ES2583753T3 - Antena de grupos - Google Patents

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ES2583753T3
ES2583753T3 ES11000921.4T ES11000921T ES2583753T3 ES 2583753 T3 ES2583753 T3 ES 2583753T3 ES 11000921 T ES11000921 T ES 11000921T ES 2583753 T3 ES2583753 T3 ES 2583753T3
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Michael Dr. Sabielny
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Abstract

Antena de grupos, que comprende: - una placa de base de la antena (P) con una pluralidad de elementos de radiación (SE) dispuestos en un retículo regular, en la que un haz principal de la antena de grupos es pivotable electrónicamente, así como - una capa-WAIM (W) (WAIM: Wide Angle Impedance Match) dieléctrica dispuesta delante de los elementos de radiación (SE) para la adaptación de la impedancia para ángulo de articulación grande, que mantiene una distancia reducida, pero totalmente definida con respecto a los elementos de antena de la antena de grupos, en la que - la capa-WAIM (W) cubre todos los elementos de radiación (SE), en la que a partir del material de la capa-WAIM están elaborados unos espaciadores (A) en un retículo regular, en la que el retículo de los espaciadores (A) corresponde al retículo de los elementos de radiación (SE), caracterizada por que la capa-WAIM (W) y los espaciadores (A) forman juntos una pieza de trabajo integral monolítica y en la que los espaciadores están dispuestos en los espacios intermedios entre los elementos de radiación (SE) individuales.

Description

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DESCRIPCION
Antena de grupos
La invencion se refiere a una antena de grupos con una capa-WAIM para la adaptacion de la impedancia para angulos de articulacion grandes segun el preambulo de la reivindicacion 1.
Un fenomeno observado con frecuencia en el comportamiento de transmision de una antena de grupos durante una oscilacion electronica del haz principal es la diferencia en el grado de transmision segun en que direccion se oscile la antena. Normalmente, una antena tiene una alineacion de polarizacion definida, por ejemplo polarizacion vertical u horizontal. Para explicar el fenomeno mencionado, es suficiente oscilar electronicamente mentalmente el haz principal de tal antena de grupos a lo largo de estos dos planos (vertical y horizontal). Si el vector de la intensidad de campo electrico irradiado se configura dentro del plano de articulacion, definido a partir de la direccion de articulacion y la normal de la antena, se habla de la polarizacion magnetica transversal (Rm). En el caso de que el vector de la intensidad de campo electrico se encuentre perpendicularmente a este plano, se designa transversal electrica (TE). Todos los otros estados de polarizacion posibles se pueden descomponer en estos dos componentes de polarizacion. En principio, las antenas de grupos convencionales (como tambien otras estructuras afines como Radomes dielectricos o selectivos de frecuencia) tienden a configurar, a medida que se incrementa el angulo de articulacion en TE, un grado de transmision peor que en TM.
Una llamada capa-WAIM (WAIM: Wide Angle Impedance Match), que se dispone delante de los elementos de radiacion, puede contrarrestar este efecto.
Con respecto a los dos casos de polarizacion TE y TM, la capa-WAIM funciona en analogfa a un modelo de lmea equivalente como una capacidad conectada en paralelo, cuya susceptibilidad relativa (con respecto a la resistencia de las ondas) se modifica con el angulo de articulacion 0. Para el caso de la polarizacion-TE, esta modificacion va con el factor 1/cos(0), sin embargo para el caso de la polarizacion-TM va con el factor cos(0), en el supuesto de que la constante dielectrica de la capa-WAIM sea suficientemente alta y el diodo de la caspa-WAIM sea suficientemente reducido. La reciprocidad ilustrada de los factores conduce ahora con un diseno adecuado de la capa-WAIM a que los grados de transmision de la antena se compensen durante la oscilacion entre polarizacion TE y TM. Esto se aplica para todos los angulos de articulacion posibles dentro de una zona tecnicamente conveniente de por ejemplo 0=0° a 0=60°. Esta compensacion da como resultado los diagramas de haces individuales anchos normalmente deseados de elementos de radiacion de un grupo de antenas en todos los planos posibles de interseccion.
