ES3033473T3 - Improved antenna system and associated decoupling device - Google Patents

Abstract

Este sistema de antena comprende al menos una antena elemental, un plano metálico dispuesto alrededor de la antena elemental y un dispositivo de desacoplamiento (150) dispuesto sobre el plano metálico, siendo el dispositivo de desacoplamiento del tipo de estructura de absorción electromagnética tridimensional constituida por una pluralidad de celdas dispuestas en red, comprendiendo cada celda (152), apiladas según una dirección normal al plano metálico, una base (154) rematada por una pared elevada, caracterizándose el sistema de antena porque la pared elevada (156) está conformada de modo que forma un patrón hueco para atrapar ondas electromagnéticas. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Sistema de antenas mejorado y dispositivo de desacoplamiento asociado

[0001] La presente invención se refiere a los sistemas de antenas, y más en particular, a los sistemas de antenas provistos de un dispositivo de desacoplamiento electromagnético (EM) entre una antena elemental y su entorno cercano.

[0002] Un sistema de antenas incluye uno o varios conjuntos de antenas, incluyendo cada conjunto de antenas a su vez una o varias antenas elementales.

[0003] En emisión o en recepción, un conjunto de antenas está acoplado electromagnéticamente con su entorno, como por ejemplo con otro conjunto de antenas de la antena o con el plano metálico que forma el plano de masa de la antena.

[0004] Pueden participar dos formas de acoplamiento:

- un acoplamiento conducido, que puede cuantificarse mediante los parámetros S o parámetros de distribución, en los accesos (conectores, por ejemplo);

- un acoplamiento irradiado en campo cercano / campo lejano.

[0005] Estos acoplamientos pueden amplificarse por la proximidad física entre conjuntos de antenas, por su proximidad electromagnética (presencia de un radomo común, por ejemplo), por discontinuidades físicas y/o electromagnéticas (efectos de borde del plano metálico, por ejemplo), etc.

[0006] Estos acoplamientos generan efectos indeseables como:

- un aumento del fenómeno de tasa de ondas estacionarias (TOE) activa, que corresponde a la combinación de la TOE de un conjunto de antenas dado y acoplamientos de este conjunto de antenas con los otros conjuntos de antenas de la antena (con la TOE definida como el módulo del coeficiente de reflexión del conjunto de antenas). Esto conduce a una posible alteración de las características de las cadenas de radiofrecuencia (RF) (generación de inestabilidades, ondulaciones, etc.), especialmente en emisión;

- una alteración de la calidad del diagrama de radiación complejo en campo lejano. Más en particular, es posible que aparezcan efectos ondulatorios pronunciados en el lóbulo principal del diagrama de radiación de la antena elemental considerada con los siguientes impactos posibles: una degradación del posicionamiento del lóbulo principal de radiación; una alteración de la amplitud y de la fase de la ganancia irradiada: mayor dependencia en frecuencia con posibles caídas de destructividad, así como una alta variación angular de los diagramas de ganancia en un plano de observación dado; una alteración de la abertura angular del lóbulo principal a -3 dB, en la polarización principal de la antena considerada; un aumento del nivel de ganancia irradiado en polarización inversa; pudiendo este aumento estar localizado en frecuencia o no y degradar la pureza de polarización;

- un efecto de desensibilización de la cadena de recepción de una antena que funciona en recepción por una antena cercana que funciona simultáneamente en emisión.

[0007] Se sabe cómo prever un dispositivo de desacoplamiento entre o en torno a un conjunto de antenas.

[0008] Según un primer enfoque, el plano metálico se refiere a corrugaciones cuyo fin es atrapar las ondas electromagnéticas en la superficie del mismo.

[0009] Habitualmente, la geometría de las corrugaciones se basa en la de los resonadores de cuarto de onda: la profundidad de las corrugaciones es de aproximadamenteA/4;la anchura (W) de las corrugaciones y el hueco (g) entre dos corrugaciones sucesivas verifican la restricción:

dondeAes la longitud de onda correspondiente a la frecuencia de operación deseada de la antena elemental.

