ES2884355T3 - Superficie selectiva en frecuencia controlable y multifuncional - Google Patents
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Abstract
Dispositivo (2) de superficie selectiva en frecuencia, que comprende un sustrato (4), una red (6) de motivos elementales conductores (8) impresos en una superficie de dicho sustrato (4) y que forman conjuntamente una red regular, y una red de componentes de acoplamiento (12, 12a, 12b), de manera que cada componente de acoplamiento (12) conecta dos motivos elementales conductores (8) adyacentes, teniendo cada componente de acoplamiento (12, 12a, 12b) una capacidad modificable por aplicación de una orden, dicho dispositivo (2) comprende además un conjunto (14) de control configurado para controlar selectivamente el valor de las capacidades de grupos (20a, 20b) de componentes de acoplamiento (12, 12a, 12b) selectivamente según: - un primer modo, en el que la capacidad del conjunto de los grupos (20a, 20b) de componentes de acoplamiento (12, 12a, 12b) se fija a un mismo valor, con vistas a hacer funcionar dicho dispositivo (2) en modo cortabanda, y - un segundo modo, en el que la capacidad de los componentes de acoplamiento (12, 12a, 12b) de un primer conjunto de grupos (20a) de componentes de acoplamiento (12, 12a, 12b) se fija a un primer valor, y la capacidad de los componentes de acoplamiento (12, 12a, 12b) de un segundo conjunto (20b) de grupos de componentes de acoplamiento (12, 12a, 12b), complementario al primer conjunto, se fija a un segundo valor, distinto del primer valor, con vistas a hacer funcionar dicho dispositivo (2) en modo pasabanda, comprendiendo cada grupo (20a, 20b) de componentes de acoplamiento (12, 12a, 12b) un primer componente de acoplamiento (12a) que conecta un primer motivo elemental con un segundo motivo elemental que es adyacente a él, y un segundo componente de acoplamiento (12b) que conecta el primer motivo elemental con un tercer motivo elemental que es adyacente a él, siendo la red (6) de motivos elementales una red de líneas-columnas, de manera que cada componente de acoplamiento (12) conecta dos motivos elementales conductores (8) adyacentes según una línea o según una columna.
Description
DESCRIPCIÓN
Superficie selectiva en frecuencia controlable y multifuncional
[0001] La presente invención se refiere a un dispositivo de superficie selectiva en frecuencia, que comprende un sustrato, una red de motivos elementales conductores impresos en al menos una superficie de dicho sustrato y una red de componentes de acoplamiento, de manera que cada componente de acoplamiento conecta dos motivos elementales conductores adyacentes, teniendo cada componente de acoplamiento una capacidad modificable por aplicación de una orden.
[0002] Dichos dispositivos se conocen a partir de los documentos «A tunable metamaterial frequency-selective surface with variable modes of operation», «Single-layer high-order miniaturized-element frequency-selective surfaces» y el documento US 2011/0210903.
[0003] Los dispositivos de superficie selectiva en frecuencia (también denominada FSS por «Frequency Selective Surface» en inglés) son elementos conocidos en el medio del electromagnetismo, que tienen la capacidad según su configuración de rechazar determinadas frecuencias o, por el contrario, de transmitir determinadas frecuencias. Estos dispositivos están hechos generalmente en forma de superficies periódicas constituidas por una disposición ordenada sobre un sustrato de elementos pasivos eléctricamente conductores, que forman motivos. Cuando esta disposición de elementos se somete a una onda electromagnética plana incidente, esta es en parte transmitida y en parte reflejada.
[0004] En ciertas condiciones de resonancia, la amplitud de la onda transmitida es igual a 0, siendo la energía reflejada o difundida en el lado de la onda incidente. Este tipo de superficie se incluye así bien como un filtro pasabanda, es decir, que deja pasar las ondas electromagnéticas a una frecuencia dada, o bien como un filtro cortabanda, es decir, que rechaza las ondas electromagnéticas a una frecuencia dada.
[0005] No obstante dicha solución adolece de una doble rigidez. Por una parte, la anchura de banda de paso funcional pretendida es una consecuencia directa del motivo periódico conservado, y no puede ser modificada. Por otra parte, no es posible, con el mismo dispositivo, cambiar de una función «pasabanda» hacia una función «cortabanda» o a la inversa.
[0006] Con el fin de remediar estos inconvenientes, se ha propuesto integrar en los dispositivos de superficie selectiva en frecuencia condensadores variables o diodos, controlables eléctricamente, lo que permite así hacer variar la frecuencia de funcionamiento del dispositivo.
[0007] En particular, se ha propuesto, para realizar un dispositivo de superficie selectiva en frecuencia cortabanda activo, es decir, cuya frecuencia rechazada es variable, interconectar los motivos de la superficie selectiva en frecuencia por medio de componentes electrónicos, tales como inductancias y/o capacidades variables con el fin de convertir los FSS en activos. Por ejemplo, una variación de la tensión aplicada en los bornes de las capacidades variables aporta una modificación de la frecuencia rechazada.
[0008] No obstante, esta solución no permite hacer funcionar el dispositivo de manera selectiva en modo pasabanda o en modo cortabanda.
[0009] Además se ha propuesto hacer variar el modo de funcionamiento, en pasabanda o en cortabanda, para una misma configuración de motivos, usando modos de metalización del dispositivo, diferentes. Por ejemplo, para una misma configuración, cuando el sustrato es dieléctrico y los motivos metalizados, el dispositivo funciona en modo cortabanda, mientras que cuando el sustrato es metalizado y los motivos dieléctricos, el dispositivo funciona en modo pasabanda.
[0010] No obstante, esta solución no permite ya hacer funcionar un mismo dispositivo de manera selectiva en modo pasabanda o en modo cortabanda.
