ES2566204T3

ES2566204T3 - Disposición de antenas de ranura sinuosa de bajo perfil de banda ultra ancha

Info

Publication number: ES2566204T3
Application number: ES13155549.2T
Authority: ES
Inventors: Antonio Manna; Paolo Baldonero
Original assignee: Elettr SpA; Elettronica SpA
Current assignee: Elettr SpA; Elettronica SpA
Priority date: 2012-02-17
Filing date: 2013-02-15
Publication date: 2016-04-11
Anticipated expiration: 2033-02-15
Also published as: IL224742A; EP2629367A1; IL224742A0; EP2629367B1; SG193102A1; BR102013003551A8; BR102013003551A2

Abstract

Un sistema de antena (70) para medidas de contadores electrónicos, que comprende una disposición plana de la antena (71; 80) de tres o más antenas de ranura sinuosas (712; 81) dispuestas de manera que formen una red de disposición triangular; en el que la disposición plana de la antena (71; 80) tiene un borde periférico cerrado; en el que cada antena de ranura sinuosa (712; 81) incluye una estructura de alimentación respectiva (41) dispuesta en una superficie inferior (713) de la disposición plana de la antena (71; 80); comprendiendo además el sistema de antena (70) una estructura metálica hueca (73), que incluye: * una base (732) que tiene un borde periférico cerrado; * una pared lateral cerrada (733) que se eleva desde el borde periférico cerrado de la base (732) hasta una altura (H) determinada en la que dicha pared lateral cerrada (733) termina con un borde superior cerrado; y * un hueco (731) definido por dicha base (732) y dicha pared lateral cerrada (733); en el que el hueco (731) está superiormente cerrado por la disposición de antena plana (71; 80), cuyo borde periférico cerrado se fija en/al borde superior cerrado de la estructura metálica hueca (73) y cuya superficie inferior (713) enfrenta al hueco (731); comprendiendo además el sistema de antena (70) un espaciador de espuma (72) que llena el hueco (731) y mantiene las antenas de ranura sinuosas (712; 81) separadas de la base (732) de la altura dada (H); en el que la altura dada (H) es igual a un cuarto de una longitud de onda correspondiente a una frecuencia de funcionamiento central de la disposición de antenas (71; 80); en el que una hoja absorbente cubre la base (732) en la parte inferior de la cavidad (731), dicha hoja absorbente está diseñada para absorber las corrientes de superficie en la base (732) en la parte inferior de la cavidad (731); y en el que, para cada antena de ranura sinuosa (712; 81), la estructura metálica hueca (73) incluye además una torreta de alimentación correspondiente (735), que sobresale de la base (732) a través de la lámina absorbente y el separador de espuma (72) en el hueco (731) hasta la estructura de alimentación (41) de dicha antena de ranura sinuosa (712; 81), y que está acoplada con la estructura de alimentación (41) de dicha antena sinuosa ranura (712; 81); estando el sistema de antena (70) caracterizado por que, para cada antena sinuosa ranura (712; 81), la estructura metálica hueca (73) incluye además un elemento reflectante correspondiente cónico (734), que sobresale de la base (732) a través de la lámina absorbente y el separador de espuma (72) en el hueco (731), está dispuesto por debajo de dicha antena de ranura sinuosa (712; 81), y está diseñado para reflejar de nuevo la radiación de dicha antena de ranura sinuosa (712; 81).

Description

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 la superficie inferior (indicada por 713) de la lámina dieléctrica donde se imprimen las doce estructuras de alimentación 41 de las doce antenas de ranura sinuosas 712.

Como se ha descrito anteriormente, cada estructura de alimentación 41 incluye la recta final línea de alimentación 42, en un primer extremo, con el talón abierto en forma de abanico 43 y, en un segundo extremo, con una parte extrema diseñada para el acoplamiento de transición RF 90º.

Además, con el fin de minimizar la presencia de lóbulos de rejilla, una red de disposición triangular ha sido elegida. A este respecto, la figura 12 muestra las distancias reticulares seleccionados como un buen compromiso entre la zona de solo elemento asignado (es decir, a más ancha es la zona, más baja es la frecuencia mínima de funcionamiento) y la presencia de lóbulos de rejilla. En particular, como se muestra en la figura 12, las antenas de ranura sinuosas adyacentes 712 dispuestas a lo largo de una y la misma fila están separadas (en particular los centros de dichas antenas de ranura sinuosas adyacentes 712 están separados) de dAz= 3/2 λmin, y las filas se colocan de lado a lado no alineadas a fin de formar la red de disposición triangular y están separadas (en particular, los ejes que contienen los centros de las respectivas antenas de ranura sinuosas 712) están separados de dEl= 7/6 λmin, donde λmin indica la longitud de onda correspondiente a la frecuencia más baja de funcionamiento en el que el sistema de antena 70 está diseñado para funcionar, es decir, para transmitir y recibir.

Con la presente red, las antenas de ranura sinuosa 71 cubre una banda de frecuencia más ancha que una octava (es decir, 3:1).

