Una estructura portadora (300) para fijar un elemento de antena (330) a una superficie de montaje no plana (207);

siendo la estructura portadora (300) sustancialmente delgada, rígida y eléctricamente conductora;

comprendiendo la estructura portadora (300):

un borde destacado (405) sustancialmente nivelado con la estructura de montaje (207) en la conjunción de la estructura portadora (300) y la estructura de montaje (207);

una superficie superior que comprende:

una parte trasera (318) para fijar directa e inseparablemente un elemento de antena (330); la parte trasera (318) de la superficie superior sustancialmente conforme al elemento de antena (330);

una parte delantera (316) que tiene una superficie sustancialmente suave entre el borde destacado (405) de la estructura portadora (300) y el elemento de antena (330);

una superficie inferior (500, 600) sustancialmente conforme a la estructura de montaje no plana (207); y

medios de montaje (701, 802) para acoplar de forma desmontable la estructura portadora (300) a la estructura de montaje (207).

Aparato de conjunto de antenas con estructura de montaje conforme 5

DESCRIPCIÓN

CAMPO Y ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a un aparato para montar un conjunto de antenas de RF sobre una superficie no plana. Más en particular, la presente invención se refiere a un aparato para acoplar una pluralidad de elementos discretos de antena a una superficie de curvatura de forma que el conjunto de antenas se dispone para ajustarse al contorno de una superficie tridimensional compleja.

Mientras que la invención divulgada en este documento puede usarse en una amplia variedad de aplicaciones de sensores de RF en la que los elementos discretos de antena se montan en conformidad a estructuras de montaje no planas, la realización preferente se dirige a los elementos de RF de un aparato sensor de una aeronave, cápsula de sensores, misil o vector de superficie que tenga una configuración de conjunto sustancialmente cilíndrica o cónica. El conjunto de antenas puede estar acoplado a un subsistema Buscador Anti-Radiación (ARH) , por ejemplo, y el aparato sensor de RF puede usarse para detectar un objetivo y rastrear su posición usando señales recibidas en forma de energía emitida o reflejada por el objetivo. El aparato sensor de RF que realiza la presente invención incluye un conjunto de antenas pasivas que comprende una pluralidad de elementos de antena de banda ancha, en el que cada uno genera un voltaje cuando es excitado por una onda electromagnética que emana del objetivo. Los elementos están conectados a un receptor de banda ancha en el que se procesan las señales y la información de señal se pasan a una unidad de procesamiento de guiado para llevar a cabo varias funciones de guiado. Por ejemplo, la unidad procesadora de guiado puede llevar a cabo cálculos de ángulo de llegada en los que la dirección de la fuente de una señal dentro del campo de visión se localiza usando información de señal derivada de voltajes medidos por los elementos del conjunto.

Un aparato sensor de RF convencional emplea una pluralidad de elementos de antena de RF montados sobre un dispositivo estacionario o superficie en movimiento tal como la nariz de una aeronave, misil, cápsula de sensores u otro aparato volador. En aplicaciones para misiles más recientes, los elementos de antena han sido confinados a una estructura de popa de la sección de nariz, que puede albergar sensores adicionales. Los elementos de antena pueden entonces distribuirse en una o más configuraciones en forma de anillo dispuestas de forma protegida debajo de la piel del aparato sensor de forma cíclica o cónica. Un conjunto de antenas de bajo perfil hecho conforme a su superficie de montaje al tiempo que preserva la configuración aerodinámica del conjunto del vehículo volador, o la continuidad de la superficie de montaje, se denomina normalmente antena conforme.

Posicionar elementos de antena conforme orientados hacia delante, detrás de un carenado, un radomo o una estructura similar de montaje protectora y electromagnéticamente compatible crea un conjunto formidable de problemas. Primero, los elementos individuales de antena, distribuidos en circunferencia alrededor del cuerpo del aparato sensor de RF, están sustancialmente protegidos de las señales generadas en el lado opuesto del aparato sensor de RF. Donde la señal del emisor incide de forma oblicua en el vehículo, el cuerpo del vehículo protege hasta la mitad de los elementos individuales que forman parte del conjunto. Esto puede afectar significativamente al rendimiento 45 del sistema de radiogoniometría que usa un conjunto de elementos de antena conforme. Los elementos de antena no protegidos deben entonces ser capaces de adquirir un número mínimo de señales para generar medidas independientes en fase y/o amplitud con relaciones señal a ruido suficientemente altas para resolver ambigüedades angulares y medir los ángulos de incidencia con precisión. El problema se complica aún más debido a la diversidad de las polarizaciones de los elementos de antena en el caso de una distribución cilíndrica de los elementos introducida en 50 la realización preferente descrita a continuación. Con este objetivo, es deseable configurar un número grande de elementos compactos en una configuración de conjunto densa.