[0011] Un objetivo de la invención es, por tanto, suministrar un dispositivo de superficie selectiva en frecuencia que sea multifuncional, es decir, que pueda funcionar selectivamente, en respuesta a una orden, en modo cortabanda y en modo pasabanda.
[0012] Para este fin, la invención tiene por objeto un dispositivo según la reivindicación 1.
[0013] El dispositivo según la invención puede comprender una o varias de las características de las reivindicaciones 2 a 13.
[0014] La invención tiene también por objeto un sistema de superficie selectiva en frecuencia según la reivindicación 14.
[0015] La invención se comprenderá mejor con la lectura de la descripción que aparece a continuación, dada únicamente a título de ejemplo y realizada en referencia a los dibujos anexos en los cuales:
- la Figura 1 es un esquema de un dispositivo de superficie selectiva en frecuencia según una realización de la invención;
- la Figura 2 es un esquema detallado de una parte de la red de motivos elementales y de la red de componentes de acoplamiento del dispositivo de la Figura 1;
- la Figura 3 ilustra el coeficiente de reflexión S11 de un dispositivo de superficie selectiva en modo cortabanda en función de la frecuencia, para diversos valores de las capacidades;
- la Figura 4 ilustra el coeficiente de transmisión S21 del dispositivo de la Figura 2 en modo cortabanda en función de la frecuencia, para diversos valores de las capacidades;
- la Figura 5 ilustra el coeficiente de reflexión S11 del dispositivo de superficie selectiva de la Figura 2 en modo pasabanda en función de la frecuencia, para diversos valores de las capacidades;
- la Figura 6 ilustra el coeficiente de transmisión S21 del dispositivo de superficie selectiva de la Figura 2 en modo pasabanda en función de la frecuencia, para diversos valores de las capacidades;
- la Figura 7 es un esquema de un sistema según una realización de la invención.
[0016] Las Figuras 1 y 2 ilustran un dispositivo 2 de superficie selectiva en frecuencia según una realización de la invención, denominado en lo sucesivo simplemente dispositivo 2.
[0017] El dispositivo 2 comprende un sustrato 4 y una red 6 de elementos conductores 8 impresos en al menos una superficie del sustrato.
[0018] Los elementos conductores 8 forman en la superficie del sustrato motivos elementales que forman conjuntamente una red regular, y en lo sucesivo se denominarán motivos elementales conductores 8.
[0019] El sustrato 4 es, por ejemplo, plano. El sustrato 4 está hecho preferentemente de un material dieléctrico, que tiene características dieléctricas, en particular una permitividad real y una tangente de pérdidas, bajas. Preferentemente, la permitividad real del material que forma el sustrato es inferior a 25 y su tangente de pérdidas es inferior a 0,1.
[0020] Por ejemplo, el sustrato es un sustrato dieléctrico NX9300 comercializado por la empresa NELTEC® que tiene una permitividad real igual a 3 y una tangente de pérdida igual a 0,0023.
[0021] Como variante, el sustrato puede estar hecho de un material mixto monolítico.
[0022] Los motivos elementales conductores 8 están hechos de un material eléctricamente conductor.
[0023] Los motivos elementales conductores 8 son de formas idénticas.
[0024] En el ejemplo representado, los motivos elementales conductores 8 son motivos circulares que forman anillos.
[0025] El diámetro de los anillos se elige en particular en función de la frecuencia de trabajo pretendida para la aplicación.
[0026] Los motivos elementales conductores 8 están dispuestos de manera que forman una red, en particular una red de líneas-columnas. Por red de líneas-columnas se entiende que los motivos elementales conductores 8 están alineados a la vez según líneas y según columnas.
[0027] En el ejemplo representado, cada motivo elemental conductor 8, con excepción de los motivos elementales conductores de borde o de esquina, es así adyacente a dos motivos elementales conductores según una línea y a otros dos motivos elementales conductores según una columna.
[0028] Los motivos elementales conductores 8 son disjuntos. Por disjuntos se entiende que los motivos elementales no están conectados unos con otros, en ausencia de los componentes de acoplamiento descritos más adelante.
[0029] Con el fin de permitir una capacidad de control del modo de funcionamiento de la red de motivos elementales conductores 8, es decir, de permitir cambiar de un modo pasabanda a un modo cortabanda, y modificar la frecuencia de funcionamiento en modo pasabanda o en modo cortabanda, el dispositivo 2 comprende además una pluralidad de componentes 12 de acoplamiento (no ilustrados en la Figura 1), configurados para acoplar los motivos elementales conductores 8 dos a dos, así como un conjunto 14 de control de los componentes 12 de acoplamiento.
[0030] En lo que sigue de la descripción, se denominará modo pasabanda a un modo en el que el dispositivo 2 transmite únicamente radiaciones electromagnéticas cuya frecuencia está comprendida en al menos una banda de frecuencia comprendida entre una frecuencia de corte baja y una frecuencia de corte alta, y centrada alrededor de una frecuencia de resonancia.
[0031] Por otra parte, se denominará modo cortabanda a un modo en el que el dispositivo 2 transmite únicamente radiaciones electromagnéticas cuya frecuencia no está comprendida en una banda de frecuencia comprendida entre una frecuencia de corte baja y una frecuencia de corte alta, y centrada alrededor de una frecuencia de resonancia.
[0032] Estas frecuencias de resonancia se designarán por extensión como frecuencia de funcionamiento del dispositivo, en modo pasabanda o en modo cortabanda.
[0033] Los componentes 12 de acoplamiento y el conjunto 14 de control 6 permiten así, en combinación, hacer variar selectivamente el modo de funcionamiento, cortabanda o pasabanda, del dispositivo 2, que, en ausencia de estos elementos, era fijo.