De nuevo con referencia a las figuras 9 y 10, la disposición de antena de ranura sinuosa 71 está dispuesta de manera que superiormente cierra, es decir, detiene, el hueco 731 de la estructura metálica hueca 73 y de modo que la superficie inferior 713 de la lámina dieléctrica enfrenta dicho hueco 731. El espaciador de espuma 72 (por ejemplo, ROHACELL® 71HF) se inserta en el hueco 731 para garantizar la distancia correcta entre la disposición de antenas de ranura sinuosa 71 y la parte inferior del hueco 731.

Por otra parte, la figura 13 muestra una vista en perspectiva de la estructura metálica hueca 73, que incluye:

 una base 732 que tiene un borde periférico cerrado y tiene un tamaño y una forma que corresponde sustancialmente con el tamaño y la forma de la disposición de antenas de ranura sinuosa 71, en particular de la lámina dieléctrica;

 una pared lateral cerrada 733 que asciende, es decir, se extiende hacia arriba, desde el borde periférico cerrado de la base 732 hasta una altura H dada en la que dicha pared lateral cerrada 733 termina con un borde superior cerrado correspondiente al borde periférico cerrado de la lámina dieléctrica;

 el hueco 731 definido por dicha base 732 y dicha pared lateral cerrada 733;

 unos elementos cónicos reflectantes 734 que sobresalen desde la base 732 a través del espaciador de espuma 72 en el hueco 731, se forman sustancialmente como cúpulas o conos circulares o conos circulares truncados, y están dispuestos, cada uno, en una posición respectiva correspondiente a la posición de una correspondiente antena de ranura sinuosa 712 en la hoja de dieléctrico formando de este modo, todos juntos, una red de disposición triangular que corresponde a la red de disposición triangular formada por las doce antenas de ranura sinuosas 712; y

 unas torretas de alimentación 735 que sobresalen desde la base 732 a través del espaciador de espuma 72 en el hueco 731 hasta la altura dada H, que están dispuestas, cada una, en una posición respectiva correspondiente a la posición de la parte extrema de la línea de alimentación 42 de una correspondiente antena de ranura sinuosa 712 en la superficie inferior 713 de la lámina dieléctrica, y que terminan en la altura dada H, cada una, con una porción de conexión respectiva diseñada para formar con la parte extrema de la línea de alimentación 42 de la correspondiente antena de ranura sinuosa 712 un acoplamiento de transición 90º RF basado en un metal a través de la propagación de orificio de las señales de RF entre dicha parte de conexión respectiva y dicha porción final de la línea de alimentación 42.

Por otra parte, una hoja absorbente de un material absorbente cubre la base 732 en la parte inferior de la cavidad 731, en el que los elementos cónicos reflectantes 734 y las torretas de alimentación 735 sobresalen de la base 732 en el hueco 731 a través de la lámina absorbente y el separador de espuma 72.

De nuevo con referencia a la figura 9, en el sistema de antena 70 del borde periférico cerrado de la lámina dieléctrica de la disposición de antenas de ranura sinuosa 71 está fijado, por ejemplo, pegado, en o en el borde superior cerrado de la pared lateral cerrada 733 de la estructura metálica hueca 73 de manera que cierre, es decir, detenga, el hueco 731 y de modo que la superficie inferior 713 de la lámina dieléctrica enfrenta dicho hueco 731.

Convenientemente, la base 732, la pared lateral cerrada 733 y los elementos cónicos reflectantes 734 se hacen integralmente en una sola pieza de un material metálico.

Preferiblemente, cada una de las partes de conexión de las torretas de alimentación 735 incluye la estructura de transición 90º RF 60 con el conector propuesto en GPO® "Novel UWB Low-Profile Sinuous Slot Antenna" y se ha

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descrito previamente.

Como se muestra en las figuras 10 y 13, la estructura metálica hueca 73 no tiene paredes metálicas internas que sobresalen en el hueco 731 y por lo tanto una particular atención se ha prestado en el diseño de dicho artículo. 5 Además, la presencia y la forma de los elementos cónicos reflectantes 734 tienen un doble objetivo:

 reflejar de manera eficiente la radiación de retorno de la antena para lograr un patrón de disposición unidireccional; y 10  evitar la presencia de resonancias parásitas internas.

Por otra parte, la lámina absorbente está dispuesta en la parte inferior del hueco 731 con el fin de, en el uso, absorber las corrientes de superficie particular (es decir, en la parte inferior de la cavidad 731, es decir, en la base 732) y evitar las radiaciones de retorno destructivas.

15 Convenientemente, la altura dada H de la pared lateral cerrada 733 y de las torres de alimentación 735 es igual a λ0/4, λ0 donde indica la longitud de onda a la frecuencia central de funcionamiento f0 en la que el sistema de antena 70 está diseñado para funcionar, es decir, para transmitir y recibir. El espaciador de espuma 72 llena el hueco 731 con el fin de mantener la disposición de antenas de ranura sinuosa 71 y la parte inferior del hueco 731 separadas de

20 la altura H dada. Esta altura H dada, que, desde allí, es sustancialmente la altura del sistema de antena general 70, hace que dicho sistema de antena 70 tenga un perfil bajo.

