación electromagnética y la
intensidad de las señales electromagnéticas transmitidas y recibidas
disminuye correspondientemente. Por tanto, para aplicaciones de
radomo, es apropiado en tales casos material de
PP-PP no cargado con carbono.
Para la mayoría de las aplicaciones, es
necesaria para radomos una protección frente a la degradación por
UV y ésta se consigue típicamente por la introducción de una
película de superficie pigmentada, por la introducción de un
aditivo alternativo (al propio material de radomo o a una capa de
superficie, tal como una pintura) o pintando el radomo, en
contraposición al uso de negro de PP-PP que contiene
carbono. La optimización de este esquema de acabado y protección
puede formar parte del ciclo de desarrollo del producto y de las
pruebas para radomos. Para radomos en aplicaciones de vehículos (en
las que las fuerzas por fricción que surgen cuando el radomo corta
el aire, generan cargas estáticas), es preferible una capa de
superficie de carbono relativamente delgada como capa disipadora
estática que, por ejemplo, se introduce como una película que
contiene carbono. La pintura es también una opción y es típica para
diseños de radomo actuales. El uso de películas de termoplástico
para proporcionar un acabado de superficie es posible en
aplicaciones de PP-PP.
Un número relativamente pequeño de aplicaciones
de radomo no requiere altas prestaciones (por ejemplo, aplicaciones
de baja frecuencia y corto alcance) y, en este caso, el radomo puede
producirse con PP-PP estándar, de bajo coste y que
contenga carbono.
A continuación, se proporcionan las propiedades
eléctricas aproximadas de PP-PP no cargado con
carbono. Las propiedades medidas son comparables con el PTFE
(politetrafluoroetileno). La Tabla 1 siguiente proporciona
propiedades eléctricas medidas para materiales de radomo conocidos y
para PP-PP, para una frecuencia operativa de radomo
típica de 10 GHz.
Desde un punto de vista eléctrico, la constante
dieléctrica y la pérdida eléctrica son importantes parámetros de
diseño. Una onda electromagnética tarda más en pasar a través de una
región dada, con una constante dieléctrica mayor que la unidad (1),
que a través de la misma región de aire. El retardo es proporcional
al índice de refracción del material (que equivale a su vez a la
raíz cuadrada de la constante dieléctrica). Este retardo es
particularmente significativo cuando se consideran las prestaciones
de un radomo curvo en el que diferentes partes de un campo
electromagnético incidente se retardan potencialmente en diferentes
cantidades, llevando a efectos de desenfoque y/o deflexión de
haz.
Se sigue de los comentarios anteriores que estos
efectos son proporcionales al índice de refracción. Un material de
radomo ideal (que no existe) tendría una constante dieléctrica de 1,
equivalente al aire para fines prácticos. Los materiales con
constantes dieléctricas más próximas a 1 son generalmente mejores en
términos de un diseño de radomo debido a que el PTFE y el
PP-PP son materiales de radomo atractivos en
términos de sus propiedades eléctricas.
La pérdida eléctrica proporciona una medida de
la proporción de energía electromagnética perdida como calor. Los
materiales de radomo "con pérdidas" reducen la intensidad de
las señales electromagnéticas transmitidas y recibidas, necesitando
transmisores de potencia más alta y/o receptores de ruido más bajo.
Aunque todos los materiales de radomo tienen pérdidas en alguna
medida, los materiales tales como PTFE y PP-PP se
describen como de "pérdida baja" y ofrecen prestaciones
superiores.
El PP-PP representa un puente de
las propiedades mecánicas entre los materiales de radomo
"convencionales" de, por ejemplo, plástico reforzado con fibra
de vidrio y los polímeros homogéneos tales como PTFE y PP. Los
radomos de PP-PP son adecuados para una serie de
aplicaciones semiestructurales. El PP-PP es también
un material de coste relativamente bajo y puede usarse para
fabricar radomos en los que se ha descartado el PTFE debido a las
pobres prestaciones mecánicas. Las propiedades del polipropileno
autorreforzado se comparan con epoxi-vidrio en la
Tabla 2 siguiente:
Los radomos fluctúan en tamaño desde más
pequeños que hueveras hasta estructuras de bóvedas geodésicas
grandes tales como estaciones terrestres y se utilizan en ámbitos
tales como aplicaciones de vehículos (incluyendo vehículos de
tierra y de aire).
La figura 1a muestra una sección transversal a
través de un ejemplo de una pared de radomo 1 (por ejemplo, para
uso como cono de morro para una aplicación de misil/chorro rápido).
La figura 1b ilustra un ejemplo de una forma de radomo más compleja
2. El uso de PP-PP no está limitado a ninguna clase
particular de forma de radomo.
Como se muestra en la figura 2a, la pared de
radomo más simple es una única capa 3 de material de
PP-PP, denominada radomo "macizo". Este tipo
de radomo puede ser apropiado cuando se requiere un funcionamiento a
una única frecuencia, a una baja frecuencia o sobre una banda de
frecuencias relativamente estrecha.
Típicamente, se pueden obtener mejores
prestaciones eléctricas utilizando una estructura de emparedado en
la que la pared de radomo comprende más de una capa de material
diferente, como se muestra en las figuras 2b a 2d. Las
construcciones de pared de radomo típicas comprenden tres capas como
se muestra en la figura 2b. Tal pared de radomo comprende una
primera capa exterior 4 de PP-PP, una capa de espuma
estructural 5 y una segunda capa exterior 6 de
PP-PP y se denominada "emparedado A". Otros
ejemplos de radomo mostrados en las figuras 2c y 2d tienen cinco
capas en total. Esto incluye una primera capa exterior 4 de
PP-PP, una primera capa de espuma estructural 7, un
núcleo 8 de PP-PP, una segunda capa de espuma
estructural 9 y una segunda capa exterior 6 de
PP-PP y se denomina "emparedado C". Son
posibles otras construcciones, por ejemplo otros diseños multicapa.
