ES2588927T3 - Elemento de superficie inductivo - Google Patents
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Abstract
Elemento de superficie inductivo para una radiación electromagnética, comprendiendo dicho elemento: - una placa de base (1) conductora eléctricamente que se extiende en un plano no paralelo a un componente de campo eléctrico de la radiación electromagnética; y - una serie de placas secundarias conductoras eléctricamente (2), extendiéndose las placas secundarias perpendicularmente a la placa de base, y en un mismo semiespacio en un lado de dicha placa de base, de manera simétrica con respecto a un plano perpendicular a dicha placa de base según una dirección llamada sensible, teniendo dichas placas secundarias (2) una misma altura (H; Hdl) a ±10 % de precisión, estando dicha altura comprendida entre 0,035 x λ et 0,35 x λ, donde λ es un parámetro de dimensionado del elemento de superficie inductivo; la distancia entre la placa de base y los bordes de las placas secundarias enfrentadas está comprendida entre un valor nulo y la mitad de la altura de las placas secundarias en cuestión; estando dichas placas secundarias (2) dispuestas paralelamente entre sí según un periodo tal que el producto de la altura de las placas secundarias por el periodo esté comprendido entre 0,001 x λ2 y 0,15 x λ2 a ±10 % de precisión; extendiéndose dichas placas secundarias (2) cada una en una longitud total de al menos 0,0003 x λ perpendicularmente a la dirección sensible; estando dicho elemento de superficie inductivo adaptado para modificar unas condiciones de propagación en dicho semiespacio, de una proyección del componente de campo eléctrico perpendicular a la placa de base (1) cuando una longitud de onda de la radiación electromagnética está comprendida entre λ - 10 % y λ+ 10 %, para permitir producir o detectar ondas de superficie concentradas en acimut alrededor de una dirección de propagación que es paralela a una superficie de suelo, cuando dicho elemento de superficie inductivo se pone en el suelo o semienterrado cerca de la superficie del suelo, de modo que la placa de base (1) sea paralela a una superficie media de límite entre el suelo y el semiespacio aéreo.
Description
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DESCRIPCION
Elemento de superficie inductivo Sector de la tecnica
La presente invencion se refiere a un elemento de superficie inductivo, que esta adaptado para modificar condiciones de propagacion de una radiacion electromagnetica. Se refiere tambien a un conjunto de produccion de ondas de superficie y a un conjunto de deteccion de ondas de superficie que comprenden cada uno un elemento de superficie inductivo de este tipo.
Estado de la tecnica
Una onda de superficie es un modo de propagacion de la radiacion electromagnetica, que esta juntado con una interfaz de separacion entre dos medios diferentes. Los dos medios pueden diferir el uno del otro por sus valores respectivos de permitividad dielectrica y/o de conductividad electrica. Una onda de superficie presenta las caracterfsticas siguientes:
- su direccion de propagacion es paralela a la interfaz entre los dos medios; y
- presenta una atenuacion exponencial segun la direccion perpendicular a la interfaz entre los dos medios.
Ademas, el vector de onda que caracteriza la propagacion paralela a la interfaz esta unido al coeficiente de atenuacion segun la direccion perpendicular y ala impedancia electromagnetica de la interfaz. Un modo de propagacion en superficie de este tipo esta opuesto al modo de propagacion en espacio libre, que se llama a veces propagacion en onda de cielo.
Se usan ondas de superficie en aplicaciones variadas, entre las que sistemas radar o sistemas de comunicacion para los que las ondas transmitidas implementadas son ondas de superficie. Para estos sistemas, la interfaz que se usa es el lfmite entre el suelo y el medio aereo por encima del suelo. Una ventaja de estos sistemas resulta de la reduccion de la potencia de radiacion electromagnetica que se pierde en direccion al cielo, ya que las ondas transmitidas permanecen concentradas cerca del suelo.
Muchas fuentes de radiacion electromagnetica que son disponibles producen ondas de propagacion en espacio libre. Se puede producir por tanto una onda de superficie usando un elemento de conversion que acopla algunas de las ondas de propagacion en espacio libre, tales como producidas por la fuente, con ondas de superficie. No obstante, las dificultades siguientes afectan los elementos de conversion existentes:
- unas ondas de propagacion en espacio libre subsisten a pesar del elemento de conversion, lo que constituye una perdida de eficacia, entre la potencia que se emite por la fuente y la potencia que se difunde realmente en forma de ondas de superficie; y
- las ondas de superficie que se producen por el elemento de conversion poseen direcciones de propagacion dispersas paralelas al suelo, de modo que solo una parte de la energfa que se transporta por estas ondas de superficie se transmite en una direccion deseada.