Convenientemente, la disposición de antenas de ranura sinuosa 71, el espaciador de espuma 72 y la estructura metálica hueca 73 están pegados entre sí por medio de adhesivo estructural (por ejemplo, Araldite AV138) para

25 garantizar la robustez estructural.

Una característica adicional importante del sistema de antena 70 es la forma, en particular, el perfil lateral, de dicho sistema de antena 70. De hecho, el perfil lateral de la base 732, de la pared lateral cerrada 733 y la disposición de antenas de ranura sinuosa 71 es sustancialmente sinusoidal con el fin de permitir que dos o más sistemas de antena

30 70 que se colocan lado a lado formen una estructura modular. A este respecto, la figura 14 muestra una disposición modular de veinticuatro elementos de ranura sinuosos realizados utilizando dos "disposiciones de doce elementos de ranura sinuosa", en particular dos sistemas de antena 70 en la que no hay cambios en las interrelaciones distancias entre los elementos y no se han introducido modificaciones de la mecánica (es decir, de la estructura metálica hueca 73).

35 Por otra parte, una segunda forma de realización preferida de la presente invención se refiere a un sistema de antena que se diferencia del sistema de antena 70 según la primera forma de realización preferida sólo en la disposición de antenas de ranura sinuosa.

40 En particular, de acuerdo con dicha segunda realización preferida de la presente invención, las estructuras de ranura sinuosas de las antenas de ranura sinuosas dispuestas a lo largo una y la misma fila están conectadas.

A este respecto, la figura 15 muestra una disposición de antena de ranura sinuosa 80 de un sistema de antena de acuerdo con la segunda realización preferida de la presente invención, dicha disposición de antenas de ranura

45 sinuosa 80 comprendiendo dos filas de seis antenas de ranura sinuosas 81 teniendo, cada una, una estructura de ranura sinuosa respectiva 82 con dos ranuras sinuosas (similar a la estructura de ranura sinuosa 30 descrita anteriormente).

Como se muestra en la figura 15, la estructura de ranura sinuosa 82 de cada antena de ranura sinuosa 81 que tiene 50 dos antenas de ranura sinuosas adyacentes 81 a lo largo de una y la misma fila tiene:

 la célula más grande y más externa (es decir, la célula "1") de una de sus dos ranuras sinuosas conectada a la célula más grande y más exterior de una ranura sinuosa de una de las dos antenas de ranura sinuosa adyacentes 81; y

55  la célula más grande y más externa (es decir, la célula "1") de la otra de sus dos ranuras sinuosas conectada a la célula más grande y más exterior de una ranura sinuosa de la otra de las dos antenas de ranura sinuosas adyacentes 81.

De esta manera, cada antena de ranura sinuosa única 81 se carga con los de los alrededores, la longitud eléctrica 60 total de la antena crece de manera significativa y, desde allí, la frecuencia mínima de funcionamiento disminuye.

En la figura 16 se muestra la ganancia media de elemento individual del sistema de antena 70 en el eje de puntería respecto a la frecuencia. En particular, el gráfico mostrado en la figura 16 se ha calculado midiendo todo el patrón de doce elementos uno a la vez con los otros elementos cargados a 50 Ohm. Entonces, por medio de procesamiento

65 posterior, se ha obtenido la ganancia media del elemento en el eje de puntería.

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Por otra parte, en la figura 17 se muestra las pérdidas de escaneo del sistema de antena 70 en cuatro puntos de dirección particulares función de la frecuencia. Los puntos de escaneo son respectivamente (Az, El) = (30º, 0º), (45º, 0º), (0º, 30º) y (0º, 45º). Las curvas que se muestran en la figura 17 representan las "pérdidas" de la ganancia de disposición en los puntos de dirección anteriormente enumerados en comparación con el eje de puntería.

5 Las ventajas de la presente invención son claras a partir de lo anterior. En particular, cabe destacar el hecho de que la presente invención puede explotarse ventajosamente para hacer arreglos de fase que satisfagan plenamente las necesidades de ECM, es decir, que presentan todas las características siguientes:

10  la cobertura de espectro de frecuencia UWB (es decir, 3:1);  alta eficiencia;  sector de cobertura angular ancho estable con frecuencia;  la integración en una red de disposición muy densa minimizando la manera la presencia de lóbulos de rejilla no

deseados;

15  estructura de bajo perfil y bajo tamaño y aumentar así la capacidad del sistema de montaje empotrado en plataformas de aviónica que dan la posibilidad de diseñar matrices de conformación integradas en la piel de las plataformas de aviónica; y

 capacidad para recibir de forma instantánea todas las polarizaciones circulares que operan horizontal, vertical, e izquierda y derecha.

20 Por último, es evidente que numerosas modificaciones y variantes se pueden hacer con la presente invención, todas ellas dentro del alcance de la invención, como se define en las reivindicaciones adjuntas.

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Claims

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