Una o más capas de espuma estructural 5, 7, 9 tienen excelentes
prestaciones eléctricas (comprenden aire en su mayor parte), pero
ofrecen prestaciones mecánicas pobres.
El ejemplo de la figura 2c, en el que la capa de
núcleo es más gruesa que las capas de espuma estructural, se
denomina emparedado C "gordo"; una forma alternativa de la
construcción de emparedado C es una en la que el núcleo central es
más delgado, por ejemplo como se muestra en la figura 2d; ésta se
denomina a veces emparedado C "delgado".
Los espesores de capa se seleccionan con el fin
de optimizar las prestaciones del radomo en un rango de ángulos de
incidencia y de frecuencias de funcionamiento. Los espesores de capa
dependen de las propiedades eléctricas (específicamente las
dieléctricas) de los materiales de la pared. Los dos enfoques
principales son (a) hacer el radomo tan delgado como sea posible
(conocido como radomo "eléctricamente delgado") y (b)
sintonizar el radomo de alguna forma (de la misma manera que se
utilizan películas antirreflexión en óptica, por ejemplo en la
floración de las superficies de lente de cámaras). El uso de
PP-PP en radomos no limita los radomos a funcionar
a una frecuencia particular.
Un campo técnico a modo de ejemplo en el que
puede emplearse la presente invención es como radomo de
comunicaciones por satélite para aviones comerciales. Las
construcciones de pared del radomo de las figuras 2a a 2d se
optimizan preferiblemente para funcionamiento en la banda de
frecuencias de 10,95 a 12,75 GHz (banda satélite de sólo recepción
de televisión (TVRO)) y con un ángulo de incidencia de 0 a 75
grados. Las construcciones varían típicamente en espesor desde
aproximadamente 11 mm (pared maciza) hasta aproximadamente 18,2 mm.
Las dimensiones reales de la construcción dependen de la frecuencia
y el uso de PP-PP en radomos no limita el radomo a
dimensiones específicas.
Los espesores de capa se determinan de manera
que se optimicen las prestaciones eléctricas del radomo. En
términos generales, la incluso de más capas (es decir, emparedado A
y emparedado C) proporciona mejores prestaciones eléctricas que la
construcción maciza más simple, particularmente en un ancho de banda
más amplio (rango de frecuencias de funcionamiento). Análogamente,
las construcciones de emparedado C proporcionan mejores prestaciones
eléctricas potenciales que las construcciones de emparedado A.
El PP-PP puede utilizarse para
una capa cualquiera o para más capas dentro de cualquier
construcción de radomo. En particular, son posibles construcciones
que impliquen PP-PP y otros materiales, por ejemplo
Kevlar® o éster cianato con cuarzo.
Claims (13)
1. Un alojamiento (1) de una antena, que
comprende:
- una porción de ventana electromagnética a través de la cual se pasan en uso señales electromagnéticas, caracterizado porque una capa (3) de una pared de la ventana electromagnética está formada por polipropileno autorreforzado PP-PP.
2. Un alojamiento (1) según la reivindicación
1, en el que el alojamiento está concebido para alojar múltiples
antenas.
3. Un alojamiento (1) según la reivindicación 1
o 2, en el que el polipropileno autorreforzado PP-PP
es polipropileno autorreforzado no cargado con carbono.
4. Un alojamiento (1) según cualquier
reivindicación anterior, en el que la porción de ventana
electromagnética comprende además medios para proteger el
polipropileno autorreforzado PP-PP frente a
degradación ultravioleta.
5. Un alojamiento (1) según la reivindicación
4, en el que los medios para proteger el polipropileno
autorreforzado PP-PP frente a la degradación
ultravioleta comprenden una capa de superficie, comprendiendo además
la capa de superficie una de entre una película de superficie
pigmentada y una capa de superficie pintada.
6. Un alojamiento (1) según la reivindicación
5, en el que la capa de superficie incluye carbono.
7. Un alojamiento (1) según cualquier
reivindicación anterior, en el que la porción de ventana
electromagnética está curvada.
8. Un alojamiento (1) según cualquier
reivindicación anterior, en el que el alojamiento es de forma
sustancialmente cónica.
9. Un alojamiento (1) según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que la ventana electromagnética
comprende capas múltiples.
10. El alojamiento (1) según la reivindicación
9, en el que las capas múltiples incluyen dos capas exteriores de
polipropileno autorreforzado PP-PP formadas a cada
lado de una primera capa de espuma.
11. El alojamiento (1) según la reivindicación
10, en el que el alojamiento comprende además una capa de núcleo de
polipropileno autorreforzado PP-PP y una segunda
capa de espuma, estando dispuesta la ventana electromagnética de
tal manera que la capa de núcleo de polipropileno autorreforzado
(PP-PP) está formada entre las capas de espuma
primera y segunda.
12. El uso o utilización de polipropileno
autorreforzado PP-PP en un alojamiento (1) para una
antena.
13. El uso o utilización de polipropileno
autorreforzado PP-PP en una porción de ventana
electromagnética - a través de la cual se hacen pasar en uso
señales - de un alojamiento para una antena.
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2006
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