Por otra parte, cuando se usa un elemento de conversion en asociacion con un detector para la recepcion de una comunicacion por transmision de ondas de superficie, el elemento de conversion transmite tambien al detector ondas de propagacion en espacio libre, ademas de la onda de superficie recibida. La deteccion de la serial que se transporta por la onda de superficie se interfiere y se perturba por tanto por las ondas de propagacion en espacio libre que se transmiten involuntariamente.
El documento GB 788.824 describe un elemento de antena que esta adaptado para transmitir una onda que se centra perpendicularmente a una placa de base de este elemento, segun el modo de propagacion en espacio libre.
El documento EP 1 594 186 describe una antena que esta formada por un bucle abierto por encima de un plano de masa, estando este ultimo disenado para enterrarse. Se forman dos ondas confinadas entre el bucle y el plano de masa, y el borde periferico del plano de masa produce una radiacion de onda de superficie hacia el exterior. No obstante, este sistema produce tambien una onda de propagacion en espacio libre.
El documento WO 03/007426 describe una antena con un elemento de radiacion con un factor de forma bajo, que esta dispuesto por encima de una superficie de alta impedancia que a su vez esta situada en un plano de masa metalico. Pero unas ondas de superficie de polarizacion horizontal del campo electrico aparecen en la superficie de alta impedancia y se transforman a continuacion en ondas de propagacion en espacio libre.
Por ultimo, los documentos WO 2010/142946 y EP 1 608 037 describen antenas que tienen estructuras diferentes, y
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que aumentan el rendimiento de emision de ondas cuyas direcciones de propagacion tienen valores de angulos de elevacion por encima del nivel del suelo que son bajos. Pero no se tratan de ondas de superficie cuya propagacion es realmente paralela al suelo y cuya potencia transportada permanece concentrada cerca del suelo.
Objeto de la invencion
En estas condiciones, un primer objetivo de la presente invencion consiste en producir ondas de superficie con una cantidad minima de potencia que se emita en forma de ondas de propagacion en espacio libre.
Un segundo objetivo de la invencion consiste en producir ondas de superficie que se concentren en acimut alrededor de una direccion de propagacion deseada, paralela a la superficie del suelo.
Un tercer objetivo de la invencion consiste en proponer un sistema de produccion de ondas de superficie, que pueda usar las fuentes de radiacion disponibles para producir ondas de propagacion en espacio libre, en concreto las antenas alambricas.
Un cuarto objetivo de la invencion consiste en proponer un sistema de produccion de ondas de superficie que sea compacto, economico y facil de implementar.
Por ultimo, un quinto objetivo de la invencion consiste en proponer un sistema de produccion de ondas de superficie que este adaptado para funcionar en el campo de frecuencia comprendida entre 0,2 MHz (megahercio) y 3.000 MHz, y en concreto en la banda de las altas frecuencias, llamada banda AF, comprendida aproximadamente entre 3 MHz y 30 MHz.
Para alcanzar estos objetivos y otros, la presente invencion propone un elemento de superficie inductivo para una radiacion electromagnetica, comprendiendo este elemento:
- una placa de base conductora electricamente, que se extiende en un plano no paralelo al componente de campo electrico de la radiacion electromagnetica; y
- una serie de placas secundarias conductoras electricamente que se extienden perpendicularmente a la placa de base, en un mismo semiespacio en un lado de la placa de base, y de manera simetrica con respecto a un plano perpendicular a la placa de base segun una direccion llamada sensible.
Segun una primera caracteristica de la invencion, las placas secundarias tienen una misma altura a ±10 % aproximadamente, estando esta altura comprendida entre 0,035 x A y 0,35 x A, donde A es un parametro de dimensionado del elemento de superficie inductivo.
Segun una segunda caracteristica de la invencion, la distancia entre la placa de base y los bordes de las placas secundarias enfrentadas esta comprendida entre un valor nulo y la mitad de la altura de las placas secundarias en cuestion.
Segun una tercera caracteristica de la invencion, las placas secundarias estan dispuestas paralelamente entre si segun un periodo tal que el producto de la altura de las placas secundarias por el periodo este comprendido entre 0,001 x A2 y 0,15 x A2 a ±10 % de precision.
Segun una cuarta caracteristica de la invencion, las placas secundarias se extienden cada una en una longitud total de al menos 0,0003 x A perpendicularmente a la direccion sensible.
Un elemento de superficie de este tipo esta adaptado por tanto para modificar condiciones de propagacion, en el semiespacio, de una proyeccion del componente de campo electrico que es perpendicular a la placa de base, cuando una longitud de onda de la radiacion electromagnetica esta comprendida entre A - 10 % y A + 10 %. La longitud de onda de la radiacion electromagnetica que se considera es la que esta asociada a la propagacion en el medio donde esta situado el elemento de superficie inductivo, y que es igual a la velocidad de la luz en este medio dividido por la frecuencia de la radiacion. De esta manera, el elemento de superficie inductivo permite producir o detectar ondas de superficie que se concentran en acimut alrededor de una direccion de propagacion paralela a una superficie de suelo, cuando este elemento se pone en el suelo o se semientierra cerca de la superficie del suelo, siendo la placa de base paralela a una superficie media de lfmite entre el suelo y el semiespacio aereo.