[0034] Los componentes 12 de acoplamiento y el conjunto 14 de control permiten también hacer variar selectivamente la frecuencia de funcionamiento del dispositivo 2, que es también fija en ausencia de estos elementos.
[0035] Los componentes 12 de acoplamiento conectan los motivos elementales conductores 8 dos a dos, de manera que cada componente de acoplamiento 12 conecta dos motivos elementales conductores 8 adyacentes.
[0036] En particular, cada motivo elemental conductor 8 está conectado con cada uno de los motivos elementales conductores 8 que son adyacentes a él por un único componente 12 de acoplamiento.
[0037] En el ejemplo representado, cada componente 12 de acoplamiento conecta dos motivos elementales conductores 8 adyacentes según una línea o según una columna. Los componentes 12 de acoplamiento forman así, como motivos elementales conductores 8, una red de líneas-columnas.
[0038] Los componentes 12 de acoplamiento son condensadores de capacidad variable.
[0039] El funcionamiento de cada componente 12 de acoplamiento, en particular el valor de su capacidad, puede modificarse así por la aplicación de un control a este componente 12 de acoplamiento, estando el componente 12 de acoplamiento polarizado en modo directo o inverso.
[0040] Los componentes 12 de acoplamiento son idénticos entre sí.
[0041] Los componentes 12 de acoplamiento son controlables eléctricamente. Así, cada componente 12 de acoplamiento es capaz de funcionar como un condensador, cuya capacidad es variable en función de un control eléctrico, en particular de la tensión eléctrica aplicada a sus bornes.
[0042] Los componentes 12 de acoplamiento son, por ejemplo, varactores, en particular varactores MOS, diodos varactores o varactores ferroeléctricos.
[0043] Como variante, los componentes de acoplamiento pueden ser MEM, NEM, diodos PIN, componentes a base de cristales líquidos, diodos Schottky o transistores FET.
[0044] Los componentes 12 de acoplamiento son controlables eléctricamente.
[0045] Cuando los varactores 12 son varactores ferroeléctricos, pueden ser controlados polarizándolos en modo inverso o directo.
[0046] Además, dichos varactores ferroeléctricos pueden ser también controlables térmicamente. Cada varactor ferroeléctrico es así capaz de funcionar como un condensador variable, cuya capacidad varía en función de un control térmico que se le aplica con el fin de fijar su temperatura a una temperatura de funcionamiento dada.
[0047] Por ejemplo, dichos varactores ferroeléctricos controlables térmicamente pueden ser varactores de BST (Ba-i-xSrxTiOa). En particular, dichos varactores de BST son ventajosos, ya que pueden controlarse a la vez eléctricamente (en modo inverso y en directo) y térmicamente, y necesitan esencialmente la aplicación de una diferencia de potencial, y así no consumen energía.
[0048] Por ejemplo, un varactor de BST puede tener una capacidad variable que puede tomar valores comprendidos entre 3,2 pF y 0,7 pF cuando la tensión en sus bornes varía de 0 V a 20 V, siendo la capacidad una función decreciente del valor absoluto de la tensión aplicada.
[0049] Los componentes 12 de acoplamiento se eligen en función de la aplicación deseada, en particular en función de la gama de capacidad que puede obtenerse haciendo variar la tensión en sus bornes o haciendo variar su temperatura.
[0050] Cuando los componentes 12 de acoplamiento están controlados eléctricamente, se obtiene una variación de la capacidad de un componente 12 de acoplamiento haciendo variar la tensión aplicada en sus bornes.
[0051] Cuando los componentes 12 de acoplamiento están controlados térmicamente, se obtiene una variación de la capacidad de un componente 12 de acoplamiento haciendo variar la temperatura aplicada a este componente 12 de acoplamiento.
[0052] Los componentes 12 de acoplamiento del dispositivo 2 pueden ser controlados según dos modos distintos que corresponden a los dos modos de funcionamiento del dispositivo, es decir, el modo pasabanda y el modo cortabanda.
[0053] Los componentes 12 de acoplamiento están controlados por grupo, de manera que cada grupo de componentes 12 de acoplamiento comprende al menos un primer componente de acoplamiento que conecta un primer motivo elemental con un segundo motivo elemental que es adyacente a él, y un segundo componente de acoplamiento, que conecta el primer motivo elemental con un tercer motivo elemental que es adyacente a él. La capacidad de los componentes de acoplamiento de un grupo dado es así igual entre ellos. Los grupos de componentes de acoplamiento son disjuntos, es decir, cada componente de acoplamiento pertenece a un único grupo.
[0054] En particular, en el ejemplo representado, en el que los motivos elementales forman una red de líneacolumna, cada grupo de componentes de acoplamiento es un par de componentes de acoplamiento. Cada par está formado por un primer componente de acoplamiento 12a, que conecta un primer motivo elemental con un segundo motivo elemental que es adyacente a él según una línea, y por un segundo componente de acoplamiento 12b, que conecta el primer motivo elemental con un tercer motivo elemental que es adyacente a él según una columna. La capacidad del primer componente de acoplamiento de un par es así siempre idéntica a la capacidad del segundo componente de acoplamiento de este par. Los pares de componente de acoplamiento son disjuntos, es decir, cada componente de acoplamiento pertenece a un único par.
[0055] No obstante, se comprenderá que los componentes de acoplamiento que conectan entre sí los motivos elementales conductores de una línea de extremo (por ejemplo, la última línea) y los componentes de acoplamiento que conectan entre sí los motivos elementales conductores de una columna de extremo (por ejemplo, la primera columna), no pertenecen a un grupo o par de componentes de acoplamiento. Por tanto, estos componentes de acoplamiento se han omitido.