[0010] Por lo tanto, esta solución es eficaz para desacoplar los conjuntos de antenas a una frecuencia dada o en su proximidad inmediata. Sin embargo, presenta los siguientes inconvenientes:

- funciona en una banda de frecuencias reducida en torno a la frecuencia de resonancia (banda de paso relativa de la clase del 15 % al 20 %) y fuera de esta banda de paso, los defectos relacionados con el acoplamiento siguen presentes; - el espesor del plano metálico debe ser superior a la profundidad de las corrugaciones y la separación entre los conjuntos de antenas debe ser suficiente para poder colocar un número de corrugaciones suficiente para que sea eficaz. Ahora bien, lo anterior resulta a veces difícil vistas las restricciones de integración en el portador;

-para frecuencias de operación altas, la respuesta de la antena es sensible a la precisión del mecanizado mecánico de las corrugaciones;

-por motivos de resistencia mecánica (presión, por ejemplo), también puede ser necesario llenar las corrugaciones con una espuma dieléctrica (o con otro material (magnetodieléctrico), o bien con el material constitutivo del radomo en ausencia de espuma dieléctrica (por ejemplo, cuando el radomo está en contacto directo con el plano de masa). En este caso, aparecen restricciones de mecanizado suplementarias, con los costes de realización asociados.

[0011]Según un segundo enfoque, en el plano metálico se añade un absorbente electromagnético (EM).

[0012]Puede tratarse de un material de volumen, por ejemplo, a base de un material compuesto magnéticoresina o de espuma dieléctrica porosa cargada con carbono. Esta solución puede presentar como interés una gran eficacia en la disminución de los acoplamientos entre conjuntos de antenas, en un gran campo de incidencia. No obstante, presenta los siguientes inconvenientes:

-para aplicaciones industriales, estos materiales son productos comerciales. Por tanto, no existe un grado de libertad (constituyentes internos del absorbente, tasa de carga, etc.) para adaptar las propiedades del absorbente EM a las necesidades;

-es necesario que el material presente un espesor suficiente para una alta eficacia de desacoplamiento. El espesor del absorbente requerido debe, clásicamente, ser superior o igual al cuarto de longitud de onda en el absorbente EM, para la frecuencia mínima de funcionamiento. De ello se desprende un absorbente EM de alto espesor, lo que es contrario a las restricciones de integración en el portador, donde se busca una compacidad de espesor;

-las características electromagnéticas (permitividad y permeabilidad relativas complejas, especialmente) de estos absorbentes EM no son, por lo general, totalmente controladas por su procedimiento de realización y frecuentemente existen inhomogeneidades pronunciadas entre lotes de absorbentes EM, e incluso dentro de un mismo lote de absorbentes EM. Esto se opone a rendimientos de sistema reproducibles;

-el absorbente EM debe protegerse del entorno exterior por un radomo compatible. Ahora bien, un radomo toma parte en el acoplamiento que se pretende atenuar. Además, degrada la compacidad en espesor buscada;

-la baja resistencia a la presión (especialmente para materiales flexibles) y la masa elevada debido a la alta densidad en volumen (por ejemplo, normalmente superior o igual a 200 kg/m3 para las espumas dieléctricas impregnadas con carbono) suponen una penalización.

[0013]En lugar de un material de volumen puede usarse un absorbente EM estructurado 3D, como el presentado en el artículo de X. Lleshi, T. Q. Van Hoang, B. Loiseaux and D. Lippens, "Design and Full Characterization of a 3-D-Printed Hyperbolic Pyramidal Wideband Microwave Absorber", en IEE<e>Antennas and Wireless Propagation Letters, vol. 20, n° 1, pp. 28-32, enero de 2021, doi: 10.1109/LAWP2020.3037718.

[0014]Se obtiene por periodización de celdas unitarias. Una celda está constituida por un apilamiento piramidal de capas de metal/dieléctrico. Un absorbente EM puede utilizarse en bandas X y Ku, con una absortividad en incidencia normal superior a 0,95 en 8,2-17,2 GHz (donde la absortividad se degrada con la incidencia).