El elemento de superficie inductivo de la invencion es por tanto un elemento de conversion electromagnetica, que es apta para acoplar modos de propagacion en espacio libre con ondas de superficie. Este acoplamiento es particularmente eficaz gracias a la geometrfa y a las caracterfsticas de dimensionado del elemento que se introducen por la invencion. En otros terminos, el elemento permite transferir eficazmente una parte de la potencia emitida de ondas de propagacion en espacio libre que llegan hasta el elemento, a ondas de superficie. Puede usarse por tanto con fuentes de radiacion electromagnetica que son disponibles, en concreto fuentes alambricas cuyo coste y uso es facil para producir ondas del cielo. A continuacion se transforman estas ondas de propagacion en espacio libre, al
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menos parcialmente, en ondas de superficie por el elemento de superficie inductivo de la invencion.
En particular, el elemento de superficie inductivo de la invencion es eficaz en el campo de frecuencia de radiacion electromagnetica que esta comprendida entre 0,2 MHz y 3.000 MHz, y en concreto en la banda AF entre 3 MHz y 30 MHz.
Recfprocamente, el elemento de superficie inductivo de la invencion permite acoplar tambien eficazmente ondas de superficie que llegan hasta este elemento, con ondas de propagacion en espacio libre que pueden detectarse a continuacion.
Ademas, las ondas de superficie que se producen por el elemento de superficie inductivo de la invencion tienen direcciones de propagacion que se concentran en acimut alrededor de la direccion sensible del elemento. Al tal efecto, las placas secundarias no son necesariamente planas. Se pueden adaptar para modificar la directividad en acimut del elemento de superficie inductivo. Por ejemplo, permaneciendo al mismo tiempo perpendiculares a la placa de base, pueden presentar una curvatura circular a un lado y a otro de la direccion sensible.
Por ultimo, el elemento de superficie inductivo de la invencion es simple, poco economico y facil de implementar. En concreto, se puede fabricar por separado de la fuente o del detector de radiacion electromagnetica con la que (el que) esta disenado para usarse, lo que simplifica su modo de fabricacion.
En modos preferidos de realizacion de la invencion, se pueden usar algunos perfeccionamientos siguientes, por separado o en combinacion con varios de ellos:
- cada serie de placas secundarias puede comprender al menos seis placas secundarias;
- una anchura de una al menos de las placas secundarias puede estar comprendida entre A/2 y A, medida paralela a la placa de base y perpendicularmente a la direccion sensible;
- la altura de las placas secundarias puede estar comprendida entre A20 y A5, medida perpendicularmente a la placa de base y a partir de la misma;
- el elemento de superficie inductivo puede comprender una serie de placas secundarias de las que cada placa secundaria esta constituida por un par de placas ternarias. En este caso, las dos placas ternarias constitutivas de una placa secundaria estan separadas por una distancia que esta comprendida entre A/100 y A/50, medida segun la direccion sensible;
- una al menos de las placas entre la placa de base y las placas secundarias o ternarias puede comprender una porcion de chapa o de rejilla metalica, o una combinacion de al menos una porcion de chapa y de al menos una porcion de rejilla metalica. Eventualmente, una (unas) porcion (porciones) de chapa perforada o con aberturas puede (pueden) usarse, para reducir el peso del elemento y la cantidad de materia consumida; y
- algunas al menos de las placas secundarias o ternarias pueden conectarse electricamente a la placa de base.
La invencion propone tambien un conjunto de produccion de ondas de superficie, que comprende:
- una fuente de radiacion, que esta adaptada para producir al menos una radiacion electromagnetica que tiene un modo de propagacion en espacio libre; y
- al menos un elemento de superficie inductivo tal como se ha descrito anteriormente, que se pone en el suelo o se semientierra o se entierra cerca de la superficie del suelo, de modo que la placa de base sea paralela a una superficie media de lfmite entre el suelo y un semiespacio aereo.
La fuente de radiacion se orienta de modo que un componente de campo electrico de la radiacion electromagnetica en la ubicacion del elemento de superficie inductivo no sea paralelo a la placa de base.
Ademas, la fuente de radiacion esta adaptada de modo que una longitud de onda de la radiacion electromagnetica este comprendida entre A - 10 % y A - l0 %, donde A es el parametro de dimensionado del elemento de superficie inductivo.
En el marco de la presente invencion, se considera que el elemento de superficie inductivo se entierra cerca de la superficie del suelo cuando la distancia entre la placa de base y la superficie media de lfmite entre el suelo y el semiespacio aereo es inferior a A.
