Estructura de antena de barrido de frecuencia (301) para transmitir y recibir energía por radiofrecuencia y capaz de guiar un haz de radiofrecuencia hacia una pluralidad de ángulos diferentes alrededor de la estructura de antena,

comprendiendo dicha estructura de antena por lo menos dos antenas en grupo (200a, 200b) y un controlador (12) para controlar la entrada de energía a las dos antenas en grupo, caracterizada porque las antenas en grupo (200a, 200b) están dispuestas en la estructura de antena (301) de tal manera que, para una frecuencia particular, la estructura de antena sea capaz de guiar el haz hasta un primer ángulo utilizando una de dichas antenas en grupo y de guiar el haz hacia un segundo ángulo, distinto a dicho primer ángulo, utilizando la otra de dichas dos antenas en grupo

Antena de barrido de frecuencia.

Campo de la invención

La presente invención se refiere a una antena de barrido de frecuencia y, en particular, a antenas de barrido de frecuencia que resultan particular, pero no exclusivamente, aptas para su utilización en la detección y el control de objetivos con base terrestre.

Antecedentes de la invención

Las antenas de barrido de frecuencia se utilizan en sistemas de radar con el fin de realizar un barrido por la totalidad de una zona determinada la presencia de objetos. Tal como es conocido, dichos grupos de barrido de frecuencia pueden guiar un haz en un plano angular en respuesta a señales de entrada de frecuencias variables. Algunos ejemplos específicos de grupos de barrido de frecuencia variables incluyen la guía ondas del tipo de serpentina, según se describe en la patente de Estados Unidos US nº 4.868.574 y la antena de cable de onda progresiva, según se describe en la patente de Estados Unidos US nº 3.290.688.

Los mecanismos alternativos para guiar un haz incluyen unos dispositivos mecánicos que comprenden una antena que se desplaza físicamente en el espacio, o grupos de antena en fase que se disponen para guiar la radiación según se transmite o recibe. Un problema de los sistemas de radar mecánicos es que su funcionamiento depende de componentes físicos y partes móviles y de control asociadas. Este inventario de partes resulta costoso y puede precisar una enorme fuente de energía.

Un grupo conocido de dispositivos electrónicos son los grupos de antenas en fase, que aplican varios cambios de fase a las señales, guiando así de forma efectiva los haces recibidos y transmitidos. Estos dispositivos electrónicos se utilizan normalmente en detectores y sistemas de comunicaciones por radiofrecuencia, debido a que no implican un movimiento físico de la antena y que son capaces de mover un haz rápidamente desde una posición a la siguiente. Mientras los sistemas por radar que incorporan dichos dispositivos pueden proporcionar una medición extremadamente precisa de la posición de los objetivos, un problema con dicho tipo de dispositivos electrónicos es que el control adecuado del haz, a menudo, requiere varios grupos de componentes electrónicos; esto incrementa el tamaño físico, la complejidad, así como el coste del sistema de radar.

Los grupos de barrido de frecuencia se han combinado con partes móviles que giran en otro plano, según se describe en la patente de Estados Unidos US nº 4.868.574. Sin embargo, un problema de esta combinación es que adolece de inconvenientes relacionados con el tamaño y el coste del sistema de barrido mecánico normal y en cuanto a prestaciones es menos preciso que los sistemas de antena en fase.

El documento WO 2004/046752 da a conocer un sistema de antena de barrido de frecuencia que cambia de antenas para dar diferentes anchos de banda.

El documento US nº 5.969.689 da a conocer una disposición de antenas en grupo, estando dispuesta cada una de dichas antenas en grupo en el lateral de un polígono, estando conectada cada una de dichas antenas en grupo a un receptor para ese fin.

