Sistema radiante tridimensional asimétrico.

Sistema radiante tridimensional asimétrico con un diagrama direccional controlado,

que comprende dos antenas modificadas Yagi-Uda (10,10'), donde cada antena comprende:

- eje longitudinal horizontal (15) con un extremo proximal y un extremo distal;

- elemento de dipolo excitado horizontal (11) colocado entre los extremos distales y proximales del dicho eje longitudinal horizontal (15) y perpendicular a éste;

- elemento reflector pasivo (17,17') colocado en el extremo proximal de dicho eje longitudinal (15);

- pluralidad de directores (12a, 12b, 12c, 12d) que consisten en elementos de conducción rectilíneos parasitarios pasivos, paralelos a y más cortos que dicho elemento de dipolo excitado horizontal (11) y colocado más hacia adelante que éste, caracterizado por el hecho de que dichos elementos directores se distancian a lo largo de un eje curvado (18) con su concavidad hacia abajo y teniendo su parte proximal tangente a dicho eje longitudinal, donde las desviaciones verticales de los directores en relación al eje longitudinal (15) de la antena aumenta gradualmente en proporción con la distancia entre los directores y el dicho dipolo excitado (15), y dicho elemento reflector pasivo consistente en una superficie reflectora conductiva (17,17') sustancialmente perpendicular al dicho eje longitudinal

Sistema radiante tridimensional asimétrico.

Campo de la invención 5

La presente invención se refiere a la cartografía del terreno llevada a cabo por aeronaves equipadas con un sistema de radar y, más particularmente, la optimización de los patrones de irradiación de antena a través del uso de sistemas radiantes modificados.

Antecedentes de la invención

La necesidad de levantar un mapa de grandes áreas de terreno dentro de un periodo de tiempo limitado ha conducido a la adopción de técnicas basadas en sondeos del terreno hechos desde plataformas localizadas en 15 posiciones altas en relación con la área que va a ser cartografiada. Una de estas técnicas se basa en el uso de fotografía aérea, que se captura a través de una cámara fotográfica, al menos dos imágenes, tomadas desde distintos puntos, que son luego interpolados mediante un equipamiento específico para proporcionar datos topográficos y modelos de elevación digital sobre la área de interés. La desventaja del uso de técnicas visuales es que dependen de las condiciones meteorológicas, principalmente de la ausencia de nubes entre la cámara 20 fotográfica y el suelo. Dependiendo de la región y el momento del año, el ejercicio puede ser demasiado largo. Además, tomar imágenes fotográficas solo se puede hacer durante el día, e incluso de día, solo en momentos cuando no hay sombras pronunciadas.

El uso de ondas de radar para llevar a cabo tales estudios es altamente ventajoso, debido a que la 25 propagación de ondas electromagnéticas en determinadas gamas de frecuencia no se ve afectada por las condiciones meteorológicas. Además, dado el hecho de que los sistemas de radar vienen con "iluminación" propia, los estudios se pueden realizar tanto durante el día como de noche.

La exactitud de las imágenes obtenidas por el radar depende del tamaño de la antena usada, es decir, 30 antenas mayores (en términos de longitud de onda) proporcionan imágenes más detalladas. Así, para un tamaño físico dado de la antena, el uso de frecuencias más altas supondrían una antena "más grande" en cuanto a longitud de onda. No obstante, la propagación de señales electromagnéticas de frecuencias más altas puede ser obstaculizada por las condiciones meteorológicas, tal como, por ejemplo, la excesiva humedad en el aire. Si la evaluación de datos está hecha por radar utilizando técnicas tradicionales, produce un nivel insatisfactorio de calidad 35 de imagen, debido a que el tamaño de las antenas está limitado por el tamaño del avión que lleva el equipamiento. Una solución que permite tratar esta limitación es el uso de técnicas de abertura sintética, conocido con el acrónimo SAR (Radar de Abertura Sintética) . Esta técnica se basa en el movimiento de la antena de radar a lo largo de una trayectoria definida, durante la cual se emiten sucesivas señales de radar y se reciben ecos de retorno, que son luego procesados mediante técnicas informáticas para proporcionar imágenes de alta resolución. 40

El uso de la técnica SAR nos permite instalar las antenas y el equipo de radar en aeronaves de pequeño y medio tamaño, ya que la exactitud del mapeo está al margen de las dimensiones físicas de las antenas usadas.

