Reflector electromagnético.

La presente invención describe un sistema prototipo de antena formado por un número par de elementos o partes,

los cuales mediante su forma y su colocación espacial, esto es, por el diseño de una configuración geométrica bien determinada, fundamentada en el modelo de las placas zonales de Fresnel, consiguen una señal eco nula en la dirección de la señal electromagnética incidente. La condición necesaria que se ha de cumplir es que las señales reflejadas en cada zona o región de la antena se superpongan en oposición de fase.

Reflector electromagnético sin eco en la dirección de incidencia de la señal.

Objeto de la invención

La presente invención se refiere a un sistema reflector electromagnético sin eco en la dirección incidente basado en el modelo de las placas zonales de Fresnel.

El objeto de la invención consiste en un número de parejas de elementos metálicos de igual tamaño que, colocados espacialmente, hacen que la suma y composición vectorial de todas sus ondas reflejadas en ellos cause un valor nulo.

Antecedentes de la invención

La presente patente de invención pertenece al sector de las antenas emisoras y receptoras de señal electromagnética. Su aplicación principal reside en la defensa de instalaciones y territorios mediante sistemas que buscan la invisibilidad frente a radares mono-estáticos de observación y vigilancia o que sirven para reducir la sección de radar de un vehículo, barco o avión, o, simplemente, dispersan la señal incidente convenientemente para atenuar la señal reflejada por el objeto. También se aplican en sistemas anti-radar y de reducción de la respuesta RCS (acrónimo de Radar Cross Section).

Los sistemas utilizados actualmente para reducir o eliminar la reflexión de un objeto en la dirección de incidencia de una señal electromagnética, están basados en el uso de pinturas absorbentes que contienen una mezcla en polvo de materiales ferromagnéticos y carbón, cuya característica principal es la absorción de la señal electromagnética que incide sobre ellos. Estos sistemas se utilizan principalmente en aplicaciones militares para reducir la respuesta RCS de un objeto, como vehículos, barcos o aviones, y no ser detectados por radares de localiza- ción.

Por otra parte, existe una tecnología de reflectores planos basada en el uso de superficies metálicas planas que debido a su forma y posición, unas respecto a otras, focalizan un frente de ondas plano que incida sobre el reflector, de forma análoga a como lo hace un paraboloide. Esta tecnología se basa en el uso de las denominadas placas zonales de Fresnel, tal como se explica en el capítulo 5 del libro "Fresnel zones in wireless links, zone plate lenses and antennas" de Cristo D. Hristov, Artech House Publishers, ISBN 0-89006-849-6. El uso de esa distribución geométrica de placas zonales no provoca en ningún caso un nulo o mínimo de reflexión en la dirección de incidencia de la señal.

Sin embargo, existe en la literatura una estructura que proporciona un nulo en la dirección de incidencia de la señal, que fue publicada en la Conferencia Europea de Microondas del año 2000, celebrada en París, donde A. Pedreira y J. Vassal'lo presentaron un artículo bajo el título de "Anechoic reflector" sobre un reflector sin eco en la dirección de incidencia de la señal. Dicho reflector está basado en el uso de pequeños reflectarrays de 2 x 1 o de 2 x 2 elementos radiantes, en los que la señal incidente se reparte entre sus elementos mediante el uso de líneas de transmisión contenidas en el reflectarray, de forma que la señal incidente es vuelta a radiar en polarización cruzada y en oposición de fase de las señales emitidas por unos elementos respecto a la de los otros, para tratar de conseguir un nulo de la señal reflejada en la dirección de incidencia de la señal.

Descripción de la invención

La presente invención describe un sistema prototipo de antena formado por un número par de elementos o partes, los cuáles mediante su forma y su colocación espacial, esto es, por el diseño de una configuración geométrica bien determinada, fundamentada en el modelo de las placas zonales de Fresnel, consiguen una señal eco nula en la dirección de la señal electromagnética incidente. La condición necesaria que se ha de cumplir es que las señales reflejadas en cada zona o región de la antena se superpongan en oposición de fase.

El reflector electromagnético objeto de la invención, sin eco en la dirección de incidencia de la señal, se basa en el uso de parejas de superficies metálicas reflectoras de igual tamaño, que debido a su geometría y a cómo se colocan unas respecto de otras, la señal incidente que se refleja en ellas se suma a partes iguales en oposición de fase, provocando un valor nulo o mínimo de reflexión en la dirección de incidencia de la señal. Las parejas cuyos elementos provocan individualmente un nulo o mínimo de reflexión, son las formadas por elementos simétricos respecto al centro del reflector, esto sería 1 y 2, 3 y 4, 5 y 6, 7 y 8, 9 y 10, 11 y 12, 13 y 14, 15 y 16, y 17 y 18, y así sucesivamente; donde los elementos impares de las parejas están situados un cuarto de longitud de onda por encima de los elementos pares, según la dirección Z perpendicular al plano XY determinado por la superficie reflectora.