[0056] Por capacidad de un grupo (por ejemplo, de un par) de componentes de acoplamiento se entiende así el valor común de la capacidad de los componentes de acoplamiento de este grupo (en particular del primer componente de acoplamiento y del segundo componente de acoplamiento de un par).
[0057] Se distingue además un primer conjunto de grupos de componentes de acoplamiento y un segundo conjunto de grupos de componentes de acoplamiento, que son disjuntos y complementarios.
[0058] En el ejemplo ilustrado en la Figura 2, los grupos o pares de componentes de acoplamiento del primer conjunto se denotan por la referencia general 20a, mientras que los pares de componentes de acoplamiento del segundo conjunto se denotan por la referencia general 20b.
[0059] Como puede verse en la Figura 2, cada uno de los conjuntos complementarios primeros y segundos está formado por pares de componentes de acoplamiento no adyacentes dos a dos, es decir, no adyacentes en líneas y no adyacentes en columnas.
[0060] Así, cada par de componentes de acoplamiento 20a del primer conjunto es adyacente únicamente a pares de componentes de acoplamiento 20b del segundo conjunto, y a la inversa, cada par de componentes de acoplamiento 20b del segundo conjunto es adyacente únicamente a pares de componentes de acoplamiento 20a del primer conjunto.
[0061] Por par de componentes de acoplamiento adyacentes se entiende dos pares de componentes de acoplamiento que comprenden cada grupo de dos componentes de acoplamiento que conectan un mismo motivo elemental conductor con otros motivos elementales. Por el contrario, dos pares de componentes de acoplamiento no adyacentes son tales que ningún motivo elemental conductor conectado con un motivo elemental por un componente de acoplamiento de un primero de estos pares se conecta con ningún motivo elemental por medio de un componente de acoplamiento del segundo de estos pares.
[0062] En un primer modo de control, correspondiente al modo cortabanda, los componentes de acoplamiento son controlados de manera que todos tienen la misma capacidad. Así, la capacidad del conjunto de los grupos de componentes de acoplamiento se fija a un mismo valor.
[0063] En un segundo modo de control, que corresponde al modo pasabanda, la capacidad de los grupos de componentes de acoplamiento del primer conjunto se fija a un primer valor, y la capacidad de los grupos de componentes de acoplamiento del segundo conjunto se fija a un segundo valor, distinto del primer valor, de tal manera que la relación de la capacidad Cmín con el valor de la capacidad Cmáx (Cmín/Cmáx) sigue siendo inferior a 0,90.
[0064] El conjunto 14 de control está configurado para controlar selectivamente el valor de las capacidades de los grupos de componentes de acoplamiento 12, según el primer modo o según el segundo modo descrito anteriormente.
[0065] En particular, el conjunto 14 de control está configurado para controlar el valor de la capacidad de los grupos 20a, 20b de componentes de acoplamiento selectivamente:
- según el primer modo, en el que el conjunto 14 de control fija la capacidad del conjunto de los grupos de componentes de acoplamiento a un mismo valor, con vistas a hacer funcionar el dispositivo 2 en modo cortabanda,
- según el segundo modo, en el que el conjunto 14 de control fija la capacidad de los componentes de acoplamiento del primer conjunto de grupos 20a de componentes de acoplamiento a un primer valor, y fija la capacidad de los componentes de acoplamiento del segundo conjunto de grupos 20b de componentes de acoplamiento a un segundo valor, distinto del primer valor.
[0066] En el primer modo, el conjunto 14 de control está configurado además para hacer variar el valor de la capacidad del conjunto de los grupos 20a, 20b de componentes de acoplamiento 12, con vistas a hacer variar la frecuencia de funcionamiento del dispositivo en modo cortabanda, es decir, de la frecuencia central de la banda no transmitida. En particular, la frecuencia de funcionamiento aumenta cuando el valor de la capacidad de los componentes de acoplamiento disminuye.
[0067] En el segundo modo, el conjunto 14 de control está configurado además para hacer variar el valor de la capacidad de los componentes de acoplamiento del primer conjunto de componentes de acoplamiento y/o del segundo conjunto de componentes de acoplamiento, con vistas a hacer variar la frecuencia de funcionamiento del dispositivo 2 en modo pasabanda, es decir, la frecuencia central de la banda transmitida.
[0068] Con el fin de hacer variar la frecuencia de funcionamiento de este segundo modo, la variación de los grupos de componentes de acoplamiento debe ser del mismo orden, es decir, para un grupo 20a de 2,7 pF y para un grupo 20b de 3,2 pF, y al reducir los valores de las capacidades variables 0,5 pF, es decir, 20a = 2,2 pF y 20b = 2,7 pF, la frecuencia de funcionamiento aumenta. También es válido lo contrario, ya que con un aumento del mismo orden de los valores de componentes de acoplamiento, la frecuencia de funcionamiento disminuye.
[0069] Además, en el segundo modo, el conjunto 14 de control está configurado también para hacer variar el valor de la capacidad de los componentes de acoplamiento del primer conjunto de componentes de acoplamiento y/o del segundo conjunto de componentes de acoplamiento, con vistas a hacer variar la anchura de la banda de paso. El aumento del valor de la relación Cmín/Cmáx hacia 1 disminuye la anchura de la banda de paso y, a la inversa, la disminución de la relación Cmín/Cmáx hacia 0 aumenta la anchura de la banda de paso.
[0070] Para este fin, el conjunto 14 de control comprende una pluralidad de módulos de control de los componentes de acoplamiento 12, configurados para controlar los componentes de acoplamiento 12 con el fin de hacer variar la capacidad, y una unidad 26 de control, configurada para controlar los módulos de control en función del modo cortabanda o pasabanda deseado y/o en función de la frecuencia de funcionamiento deseada. En la Figura 1, a modo de simplificación, solo se representa un módulo de control de manera esquemática y se denota por la referencia general 24.