[0015]Dicha estructura es especialmente difícil de realizar ya que es preciso controlar una doble impresión de metal-dieléctrico. Las dispersiones de fabricación afectan más a los rendimientos de RF del absorbente cuanto más elevada sea la frecuencia de trabajo.

[0016]El artículo de Ren J y col., "3D-Printed Low-Cost Dielectric-Resonator-Based Ultra-Broadband Microwave Absorber Using Carbon-Loaded Acrylonitrile Butadiene-Styrene Polymer", Materials (Basel), 20 de julio de 2018, 11(7),1249, describe también un absorbente EM estructurado 3D obtenido por periodización de celdas unitarias. Cada celda está constituida por una base sobre la que se sitúa un cuerpo cilíndrico macizo.

[0017]Dicha estructura es más fácil de realizar que la anterior, pero se reduce la gama de frecuencias en la cual la absortividad es elevada.

[0018]Además, el documento CN 114421 181 A describe un material de construcción adaptado para absorber las ondas electromagnéticas del ambiente. Este material está formado por una placa plana de absorción de ondas electromagnéticas y una pluralidad de unidades de absorción de ondas electromagnéticas que forman un motivo. Cada unidad presenta al menos una cavidad, abierta por encima y delimitada lateralmente por una pared.

[0019]Se conoce también el documento US 2017/365931 A1 que describe superficies de alta impedancia y el documento US 7408500 B2 que describe una antena de radar para vehículos automóviles.

[0020]El objeto de la presente invención es resolver estos problemas proponiendo un dispositivo de desacoplamiento del tipo absorbente EM estructurado 3D alternativo que tiene una eficacia incrementada en una banda de frecuencias más amplia.

[0021]Para ello, la invención tiene por objeto un sistema de antenas según las reivindicaciones adjuntas.

[0022] La invención y sus ventajas se entenderán mejor con la lectura de la descripción detallada que se ofrece a continuación de una realización particular, dada únicamente a modo de ejemplo no limitativo, de manera que esta descripción se realiza en referencia a los dibujos adjuntos donde:

La figura 1 representa, en vista desde arriba y en sección axial, una primera realización de una antena;

La figura 2 es una representación en perspectiva del dispositivo de desacoplamiento de la antena de la figura 1; La figura 3 representa diferentes alternativas de la forma de las celdas de un dispositivo de desacoplamiento; La figura 4 representa, en vista desde arriba y en sección axial, una segunda realización de una antena;

La figura 5 representa las ganancias según la orientación de una antena según el estado de la técnica y de una antena según la segunda realización, para dos frecuencias diferentes del intervalo de frecuencias; y,

La figura 6 es una representación en perspectiva del dispositivo de desacoplamiento de la antena según la invención.

[0023] El objeto de la invención se refiere a un dispositivo de desacoplamiento electromagnético (EM) mejorado, dispuesto entre uno o varios conjuntos de antenas de un sistema de antenas, que permite superar los defectos mencionados anteriormente, suprimiendo, o al menos reduciendo intensamente, los acoplamientos conducidos y/o irradiados.

[0024] El dispositivo de desacoplamiento está compuesto por un absorbente electromagnético estructurado tridimensionalmente de manera que forma un motivo en rebaje adaptado a la absorción de las ondas EM con independencia de su ángulo de incidencia.

[0025] La figura 1 representa, de manera general, una primera realización de un sistema de antenas.

[0026] En esta realización, el sistema de antenas 100 incluye una pluralidad de antenas elementales. Cada antena elemental es una antena de bocina. Como variante, cada antena elemental es una antena de otro tipo como por ejemplo una antena Vivaldi o una antena plana de gran banda de frecuencia (espiral, sinuosa, periódica logarítmica, etc.).

[0027] La bocina de cada antena elemental se realiza en el espesor del plano metálico 105 que forma el plano de masa de la antena 100.

[0028] En la realización representada, las antenas elementales están dispuestas según tres filas. Llevan respectivamente las referencias 111, 112, 113 y 114 para la primera fila, 123, 124 y 125 para la segunda fila, y 131, 132, 133, 134 y 135 para la tercera fila.

