ESCANER VERTICAL PLANO DE TORRE PARA LA MEDIDA DE ANTENAS EN CAMPO PRÓXIMO.

Escáner vertical plano de torre para la medida de antenas en campo próximo,

que resuelve el problema de construir grandes escáneres de alta precisión, mediante dos guías rectas horizontales, una primera guía horizontal (3) de apoyo en el suelo, que puede tener raíl simple o raíl doble, y una segunda guía horizontal (17) paralela a la anterior, dispuesta a gran altura. La sonda de medida (P) está en una torre vertical (9), que puede girar sobre elementos de bisagra (5a, 5b y 6), y se desliza horizontalmente sobre las guías (3), manteniendo en contacto un cilindro de guiado (14a) con la guía (17). Situando paralelas las guías horizontales (3,17) mediante medios de ajuste de paralelismo (18), la sonda de medida (P) se desplazará sobre un plano prácticamente perfecto, permitiendo adquirir el campo sin errores de fase.

ESCANER VERTICAL PLANO DE TORRE PARA LA MEDIDA DE ANTENAS EN CAMPO PRÓXIMO

CAMPO TÉCNICO DE LA INVENCiÓN

La presente invención pertenece al campo técnico de los grandes escáneres verticales de torre, cuando se necesita una alta precisión de planitud, para medir grandes antenas de apertura, a muy altas frecuencias, mediante la técnica de adquisición en campo próximo plano. La precisión final de los parámetros de radiación medidos depende, entre otros factores, del error de planitud-desviación fuera del plano medio de adquisición-con que se mueve el centro de fase de la sonda de medida durante la adquisición. Dicha desviación, para obtener resultados fiables, no debe superara en valor rms promediado sobre todo el plano, del orden de M100, siendo h la longitud de onda a la frecuencia de medida. Por ejemplo, para medir a 30 GHz debe ser :50.1 mm, valor que está al límite de los que se pueden obtener con escáneres como los que se construyen actualmente de hasta y más de 1 Ox1 O m para poder medir grandes array y reflectores, utilizados en radares y satélites de comunicaciones.

ANTECEDENTES DE LA INVENCiÓN

Los escáneres planos se emplean hoy en día, para entre otras aplicaciones, medir antenas en campo próximo plano. Esto es, para medir los diagramas de radiación y la ganancia de muchas antenas bajo prueba (ABP) profesionales, a partir de la adquisición del campo cercano radiado sobre el plano escaneado. En la cercanía de la apertura de las antenas de alta ganancia, cuando están enfocadas, éstas radian una onda plana limitada, que se va transformando lentamente a onda esférica, alcanzando dicha propiedad cuando la distancia de observación es superior a 2D2/h (distancia de campo lejano) , siendo D la dimensión máxima de la ABP y h la longitud de onda de medida. Por ello, el modo clásico de medir las características de radiación de campo lejano (diagramas de radiación y ganancia) pasa por utilizar una antena auxiliar, para medir de forma directa el campo radiado por la ABP en función del ángulo, sobre una esfera de radio constante Ro, que debe ser mayor que 2D2/h.

Para antenas grandes o longitudes de onda pequeñas, la distancia a partir de la cual se puede medir de forma directa el campo lejano es muy grande, dando lugar a errores por reflexiones en el suelo, reflexiones y difracciones de edificios y objetos presentes, etc. Las medidas en campo próximo vienen a resolver este problema, permitiendo obtener los anteriores parámetros de radiación, a partir de adquisiciones del campo radiado por la ABP (en amplitud y fase) en las cercanías de la misma. Una de las técnicas más utilizadas para realizar estas medidas de campo próximo pasa por adquirir los campos sobre una superficie plana, suficientemente grande, situada en frente de la apertura de la ABP. A continuación, un algoritmo de transformación basado en FFT, permite obtener, a partir de los campos adquiridos, los diagramas de radiación y la ganancia de la ABP. Un escáner plano para medir antenas debe permitir así adquirir el campo próximo de la ABP, en amplitud y fase, en una superficie perfectamente plana. Indudablemente esto no se consigue a nivel práctico, pero es evidente que es muy importante acercarse lo máximo posible a un plano. Los errores de falta de planitud pasan a ser así la especificación fundamental de un escáner plano para medida de antenas. Típicamente se especifica un valor rms de error de planitud inferior a 11/100, lo que para medidas a frecuencias elevadas (30/40 GHz) exige precisiones en torno a 0.1 mm rms. El conseguir buenas planitudes se convierte así en el principal hándicap de estos sistemas. A nivel práctico se utilizan fundamentalmente dos tipos de escáneres planos: escáneres planos horizontales y escáneres planos verticales. Para los escáneres planos horizontales, la ABP debe situarse con su eje de radiación vertical (con la apertura colocada horizontalmente) . El problema que presentan estos escáneres, cuando son de grandes dimensiones, es la pérdida de planitud asociada a la flecha que se produce por su propio peso en el centro de las vigas horizontales del escáner. Para resolver este problema, se suele utilizar interferometría láser sobre los tres ejes X, Y, Z del escáner para tener conocimiento del punto real en el que se realiza la adquisición y, mediante un algoritmo de interpolación, calcular los campos en una malla regular de puntos contenidos en el plano Z=cte (siendo Z media de los puntos adquiridos) , antes de aplicar el algoritmo FFT de transformación. Los escáneres planos verticales son los más comúnmente utilizados porque no presentan el anterior problema de pandeo. Dentro de éstos, los dos modelos utilizados hasta el presente son los de tipo marco y los de tipo torre apoyada sobre una vía de