[0071] Los módulos 24 de control están cada uno asociados a un grupo de componentes de acoplamiento dado, estando asociado cada componente de acoplamiento a un único módulo de control.
[0072] Cada módulo 24 de control está configurado para controlar el valor de las capacidades de los componentes de acoplamiento del grupo que le está asociado. En particular, cada módulo de control está configurado para controlar el valor de las capacidades de los componentes de acoplamiento 12a, 12b del grupo 20a o 20b que le está asociado, en respuesta a una orden emitida desde la unidad 26 de control.
[0073] La unidad 26 de control comprende un procesador 28 y una memoria 30.
[0074] La memoria 30 comprende al menos una zona de almacenamiento 32 en la que se almacenan, para cada modo cortabanda y pasabanda, magnitudes representativas de los valores de las capacidades asociadas a varias frecuencias de funcionamiento dadas.
[0075] Así, para el modo cortabanda, la zona de almacenamiento 32 comprende, para cada frecuencia de funcionamiento posible, el valor de la magnitud representativa del valor de todas las capacidades que permiten alcanzar esta frecuencia de funcionamiento.
[0076] Para el modo pasabanda, la zona de almacenamiento 32 comprende, para cada una de una pluralidad de frecuencias de funcionamiento posibles, asociada en su caso a una anchura de banda de paso, un par de valores, que comprenden el valor de la magnitud representativa de la capacidad de los grupos de componentes de acoplamiento del primer conjunto y el valor de la magnitud representativa de la capacidad de los grupos de componentes de acoplamiento del segundo conjunto, que permiten alcanzar esta frecuencia de funcionamiento y en su caso la anchura de banda de paso.
[0077] Cada magnitud representativa del valor de una capacidad es, por ejemplo, el valor de la capacidad en sí, un valor de tensión que debe aplicarse en los bornes del componente de acoplamiento para obtener esta capacidad o un valor de temperatura que debe imponerse al componente de acoplamiento para obtener esta capacidad.
[0078] Estos datos se obtienen, por ejemplo, de un calibrado realizado previamente en condiciones reales. En particular, si el dispositivo 2 está destinado a integrarse en una pared mixta, el calibrado se realiza después de la integración del dispositivo en la pared mixta.
[0079] La memoria 30 comprende además una aplicación 36 de control, que puede ser ejecutada por el procesador 28.
[0080] Cuando se pretende obtener un modo dado de funcionamiento, cortabanda o pasabanda, una frecuencia de resonancia dada y opcionalmente una anchura de bandas de paso, la aplicación 36 de control está configurada para extraer de la zona de almacenamiento 32 los valores de las magnitudes representativas de las capacidades de los diferentes grupos de componentes de acoplamiento que permiten obtener un funcionamiento del dispositivo 2 según el modo pretendido y la frecuencia de funcionamiento pretendida. Además, la aplicación 36 de control está configurada para controlar los módulos 24 de control transmitiendo a cada módulo 24 de control el valor de la magnitud representativa de la capacidad del grupo de componentes de acoplamiento asociado a este módulo.
[0081] El modo de funcionamiento, la frecuencia de funcionamiento y la anchura de la banda de paso son introducidos, por ejemplo, por un operador por medio de una interfaz hombre-máquina adaptada conectada a la unidad 26 de control, o son suministrados por otro sistema conectado a la unidad 26 de control.
[0082] Según una realización, siendo los componentes de acoplamiento 12 controlables eléctricamente, el conjunto 14 de control está adaptado para aplicar un control eléctrico a los componentes de acoplamiento 12, con el fin de controlar el valor de las capacidades de los grupos de componentes de acoplamiento 12.
[0083] En esta realización, la magnitud representativa del valor de la capacidad de un componente de acoplamiento 12 es, por ejemplo, la tensión que debe aplicarse en los bornes del componente de acoplamiento para obtener este valor de capacidad.
[0084] La unidad 26 de control está configurada así para controlar en cada módulo 24 de control la aplicación de una tensión eléctrica predeterminada en los bornes de las capacidades de un grupo 20a o 20b de componentes de acoplamiento 12, en función del modo de funcionamiento de la frecuencia de funcionamiento pretendida, y opcionalmente de la anchura de banda de paso pretendida, y cada módulo 24 de control está configurado para aplicar la tensión eléctrica controlada por medio de la unidad 26 de control en los bornes de los componentes de acoplamiento 12 del grupo de componentes de acoplamiento 12. Por ejemplo, la unidad 26 de control comprende dos fuentes de tensión variable, cada una conectada, por medio de ramificaciones eléctricas, a los grupos de componentes de acoplamiento del primer conjunto o del segundo conjunto respectivamente.
[0085] Para obtener un funcionamiento en modo cortabanda, las dos fuentes de tensión generan una tensión al mismo valor, mientras que para obtener un funcionamiento en modo pasabanda, las tensiones generadas por las dos fuentes de tensión difieren. En estos dos modos, las tensiones generadas dependen de la frecuencia de funcionamiento pretendida.
[0086] Según otra realización, siendo los componentes de acoplamiento 12 controlables térmicamente, el conjunto 14 de control está adaptado para aplicar un control térmico a los componentes de acoplamiento 12, con el fin de controlar el valor de las capacidades de los grupos 20a, 20b de componentes de acoplamiento 12.
[0087] En esta realización, la magnitud representativa del valor de la capacidad de un componente de acoplamiento 12 es, por ejemplo, la temperatura que debe imponerse al componente de acoplamiento 12 para obtener este valor de capacidad.