[0029] Las antenas elementales de las filas primera y segunda forman un primer conjunto de antenas 101 y las antenas elementales de la tercera fila forman un segundo conjunto de antenas 102.

[0030] El sistema de antenas 100 incluye un dispositivo de desacoplamiento 15, que está colocado, en esta realización, entre los conjuntos de antenas primero y segundo, en una cara delantera del plano metálico 105, estando esta car^a,delantera orientada hacia el semiespacio de emisión/recepción de la antena (es decir, según la dirección normaln).

[0031] El dispositivo de desacoplamiento tiene como función atenuar el acoplamiento principal, que, en esta primera realización, es el acoplamiento entre los conjuntos de antenas primero y segundo.

[0032] El dispositivo de desacoplamiento está dispuesto preferentemente de manera que se coloque sustancialmente al ras con el plano de las aberturas de las bocinas.

[0033] El dispositivo de desacoplamiento 15 está constituido por un absorbente electromagnético estructurado tridimensionalmente («absorbente EM 3D» en lo sucesivo).

[0034] Ventajosamente, para una protección contra las agresiones exteriores, el sistema de antenas 100 incluye uno o varios radomos.

[0035] En la figura 1, se trata de un radomo 140 común a los diferentes elementos de antenas, que recubren la totalidad de la cara delantera del plano metálico 105, no solo los diferentes conjuntos de antenas 101 y 102, sino también el dispositivo de desacoplamiento 15.

[0036] Como variante, solo una parte de la cara delantera del plano metálico está protegida por uno o varios radomos, por ejemplo, un radomo que recubre cada conjunto de antenas. En este caso, el dispositivo de desacoplamiento está expuesto al entorno.

[0037]Ventajosamente, como se representa en la figura 1, la cara delantera del plano metálico 105 está provista de un rebaje 107 adaptado al dispositivo de desacoplamiento 15, siendo la profundidad del rebaje sustancialmente igual a la altura del dispositivo de desacoplamiento.

[0038]Como variante, el dispositivo de desacoplamiento está integrado en el radomo común. Entonces es sostenido por una cara trasera del radomo destinada a situarse enfrente de la cara delantera del plano metálico.

[0039]La figura 2 representa una realización posible del dispositivo de desacoplamiento del sistema de antenas de la figura 1. Esta realización no forma parte de la invención.

[0040]El dispositivo de desacoplamiento 150 está constituido por una pluralidad de celdas 152 que forman una red.

[0041]Por ejemplo, una celda tiene forma paralelepipédica, preferentemente rectangular. Las celdas se reproducen espacialmente de manera que constituyan una red matricial de filas y columnas de celdas.

[0042]Cada celda incluye una base 154 y, sobre esta base, una pared elevada 156 conformada según un motivo en rebaje.

[0043]Mecánicamente, una base 154 sirve de soporte a una pared elevada 156, y las diferentes bases permiten el montaje en el plano metálico del dispositivo de desacoplamiento, por ejemplo, por encolado, o por atornillado, u otro.

[0044]Electromagnéticamente, una base está hecha ventajosamente de un material absorbente EM, para reforzar el efecto global del dispositivo de absorción.

[0045]Los motivos que forman la pared elevada de las diferentes celdas son preferentemente idénticos.

[0046]En la realización de la figura 2, la pared elevada 1156 incluye un marco exterior 157, cuyos lados están dispuestos en paralelo a los bordes de la base 154, y un marco interior 158, que está girado 45° con respecto al marco exterior 157 e imbricado en el interior del marco exterior 157.

[0047]Los espesores de los marcos exterior e interior pueden ser similares o diferentes.

[0048]En el presente documento se proporcionan valores numéricos con el fin de comprender mejor la invención. Sin embargo, estos valores dependen, al cabo, de las propiedades electromagnéticas intrínsecas del material usado en la práctica para realizar el absorbente electromagnético.