Las soluciones aplicadas hasta ahora se basan esencialmente en los trabajos teoricos de Magil & Wheeler, (E. Magil y H. Wheeler, “Wide-angle impedance matching of a planar array antenna by a dielectric sheet”, IEEE Transactions on Antenas and Propagation, Vol. 14, N° 1, pagina 49-53, 1966). Una capa-WAIM solamente cumple el objetivo de una compensacion de la transmision entre polarizacion TE y TM, cuando mantiene una distancia reducida, pero totalmente definida con respecto a los elementos de la antena de grupos.
La solucion estandar para la generacion de la separacion espacial necesaria es la utilizacion de materiales de espuma-HF, por ejemplo US 7.580.003 B1. Aunque la disponibilidad de tales espumas no representa ningun problema resultan en el transcurso de la utilizacion de tales espumas una serie de inconvenientes:
- Higroscopia: muchas espuman tienden con el tiempo a absorber humedad desde el medio ambiente, lo que conduce a una modificacion fuerte de las propiedades dielectricas. La consecuencia son medidas costosas para el encapsulado de la capa de espuma.
- Tolerancias: la fabricacion de capas de espuma con pocos milfmetros de espesor solamente es posible en una zona moderada de tolerancias.
- Encolado: los materiales estandar adecuados en principio (materiales de placas de circuitos impresos-HF que se pueden adquirir en el comercio con alta constante de dielectricidad, por ejemplo Rogers RT/duroid 6010, contienen Teflon, que representa un problema en el sentido de un encolado estable y fiable con el material de espuma. En efecto, en principio, tecnicamente es posible realizar tales encolados, pero solo con medidas costosas como activacion de plasma de los componentes-WAIM que contienen Teflon.
El documento US 3.605.098 A escribe una antena de grupos, en la que delante de cada elemento de radiacion esta presente un elemento-WAIM separado. Un elemento-WAIM de este tipo comprende, respectivamente, una capa- WAIM paralela al plano de los elementos de radiacion asf como espaciador, sobre el que esta dispuesta la capa- WAIM.
En MCGRATH D T: Accelerated period hybrid finite element method analysis for integrated array element and radome design, PHASED ARRAY SYSTEMS AND TECHNOLOGY, 2000 PROCEEDINGS. 2000 IEEE INTERNATIONAL CONFERENCE ON DANA POINT, CA, USA 21-25 MAYO 2000, PISCATAWAY, NJ USA, IEEE, US 21 Mayo 2000 (2000-05-21), paginas 319-322, XP010504600: DOI: 10.1109/PAST.2000.858965, ISBN: 978-0-
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07803.6345-8 describe una antena de grupos con elementos de radiacion de conductor hueco, en la que los elementos de radiacion de conductor hueco presentan elementos dielectricos de relleno para modificar selectivamente las propiedades de radiacion de la antena. Los elementos dielectricos de relleno se proyectan fuera de la antena. Sobre estos elementos de relleno dielectricos sobresalientes se dispone una capa-WAIM.
El documento JP 2007013311 A describe una disposicion de varias antenas individuales dispuestas en un retfculo fijo, cuyas radiaciones estan desacopladas, respectivamente, unas de las otras. Las antenas individuales son cubiertas por un Radom, que presenta en un retfculo correspondiente espaciadores con relacion a una placa de base de la antena.
El cometido de la invencion es crear un grupo de antenas con capa-WAIM, que evita los inconvenientes que aparecen en el caso de utilizacion de espumas como capa intermedia entre los elementos de radiacion y la capa- WAIM.
Este cometido se soluciona con el objeto de la reivindicacion 1 de la patente. Las formas de realizacion ventajosas de la invencion son objeto de otras reivindicaciones.