[0088] La unidad 26 de control está así configurada para controlar en cada módulo 24 de control la aplicación de una temperatura predeterminada a un grupo de componentes de acoplamiento, y cada módulo 24 de control está configurado para aplicar la temperatura controlada por la unidad 26 de control al grupo de componentes de acoplamiento 12.
[0089] Por ejemplo, los módulos 24 de control pueden elegirse entre módulos Peltier, resistencias calefactoras o medios de control piroópticos.
[0090] A modo de ejemplo, se fabricó un dispositivo de superficie selectiva en frecuencia a partir de un sustrato de 0,78 mm de espesor, hecho de un material que tiene una permitividad real igual a 3 y una tangente de pérdidas igual a 0,0023. Sobre este sustrato se imprimió una pluralidad de motivos elementales conductores de forma circular, formando los motivos elementales una red de líneas-columnas. Cada motivo elemental forma un anillo de diámetro interno igual a 23 mm, siendo la anchura de la banda que forma el anillo de 0,5 mm. Cada motivo elemental ocupa una célula cuadrada de 25 mm de lado. Los diferentes motivos elementales son así disjuntos.
[0091] Se insertaron varactores para conectar los diferentes motivos elementales, como se describe anteriormente. Los varactores son varactores de BST, cuya capacidad varía de 3,2 pF a 0,7 pF cuando la tensión en sus bornes varía de 0 V a ±20 V.
[0092] Se imprimieron además ramificaciones eléctricas sobre el sustrato con el fin de relacionar cada par de varactores de un primer conjunto, tal como se describe anteriormente, con una primera fuente de tensión, y con el fin de unir cada par de varactores de un segundo conjunto con una segunda fuente de tensión.
[0093] En un primer momento, la respuesta en frecuencia de este dispositivo se probó en modo cortabanda aplicando varios valores de tensión en los bornes de los varactores, de manera que se genera la misma tensión por las fuentes de tensión primera y segunda. Se probaron tres valores de tensión, que corresponden a tres valores de capacidad para el conjunto de los varactores, iguales respectivamente a 3,2 pF, 1,85 pF y 0,7 pF.
[0094] Se emitieron ondas electromagnéticas en el dispositivo, con un ángulo de incidencia nulo y una polarización vertical, y se analizaron las ondas transmitidas con el fin de determinar el coeficiente de reflexión S11 y el coeficiente de transmisión S21 en función de la frecuencia, para frecuencias comprendidas entre 0,5 y 2,2 GHz.
[0095] Las Figuras 3 y 4 ilustran así la variación del coeficiente de reflexión S11 y del de transmisión S21 respectivamente en función de la frecuencia, para valores de capacidades iguales a 3,2 pF (curva A), 1,85 pF (curva B) y 0,7 pF (curva C).
[0096] A partir de estas Figuras se constata que el funcionamiento del dispositivo 1 es claramente el de un filtro cortabanda.
[0097] La Figura 4 muestra en particular un desplazamiento de la frecuencia de resonancia del dispositivo, es decir, de la frecuencia central de la banda no transmitida, hacia frecuencias más altas cuando el valor de las capacidades disminuye.
[0098] En un segundo momento, se probó la respuesta en frecuencia de este dispositivo en modo pasabanda aplicando varios pares de valores de tensión en los bornes de los varactores, de manera que se generan tensiones de valores distintos por medio de las fuentes de tensión primera y segunda.
[0099] Se probaron cuatro pares valores de tensión, correspondientes a cuatro pares de valores de capacidad, respectivamente 2,3/3,2 pF, 1,5/2,9 pF, 0,7/3,2 pF y 0,7/1,5 pF.
[0100] Se emitieron ondas electromagnéticas sobre el dispositivo, con un ángulo de incidencia nulo y una polarización vertical, y se analizaron las ondas reflejadas y transmitidas con el fin de determinar el coeficiente de reflexión S11 y el coeficiente de transmisión S21 en función de la frecuencia, para frecuencias comprendidas entre 0,5 y 2,2 GHz.
[0101] Las Figuras 5 y 6 ilustran así la variación del coeficiente de reflexión S11 y del coeficiente de transmisión S21 respectivamente en función de la frecuencia, para estos cuatro pares de valores de capacidades.
[0102] En estas Figuras, la curva D ilustra la variación del coeficiente de reflexión S11 y del coeficiente de transmisión S21 respectivamente en función de la frecuencia para el par de valores de capacidades 2,3/3,2 pF.
[0103] La curva E ilustra la variación del coeficiente de reflexión S11 y del coeficiente de transmisión S21 respectivamente en función de la frecuencia para el par de valores de capacidades 1,5/2,9 pF.
[0104] La curva F ilustra la variación del coeficiente de reflexión S11 y del coeficiente de transmisión S21
respectivamente en función de la frecuencia para el par de valores de capacidades 0,7/3,2 pF.
[0105] Finalmente, la curva G ilustra la variación del coeficiente de reflexión S11 y del coeficiente de transmisión S21 respectivamente en función de la frecuencia para el par de valores de capacidades 0,7/1,5 pF.
[0106] Según estas Figuras, se constata que el funcionamiento del dispositivo es claramente el de un filtro pasabanda, cuya frecuencia de funcionamiento, que corresponde a la frecuencia central de la banda de frecuencia transmitida, varía cuando los valores absolutos de capacidad Cmín y Cmáx del par varían. Además, se constata una variación de la anchura de la banda de paso cuando el valor de la relación Cmín/Cmáx del par varía. En particular, se constata una variación de la anchura de la banda de paso, con una abertura a -3 dB, de 0,010 GHz a 0,150 GHz. El par 2,3/3,2 pF (Curva D) permite obtener un modo pasabanda muy estrecho, dada la relación Cmín/Cmáx cercana a 1. Disminuyendo los valores absolutos de Cmín y Cmáx a relación Cmín/Cmáx constante se obtiene un aumento del valor de la frecuencia de trabajo. La banda de paso puede ajustarse mediante la variación de la relación Cmín/Cmáx. De hecho, el par 2,3/3,2 pF de relación Cmín/Cmáx = 0,72 presenta una banda de paso muy estrecha (0,010 GHz a -3 dB) para la frecuencia central de 0,96 GHz mientras que el par 0,7/3,2 pF de relación Cmín/Cmáx = 0,22 tiene una banda de paso extendida (0,150 GHz a -3 dB) para la frecuencia central de 1,26 GHz.