Como segundo problema, la sección de nariz del aparato sensor de RF obstruye a los elementos de antena en su popa respecto a señales que se originan en la dirección inmediatamente en frente de la nariz. La naturaleza conforme 55 del elemento entra en conflicto con la preferencia por un conjunto de antenas de radiación por el extremo. El reto es entonces diseñar un sistema que tenga un campo de visión efectivo grande que sea sensible tanto a señales fuera de eje originarias del lado amplio del aparato sensor de RF, así como a señales que se propagan a lo largo del eje central del vehículo. Mantener este grado de sensibilidad a lo largo del campo de visión se consigue en parte montando los elementos de antena tan cerca como es posible a la superficie del aparato sensor de RF.

60 Idealmente, un elemento de antena de un aparato sensor de RF tiene una ganancia grande y proporciona un rendimiento eléctrico uniformes y fiables a lo largo de un rango amplio de frecuencias. Hay muchas antenas de amplio espectro incluyendo las antenas en espiral, log-periódicas y antenas de ondas progresivas, pero pocas pueden fabricarse suficientemente pequeñas como para satisfacer los criterios particulares necesarios para aplicaciones de 65 misiles y juegos de sensores compactos. Los elementos de antenas deben permitir ser montados en configuraciones no planas y en suficiente número y densidad para adquirir las señales necesarias para llevar a cabo la radiogoniometría sin producir un acoplamiento eléctrico significativo entre elementos de antena adyacentes. Al mismo tiempo, un elemento de antena para subsistemas de misiles ARH y más generalmente otras aplicaciones resistentes y portátiles, deben diseñarse para soportar un rango de condiciones ambientales exigentes que incluyen impactos severos, y variaciones de vibración, humedad, presiones y temperatura.

Un ejemplo de un elemento de antena conforme adecuado es la antena microstrip con tecnología de circuito impreso. Un antena microstrip típica comprende un radiador de metal y un plano de tierra separados por una capa dieléctrica con un grosor del orden de un décimo de la longitud de onda. El microstrip es alimentado a través de una línea de transmisión de alimentación. Mientras que estas antenas microstrip son pequeñas en volumen y permiten una gran variación en el número de elementos y la configuración del conjunto, la manera de montar y disponer las antenas microstrip en superficies no planas constituye un reto.

Una técnica de fabricación para aplicar una antena microstrip a una superficie sustancialmente curvada consiste en construir un ensamblaje de antena a partir de una lámina de material dieléctrico, y deformar después el ensamblaje para adaptarlo a la superficie curvada. El método como el descrito no es adecuado para superficies curvadas complejas, en particular aquellas expuestas a entornos estresantes, porque las varias capas del microstrip se encuentran sometidas a diferentes niveles de tensión/compresión y tienen por lo tanto una predisposición a la delaminación.

En un segundo método descrito en la patente U.S. nº 4, 816, 836 de Lalezari, la fabricación del microstrip se consigue en un proceso de dos pasos en el que una primera capa de dieléctrico más ancha se adhiere a la superficie curva y se le da forma y se sujeta una segunda capa dieléctrica más fina que incluye el circuito de antena a la primera capa. No solo puede sufrir el elemento de antena delaminación, si no que el elemento de antena resultante posee un perfil delantero sustancialmente curvado que da lugar a variaciones inaceptablemente grandes en la polarización de la orientación a lo largo de la cara de la antena. Esta antena así como la anteriormente descrita y su método de construcción son por lo tanto menos deseables para su uso en aplicaciones estresantes de vehículos voladores.

Además de la manufactura e instalación de los elementos individuales de antena, es todavía un reto desarrollar un aparato sensor de RF que exhiba la uniformidad geométrica y eléctrica necesaria para implementar una radiogoniometría de alta calidad. Un método del estado de la técnica anterior de construcción de un conjunto conforme en forma de anillo para montar dentro de los confines de un canal hueco en un sistema de misiles involucra un proceso con tres etapas. En la primera... [Seguir leyendo]