La fuente de radiacion puede adaptarse en concreto para producir la radiacion electromagnetica entre una frecuencia de radiacion que esta comprendida entre 0,2 MHz y 3.000 MHz, y mas particularmente entre 3 MHz y 30 MHz.
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La fuente de radiacion puede comprender una antena alambrica, siendo el rendimiento de emision de este tipo de antena particularmente elevado. En el caso de una antena alambrica monopolo o dipolo, el ramal se orienta preferentemente de modo que un segmento de antena rectilfneo de la misma perpendicular a la placa de base. Ademas, la antena alambrica puede posicionarse ventajosamente con respecto al elemento de superficie inductivo conforme a una al menos de las caracterfsticas siguientes de habilitacion:
- el segmento de antena rectilfneo esta separado de la de las placas secundarias del elemento de superficie inductivo que es la mas cercana del segmento de antena rectilfneo, por una distancia que es inferior o igual a 0,5 x A, medida segun la direccion sensible; y
- un punto del segmento de antena rectilfneo que es el mas cercano de la placa de base esta situado a una altura que es inferior a 1,5 veces la altura de las placas secundarias, midiendose estas alturas a partir de la placa de base segun una direccion perpendicular a esta ultima y en el lado de las placas secundarias.
La fuente de radiacion puede constar de una antena alambrica de tipo bucle, el bucle plano se orienta preferentemente de manera paralela a la placa de base. La condicion exigida para que la invencion funcione es que la radiacion electromagnetica procedente de la fuente presenta un componente de campo electrico no paralelo a la placa de base.
Por ultimo, la invencion propone igualmente un conjunto de deteccion de ondas de superficie, que comprende:
- un detector de radiacion, que esta adaptado para detectar al menos una radiacion electromagnetica; y
- al menos un elemento de superficie inductivo tal como se ha descrito anteriormente, que se pone en el suelo o se semientierra o se entierra cerca de la superficie del suelo, de modo que la placa de base sea paralela a una superficie media de lfmite entre el suelo y un semiespacio aereo.
El detector de radiacion se orienta para detectar la radiacion electromagnetica cuando un componente de campo electrico de esta radiacion es no paralelo a la placa de base, y es eficaz para detectar la radiacion electromagnetica cuando una longitud de onda de esta radiacion esta comprendida entre A - 10 % y A + 10 %, donde A es el parametro de dimensionado del elemento de superficie inductivo.
La caracterfstica segun la que el elemento de superficie inductivo se entierra cerca de la superficie del suelo significa igualmente que la distancia entre la placa de base y la superficie media de lfmite entre el suelo y el semiespacio aereo es inferior a A.
El detector de radiacion puede colocarse por tanto en el seno del conjunto de deteccion de ondas de superficie, en una posicion relativa con respecto al elemento de superficie inductivo que es identica a la de la fuente de radiacion en el seno del conjunto de produccion de onda de superficie.
Descripcion de las figuras
Otras particularidades y ventajas de la presente invencion apareceran en la descripcion a continuacion de ejemplos de realizacion no limitativos, con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:
- la figura 1a es una vista en perspectiva que ilustra una implementacion de un elemento de superficie inductivo segun un primer modo de realizacion de la invencion, en un conjunto de produccion de ondas de superficie;
- las figuras 1b y 1c son respectivamente una vista de plano y una vista lateral del elemento de superficie inductivo de la figura 1a;
- las figuras 2a a 2c corresponden respectivamente a las figuras 1a a 1c para un segundo modo de realizacion de la invencion;
- las figuras 3a a 3c ilustran respectivamente tres instalaciones posibles del elemento de superficie inductivo segun la invencion; y
- las figuras 4a y 4b son diagramas de incremento en transmision y de modificacion del coeficiente de reflexion, respectivamente, en funcion de la frecuencia de la radiacion electromagnetica, para un elemento de superficie inductivo segun la invencion.
Descripcion detallada de la invencion
Por cuestion de claridad, las dimensiones de los elementos o de las partes de elementos que se representan en estas figuras no corresponden ni a dimensiones reales ni a relaciones de dimensiones reales. Ademas, unas
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referencias identicas que se indican en figuras diferentes designan elementos identicos o que tienen funciones identicas.
