DISPOSITIVO DE ACOPLAMIENTO ENTRE UNA ANTENA DE PLASMA Y UN GENERADOR DE SEÑAL DE POTENCIA.

Dispositivo de acoplamiento entre una columna de plasma que hace las veces de antena y un generador eléctrico de señal de potencia,

asociado con un láser (14), caracterizado porque comprende al menos dos electrodos conductores (1, 2) perforados cada uno por un orificio (3, 4), siendo estos orificios coaxiales, estando los electrodos conectados por una parte a una fuente de alta tensión continua (8) y por otra parte a una fuente de señal alterna de potencia (13), estando el láser dispuesto de forma que su haz llegue según el eje (5) de los indicados orificios de los electrodos

Dispositivo de acoplamiento entre una antena de plasma y un generador de señal de potencia.

La presente invención se refiere a un dispositivo de acoplamiento entre una antena de plasma y un generador de señal de potencia, así como a un procedimiento de utilización de una antena de plasma que comprende un dispositivo de acoplamiento de este tipo.

Las antenas radioeléctricas clásicas (metálicas) funcionan generalmente en una banda de frecuencias estrecha, y sus dimensiones son proporcionales a la longitud de onda de funcionamiento. En los ámbitos de las bajas frecuencias ("L.F."), frecuencias muy bajas ("V.L.F.") y frecuencias extremadamente bajas ("E.L.F."), la altura de las antenas de tipo "cuarto de onda" deberían alcanzar varios centenares de metros a varios centenares de kilómetros (por ejemplo 750 m a 100 Khz.), lo cual hace su construcción muy difícil o incluso irrealizable. Además, las mismas no pueden en ningún caso ser fácilmente desplazables. Ahora bien, estos ámbitos de frecuencias se utilizan particularmente para las comunicaciones con los submarinos en inmersión.

Para resolver estos problemas, es conocido utilizar antenas denominadas "antenas de plasma", por ejemplo por la patente US-3.404.403. Esta patente describe una antena de plasma que comprende una fuente láser impulsada, medios para focalizar el haz láser en diferentes puntos para ionizar una columna de aire y medios para acoplar una señal en la base de la columna de aire ionizada, haciendo esta columna función de elemento radiante para emitir y/o recibir una señal radioeléctrica. Se conocen igualmente antenas de plasma por la patente US-6.087.993 y la patente FR-2.863.782. En el primer documento, se trata de hacer la antena desplazable y disminuir la longitud de la columna de aire ionizada modulando la corriente de excitación del generador de ionización y concentrando la producción de electrones en al menos una parte de esta columna. En el segundo documento, se utiliza un láser femtosegundo para generar un filamento en la columna de aire ionizada.

Las antenas de plasma descritas en estos documentos y que funcionan por ionización de aire son furtivas y no necesitan ninguna infraestructura, al contrario de las antenas clásicas. Sin embargo, en todas estas antenas de plasma conocidas, el acoplamiento entre la columna de plasma y el generador eléctrico de potencia que genera la señal a emitir no se ha optimizado. En efecto, por ejemplo la indicada patente francesa FR-2.853.782 describe un dispositivo de acoplamiento capacitivo (del orden de algunos pF) o inductivo cuya impedancia es muy baja, lo cual degrada claramente la transferencia de potencia entre el generador eléctrico y la antena.

La presente invención tiene por objeto un dispositivo de acoplamiento entre una columna de plasma que hace las veces de antena y un generador de señal de potencia, dispositivo que permite una transferencia de potencia muy buena entre el generador eléctrico y la columna de plasma cuando esta está formada. La presente invención tiene igualmente por objeto una antena que utiliza un dispositivo de este tipo, antena que puede funcionar a frecuencias muy bajas. Por último la presente invención tiene por objeto un procedimiento de formación de una columna de plasma con miras a constituir una antena.

El dispositivo de acoplamiento conforme a la invención está asociado a un láser y se caracteriza porque comprende al menos dos electrodos conductores perforados cada uno por un orificio, siendo estos orificios coaxiales, estando los electrodos conectados por una parte a una fuente de alta tensión continua y por otra parte a un generador de señal de potencia, estando el láser dispuesto de forma que su haz llegue según el eje de los indicados orificios de los electrodos.

La presente invención se comprenderá mejor con la lectura de la descripción detallada de un modo de realización, tomado a título de ejemplo no limitativo e ilustrado por los dibujos anexos, en los cuales:

- La figura 1 es un esquema simplificado de un dispositivo conforme a la invención para la creación de una antena de plasma;

- Las figuras 2 a 6 son esquemas simplificados del dispositivo de la figura 1 que muestra las diferentes fases sucesivas de un ejemplo de realización de la invención para la creación de una antena de plasma;

- La figura 7 es un cronograma simplificado que ilustra las fases de realización de las figuras 2 a 6;

- La figura 8 es un esquema simplificado de una variante del dispositivo de la invención; y

- La figura 9 es un cronograma de una variante del procedimiento de la invención, con dos activaciones láser.