[0107] El dispositivo de superficie selectiva en frecuencia es así multifuncional, porque es capaz de funcionar selectivamente como cortabanda o como pasabanda, en respuesta a una orden, en función de las aplicaciones pretendidas. Además, este dispositivo puede controlarse en frecuencia, de manera que la frecuencia de funcionamiento y la anchura de la banda de paso pueden ser modificadas, por aplicación de una orden, en función de la necesidad. En particular, el dispositivo ofrece anchuras de bandas de paso que pueden alcanzar valores más elevados que los ofrecidos por los dispositivos tradicionales.
[0108] Dicho dispositivo es apto para integrarse en una pared estructural mixta, sin degradar sus propiedades mecánicas. No obstante se comprenderá que solo el sustrato en el que se imprimen los motivos elementales conductores y en su caso las ramificaciones, y los componentes de acoplamiento, está integrado en la pared, pudiendo la unidad de control desplazarse al exterior de la pared.
[0109] En particular, este dispositivo puede integrarse en una pared mixta de tipo monolítico o en una pared mixta de tipo sándwich, en particular por inserción entre dos pliegues de material mixto, o en la interfaz entre el alma y un revestimiento del sándwich, o incluso en inserción dentro del alma en una posición perfectamente paralela a las caras de la estructura (por ejemplo, por adhesión entre dos placas de materiales constitutivos del alma).
[0110] En particular, debido a la capacidad de control de frecuencia del dispositivo según la invención, dicho dispositivo puede usarse de manera ventajosa:
- en una pared estructural de un soporte naval, terrestre o aéreo,
- en una pared de radomo activo, asociado a una antena, y/o como estructura de soporte, por ejemplo, una estructura de soporte de una antena,
- en un aleatorizador, una tarjeta electrónica...
- para realizar filtrado en frecuencia espacial, en una antena de filtro o un desacoplador.
[0111] En particular, la integración de dispositivos según la invención en una pared estructural de un soporte permite modificar la signatura del radar.
[0112] El uso de dispositivos según la invención permite aportar a las estructuras que los integran nuevas funcionalidades, añadiendo un valor mayor a estructuras inicialmente pasivas, a la vez que ofrece una prolongación del tiempo de vida de estas estructuras por su modularidad.
[0113] Según una realización, ilustrada en la Figura 6, pueden usarse varios dispositivos según la invención dentro de un mismo sistema 30.
[0114] Dicho sistema comprende así varios dispositivos según la invención que comparten el mismo sustrato, y opcionalmente la misma unidad de control.
[0115] En el ejemplo ilustrado en la Figura 6, las redes 6 de motivos elementales conductores 8 de los diferentes dispositivos 2, cada uno de forma cuadrada, están dispuestas en líneas y en columnas, para formar una red global regular de motivos elementales.
[0116] La respuesta en frecuencia de cada uno de los dispositivos 2, en particular su modo de funcionamiento como cortabanda o como pasabanda, su frecuencia de funcionamiento y opcionalmente su anchura de banda de paso, sigue siendo sin embargo controlable con independencia de otros dispositivos 2 del sistema 30. Por ejemplo, determinados dispositivos 2 pueden controlarse para que funcionen como pasabanda, estando los otros dispositivos 2 controlados para funcionar como cortabanda.
[0117] Pueden contemplarse otras realizaciones. En particular, los elementos conductores no son necesariamente circulares (anillos y discos macizos) sino que pueden ser elípticos, cuadrados, rectangulares, hexagonales, en cruz, etc.
Claims (14)
1. Dispositivo (2) de superficie selectiva en frecuencia, que comprende un sustrato (4), una red (6) de motivos elementales conductores (8) impresos en una superficie de dicho sustrato (4) y que forman conjuntamente una red regular, y una red de componentes de acoplamiento (12, 12a, 12b), de manera que cada componente de acoplamiento (12) conecta dos motivos elementales conductores (8) adyacentes, teniendo cada componente de acoplamiento (12, 12a, 12b) una capacidad modificable por aplicación de una orden,
dicho dispositivo (2) comprende además un conjunto (14) de control configurado para controlar selectivamente el valor de las capacidades de grupos (20a, 20b) de componentes de acoplamiento (12, 12a, 12b) selectivamente según: - un primer modo, en el que la capacidad del conjunto de los grupos (20a, 20b) de componentes de acoplamiento (12, 12a, 12b) se fija a un mismo valor, con vistas a hacer funcionar dicho dispositivo (2) en modo cortabanda, y - un segundo modo, en el que la capacidad de los componentes de acoplamiento (12, 12a, 12b) de un primer conjunto de grupos (20a) de componentes de acoplamiento (12, 12a, 12b) se fija a un primer valor, y la capacidad de los componentes de acoplamiento (12, 12a, 12b) de un segundo conjunto (20b) de grupos de componentes de acoplamiento (12, 12a, 12b), complementario al primer conjunto, se fija a un segundo valor, distinto del primer valor, con vistas a hacer funcionar dicho dispositivo (2) en modo pasabanda,
comprendiendo cada grupo (20a, 20b) de componentes de acoplamiento (12, 12a, 12b) un primer componente de acoplamiento (12a) que conecta un primer motivo elemental con un segundo motivo elemental que es adyacente a él, y un segundo componente de acoplamiento (12b) que conecta el primer motivo elemental con un tercer motivo elemental que es adyacente a él, siendo la red (6) de motivos elementales una red de líneas-columnas, de manera que cada componente de acoplamiento (12) conecta dos motivos elementales conductores (8) adyacentes según una línea o según una columna.