El reflector electromagnético objeto de protección, sin eco en la dirección de incidencia de la señal, no es un "reflectarray" ni contiene por tanto líneas de transmisión para distribuir la señal entre sus elementos como se hace en el artículo de la Conferencia Europea de Microondas de año 2000, ya citado en un apartado anterior. Por el contrario, el reflector electromagnético objeto de protección, sin eco en la dirección de incidencia de la señal, hace uso de la geometría y forma de colocar diferentes superficies metálicas reflectoras, de forma semejante a como trabajan los reflectores que usan las placas zonales de Fresnel pero, a diferencia de ellos, el reflector objeto de protección no usa esa geometría para focalizar un frente de ondas, sino que usa determinadas configuraciones geométricas para conseguir un nulo o mínimo de reflexión en la dirección de incidencia del frente de ondas. Son por tanto objetivos distintos, derivados del uso de geometrías distintas.

La oposición de fase entre las señales reflejadas por cada pareja del reflector objeto de protección, y que es responsable del mínimo de reflexión, se consigue colocando parejas de superficies de un material preferiblemente metálico de igual tamaño, de forma simétrica respecto a la posición esperada del emisor y donde los elementos de la pareja están desplazados un cuarto de longitud de onda, uno respecto al otro, según la dirección Z. De esa forma, la diferencia de camino eléctrico de las señales reflejadas en la dirección de incidencia por cada pareja, es exactamente media longitud de onda, cuando el emisor está situado sobre la perpendicular a las superficies (dirección Z con respecto a un plano XY definido por la superficie reflectora).

Dado que se anula la reflexión en la dirección de incidencia de la señal, que en este caso coincide con la dirección especular, la señal reflejada es dispersada en todas las direcciones excepto en la de incidencia. Por esta razón, el reflector objeto de protección puede usarse como elemento dispersor de señales electromagnéticas.

Cuando el emisor se sitúa fuera de la dirección Z, en direcciones angulares próximas, la diferencia de camino eléctrico de las señales reflejadas toma un valor próximo a la media longitud de onda, y sólo cuando la posición del emisor se sitúa sobre el plano XZ, la contribución en amplitud de los elementos de la pareja, vista desde el emisor, es la misma. El plano XZ es por tanto un plano de mínimos de reflexión según la dirección de incidencia, tanto para el reflector formado por una única pareja, como para el reflector formado por varias parejas cuyos elementos se disponen según la dirección Y, de forma simétrica respecto al origen de coordenadas.

Es posible incrementar arbitrariamente el número de planos de mínimos de reflexión, de forma que se amplíe la zona de cobertura con baja reflexión en la dirección de incidencia. Se da lugar, entonces, a una geometría basada en polígonos regulares, cuyo número de lados es el doble del número de planos de mínimos de reflexión considerado. De forma análoga se pueden tener reflectores con cualquier número de planos con un mínimo de reflexión.

Por otra parte, y dado que la suma de valores nulos no necesita que se haga en oposición de fase para seguir siendo un nulo, para mantener el resultado de baja reflexión en la dirección de incidencia, en el caso de una superficie de gran tamaño, no es necesario generar una única distribución geométrica que cubra toda la superficie. Puede entonces cubrirse la totalidad de la superficie, agrupando sobre ella las distribuciones geométricas de pequeño tamaño que sean necesarias.

Las distribuciones geométricas con forma poligonal, como es el caso de...

1. Reflector electromagnético sin eco (1) caracterizado porque comprende una superficie reflectora (2) definida por una distribución geométrica en parejas de superficies (3) continuas, metálicas, planas, de igual tamaño y paralelas entre sí definidas alternadamente en dos en planos paralelos separados a una distancia igual a un cuarto de la longitud de onda de una señal (4) incidente y porque presenta un plano de mínimos de reflexión en la dirección de incidencia de la señal (4).

2. Reflector electromagnético sin eco (1) según reivindicación 1 caracterizado porque la distribución geométrica y las superficies (3) son poligonales.

3. Reflector electromagnético sin eco (1) según reivindicación 2 caracterizada porque la distribución geométrica poligonal tiene un número par de lados donde el número de planos de mínimos de reflexión es igual a la mitad del número de lados de la distribución geométrica poligonal.

4. Reflector electromagnético sin eco (1) según reivindicación 1 caracterizado porque la distribución geométrica es cilíndrica y las superficies (3) son sectores circulares o secciones de corona circular.

5. Reflector electromagnético sin eco (1) según reivindicación 2 caracterizado porque comprende un agrupamiento de varias distribuciones geométricas poligonales (5).

6. Reflector electromagnético sin eco (1) según reivindicación 4 caracterizado porque comprende un agrupamiento de varias distribuciones geométricas cilíndricas (6).

7. Uso del reflector electromagnético sin eco (1) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6 como elemento dispersor de señales electromagnéticas.

8. Uso del reflector electromagnético sin eco (1) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6 como elemento reductor de respuesta RCS (Radar Cross Section en inglés) de objetos estáticos o en movimiento para eludir la detección de dichos objetos por radares.