Las figuras 1a a 1c muestran un elemento de superficie inductivo conforme a la invencion que consta de una serie de placas secundarias, y el elemento de las figuras 2a a 2c constan de una serie de placas secundarias constituidas cada una por un par de placas ternarias. Las referencias que se mencionan en las figuras tienen las significaciones siguientes:
1 placa de base
2 placas secundarias
2a, 2b placas ternarias
LS lfnea mediana de la placa de base, preferentemente segun su dimension longitudinal
Lopm longitud de la placa de base medida paralela a la lfnea mediana LS
Apm anchura de la placa de base medida perpendicularmente a la lfnea mediana LS
A, Adl anchura de cada placa secundaria o ternaria medida perpendicularmente a la lfnea mediana LS
H, Hdl altura de cada placa secundaria o ternaria medida perpendicularmente a la placa de base
Nbl, Nbdl numero de placas secundarias en cada serie, preferentemente superior o igual a seis
P espaciamiento entre las placas secundarias medido segun la lfnea mediana LS, y que constituye un
periodo de habilitacion de las placas secundarias
D desfase entre dos placas ternarias de una pareja que constituye una placa secundaria, medida segun la
lfnea mediana LS
3 antena de emision de radiacion electromagnetica
4 fuente de senal AF, anotada GEN. AF
Hant altura de colocacion de la antena 3 por encima del plano de la placa de base, medida para un punto inferior de la antena 3
Dant distancia entre la antena 3 y la placa secundaria mas cercana z eje perpendicular a la placa de base
OL onda electromagnetica con modo de propagacion en espacio libre, producida por la antena 3 en direccion
del elemento de superficie inductivo
E campo electrico de la onda electromagnetica OL, que es perpendicular a la direccion de propagacion de la
onda OL
Ez componente del campo electrico de la onda electromagnetica OL segun el eje z
0 angulo de disminucion o de elevacion de la direccion de propagacion de la onda electromagnetica OL con
respecto a un plano paralelo a la placa de base
05 onda de superficie producida por el elemento de superficie inductivo a partir de la onda electromagnetica OL
Todas las placas secundarias 2 o ternarias 2a, 2b pueden tener dimensiones que son identicas. Son todas perpendiculares a la lfnea mediana LS, y por tanto todas paralelas entre sf. Ademas, estan todas centradas en la lfnea mediana LS, y el periodo P de las placas secundarias es constante. Cuando el elemento de superficie inductivo comprende una serie de placas secundarias de las que cada placa secundaria esta constituida por un par de placas ternarias, el periodo T es identico entre las placas ternarias de dos parejas adyacentes.
A modo de ilustracion, la placa de base 1 puede ser rectangular, al igual que cada placa secundaria 2 o ternaria 2a, 2b.
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En estas condiciones, la linea mediana LS es la direccion de emision de la onda de superficie OS que se produce por el elemento de superficie inductivo de superficie a partir de la onda electromagnetica OL, cuando la antena 3 se coloca a su vez en el recto de la linea mediana LS. Cuando el elemento de superficie inductivo produce un haz de ondas de superficie, este haz se centra en acimut alrededor de la linea mediana LS, en un plano que es paralelo a la placa de base 1. Por esta razon, la linea mediana LS se llama direccion sensible en la parte general de la presente invencion.
Se forma un conjunto de produccion de ondas de superficie asociando el elemento de superficie inductivo de las figuras 1a-1c o 2a-2c con una fuente de radiacion electromagnetica. Una fuente de radiacion de este tipo comprende la antena de emision 3 y la fuente de senal 4, que se conecta para alimentar la antena 3 en senal de emision. La antena 3 puede ser del tipo antena alambrica, y en concreto una antena de tipo monopolo cuarto de onda. Una antena de este tipo se conoce por el experto en la materia. Comprende un segmento de antena rectilfneo capaz de producir una radiacion electromagnetica que se propaga inicialmente en espacio libre, a partir del segmento de antena. La antena 3 y la fuente 4 pueden adaptarse para que la radiacion electromagnetica tenga una frecuencia f en la banda AF comprendida entre 3 MHz y 30 MHz. La longitud de onda de la onda OL que se produce por la antena 3 es por tanto A=C/f, donde C es la velocidad de la luz en el medio, igual a C0/N donde N es el indice de refraccion del medio y C0 la velocidad de la luz en el vacfo. La longitud de onda esta comprendida por tanto entre 10 m (metro) y 100 m para la banda AF mencionada anteriormente en el aire.
Para producir la onda de superficie OS que esta disenado para propagarse a la superficie del suelo, a partir de la onda OL con un buen rendimiento de transferencia de potencia entre las dos ondas, la habilitacion del conjunto de produccion de ondas de superficie verifica las condiciones siguientes:
- el elemento de superficie inductivo esta colocado cerca de la superficie del suelo;
- unas dimensiones del elemento de superficie inductivo estan seleccionadas de manera apropiada con respecto a la longitud de onda de la radiacion electromagnetica que se produce por la antena 3; y
- el segmento rectilfneo de la antena 3 esta colocado y orientado de manera apropiada con respecto al elemento de superficie inductivo.