2. Dispositivo (2) según la reivindicación 1, caracterizado porque cada grupo de componentes de acoplamiento (12, 12a, 12b) del primer conjunto, respectivamente del segundo conjunto, es adyacente únicamente a grupos de componentes de acoplamiento (12, 12a, 12b) del segundo conjunto, respectivamente del primer conjunto.
3. Dispositivo (2) según las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque cada grupo (20a, 20b) de componentes de acoplamiento (12, 12a, 12b) es un par de componentes de acoplamiento (12, 12a, 12b), estando cada par de componentes de acoplamiento (12, 12a, 12b) constituido por un primer componente de acoplamiento (12a) que conecta un primer motivo elemental con un segundo motivo elemental adyacente según una línea, y por un segundo componente de acoplamiento (12b) que conecta el primer motivo elemental con un tercer motivo elemental adyacente según una columna.
4. Dispositivo (2) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque en el primer modo, dicho conjunto (14) de control está configurado para hacer variar el valor de la capacidad de todos los grupos (20a, 20b) de componentes de acoplamiento (12, 12a, 12b), con vistas a hacer variar una frecuencia de resonancia del dispositivo (2).
5. Dispositivo (2) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque en el segundo modo, dicho conjunto (14) de control está configurado para hacer variar el valor de la capacidad de los componentes de acoplamiento (12, 12a, 12b) del primer conjunto y/o del segundo conjunto, con vistas a hacer variar una frecuencia de resonancia del dispositivo (2).
6. Dispositivo (2) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque en el segundo modo, dicho conjunto (14) de control está configurado para hacer variar el valor de la capacidad de los componentes de acoplamiento (12, 12a, 12b) del primer conjunto y/o del segundo conjunto, con vistas a hacer variar una anchura de banda de paso del dispositivo (2).
7. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque dichos componentes de acoplamiento (12, 12a, 12b) son controlables eléctricamente, y porque dicho conjunto (14) de control está adaptado para aplicar un control eléctrico a los componentes de acoplamiento (12, 12a, 12b), con el fin de controlar el valor de las capacidades de los grupos de componentes de acoplamiento (12, 12a, 12b).
8. Dispositivo (2) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque dichos componentes de acoplamiento (12, 12a, 12b) son controlables térmicamente, y porque dicho conjunto (14) de control está adaptado para aplicar un control térmico a dichos componentes de acoplamiento (12, 12a, 12b), con el fin de controlar el valor de las capacidades de los grupos de componentes de acoplamiento (12, 12a, 12b).
9. Dispositivo (2) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque dichos componentes de acoplamiento (12, 12a, 12b) son varactores, en particular varactores ferroeléctricos.
10. Dispositivo (2) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque el conjunto (14) de control comprende:
- una red de módulos (24) de control de los componentes de acoplamiento (12, 12a, 12b), estando cada módulo (24) de control asociado a un grupo (20a, 20b) de componentes de acoplamiento (12, 12a, 12b) entre dichos grupos (20a, 20b) de componentes de acoplamiento (12, 12a, 12b) y estando configurado para controlar selectivamente el valor de las capacidades del grupo (20a, 20b) de componentes de acoplamiento (12, 12a, 12b) asociado, y - una unidad (26) de control de los módulos (24) de control, configurada para controlar dichos módulos (24) de control para que cada módulo (24) de control controle el valor de las capacidades del grupo (20a, 20b) de componentes de acoplamiento (12, 12a, 12b) asociado, según el primer modo o según el segundo modo selectivamente.
11. Dispositivo (2) según las reivindicaciones 7 y 10, caracterizado porque dicha unidad (26) de control está configurada para controlar en cada módulo (24) de control la aplicación de una tensión eléctrica predeterminada en los bornes de cada componente de acoplamiento (12) del grupo (20a, 20b) de componentes de acoplamiento (12, 12a, 12b) asociado al módulo (24) de control, y porque cada módulo (24) de control está configurado para aplicar la tensión eléctrica controlada por dicha unidad (26) de control en los bornes de cada componente de acoplamiento (12) del grupo (20a, 20b) de componentes de acoplamiento (12, 12a, 12b) asociado.
12. Dispositivo (2) según las reivindicaciones 8 y 10, caracterizado porque dicha unidad (26) de control está configurada para controlar en cada módulo (24) de control la aplicación de una temperatura predeterminada al grupo (20a, 20b) de componentes de acoplamiento (12, 12a, 12b) asociado a dicho módulo (24) de control, y porque cada módulo (24) de control está configurado para aplicar dicha temperatura controlada por dicha unidad (26) de control al grupo (20a, 20b) de componentes de acoplamiento (12, 12a, 12b) asociado.
13. Dispositivo (2) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado porque cada motivo elemental conductor (8) está en forma de anillo.
14. Sistema (30) de superficie selectiva en frecuencia, estando dicho sistema (30) caracterizado porque comprende una pluralidad de dispositivos (2) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, siendo los sustratos (4) de dichos dispositivos (2) comunes a dichos dispositivos (2), de manera que los motivos elementales conductores (8) de cada dispositivo (2) están impresos en al menos una superficie del sustrato (4) disjunta de cualquier superficie del sustrato (4) en la que están impresos los motivos elementales conductores (8) de otro dispositivo (2).
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