Segun la invencion, a partir del material de la capa-WAIM se elaboran espaciadores en un retfculo regular. Los espaciadores y la capa-WAIM estan conectados, por lo tanto, entre sf integralmente (monolfticamente), correspondiendo el retfculo de los espaciadores al retfculo de los elementos de radiacion, y los espaciadores estan dispuestos en los espacios intermedios entre los elementos de radiacion individuales. El retfculo puede ser, por ejemplo, cuadrado, rectangular o hexagonal. Los espaciadores pueden estar configurados especialmente del tipo de columna con seccion transversal redonda. La fijacion de la capa-WAIM sobre la placa de base de la antena se realiza con ventaja en los espaciadores a traves de medios de fijacion mecanico (por ejemplo, tornillos), dependiendo el numero de aquellos espaciadores, en los que esta presente un medio de union, de los requerimientos concretos. Por lo tanto, en particular no en cada espaciador esta presente un medio de union.
Por lo tanto, de acuerdo con la invencion, en el lugar de la estructura de varias capas conocida (capa-WAIM - pelfcula adhesiva - espuma), que comprende diferentes materiales, entra solamente el material de la capa-WAIM, en el que estan integrados ya los espaciadores. A traves de los espaciadores se realiza una separacion llena de aire o de vado entre la capa-WAIM y los elementos de antenas. Los inconvenientes descritos con relacion a las espumas utilizadas hasta ahora se evitan totalmente. Por lo demas, se suprimen los procesos de encolado costosos para la conexion de la capa-WAIM con un separador de espuma.
Los espaciadores prestan a la capa-WAIM la estabilidad mecanica necesaria. De esta manera es insensible frente a vibracion, choque, etc. y es adecuada de esta manera tambien para escenarios de aplicacion robustos.
Puesto que el retfculo, en el que estan dispuestos los espaciadores, corresponde al retfculo de los elementos de radiacion, no se perturba la periodicidad de la antena de grupos, de manera que dentro de la zona de frecuencia, para la que esta disenada la antena de grupos, no pueden aparecer reflexiones-Bragg en la superficie de la antena. No deben tolerarse perjuicios en la seccion transversal de la redispersion de radar. Si no estan presentes requerimientos elevados en la seccion transversal de redispersion de radar, son posibles tambien alternativamente formas de realizacion, en las que el retfculo de los espaciadores y el retfculo de los elementos de radiacion no se corresponden. Sin embargo, este retfculo modificado debe orientarse en adelante al retfculo de los elementos de radiacion. Con esta finalidad, el retfculo de los espaciadores se deriva del retfculo de los elementos espaciadores de tal manera que solo todavfa para cada n elemento de radiacion esta presente un espaciador correspondiente (y, por lo demas, no estan presentes otros espaciadores). Por lo tanto, se trata de una dilucion definida del retfculo original de los espaciadores. Con otras palabras: la estructura basica de los retfculos de mantiene, pero la medida del retfculo (constante de rejilla) se modifica en el factor n. n es en este caso un numero natural mayor que 1.
La forma escrita de la capa-WAIM se puede conseguir especialmente a traves de tecnicas de procesamiento mecanico, como por ejemplo fresado. De acuerdo con su funcion como capa-WAIM, el material debena presentar una constante de dielectricidad lo mas alta posible y un angulo de perdida reducido y su espesor de capa debena ser lo mas reducido posible. Tales materiales dielectricos estan disponibles en el comercio como productos semiacabados.
Un material adecuado para la capa-WAIM es, por ejemplo, un material dielectrico (producto semiacabado) “C-Stock AK” de la Fa. Cuming Microwave Corporation, que esta disponible con constante dielectrica espedfica del cliente y en diferentes tamanos de productos semiacabados. Tales materiales se pueden procesar facilmente con medios mecanicos (por ejemplo, fresas).