dos ejes horizontales.

En los escáneres verticales tipo marco, la antena auxiliar de medida ("sonda") utilizada

para adquirir el campo próximo, se mueve, habitualmente, sobre una guía lineal

vertical, que a su vez es impulsada horizontalmente, apoyada en sendas guías lineales

5 situadas sobre la base y la viga superior del marco, mediante un husillo movido por un

motor, que se sitúa habitualmente a la altura de la guía horizontal inferior. Cuando las

dimensiones del escáner superan los 2.5mx2.5m, el problema que suelen presentar

está relacionado de nuevo con el efecto de pandeo de la viga superior, que hace que

los patines de guiado horizontal sobre dicha viga tiendan a "clavarse" por efecto del

1 O pandeo y que aparezcan problemas de tirones en el movimiento.

Los escáneres verticales tipo torre son los más utilizados y se basan en una vía

horizontal compuesta por dos guías, que para pequeñas alturas de la torre vertical

(inferiores a 314m) se instalan sobre dos lechos, separados del orden de 1 m,

mecanizados sobre una bancada o una estructura tipo cercha. Sobre estas guías se

15 desplaza (utilizando 4 o más patines) la mesa de movimiento horizontal que sirve de

base a la torre vertical del escáner. Cuando la altura de la torre supera los 4m, ya no

se puede utilizar una única bancada o cercha rígida y es necesario utilizar dos vigas

independientes, acopladas al suelo, para soportar las dos guías horizontales que

sirven de apoyo a la mesa que soporta la torre vertical. En ambos casos para

20 conseguir una buena planitud con este tipo de escáneres es necesario alinear y nivelar

perfectamente las dos guías horizontales, ya que cualquier diferencia de alabeo en

altura de las mismas se traduce en un error de planitud en el extremo superior de la

torre vertical que, como mínimo, vale la diferencia de alabeos multiplicada por el

cociente entre la altura de la torre y la distancia entre las guías horizontales. Este es el

25 principal problema de este tipo de escáneres, puesto que, para alturas de por ejemplo

10m, con distancia entre guías de 2.5m, multiplican el error de alabeo (diferencias de

alturas de las guías horizontales de la base) por un factor 4. El ejemplo pone además

de manifiesto otro problema de este tipo de escáneres, que es el gran espacio

horizontal que ocupan dentro del recinto de medida.

30 Era por tanto deseable un escáner vertical plano de torre que proporcione una alta

precisión de planitud para medir grandes antenas de apertura evitando los

inconvenientes existentes en los anteriores escáneres del estado de la técnica.

DESCRIPCiÓN DE LA INVENCiÓN

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La presente invención resuelve los problemas existentes en el estado de la técnica (deterioro de planitud y gran espacio horizontal ocupado) , para escáneres de gran altura, mediante un escáner vertical plano de torre para la medida de antenas en campo próximo, que está formado por una primera guía horizontal apoyada en el suelo de la cámara de medida de antenas, y por una segunda guía horizontal, que es paralela a la primera guía horizontal. La segunda guía horizontal está dispuesta a una altura determinada de la primera, fijada a una cercha ligera. Dicha viga horizontal se apoya sobre al menos dos pilares de soporte. Adicionalmente, el escáner vertical plano de torre dispone de una torre vertical, en la que va dispuesta la sonda de medida. Esta torre vertical está dispuesta sobre una mesa desplazable linealmente a lo largo de la primera guía horizontal, y además se apoya en la segunda guía horizontal mediante una barra de soporte, la cual se fija por un primer extremo a la torre vertical, y que tiene en su segundo extremo un cilindro de guiado concéntrico con un rodamiento de precisión, el cual contacta en todo momento con la guía horizontal, permitiendo ambas guías de esta forma el desplazamiento rectilíneo de la torre vertical a lo largo de éstas. Según...

