ANTENA.

Antena, que comprende una pluralidad de elementos (100, 105,...,

125) de antena montados sobre un plano (130) de tierra para proporcionar cobertura por un intervalo de ángulos predeterminado en acimut usando una pluralidad de haces, en combinación con una matriz de conmutación, en la que al menos algunos de dicha pluralidad de elementos (100, 105..., 125) de antena están conectados a conmutadores (S1, S2) en dicha matriz de conmutación y en la que dicha matriz de conmutación puede hacerse funcionar para conectar pares seleccionados de dichos elementos de antena a una trayectoria de señal para de este modo generar cada uno de dicha pluralidad de haces y para establecer un cortocircuito virtual con respecto a elementos de antena no seleccionados, caracterizada porque cada elemento (100, 105,..., 125) de antena es un elemento (300) de antena monopolar de capacidad terminal que tiene una sección (310) base y una sección superior, en la que un conductor (315) de alimentación se extiende desde un punto de entrada previsto en la sección (310) base para su conexión a un elemento (325) superior situado en la sección superior, y el conductor (315) de alimentación está rodeado por y aislado de una sección (305) de vástago eléctricamente conductora cilíndrica hueca que se extiende desde la sección (310) base, en la que la sección (305) de vástago se conecta al plano (130) de tierra, a un nivel próximo a pero separado del elemento (325) superior

Antena.

Esta invención se refiere a una antena de múltiples elementos y en particular, pero no exclusivamente, a una antena de múltiples elementos y a una disposición de conmutación asociada diseñada para su uso en un sistema de evitación de colisiones de radar monopulso.

El Sistema de alerta de tráfico y evitación de colisiones (TCAS) es una implementación del Sistema anticolisión de a bordo que se adecúa a todas las aeronaves por encima de un determinado peso y/o capacidad de transporte de pasajeros, tal como exige la Organización de Aviación Civil Internacional. Una implementación reciente del TCAS emplea una matriz de antena circular de ocho elementos que se alimenta a través de una matriz de Butler convencional para generar modos de fase circulares en la matriz. Los modos circulares se desplazan en fase y combinan en un híbrido de suma/diferencia para proporcionar un sistema de radar monopulso con una resolución pretendida de 2º o mejor. Sin embargo, el TCAS se basa en la fase relativa de dos modos circulares para detectar un posible riesgo y como tal es sensible, en determinadas disposiciones de montaje, a reflexiones por multitrayectoria de partes de un fuselaje principal que lleva a la resolución reducida y a posibles falsas alarmas.

El documento US-A1-2002/0036586 describe una matriz conmutada, y el documento EP-A1-0989629 describe una antena monopolar de capacidad terminal.

En un primer aspecto la presente invención se basa en una antena, que comprende una pluralidad de elementos de antena monopolar de capacidad terminal montados sobre un plano de tierra para proporcionar cobertura por un intervalo de ángulos predeterminado en acimut usando una pluralidad de haces, teniendo cada elemento de antena una sección base y una sección superior, en la que un conductor de alimentación se extiende desde un punto de entrada previsto en la sección base para su conexión a un elemento superior situado en la sección superior, y el conductor de alimentación está rodeado por y aislado de una sección de vástago eléctricamente conductora cilíndrica hueca que se extiende desde la sección base, en la que la sección de vástago se conecta al plano de tierra, a un nivel próximo a pero separado del elemento superior, en combinación con una matriz de conmutación, en la que al menos algunos de dicha pluralidad de elementos de antena están conectados a conmutadores en dicha matriz de conmutación y en la que dicha matriz de conmutación puede hacerse funcionar para conectar pares seleccionados de dichos elementos de antena a una trayectoria de señal para de este modo generar cada uno de dicha pluralidad de haces y para establecer un cortocircuito virtual con respecto a elementos de antena no seleccionados.

Entre las limitaciones de diseño para un sistema de alerta/evitación de colisiones adecuado para su uso con reactores militares en particular, está la buena direccionalidad de los haces emitidos por la antena. Esto es para evitar emisiones no deseadas, por ejemplo en la dirección hacia atrás en relación con la dirección de movimiento de la aeronave, que puede interferir con otros sistemas de a bordo o revelar la presencia o posición de la aeronave. La antena y la matriz de conmutación asociada según este primer aspecto de la presente invención, particularmente cuando se usa para generar haces de suma y diferencia en un sistema basado en radar monopulso, ofrece particularmente una buena direccionalidad en comparación con las disposiciones de la técnica anterior.