Para la estabilizacion mecanica adicional se pueden conformar estructuras de refuerzo adicionales en forma de nervaduras a partir del material de la capa-WAIM. Para que estos no tengan efectos negativos sobre el grado de transmision de la antena durante la articulacion electronica, estas estructuras deben seguir tambien la periodicidad en la disposicion de los elementos de antenas. Las nervaduras estan configuradas de tal manera que conectan,
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respectivamente, dos espaciadores vecinos.
La capa-WAIM no tiene que estar configurada necesariamente plana. Puede poseer tambien una superficie curvada unidimensional o bidimensional, con respecto a una aplicacion en antenas de grupos curvadas conformes con la estructura.
La capa-WAIM puede ampliarse a traves de la conexion con otras capas dielectricas para formar un bloque-WAIM de capas multiples.
Ejemplos concretos de realizacion se explican en detalle a continuacion con la ayuda de figuras. En este caso:
La figura 1 muestra una capa-WAIM segun la invencion en representacion 3D con espaciadores dispuestos periodicamente.
La figura 2 muestra una antena de grupos segun la invencion en representacion de la seccion transversal:
a) sin representacion de los medios de fijacion para la capa-WAIM;
b) con fijacion de la capa-WAIM desde atras;
c) con fijacion de la capa-WAIM desde delante.
La figura 3 muestra una antena de grupos segun la invencion asf como la capa-WAIM correspondiente, respectivamente, en vista en planta superior:
a) placa de base de la antena sin capa-WAIM;
b) con capa-WAIM dispuesta delante (esta ultima representada transparente);
c) solo capa-WAIM.
La figura 1 muestra un ejemplo para la capa-WAIM W segun la invencion. La capa W propiamente dicha se representa transparente (colocada en el plano del papel). Sobresaliendo de esta capa W se pueden reconocer los espaciadores A configurados en forma de pilar en esta forma de realizacion (con seccion transversal circular) asf como las nervaduras de refuerzo R que conectan, respectivamente, un espaciador A. El espaciador A y las nervaduras de refuerzo R han sido elaboradas a traves de fresado a partir de un bloque de material.
La figura 2 muestra representaciones de la seccion transversal de una antena de grupos segun la invencion con capa-WAIM W dispuesta delante. Los conceptos “delante” y “detras” con relacion a la antena se utilizan en el sentido de que “delante” significa el lado de la antena, en el que se realiza la radiacion.
Se reconocen los espaciadores A dispuestos en retfculo regular, que estan dispuestos en los espacios intermedios entre los elementos de radiacion SE individuales y se que unen allf en la placa de base de la antena P.
La fijacion de la capa-WAIM W con la placa de base metalica de la antena P de la antena de grupos se realiza por medio de una pluralidad de tornillos S (figura 2b, c), que estan introducidos en la zona de los espaciadores A. En este caso, se utilizan con preferencia tornillos de un material de plastico pata no influir sobre el diagrama de la antena. Los tornillos S se ocupan en su totalidad de un amarre muy estable de la capa-WAIM W en la placa de base P. De manera ventajosa, las propiedades del material de los tornillos debenan ser lo mas similares posibles a las de la capa-WAIM.
El numero y la posicion de los tornillos individuales se seleccionan en funcion de los requerimientos de estabilidad de la antena. En particular, no necesariamente debe estar un tornillo en cada espaciador.
No obstante, para mantener lo mas pequena posible una influencia del diagrama de antena, se seleccionara la disposicion de los tornillos con preferencia en el mismo retfculo que el retfculo predeterminado por los elementos de radiacion.
Sin embargo, en el caso de que el numero de tornillos necesarios sea menor que el numero de los espaciadores, se orientara la disposicion de los tornillos, ademas, al retfculo de los elementos de radiacion. Entonces se diluira la disposicion de los tornillos de tal manera que solo esta previsto todavfa un tornillo en cada n (n=2, 3, 4...) espaciador.