1. Una estructura portadora (300) para fijar un elemento de antena (330) a una superficie de montaje no plana (207) ; siendo la estructura portadora (300) sustancialmente delgada, rígida y eléctricamente conductora; 5 comprendiendo la estructura portadora (300) :

un borde destacado (405) sustancialmente nivelado con la estructura de montaje (207) en la conjunción de la estructura portadora (300) y la estructura de montaje (207) ; una superficie superior que comprende:

una parte trasera (318) para fijar directa e inseparablemente un elemento de antena (330) ; la parte trasera (318) de la superficie superior sustancialmente conforme al elemento de antena (330) ; una parte delantera (316) que tiene una superficie sustancialmente suave entre el borde destacado (405) de la estructura portadora (300) y el elemento de antena (330) ;

una superficie inferior (500, 600) sustancialmente conforme a la estructura de montaje no plana (207) ; y medios de montaje (701, 802) para acoplar de forma desmontable la estructura portadora (300) a la estructura de montaje (207) .

2. La estructura portadora según la reivindicación 1, en la que la parte delantera (316) es una superficie de curvatura que tiene un radio sustancialmente uniforme entre el elemento de antena (330) y el borde destacado (405) de la estructura portadora (300) ; siendo el radio uniforme sustancialmente igual a un cuarto de una longitud de onda de una frecuencia más baja de interés asociada con un ancho de banda de interés.

3. La estructura portadora de la reivindicación 2, en la que la superficie inferior (500, 600) subtiende una subdivisión angular de una superficie sustancialmente cónica conforme a la estructura de montaje (207) .

4. La estructura portadora de la reivindicación 3, en la que la parte trasera (318) es sustancialmente plana; estando la estructura portadora (300) directa e inseparablemente fijada al elemento de antena (330) .

5. La estructura portadora de la reivindicación 1, que comprende además una unidad de calibración (202) 35 adaptada para ser montada directamente a la estructura portadora (300) .

6. La estructura portadora de la reivindicación 5, en la que la superficie superior incluye además una o más facetas planas (404) de modo que cada faceta (404) , junto con una faceta plana (404) de una estructura portadora (300) adyacente, forma una superficie plana continua para montar la unidad de calibración (202) .

7. La estructura portadora de la reivindicación 5, que comprende además una pluralidad de unidades de calibración (202) estando cada unidad de calibración (202) fijada de forma desmontable a dos estructuras portadoras (300) adyacentes de forma que la unidad de calibración (202) se dispone de manera simétrica entre dos elementos de antena (330) adyacentes.

8. La estructura portadora de la reivindicación 1, en la que el elemento de antena (330) está acoplado a la estructura portadora (300) y la estructura portadora (300) está acoplada de forma desmontable a la estructura de montaje (207) a través de los medios de montaje (701, 802) .

9. La estructura portadora de la reivindicación 8, en la que la estructura portadora (300) incluye medios de conexión eléctrica de antena (302) , en conexión eléctrica con el elemento de antena (330) y estando los medios de conexión eléctrica (302) acoplados de forma desmontable con una red de distribución de señal.

10. La estructura portadora de la reivindicación 1, en la que la estructura portadora (300) se adapta para ser 55 montada a una superficie sustancialmente cónica (205, 206, 207) .

11. Un método de acoplar y conectar eléctricamente elementos de antena (330) a una superficie de montaje no plana (205, 206) , caracterizado por que los elementos de antena (330) están acoplados de forma desmontable a una estructura de montaje (207) con una estructura portadora (300) , en el que el método comprende:

montar una pluralidad de elementos de antena conforme (330) , teniendo cada elemento de antena (330) una superficie de techo y una superficie de fondo con una pluralidad de estructuras portadoras (300) de un material conductor; teniendo cada estructura portadora (300) una 65 superficie superior y una superficie inferior, teniendo la superficie superior de la estructura portadora una parte delantera (316) y una parte trasera (318) ;

siendo la superficie de fondo (500, 600) de cada estructura portadora (300) sustancialmente conforme a la estructura de montaje (207) ; fijar de forma permanente la superficie de fondo de los elementos de antena (330) a la parte trasera (318) de la estructura portadora (300) ;

anclar de forma separable la estructura portadora (300) a la estructura de montaje (207) ; conectar eléctricamente los elementos de antena (330) en comunicación eléctrica separable con la red de distribución de señal; encerrar los elementos de antena (330) con una estructura de carenado (700) acoplada a la estructura de montaje (207) ;

encapsular los elementos de antena (330) con un material de encapsulado dieléctrico dentro de la estructura de carenado (700) después de fijarla a la estructura de montaje (207) .

12. El método según la reivindicación 11, en el que los elementos de antena (330) se montan de manera uniforme en una o más configuraciones en forma de anillo en conformidad con la estructura de montaje 15 (207) .