[0049]Las dimensiones características de una celda son por ejemplo las siguientes: la longitud L<0>de un lado de la base cuadrada es de aproximadamente 0,5/Aü, con<^ 0>la longitud de onda en el vacío para la frecuencia mínima a partir de la cual la absortividad del absorbente EM es superior o igual a 0,9; el espesor e<0>de la base es de aproximadamente 0,01/Ao (se trata de un grado de libertad para aumentar la absortividad, si bien un espesor de base demasiado elevado reducirá, en un momento dado, la absortividad ya que tenderá hacia una celda de motivo macizo); la longitud L<1>de la pared elevada es ligeramente más baja que la de la base (L1 “ 0,425/A<ü>); el espesor e<1>de la pared elevada es de aproximadamente 0,1/Aü (sabiendo que se pretende dimensionar el absorbente para que se sitúe al ras de la superficie superior del elemento radiante cuando se coloca alrededor del mismo); la anchura h de la pared del marco exterior cuadrado es de aproximadamente 0,0425^; y la anchura h de la pared del marco interior cuadrado es de aproximadamente 0,0275^.

[0050]La base y la pared elevada de una celda permiten absorber las ondas EM. En particular, la imbricación de varios marcos (dos o más) permite mejorar la absorción, especialmente atrapando las ondas EM y esto, en primer orden, sean cuales sean el plano de incidencia y el ángulo de incidencia en este plano de incidencia (evaluado con respecto a la dirección normaln)(existe de hecho una degradación de la absortividad con la incidencia).

[0051]Este efecto está relacionado principalmente con las absorciones múltiples de la onda EM (y de sus reflexiones múltiples posibles) interaccionando con las diferentes paredes, según su ángulo de incidencia con respecto a la normal al plano metálico.

[0052]Además, se ha constatado mediante diferentes ensayos que esta forma permite ensanchar la banda de frecuencia en la cual existe una absorción eficaz.

[0053]Los materiales usados para el absorbente EM 3D pueden ser termoplásticos con aditivo, preferentemente con propiedades eléctricas seleccionadas de manera adaptada, especialmente termoplásticos de disipación estática(Electrostatic Dissipative Thermoplastics,ESD), como por ejemplo «ABS ESD», «PEEK ESD», «PEKK ESD», «PEI ESD», «PLA ESD», etc. Se trata de ESD con propiedades particulares. Son termoplásticos con carga suficiente de carbono para generar una resistividad dieléctrica elevada, pero con carga insuficiente de carbono para no convertirse en conductores. En la presente invención se obtiene provecho de esta resistividad elevada y, por tanto, de las pérdidas dieléctricas correspondientes. Estos termoplásticos se presentan a menudo en forma de hilos para la impresión 3D.

[0054]Como variante podrían usarse materiales dieléctricos o magnetodieléctricos.

[0055]Para estructurar el absorbente EM 3D, también es posible asociar diferentes materiales, como por ejemplo un motivo imbricado en termoplástico ESD y una base con un material magnetodieléctrico.

[0056]La fabricación del dispositivo de desacoplamiento puede realizarse directamente por impresión 3D, especialmente de compresión de dos materiales cuando se obtiene un dispositivo de desacoplamiento integrado en un radomo. En este último caso, se usa por ejemplo un termoplástico para el radomo y un termoplástico ESD para el absorbente EM 3D.

[0057]El plano metálico (o el radomo) se mecaniza de manera que se le proporciona el rebaje 107 de recepción del dispositivo de desacoplamiento 150. Para el ensamblaje, el absorbente EM 3D se adhiere por ejemplo en el fondo de este rebaje. El hecho de disponer un rebaje en el plano metálico permite reducir más el espesor del sistema de antenas, así como su masa.

[0058]Para restricciones de resistencia en el entorno (presión, humedad, etc.), las partes en rebaje del absorbente EM 3D se llenan ventajosamente con un material complementario. Por ejemplo, es posible usar un termoplástico ESD para la función de absorción EM y un termoplástico compatible, para asegurar la resistencia en el entorno. Como ejemplos de termoplástico compatible se pueden citar el «<a>B<s>», el «PLA» y el «PA».

[0059]Al ser el material complementario ligero, este añadido presenta el interés de no aumentar significativamente la masa del dispositivo de desacoplamiento, a la vez que ofrece un grado de libertad suplementario para adecuar la absortividad según la frecuencia de trabajo, así como para mejorar el efecto para atrapar ondas EM dentro del absorbente EM 3D.