Las figuras 2b, c se diferencian con respecto a la cuestion desde que direccion debe realizarse la fijacion de la capa- WAIM. Esta se realiza tanto desde el lado trasero (figura 2b) como desde el lado delantero de la antena (figura 2c). En el caso de la figura 2b, los tornillos S son introducidos a traves de la placa de base P en el espaciador A. En el caso de la figura 2c, los tornillos S son introducidos a traves de la capa-WAIM W en la placa de base P.
Con respecto a los perjuicios posibles en la seccion transversal de redispersion de radar (RCS), se prefiere la aplicacion desde atras, pero la fijacion desde el lado delantero tiene naturalmente ventajas con respecto a la accesibilidad.
La figura 3a muestra en vista en planta superior la placa de base de la antena P con los elementos de radiacion SE 5 dispuestos en un retlculo regular.
La figura 3c muestra la capa-WAIM W adaptada con espaciadores A asociados. El retlculo de los espaciadores A sobre la capa-WAIM corresponde en este caso al retlculo de los elementos de radiacion SE.
En la figura 3b, la capa-WAIM W (representada transparente) esta montada sobre la placa de base de la antena P, pudiendo reconocerse muy bien la correspondencia de los dos retlculos.
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Claims (8)

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    REIVINDICACIONES
    1. - Antena de grupos, que comprende:
    - una placa de base de la antena (P) con una pluralidad de elementos de radiacion (SE) dispuestos en un retfculo regular, en la que un haz principal de la antena de grupos es pivotable electronicamente, asf como
    - una capa-WAIM (W) (WAIM: Wide Angle Impedance Match) dielectrica dispuesta delante de los elementos de radiacion (SE) para la adaptacion de la impedancia para angulo de articulacion grande, que mantiene una distancia reducida, pero totalmente definida con respecto a los elementos de antena de la antena de grupos, en la que
    - la capa-WAIM (W) cubre todos los elementos de radiacion (SE),
    en la que a partir del material de la capa-WAIM estan elaborados unos espaciadores (A) en un retfculo regular, en la que el retfculo de los espaciadores (A) corresponde al retfculo de los elementos de radiacion (SE), caracterizada por que la capa-WAIM (W) y los espaciadores (A) forman juntos una pieza de trabajo integral monolftica y en la que los espaciadores estan dispuestos en los espacios intermedios entre los elementos de radiacion (SE) individuales.
  2. 2. - Antena de grupos segun la reivindicacion 1, caracterizada por que el retfculo de los elementos de radiacion (SE) es cuadrado, rectangular o hexagonal.
  3. 3. - Antena de grupos segun la reivindicacion 1 o 2, caracterizada por que el retfculo de los espaciadores (A) es distinto del retfculo de los elementos de radiacion (SE), en la que el retfculo de los espaciadores (A) esta derivado del retfculo de los elementos de radiacion (SE) de tal manera que solamente todavfa para cada n elemento de radiacion (SE) con n = 2, 3, 4, ... esta presente un espaciador (A) correspondiente.
  4. 4. - Antena de grupos segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que a partir la capa-WAIM (W) estan elaboradas unas nervaduras de refuerzo (R), que conectan, respectivamente, dos espaciadores (A) vecinos.
  5. 5. - Antena de grupos segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que la fijacion de la capa- WAIM (W) en la placa de base de la antena (P) se realiza en varios espaciadores (A) a traves de medios de union mecanicos (S).
  6. 6. - Antena de grupos segun la reivindicacion 5, caracterizada por que los medios de union mecanicos (S) estan dispuestos en un retfculo, que corresponde al retfculo de los espaciadores (A).
  7. 7. - Antena de grupos segun la reivindicacion 5, caracterizada por que el retfculo de los medios de union mecanicos (S) es diferente del retfculo de los espaciadores (A), estando derivado el retfculo de los medios de union mecanicos (S) desde el retfculo de los espaciadores (A), por que solo esta presente todavfa un medio de union mecanico (S) correspondiente para cada n espaciador con n = 2, 3, 4, ...
  8. 8. - Antena de grupos segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que los espaciadores (A) presentan una seccion transversal redonda.
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