Sumario de la invención

Con respecto a la antena de barrido de frecuencias, una antena particularmente eficiente (en términos de nivel de complejidad, relativamente bajo, y rendimiento relativamente bueno) es la antena de ondas progresivas. Se describe la aplicación de dicha antena de ondas progresivas en la patente US nº 5.765.098, que describe un grupo de antenas individual para transmitir y un grupo de antenas individual para recibir señales en un sistema de satélite. Sin embargo, un problema con este tipo de antenas es que, cuando se cambia la frecuencia, únicamente radia sobre un ángulo de barrido relativamente estrecho, lo que limita la zona de barrido sobre la que se puede utilizar dicha antena; obviamente, un grupo de antenas de este tipo resulta perfectamente aceptable para aplicaciones como los sistemas por satélite, gracias a la elevada altitud, debido a que un ángulo de barrido relativamente modesto se traduce en una extensión angular significativa en el punto de recepción de los satélites.

Según un aspecto de la invención, los inventores han desarrollado una estructura de antena de barrido de frecuencias para transmitir y recibir energía por radiofrecuencia y capaz de guiar un haz de radiofrecuencia a una pluralidad de ángulos diferentes en la estructura de antena, comprendiendo dicha estructura de antena por lo menos dos grupos de antenas y un controlador para controlar la entrada de energía a los dos grupos de antenas, caracterizada porque los grupos de antenas están dispuestos en la estructura de antena de manera que, para una frecuencia particular, dicha estructura de antena pueda guiar el haz hasta un primer ángulo utilizando uno de dichos grupos de antenas y de guiar el haz a un segundo ángulo, diferente de dicho primer ángulo, utilizando el otro de dichos dos antenas en grupo.

De este modo, en las formas de realización de la invención, se disponen dos o más grupos de antenas para formar una estructura de antena, y la alimentación a un grupo de antenas respectivo de la estructura de antena se coordina de manera que se puedan combinar las zonas de barrido individual para generar una zona de barrido general incrementada. En una disposición, la estructura de antenas se dispone de tal manera que guíe el haz por la totalidad de una pluralidad de zonas angulares no contiguas, y en otra, de tal manera que guíe el haz por la totalidad de una zona angular contigua. De forma conveniente, la estructura de antena puede guiar el haz por la totalidad de un primer intervalo de ángulos (una primera zona angular), utilizando una de dichas dos antenas en grupo, y de guiar el haz por la totalidad de un segundo intervalo de ángulos (segunda región angular) utilizando la otra de dichas dos antenas en grupo: siendo la primera y la segunda zona angular diferentes, y proporcionando colectivamente una zona de barrido de una extensión angular mayor que la que se puede alcanzar con grupos de antenas individuales.

De forma conveniente, cada antena en grupo comprende unos medios de entrada para la entrada de dicha energía, y el controlador se dispone para hacer entrar energía a las antenas en grupo, de manera que guíe el haz a dichos primer y segundo ángulo. Más específicamente, cada uno de los medios de entrada está dispuesto para que haga entrar energía a las antenas en grupo respectivas, de manera que dirija el haz por la totalidad de dichas zonas angulares contiguas y no contiguas. En una disposición, los medios de entrada se pueden conectar a extremos del grupo de antenas y se encuentran asociados de manera que sean funcionales con un generador de frecuencia, como el que se ha descrito anteriormente, de modo que reciban señales que comprendan una energía de radiofrecuencia en una pluralidad de frecuencias diferentes, con el fin de guiar el haz.

Preferentemente, el controlador se dispone para hacer entrar la energía de acuerdo con una secuencia predeterminada, de manera que guíe el haz por la totalidad de dicho primer y segundo ángulo, comprendiendo dicha secuencia, por ejemplo, la entrada de energía a un primer extremo del primer grupo de antenas, la entrada de energía a un primer extremo de dicho segundo grupo de antenas, la entrada de energía a un segundo extremo del segundo grupo de antenas, y la entrada de energía a un segundo extremo de dicho segundo grupo de antenas.

