Antena de grandes dimensiones de ondas de superficie y de banda ancha.

Antena de ondas de superficie que comprende un bucle de excitación metálico (B1) susceptible de estar colocado a una altura

(h) de al menos 1 m aproximadamente por encima de la superficie (SM) de un medio conductor (M) y un medio de alimentación (A, L1n) susceptible de estar conectado con el medio conductor, teniendo el bucle una longitud de l/2 aproximadamente y designando l la longitud de onda de funcionamiento de la antena, caracterizada porque el bucle de excitación (B1) comprende dos partes (I1p-I1n, S1) sustancialmente paralelas y separadas como máximo l/50 aproximadamente y que pueden extenderse sustancialmente en paralelo a la superficie (SM) del medio conductor (M) en un plano sustancialmente perpendicular a dicha superficie y que pueden ser recorridas por corrientes de sentidos opuestos, comprendiendo la parte (I1p-I1n) más próxima a dicha superficie una abertura entre extremos (E1p, E1n) del bucle (B1) conectados con el medio de alimentación (A, L1n).

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2011/067518.

Solicitante: TDF.

Nacionalidad solicitante: Francia.

Dirección: 106, avenue Marx Dormoy 92120 Montrouge FRANCIA.

Inventor/es: LAURENT, JEAN-YVES, PIOLE, PHILIPPE, PALUD,SÉBASTIEN, JEZEQUEL,PIERRE-YVES, PRIOUL,LAURENT.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > ANTENAS (elementos radiantes o antenas para calentamiento... > H01Q7/00 (Antenas de cuadro que tienen una distribución de corriente sensiblemente uniforme y un diagrama de radiación direccional perpendicular al plano del cuadro)
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > ANTENAS (elementos radiantes o antenas para calentamiento... > Detalles de dispositivos asociados a las antenas... > H01Q1/04 (Adaptación para usos subterráneos o subacuáticos)
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > ANTENAS (elementos radiantes o antenas para calentamiento... > Antenas eléctricamente cortas teniendo unas dimensiones... > H01Q9/26 (con un elemento o elementos plegados, estando las partes plegadas espaciadas la una de la otra en una pequeña fracción de la longitud de onda emitida (antenas de cuadro resonantes H01Q 7/00))

PDF original: ES-2509953_T3.pdf

 

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Ilustración 1 de Antena de grandes dimensiones de ondas de superficie y de banda ancha.
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Ilustración 3 de Antena de grandes dimensiones de ondas de superficie y de banda ancha.
Ilustración 4 de Antena de grandes dimensiones de ondas de superficie y de banda ancha.
Antena de grandes dimensiones de ondas de superficie y de banda ancha.

Fragmento de la descripción:

Antena de grandes dimensiones de ondas de superficie y de banda ancha La presente invención se refiere a una antena de grandes dimensiones para emitir y/o recibir ondas de superficie en una banda ancha de frecuencia que incluye especialmente parte o la totalidad de las frecuencias bajas, medias y altas comprendidas entre 30 kHz aproximadamente y 30 MHz aproximadamente, es decir, ondas kilométricas, hectométricas y decamétricas.

La antena puede estar incorporada por ejemplo en un sistema de emisión de alta potencia especialmente para la difusión de señales de programas radiofónicos o de televisión, un sistema de radar de ondas de superficie o un sistema de recepción y de interceptación.

En la actualidad, se usan mástiles radiantes de grandes dimensiones para emitir potencias elevadas en las bandas hectométricas. Estos mástiles presentan el inconveniente de que son costosos, necesitan un terreno de seguridad importante para su instalación, y son poco estéticos y discretos. No están optimizados para una difusión esencialmente mediante ondas de superficie.

Las antenas que usan únicamente una onda de superficie como vector de propagación son muy poco numerosas. Como prueba, los sistemas de radar de ondas de superficie actuales usan antenas de tipo látigo o bicónicas que están mal adaptadas para aplicaciones de radar.

Los mástiles radiantes y en general todas las antenas de polarización vertical como, por ejemplo, las de tipo látigo o bicónicas generan esencialmente un campo de onda de espacio y son caros y muy poco discretos.

La solicitud de patente EP 1594186 A1 presentada por el solicitante desvela una antena de tierra de grandes dimensiones para la radiación de una onda de superficie kilométrica o hectométrica. Esta antena comprende un plano de masa metálico, un bucle de excitación metálico y un elemento de conexión metálico. El plano de masa está embebido horizontalmente cerca y debajo de la superficie del suelo. El bucle de excitación tiene una longitud superior a 25 m aproximadamente para las longitudes de ondas kilométricas y hectométricas y está abierto entre dos extremos y se extiende en paralelo al plano de masa y en horizontal por encima de la superficie del suelo a una altura superior a 2 m aproximadamente con respecto al plano de masa. El elemento de conexión metálico es perpendicular al bucle y conecta uno de los extremos del bucle de excitación con el plano de masa. El bucle de excitación y el elemento de conexión están constituidos cada uno por al menos un elemento cilíndrico delgado.