El uso de elementos de antena monopolar de capacidad terminal da lugar a una antena de perfil particularmente bajo. Además, el diseño de la alimentación de antena, en la que un conductor de alimentación está rodeado por una sección de vástago cilíndrica hueca, permite ajustar la impedancia de entrada del elemento de antena (por ejemplo a 50 ohmios) dimensionando de manera apropiada el diámetro interno de la sección de vástago en relación con el diámetro del conductor de alimentación, formando así un transformador de cuarto de onda. Esto tiene la ventaja de que se evita un transformador de adaptación externo para cada elemento de antena. Además, el inventor en este caso ha observado que con este diseño de elementos de antena, en el que el elemento superior se alimenta de manera eficaz en la sección superior del "vástago", hay una ligera mejora en el ancho de banda de funcionamiento del elemento de antena en comparación con los diseñados de la técnica anterior.

Preferiblemente, la adaptación a una impedancia de entrada de 50 ohmios se consigue cuando la antena se hace funcionar en un modo de "suma", es decir, cuando dos elementos de antena adyacentes se hacen funcionar en fase con igual amplitud.

Preferiblemente, al menos uno de la pluralidad de elementos de antena es un elemento reflector pasivo conectado permanentemente a tierra y colocado para aumentar la direccionalidad de la antena dentro del intervalo de ángulos predeterminado.

En una realización preferida, el elemento superior tiene forma de cono con parte superior sustancialmente plana.

Preferiblemente, en la matriz de conmutación, cada uno de la pluralidad de conmutadores tiene un primer polo conectado a un primer elemento de antena y un segundo polo conectado a un segundo elemento de antena y el conmutador puede hacerse funcionar para conectar de manera alterna el primer o el segundo polo a una trayectoria de señal y el polo no conectado a tierra.

En una realización preferida adicional, cada conmutador en la matriz de conmutación se implementa usando diodos PIN. En particular, cada conmutador en la matriz de conmutación es un conmutador de múltiples direcciones en derivación con limitación de banda.

En una realización preferida adicional, la antena comprende una matriz pentagonal de cinco elementos de antena agrupados alrededor de un sexto elemento central y al menos el sexto elemento central está permanentemente conectado a tierra. Con el fin de aumentar la direccionalidad de la antena aún más, uno adicional de los seis elementos de antena está permanentemente conectado a tierra y los cuatro elementos de antena restantes no conectados a tierra están conectados a la matriz de conmutación.

En una realización preferida aún adicional, la antena comprende una matriz cuadrada de cuatro elementos de antena para su uso con la misma matriz de conmutación.

La presente invención también se extiende a un sistema de alerta o evitación de colisiones que tiene una antena, en combinación con una matriz de conmutación, según realizaciones preferidas de la presente invención indicadas anteriormente.

Ahora se describirán realizaciones preferidas de la presente invención sólo a modo de ejemplo y con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

la figura 1 es una vista en perspectiva de una antena según una realización preferida de la presente invención;

la figura 2 muestra una disposición de conmutación adecuada para su uso con la antena de la figura 1, según una realización preferida de la presente invención;

la figura 3 muestra una vista en sección a través de un elemento de antena monopolar de capacidad terminal preferido;

la figura 4 muestra un diagrama de circuitos para un conmutador preferido, basándose en diodos PIN; y

la figura 5 muestra un diseño alternativo de antena según una realización preferida adicional de la presente invención.

Las realizaciones preferidas de la presente invención proporcionan una antena para su uso en un sistema de alerta/evitación de colisiones de radar monopulso y una disposición de conmutación asociada. Las antenas y las disposiciones de conmutación asociadas están diseñadas para su uso en un intervalo de frecuencias de interés, preferiblemente de 1020-1100 MHz (la banda IFF). Las antenas y las disposiciones de conmutación están diseñadas para su uso en particular como parte de un sistema de alerta/evitación de colisiones para aeronaves, aunque las realizaciones preferidas de la presente invención también pueden aplicarse a otros tipos de naves con un requisito de alerta/evitación de colisiones, por ejemplo vehículos terrestres o barcos.