La presente invención se describe a continuación haciendo referencia a la creación de una columna de aire ionizada, y se entiende que la ionización de esta columna puede reducirse a una ionización filamentosa a nivel del eje de simetría, como se ha descrito en la patente francesa anteriormente mencionada, FR-2.863.782 cuando se utiliza un láser del tipo femtosegundo. Se entiende igualmente que el modo de realización preferido del dispositivo de la invención, tal como se describe a continuación, comprende dos electrodos perforados por orificios coaxiales, pero el dispositivo de la invención puede comprender un número más elevado de electrodos. El dispositivo descrito a continuación se representa en una posición orientada de forma que la columna de plasma que permite crear sea vertical, pero se entiende que este dispositivo puede tener cualquier otra orientación, con el fin de que la antena sea por ejemplo horizontal. La antena de plasma obtenida según la invención se describe aquí como antena de emisión, pero se entiende que la misma puede igualmente ser utilizada en recepción, con la condición, bien entendido, de mantener conectado el generador de baja o muy baja frecuencia descrito a continuación.

El dispositivo representado en la figura 1 comprende dos placas metálicas 1, 2 que forman electrodos y perforados cada uno por un orificio 3, 4 respectivamente, siendo los dos orificios coaxiales, estando su eje común referenciado por 5. La forma de estos electrodos no es crítica. Las formas pueden por ejemplo ser circulares o poligonales. Los orificios 3 y 4 son perforados de preferencia en el centro de estos electrodos.

Los electrodos 1 y 2 se conectan por una parte por medio de resistencias estabilizadoras 6 y 7 respectivamente, a una fuente de alta tensión 8, conectándose una resistencia 9 entre los dos electrodos, a nivel de su unión con las resistencias 6 y 7. En las figuras siguientes, esta resistencia 9 no está representada, pero se entiende que la misma puede estar presente. El polo positivo de la fuente 8 está conectado, de preferencia, al electrodo 2 (en particular cuando estos electrodos están dispuestos horizontalmente y a poca distancia del suelo). Por otra parte, los electrodos 1 y 2 se conectan por medio de condensadores de aislamiento en continuo 10, 11 respectivamente y una línea 12, de preferencia coaxial, con un emisor de potencia 13 de baja o muy baja frecuencia y de elevada tensión de cresta, que puede estar próximo o alejado de los electrodos 1, 2 de la antena. El blindaje de la línea 12 está conectado a tierra. La distancia D entre los electrodos 1 y 2 va en función del valor de la alta tensión de la fuente 8. De forma general, esta distancia D debe ser superior a la distancia de descarga eléctrica entre los electrodos en el medio ambiente en ausencia de columna de plasma, y ser inferior a la distancia de descarga eléctrica entre los electrodos en presencia de la columna de plasma.

Un láser de cebado 14 se dispone bajo el electrodo 1, de forma que el eje del haz que produzca se confunda con el eje 5 al menos justo antes de alcanzar el electrodo 1. Así, si se desea disponer el láser 14 de forma que su eje de salida sea horizontal, se dispone entonces un espejo que reenvíe su haz de salida según el eje 5. Se puede también disponer un espejo semi-transparente sobre el eje 5 si se desean utilizar dos láseres. Se pueden utilizar también dos láseres por ejemplo dedicando uno a las activaciones y el otro para el mantenimiento de la columna ionizada que forma antena.

Según algunos modos de realización típicos de la invención, en modo alguno limitativos, los electrodos 1 y 2 son circulares y tienen un diámetro de algunas decenas de centímetros a algunos metros, su distancia mutua D es de aproximadamente 50 cm a 1 m, el diámetro de los orificios 3 y 4 es de aproximadamente 1 cm. La tensión de la fuente 8 es de aproximadamente 10 a 20 kV, y la potencia proporcionada por el emisor...

1. Dispositivo de acoplamiento entre una columna de plasma que hace las veces de antena y un generador eléctrico de señal de potencia, asociado con un láser (14), caracterizado porque comprende al menos dos electrodos conductores (1, 2) perforados cada uno por un orificio (3, 4), siendo estos orificios coaxiales, estando los electrodos conectados por una parte a una fuente de alta tensión continua (8) y por otra parte a una fuente de señal alterna de potencia (13), estando el láser dispuesto de forma que su haz llegue según el eje (5) de los indicados orificios de los electrodos.

2. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque el láser es un láser de tipo femtosegundo.

3. Dispositivo según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque comprende entre los dos electrodos un conjunto potenciométrico (19, 20) para asegurar una regulación fina de los potenciales aplicados a estos electrodos.

4. Procedimiento de utilización de una antena de plasma que comprende un dispositivo de acoplamiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque comprende las etapas siguientes: activación de la fuente de alta tensión, activación del láser, creando un plasma ente los electrodos y más allá, sobre el eje (5) común de los orificios de los electrodos, activación del generador de señal de potencia hasta el final del periodo de emisión.

5. Procedimiento según la reivindicación 4, caracterizado porque entre el instante de la activación láser y la activación del generador de señal de potencia, se respeta un tiempo mínimo (Tm) del orden de algunas decenas de nanosegundos.

6. Procedimiento de utilización de una antena de plasma que comprende un dispositivo de acoplamiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque comprende las etapas siguientes: activación de la fuente de alta tensión, primera activación del láser, focalizado entre los electrodos, sobre el eje (5) de los orificios de los electrodos, segunda activación del láser, focalizado más allá del segundo electrodo, sobre el mismo eje común, activación del generador de señal de potencia hasta el final del periodo de emisión.