La discontinuidad entre el aire y el suelo, situada sobre y en el suelo en la periferia de la antena, entre el par formado por el suelo y el plano de masa metálico, por una parte, y el suelo sin el plano de masa metálico, por otra parte, favorece la propagación de una onda de tierra omnidireccional en polarización vertical. La abertura del bucle de excitación es pequeña con respecto a la longitud del bucle para eliminar sustancialmente toda componente de campo eléctrico horizontal a la superficie del suelo. La onda de tierra se debe a la inyección de corrientes elevadas en el suelo, a consecuencia de una baja resistencia óhmica de la antena, sin ninguna radiación lateral de una onda de espacio en comparación con una antena de mástil.

Aunque la solicitud de patente EP 1594186 A1 pretende favorecer claramente la propagación por ondas de 45 superficie y reducir al mínimo la radiación de una onda de espacio por medio de los mástiles radiantes, para evitar especialmente acoplamientos de la antena con las estructuras próximas de la antena por encima del suelo, la antena de tierra genera una onda de espacio no despreciable para ángulos cercanos a la normal al plano de suelo. Esta onda de espacio tiene una potencia mucho más baja que la de la onda de superficie y es evanescente a algunas decenas de kilómetros por encima de la superficie del suelo. Según las bandas de frecuencias, la onda de espacio puede reflejarse en las capas de la ionosfera y será causante de fenómenos de desvanecimiento en combinación con una onda de superficie. Cuando la antena funciona en emisión, la onda de espacio puede perturbar señales útiles recibidas de la ionosfera por otras antenas. De modo inverso, el funcionamiento en recepción de la antena puede verse perturbado por una recuperación de ondas de espacio.

Además, la antena de tierra presenta unas dimensiones superficiales importantes y una banda de paso relativamente estrecha.

La presente invención tiene como objeto paliar los diferentes problemas citados anteriormente y en particular suministrar una antena de ondas de superficie de grandes dimensiones que presente una protección ionosférica aumentada para distancias cortas y medias, así como una estructura propicia a una reducción de las dimensiones de la antena según al menos una dimensión del espacio y a una ampliación de la banda de paso.

Para alcanzar este objetivo, una antena de ondas de superficie que comprende un bucle de excitación metálico que puede colocarse a una altura de al menos 1 m aproximadamente por encima de la superficie de un medio conductor 65 y un medio de alimentación que puede conectarse con el medio conductor, teniendo el bucle una longitud de λ/2 aproximadamente y designando λ la longitud de onda de funcionamiento de la antena, se caracteriza porque el bucle

de excitación comprende dos partes sustancialmente paralelas y separadas como máximo λ/50 aproximadamente y que pueden extenderse sustancialmente en paralelo a la superficie del medio conductor en un plano sustancialmente perpendicular a dicha superficie y ser recorridas por corrientes de sentidos opuestos, comprendiendo la parte más próxima a dicha superficie una abertura entre extremos del bucle conectados con el medio de alimentación.

Dichas dos partes del bucle de excitación según la invención son las partes inferior y superior con respecto a la superficie del medio conductor, tal como la tierra o el mar, y pueden constituir aproximadamente las mitades del bucle, teniendo las partes restantes del bucle, cada una, una longitud como máximo de λ/50 aproximadamente. El bucle de excitación está compuesto así en una parte muy importante por uno o varios pares de partes inferior y superior que se extienden cada una en un plano sustancialmente perpendicular a la superficie del medio conductor, estando dispuestas las partes inferior y superior de un par en el bucle de tal manera que sirvan de asiento a corrientes de sentidos opuestos. Estas condiciones favorecen claramente la propagación de una onda de tierra omnidireccional en polarización vertical, denominada onda de superficie, en la discontinuidad entre el aire y el medio conductor, en la periferia del bucle, en detrimento de toda onda de espacio según un eje cenital central al bucle. La antena emite así muy poca radiación de onda de espacio en la dirección de un eje cenital central a la antena en particular porque circulan corrientes en sentido inverso, es decir, casi en oposición de fase, en partes inferior y superior paralelas de gran dimensión. Se reduce así muy significativamente la contribución de las componentes de campo horizontales para ángulos cercanos al eje cenital central en la antena.

La abertura del bucle de excitación es muy pequeña en relación con el perímetro del bucle para eliminar sustancialmente toda componente de campo eléctrico paralela a la superficie del medio conductor, y por tanto horizontal.

Al igual que la antena según la solicitud de patente EP 1594186 A1, la antena de la invención es muy discreta e insensible a toda clase de vientos, corrientes, rayos, seísmos o explosiones. La antena presenta también una superficie de eco de radar (SER) muy baja. Según una realización,... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Antena de ondas de superficie que comprende un bucle de excitación metálico (B1) susceptible de estar colocado a una altura (h) de al menos 1 m aproximadamente por encima de la superficie (SM) de un medio conductor (M) y un 5 medio de alimentación (A, L1n) susceptible de estar conectado con el medio conductor, teniendo el bucle una longitud de λ/2 aproximadamente y designando λ la longitud de onda de funcionamiento de la antena, caracterizada porque el bucle de excitación (B1) comprende dos partes (I1p-I1n, S1) sustancialmente paralelas y separadas como máximo λ/50 aproximadamente y que pueden extenderse sustancialmente en paralelo a la superficie (SM) del medio conductor (M) en un plano sustancialmente perpendicular a dicha superficie y que pueden ser recorridas por corrientes de sentidos opuestos, comprendiendo la parte (I1p-I1n) más próxima a dicha superficie una abertura entre extremos (E1p, E1n) del bucle (B1) conectados con el medio de alimentación (A, L1n) .