En relación con la configuración de la propia estructura de antena, dicha estructura de antena puede estar caracterizada convenientemente en términos de un eje longitudinal y de un eje transversal perpendicular a dicho eje longitudinal: una primera de dichas antenas en grupo está inclinada en dicho primer ángulo con respecto a dicho eje transversal y una segunda de dichas antenas en grupo está inclinada en un segundo ángulo con respecto a dicho eje transversal. Además, la primera y la segunda antena en grupo están dispuestas de forma simétrica en el eje longitudinal y cada una de dichas antenas en grupo comprende dos extremos y dos partes laterales. En una disposición, una parte lateral de dicha segunda antena en grupo es sustancialmente contigua a una parte lateral de dicha primera antena en grupo, mientras que en otra disposición, una parte final de la segunda antena en grupo sustancialmente es contigua a la de la primera antena en grupo. La extensión de la zona de barrido depende de la relación física entre las dos antenas en grupo, más específicamente del ángulo que cada una de las antenas en grupo respectivas tiene con respecto al eje transversal. En una...

1. Estructura de antena de barrido de frecuencia (301) para transmitir y recibir energía por radiofrecuencia y capaz de guiar un haz de radiofrecuencia hacia una pluralidad de ángulos diferentes alrededor de la estructura de antena, comprendiendo dicha estructura de antena por lo menos dos antenas en grupo (200a, 200b) y un controlador (12) para controlar la entrada de energía a las dos antenas en grupo, caracterizada porque las antenas en grupo (200a, 200b) están dispuestas en la estructura de antena (301) de tal manera que, para una frecuencia particular, la estructura de antena sea capaz de guiar el haz hasta un primer ángulo utilizando una de dichas antenas en grupo y de guiar el haz hacia un segundo ángulo, distinto a dicho primer ángulo, utilizando la otra de dichas dos antenas en grupo.

2. Antena de barrido de frecuencia según la reivindicación 1, en la que la estructura de antena (301) es capaz de guiar el haz por la totalidad de una pluralidad de zonas angulares no contiguas.

3. Antena de barrido de frecuencia según la reivindicación 1 ó 2, en la que la estructura de antena (301) es capaz de guiar el haz a través de la totalidad de una zona angular sustancialmente contigua.

4. Antena de barrido de frecuencia según una o más de las reivindicaciones anteriores, en la que la estructura de antena (301) es capaz de guiar el haz por la totalidad de un primer intervalo de ángulos, utilizando una de dichas dos antenas en grupo (200a, 200b) y de guiar el haz por la totalidad de un segundo intervalo de ángulos utilizando la otra de dichas dos antenas en grupo.

5. Antena de barrido de frecuencia según la reivindicación 4, en la que se define una primera zona angular mediante dicho primer intervalo de ángulos.

6. Antena de barrido de frecuencia según la reivindicación 4 ó 5, en la que se define una segunda zona angular mediante dicho segundo intervalo de ángulos.

7. Antena de barrido de frecuencia según cualquiera de las reivindicaciones 4 a 6, en la que dicho primer intervalo de ángulos es distinto a dicho segundo intervalo de ángulos.

8. Antena de barrido de frecuencia según cualquiera de las reivindicaciones 2 a 7, en la que la zona angular es sustancialmente de 80 grados.

9. Antena de barrido de frecuencia según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que cada una de dichas antenas en grupo comprende unos medios de entrada para la entrada de dicha energía a las mismas.

10. Antena de barrido de frecuencia según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el controlador (12) está dispuesto para hacer entrar energía a las respectivas antenas en grupo, de tal manera que se guíe el haz hacia dichos primer y segundo ángulo.

11. Antena de barrido de frecuencia según la reivindicación 9 ó 10 cuando están subordinadas a la reivindicación 3, en la que cada uno de los medios de entrada está dispuesto para hacer entrar energía a las antenas en grupo (200a, 200b) respectivas, de tal manera que se guíe el haz por la totalidad de dicha zona angular sustancialmente contigua.

12. Antena de barrido de frecuencia según la reivindicación 9 ó 10 cuando están subordinadas a la reivindicación 2, en la que, para una antena en grupo dada, los medios de entrada están dispuestos para hacer entrar energía en la antena en grupo en dos localizaciones, de tal manera que se guíe el haz por la totalidad de dicha zona angular no contigua.