El elemento de superficie inductivo puede o ponerse en el suelo (figura 3a), o semienterrarse, o bien enterrarse por completo (figura 3c). En todos los casos, la placa de base 1 es paralela o sustancialmente paralela a una superficie media S de lfmite entre el suelo y el semiespacio aereo superior. La superficie real del suelo puede ser irregular, pero la superficie media S de lfmite del suelo es plana. El elemento de superficie inductivo se orienta ademas con sus placas secundarias 2 que son verticales, y hacia arriba por encima de la placa de base 1. La profundidad K de la placa de base 1 por debajo de la superficie media S de lfmite del suelo es preferentemente inferior a A, incluso inferior a A/2. Cuando el elemento de superficie inductivo se semientierra, los bordes superiores de algunas al menos de las placas secundarias 2 desbordan por encima del suelo, en el semiespacio aereo. En el uso de la invencion que se indica a continuacion, el elemento de superficie inductivo se pone en el suelo (figura 3a).
A modo de ilustracion, el elemento de superficie inductivo usado es conforme a las figuras 1a-1c con las caracterfsticas precisas siguientes: el numero Nbl de placas secundarias 2 es igual a 21, el espaciamiento P entre dos placas secundarias 2 que son sucesivas, es constante e igual a 0,0697 x A, la altura H de cada placa secundaria 2 es igual a 0,1651 x A, la anchura A de cada placa secundaria 2 es igual a 0,0678 x A, la anchura Apm de la placa de base 1 es igual a la anchura A de las placas secundarias 2 aumentada de 0,5 x A, y la longitud Lopm de la placa de base 1 es igual a 1,931 x A. Se pueden adoptar diferencias de ±10 % con respecto a estas dimensiones, sin que se altere el funcionamiento del conjunto de produccion de ondas de superficie significativamente, para la misma frecuencia de la radiacion que se produce por la antena 3. Dadas las grandes dimensiones que pueda tener el conjunto de superficie inductivo, algunas al menos de las placas que lo componen pueden ser ventajosamente de rejilla o de chapa perforada, para reducir de ello el peso y la cantidad de materia prima consumida. El espesor de las placas no tiene efecto significativo, siempre que las placas puedan considerarse como superficies conductoras bidimensionales. Cada placa secundaria se mantiene fija con respecto a la placa de base 1, pero es necesario que se una electricamente a la placa de base 1. De este modo cada placa secundaria puede aislarse electricamente con respecto a la placa de base 1.
La antena 3 se orienta preferentemente de modo que el segmento de antena rectilfneo sea vertical, y por tanto perpendicular a la placa de base 1. La distancia Dant puede ser igual a 0,5 x A, y la altura Hant del segmento de antena por encima de la placa de base 1 puede ser nula.
Una condicion de funcionamiento del conjunto de produccion de ondas de superficie es que el componente Ez del campo electrica E de la onda electromagnetica OL que se produce por la antena 3, no sea nulo. En otros terminos, el campo electrico E de onda OL no es paralelo a la placa de base 1. El elemento de superficie inductivo modifica por tanto las condiciones de propagacion de la componente Ez, convirtiendo una parte de la onda OL en onda de superficie OS. Cuando la antena 3 se coloca a la verticalidad de la linea mediana LS de un lado del elemento de superficie inductivo, por tanto la onda emerge por encima del elemento de superficie inductivo, con una direccion de
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propagacion que es paralela a la linea mediana LS. La onda OS tiene una estructura de onda de superficie, con una amplitud de campo electrico que decrece exponencialmente en la direccion Z en el semiespacio aereo, a partir de la superficie media SI de lfmite del elemento de superficie inductivo.
Las figuras 4a y 4b corresponden a un elemento de superficie inductivo tal como se ha descrito anteriormente, que se ha dimensionado para un valor de longitud de onda de la onda OL igual a 27,3 cm (centfmetro) aproximadamente. En otros terminos, el parametro de dimensionado X es igual a 27,3 cm. Este valor de longitud de onda corresponde a una frecuencia f de radiacion electromagnetica que es igual a 1,1 GHz (Gigahercio).
En el diagrama de la figura 4a, la curva de trazo continuo caracteriza una eficacia de transmision entre la fuente de radiacion y un detector alejado, usando el elemento de superficie inductivo en combinacion con la fuente de radiacion. La curva de trazo continuo caracteriza la misma eficacia de transmision, pero en ausencia de elemento de superficie inductivo. El uso del elemento de superficie inductivo permite un incremento de transmision de 20 dB aproximadamente para la frecuencia de la radiacion de 1,1 GHz.
El diametro de la figura 4b muestra la modificacion del coeficiente de reflexion energetica de la antena 3, comparando sus funcionamientos con (curva de trazo continuo), y sin el elemento de superficie inductivo (curva de trazo interrumpido). Una disminucion de la reflexion que puede alcanzar 10 dB se obtiene a 1,1 GHz usando el elemento de superficie inductivo.