2. Antena según la reivindicación 1, en la que el bucle de excitación (B1) es rectangular y comprende dos lados largos formados por dichas dos partes (I1p-I1n, S1) y de una longitud como máximo de λ/4 aproximadamente. 15

3. Antena según la reivindicación 1, en la que el bucle de excitación (B2) está dividido aproximadamente en dos semibucles que se superponen en dos planos sustancialmente paralelos a la superficie (SM) del medio conductor (M) y separados como máximo λ/50 y que tienen cada uno dos partes (12p, 12n; S2p, S2n) sustancialmente paralelas que pueden ser recorridas por corrientes de sentidos opuestos. 20

4. Antena según la reivindicación 3, en la que cada uno de los semibucles comprende más de dos partes sustancialmente paralelas (I3p, I3cp-I3cn, 13n; S3p, S3c, S3n; o I4p, I4n; S4p, S4n; o I5p, I5n; S5p, S5n) , siendo dos partes adyacentes en cada semibucle susceptibles de ser recorridas por corrientes de sentidos opuestos y siendo dos partes superpuestas de los semibucles susceptibles de ser recorridas por corrientes de sentidos opuestos.

5. Antena según la reivindicación 4, en la que el bucle de excitación (B3) está circunscrito a un paralelepípedo que tiene caras mayores sustancialmente paralelas a la superficie (SM) del medio conductor (M) , y cada uno de los semibucles (I3p-I3cp-I3cn-I3n, S3p-S3c-S3n) se extiende en zigzag en una de las caras mayores.

6. Antena según la reivindicación 4, en la que el bucle de excitación (B4) está circunscrito a un paralelepípedo que tiene caras mayores sustancialmente paralelas a la superficie (SM) del medio conductor (M) , y cada uno de los semibucles comprende dos espirales planas rectangulares (I4p, I4n; S4p, S4n) que tienen sentidos opuestos y un centro común y que se extienden en una de las caras mayores.

7. Antena según la reivindicación 4, en la que el bucle de excitación (B5) está circunscrito a un cilindro que tiene bases sustancialmente paralelas a la superficie (SM) del medio conductor (M) , y cada uno de los semibucles comprende dos espirales planas circulares (I5p, I5n, S5p, S5n) que tienen sentidos opuestos y un centro común y que se extienden en una de las bases.

8. Antena según una de las reivindicaciones 1 a 7, en la que dos partes (I1p-I1n, S1; I2p, I2n; S2p, S2n) del bucle de excitación (B1; B2) sustancialmente paralelas, superpuestas y adyacentes están separadas al menos λ/200 aproximadamente.

9. Antena según una de las reivindicaciones 1 a 8, que comprende al menos un elemento intermedio metálico (Vip;

Vin) que está conectado con partes (I1p-I1n, S1) del bucle de excitación (B1) superpuestas en un plano susceptible de ser sustancialmente perpendicular a la superficie (SM) del medio conductor (M) y que está situado cerca de los lados cortos (V1p, V1n) del bucle de excitación (B1) sustancialmente perpendiculares a las partes superpuestas.

10. Antena según una de las reivindicaciones 1 a 9, en la que el medio de alimentación comprende un dispositivo de 50 fuente de alimentación (A) que tiene bornes positivo y negativo conectados con los extremos (E1p, E1n) del bucle (B1) , y un elemento de conexión metálico (L1n) que tiene un extremo conectado con el borne negativo del dispositivo de alimentación y otro extremo susceptible de estar conectado con el medio conductor (M) .

11. Antena según una de las reivindicaciones 1 a 9, en la que el medio de alimentación comprende un elemento de 55 conexión metálico (L1n) que tiene un extremo conectado con uno (E1n) de los extremos del bucle (B1) y otro extremo susceptible de estar conectado con el medio conductor (M) , un dispositivo de fuente de alimentación (A) que tiene un borne positivo conectado con el otro extremo (E1p) del bucle y un elemento de conexión metálico (L3n) que tiene un extremo conectado con un borne negativo del dispositivo de alimentación y otro extremo susceptible de estar conectado con el medio conductor (M) .

12. Antena según la reivindicación 10 u 11, en la que el extremo de un elemento de conexión metálico (L1n; L3n) susceptible de estar conectado con el medio conductor (M) es susceptible de estar conectado con un elemento de masa metálico (EM) embebido cerca y debajo de la superficie (SM) del medio conductor (M) y que tiene una superficie al menos igual a la proyección de la superficie del bucle de excitación (B1) en la superficie del medio 65 conductor.