Los mapeos realizados con la técnica SAR incluyen, por lo tanto, una serie de rutas de vuelo en paralelo, 45 cobertura de la área de interés, y un posterior procesamiento de las señales recogidas.

En un sistema SAR convencional, la antena irradia en la dirección vertical, y las dimensiones del terreno cubierto dependen de la anchura del rayo de radiación usado. Las limitaciones inherentes en tal sistema reducen la gama de la área que se pueden explorar en cada vuelo, de forma que se exigen muchos vuelos paralelos para el 50 mapeo de la área de interés.

Utilizando dos sistemas con los rayos radiantes señalando a los lados de la ruta de vuelo aumentarían la anchura de la banda del terreno cubierto en cada pasaje, reduciendo el número de pasajes y también el tiempo necesitado para completar el mapeo. Esta solución conduce al problema que los sistemas radiantes requieren alta 55 direccionalidad para evitar interferencia mutua de los ecos recibidos por ambas antenas, esta condición es bastante difícil de ser obtenida en sistemas aerotransportados, ya que el tamaño del avión limita el tamaño físico de las antenas, y por lo tanto su directividad.

La Publicación de Solicitud de Patente US2007103377 del Sistema de Antena con un Diagrama Direccional 60 Controlado, un Transmisor-receptor y un Ordenador Portátil de Red describe un sistema que comprende un sustrato plano (2) en la superficie del cual dos antenas planas Yagi (3) orientadas en direcciones opuestas se forman por impresión, cada una comprende un dipolo conducido (4) un reflector (5) y al menos dos directores (7) . El diagrama direccional en el plano vertical se modifica ensamblando una antena adicional (44) encima del dicho sustrato (2) como se muestra en la Figura 11-a. Cuando una de las dichas antenas Yagi (40) es encendida simultáneamente con 65 la antena adicional (44) los modelos de radiación correspondiente, respectivamente (41) y (42) se combinarán en un modelo de radiación asimétrica (43) donde no hay señal irradiada hacia el suelo. No obstante, la mayor parte de la energía irradiada se dirige sobre el horizonte, dejando esta señal inútil para fines de topografía por radar. Si la antena es verticalmente invertida, se obtendrá como resultado un modelo de radiación tal como la mostrada en la Figura 11-b. Sin importar el hecho de que ahora la mayor parte de la energía irradiada se concentra por debajo del horizonte, hay una cantidad sustancial de señal irradiada hacia el suelo (a 180º ) que dará como resultado la 5 interferencia mutua entre las señales recibidas por las antenas que apuntan a la derecha y las antenas que apuntan a la izquierda.

La Publicación de Solicitud de Patente US2007229379 de Antena Digital UHF/VHF enseña una Antena Digital UHF/VHF (DUV) configurada para recibir DTV en el rango VHF de 174 MHz a 216 MHz, y en el rango UHF de 470 10 MHz a 698 MHz, con una ganancia máxima a lo largo de un eje X. Como se muestra en la Figura 12, este comprende un dipolo conducido (20) y un conjunto de reflectores múltiples (85) colocados a lo largo de un soporte de refuerzo curvado (116) y transversal a éste; el soporte está formado como una parábola en un plano perpendicular al dicho dipolo conducido (20) , el eje parabólico del repetidor hace un ángulo (R1; R2) de entre diez y cincuenta grados con el eje X. Para cuestiones de claridad, la figura muestra solo el conjunto superior de reflectores, 15 se entiende que la antena se conforma como una antena reflectora angular modificada, por la cual la forma curvada de los reflectores realza la directividad de la antena, el diagrama direccional en el plano vertical es simétrico, que no es la mejor forma para técnicas de mapeo por radar.

Objetivos de la invención 20

En vista de lo anterior, el objetivo de la presente invención es proporcionar sistemas radiantes en los cuales las características direccionales están mejor adaptadas a las aplicaciones SAR que los sistemas conocidos en la técnica existente.

Otro objetivo es la provisión de antenas con un tamaño relativamente pequeño, que permita su fijación en aviones de tamaño pequeño o mediano.

Resumen de la invención 30

Los objetivos anteriores se consiguen de la forma como se establece en la reivindicación 1.

Según otra característica de la invención, el reflector de cada antena consta de una superficie conductiva sustancialmente plana.