1. Escáner vertical plano de torre para la medida de antenas en campo próximo, caracterizado porque comprende una primera guía horizontal (3) de apoyo en el suelo de una cámara de medida de antenas,

y una segunda guía horizontal (17) paralela a la primera guía horizontal (3) , y dispuesta a una altura determinada de ésta, fijada a una cercha ligera (16) horizontal que se apoya sobre al menos dos pilares (10) de soporte, y una torre vertical (9) sobre la que se mueve verticalmente la sonda de medida, dicha torre vertical (9) dispuesta sobre una mesa (8) es desplazable linealmente a lo largo de la primera guía horizontal (3) ,

y se apoya en la segunda guía horizontal (17) mediante una barra de soporte (15) , la cual se fija por un primer extremo a la torre vertical (9) , y tiene en su segundo extremo un cilindro de guiado (14a) concéntrico con un rodamiento de precisión, que contacta en todo momento con dicha guía horizontal (17) ,

permitiendo ambas guías (3, 17) el desplazamiento rectilíneo de la torre vertical (9) a lo largo de ambas.

2. Escáner vertical plano de torre para la medida de antenas en campo próximo, según la reivindicación 1, caracterizado porque la torre vertical (9) se une a la mesa (8) mediante elementos de bisagra (5a, 5b, 6) que permiten el giro de dicha torre vertical

(9) alrededor de dichos elementos de bisagra (5a, 5b, 6) para mantener el contacto permanente del cilindro de guiado con la segunda guía horizontal (17) .

3. Escáner vertical plano de torre para la medida de antenas en campo próximo, según la reivindicación 1, caracterizado porque la primera guía horizontal (3) es cilíndrica permitiendo el basculamiento de la torre vertical (9) alrededor de dicha primera guía horizontal (3) para mantener el contacto permanente del cilindro de guiado con la segunda gu ía horizontal (17) .

4. Escáner vertical plano de torre para la medida de antenas en campo próximo, según cualquiera de las anteriores reivindicaciones, caracterizado porque la primera guía horizontal (3) de apoyo en el suelo de la cámara de medida de antenas está seleccionada entre guía de raíl simple y guía de raíl doble.

5. Escáner vertical plano de torre para la medida de antenas en campo próximo, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la segunda guía horizontal (17) está dispuesta a la altura del extremo superior de la torre vertical (9) , estando fijado el primer extremo de la barra de soporte (15) en dicho extremo superior de la torre vertical (9) .

6. Escáner vertical plano de torre para la medida de antenas en campo próximo, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la segunda guía horizontal (17) está dispuesta a una altura intermedia entre el extremo superior y el extremo inferior de la torre vertical (9) , estando fijado el primer extremo de la barra de soporte (15) a la torre vertical (9) a una altura intermedia entre su extremo superior y su extremo inferior.

7. Escáner vertical plano de torre para la medida de antenas en campo próximo, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende medios de ajuste (18) de paralelismo de la segunda guía horizontal (17) respecto a la primera guía horizontal (3) dispuestos en los extremos superiores de los pilares de soporte (10) , sobre los que se sitúa la cercha ligera (16) , y que realizan un ajuste fino de la segunda guía horizontal (17) hasta situarla paralela a la primera guía horizontal (3) .

8. Escáner vertical plano de torre para la medida de antenas en campo próximo, según la reivindicación anterior, caracterizado porque los medios de ajuste de paralelismo de la segunda guía horizontal (17) respecto a la primera guía horizontal (3) comprenden placas de soporte de la cercha ligera (16) regulables mediante tornillos de empuje y tracción.

9. Escáner vertical plano de torre para la medida de antenas en campo próximo, según la reivindicación 7, caracterizado porque los medios de ajuste de paralelismo de

la segunda guía horizontal (17) respecto a la primera guía horizontal (3) comprenden mesas de movimiento transversal de la cercha ligera (16) .

10. Escáner vertical plano de torre para la medida de antenas en campo próximo, según la reivindicación anterior, caracterizado porque las mesas de movimiento transversal de la cercha ligera (16) están motorizadas.

11. Escáner vertical plano de torre para la medida de antenas en campo próximo, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los pilares de soporte (10) están realizados en un material seleccionado entre hormigón y metálico.

12. Escáner vertical plano de torre para la medida de antenas en campo próximo, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la primera guía horizontal (3) y la segunda guía horizontal (17) se fijan al suelo de la cámara de medida de antenas mediante una estructura tipo cercha continua de gran altura que apoya única y directamente sobre las vigas estructurales del edificio.

13. Escáner vertical plano de torre para la medida de antenas en campo próximo, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el movimiento de desplazamiento de los ejes horizontal y vertical del escáner se realiza mediante elementos seleccionados entre husillos, sistemas de piñón-cremallera (4) , y combinación de ambos, acoplados a un motor seleccionado entre motor de corriente continua y motor de corriente alterna.

14. Escáner vertical plano de torre para la medida de antenas en campo próximo, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado porque el movimiento de desplazamiento de los ejes horizontal y vertical del escáner se realiza mediante motores lineales.