Por otra parte, se han efectuado medidas de potencia de radiacion electromagnetica cerca del extremo del elemento de superficie inductivo desde donde emerge la onda de superficie OS, por el procedimiento de medida de calentamiento. Estas medidas se han efectuado para la frecuencia de radiacion de 1,1 GHz, con el elemento de superficie inductivo que esta dimensionada para esta frecuencia. Revelan que el elemento de superficie inductivo produce una gran concentracion de la energfa electromagnetica que se transmite, cerca de la superficie del suelo y alrededor de la linea mediana LS. Unas medidas precisas confirman que la densidad de energfa electromagnetica a la salida del elemento de superficie inductivo, decrece exponencialmente cuando el angulo de elevacion con respecto al suelo aumenta. De este modo se verifica la naturaleza de la onda de superficie de la onda OS.
Un dimensionado posible para el elemento de superficie inductivo de las figuras 2a-2c puede ser: el numero Nbdl de las placas ternarias 2a y el de las placas ternarias 2b son tambien iguales a 21, el espaciamiento P entre dos placas ternarias 2a que son sucesivas, o entre dos placas ternarias 2b sucesivas, es igual a 0,0953 x A, el desfase D entre las placas ternarias 2a y 2b es de 0,0229 x A, la altura Hdl de cada placa ternaria 2a o 2b es igual a 0,1074 x A, y la anchura Apm de la placa de base 1 es al menos igual a la anchura Adl de cada placa 2a o 2b, a su vez igual a 0,6678 x A. Sin embargo, se pueden adoptar diferencias de ±20 % con respecto a estas dimensiones precisas sin modificar la frecuencia de la radiacion de la fuente que se usa con el elemento de superficie inductivo.
La habilitacion de un elemento de superficie de este tipo con dos series de placas ternarias, con respecto a la antena 3 en el seno del conjunto de produccion de onda de superficie, puede ser identica a la que se ha descrito para el elemento de superficie inductivo de las figuras 1a - 1c.
Un elemento de superficie inductivo segun la invencion puede usarse tambien en el seno de un conjunto de deteccion de onda de superficie. Por ello, el elemento de superficie inductivo se pone igualmente en el suelo, se semientierra o se entierra de la misma manera, pero con su linea mediana LS, o direccion sensible, que se orienta segun una direccion de recepcion de ondas de superficie. Un detector de radiacion puede colocarse por tanto sustancialmente a la misma ubicacion que la antena 3 con respecto al elemento de superficie inductivo. En estas condiciones, el elemento de superficie inductivo transforma parcialmente la onda de superficie recibida en una estructura de onda que converge en el detector de radiacion. La onda de superficie que se recibe puede detectarse de este modo con una sensibilidad elevada.
Se entiende que la invencion puede reproducirse modificando algunas de las caracterfsticas que se han descrito a modo de ejemplo. Se recuerda que un elemento de superficie inductivo que es conforme a la invencion puede dimensionarse simplemente para cualquiera frecuencia de radiacion, usando las reglas de dimensionado que se han dado.
Por ultimo, varios elementos de superficie inductivos segun la invencion alrededor de una misma fuente de radiacion electromagnetica, con el fin de transmitir simultaneamente ondas de superficie en varias direcciones.
Claims (15)
- 5101520253035404550556065REIVINDICACIONES1. Elemento de superficie inductivo para una radiacion electromagnetica, comprendiendo dicho elemento:- una placa de base (1) conductora electricamente que se extiende en un plano no paralelo a un componente de campo electrico de la radiacion electromagnetica; y- una serie de placas secundarias conductoras electricamente (2), extendiendose las placas secundarias perpendicularmente a la placa de base, y en un mismo semiespacio en un lado de dicha placa de base, de manera simetrica con respecto a un plano perpendicular a dicha placa de base segun una direccion llamada sensible,teniendo dichas placas secundarias (2) una misma altura (H; Hdl) a ±10 % de precision, estando dicha altura comprendida entre 0,035 x A et 0,35 x A, donde A es un parametro de dimensionado del elemento de superficie inductivo;la distancia entre la placa de base y los bordes de las placas secundarias enfrentadas esta comprendida entre un valor nulo y la mitad de la altura de las placas secundarias en cuestion;estando dichas placas secundarias (2) dispuestas paralelamente entre si segun un periodo tal que el producto de la altura de las placas secundarias por el periodo este comprendido entre 0,001 x A2 y 0,15 x A2 a ±10 % de precision; extendiendose dichas placas secundarias (2) cada una en una longitud total de al menos 0,0003 x A perpendicularmente a la direccion sensible;estando dicho elemento de superficie inductivo adaptado para modificar unas condiciones de propagacion en dicho semiespacio, de una proyeccion del componente de campo electrico perpendicular a la placa de base (1) cuando una longitud de onda de la radiacion electromagnetica esta comprendida entre A - 10 % y A + 10 %, para permitir producir o detectar ondas de superficie concentradas en acimut alrededor de una direccion de propagacion que es paralela a una superficie de suelo, cuando dicho elemento de superficie inductivo se pone en el suelo o semienterrado cerca de la superficie del suelo, de modo que la placa de base (1) sea paralela a una superficie media de lfmite entre el suelo y el semiespacio aereo.