Según otra característica de la invención, el elemento del dipolo de cada antena se alimenta mediante una línea de transmisión balanceada que comprende dos conductores paralelos al eje longitudinal de la antena, las extremidades proximales de dichos conductores están conectados a las terminales balanceadas de un balun de microstrip tal como se usa comúnmente en las antenas planas Quasi-Yagi (QY) .

Según otra característica de la invención, el dicho balun es bajado 90º en relación al eje longitudinal de la antena y se modifica para que sea más compacto que el equivalente usado en una antena Quasi-Yagi (QY) .

Según otra característica de la invención, el elemento de dipolo conducido al igual que los directores consisten en barras metálicas cilíndricas. 45

Según otra característica de la invención, dicha superficie del reflector es sustancialmente vertical, el eje longitudinal de la antena está perpendicular a dicha superficie y tumbado en una dirección sustancialmente horizontal.

Según otra característica de la invención, la... [Seguir leyendo]

1. Sistema radiante tridimensional asimétrico con un diagrama direccional controlado, que comprende dos antenas modificadas Yagi-Uda (10, 10') , donde cada antena comprende:

- eje longitudinal horizontal (15) con un extremo proximal y un extremo distal;

- elemento de dipolo excitado horizontal (11) colocado entre los extremos distales y proximales del dicho eje longitudinal horizontal (15) y perpendicular a éste;

- elemento reflector pasivo (17, 17') colocado en el extremo proximal de dicho eje longitudinal (15) ;

- pluralidad de directores (12a, 12b, 12c, 12d) que consisten en elementos de conducción rectilíneos parasitarios pasivos, paralelos a y más cortos que dicho elemento de dipolo excitado horizontal (11) y colocado más hacia adelante que éste, caracterizado por el hecho de que dichos elementos directores se distancian a lo largo de un 15 eje curvado (18) con su concavidad hacia abajo y teniendo su parte proximal tangente a dicho eje longitudinal, donde las desviaciones verticales de los directores en relación al eje longitudinal (15) de la antena aumenta gradualmente en proporción con la distancia entre los directores y el dicho dipolo excitado (15) , y dicho elemento reflector pasivo consistente en una superficie reflectora conductiva (17, 17') sustancialmente perpendicular al dicho eje longitudinal. 20

2. Sistema radiante tridimensional asimétrico según la reivindicación 1, donde los ejes longitudinales (15) de dichas antenas apuntan en direcciones horizontales opuestas.

3. Sistema radiante tridimensional asimétrico según la reivindicación 2, donde cada dicho eje longitudinal (15) es 25 sustancialmente perpendicular a cada lado (17, 17') del fuselaje (16) de un avión que lleva el dicho sistema radiante, siendo dichas direcciones de los ejes longitudinales transversales al eje longitudinal del avión.

4. Sistema radiante tridimensional asimétrico según la reivindicación 1, donde dicho elemento de dipolo excitado (11) al igual que dichos elementos directores (12) son proporcionados por barras metálicas. 30

5. Sistema radiante tridimensional asimétrico según la reivindicación 4, donde dichas barras metálicas (11, 12) son cilíndricas.

6. Sistema radiante tridimensional asimétrico según la reivindicación 1, donde para cada antena (10, 10') dicho 35 elemento de dipolo excitado (11) es alimentado por una línea de transmisión balanceada (13) que comprende dos conductores (24, 25) paralelos al eje longitudinal de la antena (15) , donde los extremos proximales de dichos conductores se conectan a las terminales balanceadas (22, 23) de un balun de microstrip (14) .

7. Sistema radiante tridimensional asimétrico según la reivindicación 1, donde dicho balun (14) es bajado 90º en 40 relación al eje longitudinal (15) y es modificado para ser más compacto que el equivalente usado en una antena Quasi-Yagi (QY) .

8. Sistema radiante tridimensional asimétrico según la reivindicación 1, donde el director (12a) más próximo al elemento de dipolo excitado (11) se inclina por un primer ángulo (ADIRI) en relación con el dicho eje longitudinal (15) , 45 cada director siguiente (12b, 12c, 12d) es progresivamente inclinado en relación al que le precede por los mismos segundos ángulos (ADIF) .

9. Sistema radiante tridimensional asimétrico según la reivindicación 8, donde el ángulo de inclinación del primer director (12a) (ADIRI) es 0º y los directores posteriores se inclinan por incrementos (ADIF) de 5º . 50