13. Antena de barrido de frecuencia según cualquiera de las reivindicaciones 9 a 12, en la que los medios de entrada se pueden conectar a los extremos del grupo de antenas.

14. Antena de barrido de frecuencia según cualquiera de las reivindicaciones 9 a 13, en la que los medios de entrada están dispuestos asociados de forma que sean funcionales con un generador de señal, de tal manera que se reciban señales que comprendan energía de radiofrecuencia en una pluralidad de frecuencias diferentes, de tal modo que se guíe el haz.

15. Antena de barrido de frecuencia según cualquiera de las reivindicaciones 9 a 14, en la que el controlador está dispuesto para hacer entrar energía de acuerdo con una secuencia predeterminada, de tal manera que se guíe el haz por la totalidad de dichos primer y segundo ángulos.

16. Antena de barrido de frecuencia según la reivindicación 15, en la que la secuencia predeterminada incluye una entrada de energía en un primer extremo del primer grupo de antenas, una entrada de energía en un primer extremo del segundo grupo de antenas, una entrada de energía en un segundo extremo del segundo grupo de antenas, y una entrada de energía en un segundo extremo del segundo grupo de antenas.

17. Antena de barrido de frecuencia según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, estando provista dicha estructura de antena (301) de un eje longitudinal y de un eje transversal perpendicular a dicho eje longitudinal, en la que una primera de dichas antenas en grupo está inclinada en dicho primer ángulo con respecto a dicho eje transversal y una segunda de dichas antenas en grupo está inclinada en dicho segundo ángulo con respecto a dicho eje transversal.

18. Antena de barrido de frecuencia según la reivindicación 17, en la que cada una de dichas antenas en grupo (200a, 200b) comprende dos extremos y dos partes laterales, estando una parte lateral de dicha segunda antena en grupo sustancialmente a tope con una parte lateral de dicha primera antena en grupo.

19. Antena de barrido de frecuencia según la reivindicación 17 ó 18, en la que la primera y segundas antenas en grupo están dispuestas simétricamente alrededor de los ejes longitudinales.

20. Antena de barrido de frecuencia según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, comprendiendo cada una de dichas antenas en grupo una estructura de malla (201) y una base dieléctrica (203).

21. Antena de barrido de frecuencia según la reivindicación 20, comprendiendo cada estructura de malla (201) una pluralidad de elementos interconectados (209) y estando dispuesta sobre una superficie de una base dieléctrica (203) correspondiente.

22. Antena de barrido de frecuencia según la reivindicación 21, en la que cada uno de dichos elementos (209) comprende dos laterales (213a, 213b) y dos extremos (211a, 211b) de longitudes respectivas, siendo la longitud de dichos laterales (213a, 213b) mayor que la longitud de dichos extremos (211a, 211b), en la que la longitud de los laterales (213a, 213b) es del orden de una longitud de onda en un punto medio entre dicha primera frecuencia y dicha segunda frecuencia, y la longitud de los extremos (211a, 211b) es del orden de la mitad de una longitud de onda en dicha frecuencia de punto medio.

23. Antena de barrido de frecuencia según la reivindicación 21 ó 22, presentando los laterales (213a, 213b) de cada elemento una anchura, en la que la anchura de los laterales desciende progresivamente desde el centro de la malla hasta cada extremo respectivo de la misma, de tal manera que se controle la impedancia de la antena en grupo.

24. Antena de barrido de frecuencia según la reivindicación 21 a 23, en la que cada uno de dichos elementos (209) en la estructura de malla comprende un elemento rectangular.

25. Antena de barrido de frecuencia según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que cada una de dichas antenas en grupo (200a, 200b) comprende una antena en grupo plana.

26. Antena de barrido de frecuencia según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que cada una de dichas antenas en grupo (200a, 200b) comprende una tira de microcircuito.