- 2. Elemento de superficie inductivo segun la reivindicacion 1, en el que la serie de placas secundarias (2) comprende al menos seis placas secundarias.
- 3. Elemento de superficie inductivo segun la reivindicacion 1 o 2, en el que una anchura (A ; Adl) de una al menos de las placas secundarias (2) esta comprendida entre A/2 y A, medida paralelamente a la placa de base (1) y perpendicularmente a la lfnea sensible.
- 4. Elemento de superficie inductivo segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la altura (H; Hdl) de las placas secundarias (2) esta comprendida entre A/20 y A/5, medida perpendicularmente a la placa de base (1) y a partir de dicha placa de base.
- 5. Elemento de superficie inductivo segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que cada placa secundaria esta constituida por un par de placas ternarias (2a, 2b).
- 6. Elemento de superficie inductivo segun la reivindicacion 5, en el que las placas ternarias de cada par (2a, 2b) estan separadas por una distancia comprendida entre A/100 y A/50, medida segun la direccion sensible.
- 7. Elemento de superficie inductivo segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que una al menos de las placas entre la placa de base (1) y las placas secundarias (2) o ternarias (2a, 2b) comprende una porcion de chapa o de rejilla metalica, o una combinacion de al menos una porcion de chapa y de al menos una porcion de rejilla metalica.
- 8. Elemento de superficie inductivo segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que algunas al menos de las placas secundarias (2) o ternarias (2a, 2b) estan conectadas electricamente a la placa de base (1).
- 9. Conjunto de produccion de onda de superficie, que comprende:- una fuente de radiacion (3), adaptada para producir al menos una radiacion electromagnetica que tiene un modo de propagacion en espacio libre; y- al menos un elemento de superficie inductivo segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, puesto en el suelo o semienterrado o enterrado cerca de la superficie del suelo, de modo que la placa de base (1) sea paralela a una superficie media de lfmite entre el suelo y un semiespacio aereo;orientandose la fuente de radiacion (3) de modo que un componente de campo electrico de la radiacion en la ubicacion del elemento de superficie inductivo no sea paralelo a la placa de base (1); y estando la fuente de radiacion (3) adaptada de modo que una longitud de onda de la radiacion electromagnetica este comprendida entre A - 10 % y A + 10 %, donde A es el parametro de dimensionado del elemento de superficie inductivo.51015202530
- 10. Conjunto de produccion de ondas de superficie segun la reivindicacion 9, en el que la fuente de radiacion (3) esta adaptada para producir la radiacion electromagnetica con una frecuencia de radiacion comprendida entre 0,2 MHz y 3.000 MHz.
- 11. Conjunto de produccion de ondas de superficie segun la reivindicacion 9 o 10, en el que la fuente de radiacion (3) comprende una antena alambrica.
- 12. Conjunto de produccion de ondas de superficie segun la reivindicacion 11, en el que la antena alambrica comprende un segmento de antena rectilfneo, y dicha antena alambrica se orienta de modo que el segmento de antena rectilfneo sea perpendicular a la placa de base (1).
- 13. Conjunto de produccion de ondas de superficie segun la reivindicacion 12, en el que la antena alambrica se posiciona de modo que el segmento de antena rectilfneo este separado de una de las placas secundarias (2; 2a, 2b) del elemento de superficie inductivo mas cercana de dicho segmento de antena rectilfneo, por una distancia (Dant) inferior o igual a 0,5 x A, medida segun la direccion sensible.
- 14. Conjunto de produccion de ondas de superficie segun la reivindicacion 12 o 13, en el que la antena alambrica se posiciona de modo que un punto del segmento de antena rectilfneo mas cercano de la placa de base (1) este situado a una altura (Hant) inferior a 1,5 veces la altura (H; Hdl) de las placas secundarias (2; 2a, 2b), midiendose dichas alturas a partir de la placa de base (1) segun una direccion perpendicular a dicha placa de base y en el lado de las placas secundarias.
- 15. Conjunto de deteccion de ondas de superficie, que comprende:- un detector de radiacion, adaptado para detectar al menos una radiacion electromagnetica; y- al menos un elemento de superficie inductivo segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, puesto en el suelo o semienterrado o enterrado cerca de la superficie del suelo, de modo que la placa de base (1) sea paralela a una superficie media de lfmite entre el suelo y un semiespacio aereo;orientandose el detector de radiacion para detectar la radiacion electromagnetica cuando un componente de campo electrico de dicha radiacion es no paralelo a la placa de base (1), y siendo eficaz para detectar la radiacion electromagnetica cuando una longitud de onda de dicha radiacion esta comprendida entre A - 10 % y A + 10 %, donde A es el parametro de dimensionado del elemento de superficie inductivo.
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