Ahora se describirá una antena según una primera realización de la presente invención con referencia a la figura 1.

Haciendo referencia a la figura 1, la antena comprende una matriz pentagonal de cinco elementos 100 a 120 de antena, que rodean un sexto elemento 125...

1. Antena, que comprende una pluralidad de elementos (100, 105,..., 125) de antena montados sobre un plano (130) de tierra para proporcionar cobertura por un intervalo de ángulos predeterminado en acimut usando una pluralidad de haces, en combinación con una matriz de conmutación, en la que al menos algunos de dicha pluralidad de elementos (100, 105..., 125) de antena están conectados a conmutadores (S₁, S₂) en dicha matriz de conmutación y en la que dicha matriz de conmutación puede hacerse funcionar para conectar pares seleccionados de dichos elementos de antena a una trayectoria de señal para de este modo generar cada uno de dicha pluralidad de haces y para establecer un cortocircuito virtual con respecto a elementos de antena no seleccionados, caracterizada porque cada elemento (100, 105,..., 125) de antena es un elemento (300) de antena monopolar de capacidad terminal que tiene una sección (310) base y una sección superior, en la que un conductor (315) de alimentación se extiende desde un punto de entrada previsto en la sección (310) base para su conexión a un elemento (325) superior situado en la sección superior, y el conductor (315) de alimentación está rodeado por y aislado de una sección (305) de vástago eléctricamente conductora cilíndrica hueca que se extiende desde la sección (310) base, en la que la sección (305) de vástago se conecta al plano (130) de tierra, a un nivel próximo a pero separado del elemento (325) superior.

2. Antena según la reivindicación 1, en la que al menos uno de dicha pluralidad de elementos (100, 105,..., 125) de antena es un elemento reflector pasivo conectado permanentemente a tierra (130) y colocado para aumentar la direccionalidad de la antena dentro de dicho intervalo de ángulos predeterminado.

3. Antena según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en la que el elemento (325) superior tiene forma de cono con parte superior sustancialmente plana.

4. Antena según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en la que la razón del diámetro interno de la sección (305) de vástago con respecto al diámetro del conductor (315) de alimentación se selecciona para garantizar que la impedancia de entrada del elemento de antena es sustancialmente de 50 ohmios.

5. Antena según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que cada uno de dicha pluralidad de conmutadores (S₁, S₂) tiene un primer polo (415) conectado a un primer elemento de antena y un segundo polo (420) conectado a un segundo elemento de antena y en la que el conmutador puede hacerse funcionar para conectar de manera alternante el primer o el segundo polo a una trayectoria (405) de señal y el polo no conectado a tierra.

6. Antena según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que cada conmutador (S₁, S₂) en dicha matriz de conmutación se implementa usando diodos PIN.

7. Antena según la reivindicación 6, en la que cada conmutador (S₁, S₂) en dicha matriz de conmutación es un conmutador de múltiples direcciones en derivación con limitación de banda.

8. Antena según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, comprendiendo dicha antena una matriz pentagonal de cinco elementos (100, 105,..., 120) de antena agrupados alrededor de un sexto elemento (125) central y en la que al menos dicho sexto elemento (125) central es un elemento reflector pasivo permanentemente conectado a tierra.

9. Antena según la reivindicación 8, en la que uno adicional de dichos seis elementos de antena está permanentemente conectado a tierra y en la que los cuatro elementos (100, 105, 110, 115) restantes no conectados a tierra están conectados a dicha matriz de conmutación.

10. Antena según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, comprendiendo dicha antena una matriz sustancialmente cuadrada de cuatro elementos (500, 505, 510, 515) de antena y en la que cada uno de dichos cuatro elementos de antena está conectado a un conmutador en dicha matriz de conmutación.

11. Antena según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que dichos múltiples haces son haces de suma y diferencia en un sistema de radar monopulso.

12. Antena según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que dichos elementos (100, 105,..., 125) de antena están incorporados en un material de espuma dieléctrica.

13. Antena según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además una cúpula para cubrir dichos elementos de antena.

14. Sistema de alerta o evitación de colisiones que tiene una antena en combinación con una matriz de conmutación según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13.