[0060]El dimensionamiento de las celdas (especialmente, forma de los motivos, dimensiones de los motivos en las tres direcciones, espesor de la base y distancia entre celdas) se optimiza ventajosamente mediante simulación EM 3D con, como criterio de convergencia, una absortividad A preferentemente superior o igual a 0,9 en la banda de frecuencia de trabajo deseada (A = 1 -|S11|2, con |S11| la reflexividad simulada en un plano de referencia dado), que corresponde a una reflexividad inferior o igual a -10 dB.

[0061]En la realización de la figura 2 (motivo constituido por dos marcos cuadrados a 45° uno del otro) es posible predimensionar primero los lados de los marcos que conocen las propiedades electromagnéticas efectivas del material constitutivo y optimizar a continuación las dimensiones del absorbente EM 3D para obtener la absortividad deseada.

[0062]La figura 3 representa diferentes realizaciones alternativas del dispositivo de desacoplamiento de un sistema de antenas. Estas diferentes realizaciones difieren únicamente en la forma del motivo de las celdas del absorbente EM 3D del dispositivo de absorción. Estas diferentes realizaciones no forman parte de la invención.

[0063]En la figura 3A, la celda 52 incluye una base 54 y una pared elevada 56. Esta última está compuesta por un marco exterior 57 de forma cuadrada, cuyos lados son paralelos a los bordes de la base, y un marco interior 58 de forma también cuadrada, recibido en el interior del marco exterior, y cuyos lados son paralelos a los bordes de la base.

[0064]En la figura 3B, la celda 152 incluye una base 154 y una pared elevada 156. Esta última está compuesta por un marco exterior 157 cuadrado, cuyos lados son paralelos a los bordes de la base, y un marco interior 158 también cuadrado, recibido en el interior del marco exterior, y cuyos lados forman un ángulo de 45° con respecto a los bordes de la base. Las esquinas del marco interior se confunden con el marco exterior. Se trata de la realización de la figura 2.

[0065]En la figura 3C, la celda 252 incluye una base 254 y una pared elevada 256. Esta última está compuesta por un marco exterior 257 cuadrado, cuyos lados forman un ángulo de 45° con respecto a los bordes de la base, y un marco interior 258 también cuadrado, recibido en el interior del marco exterior, y cuyos lados son paralelos a los bordes de la base.

[0066]En la figura 3D, la celda 352 incluye una base 354 y una pared elevada 356. Esta última está compuesta por un marco exterior 357 cuadrado, cuyos lados forman un ángulo de 45° con respecto a los bordes de la base, y un marco interior 258 también cuadrado, recibido en el interior del marco exterior, y cuyos lados forman un ángulo de 45° con respecto a los bordes de la base.

[0067]En la figura 3E, la celda 452 incluye una base 454 y una pared elevada 456. Esta última está compuesta por un marco exterior 457 en forma de anillo circular, y un marco interior 458 también en forma de anillo circular, recibido en el interior del marco exterior.

[0068]En la figura 3F, la celda 552 incluye una base 554 y una pared elevada, que está compuesta por un único marco 557, en este caso de forma poligonal, especialmente hexagonal.

[0069]En la figura 3G, la celda 652 incluye una base 654 y una pared elevada 656. Esta última está compuesta por un marco exterior 657 en forma de hexágono, y un marco interior 658 también en forma de hexágono, recibido en el interior del marco exterior y orientado como el marco exterior.

[0070]La figura 4 representa una segunda realización de un sistema de antenas.

[0071]En esta segunda realización, el sistema de antenas 200 incluye una antena elemental 211, que es por ejemplo una antena plana de gran banda de frecuencia. En esta segunda realización se trata de una antena sinuosa de doble polarización, que forma un disco de radio R y de espesor E, dispuesta en el plano metálico 205 de la antena 200.

[0072]El plano metálico 205 es, en este caso, una placa de pequeño espesor con respecto al del elemento radiante.

[0073]El sistema de antenas 200 incluye un dispositivo de desacoplamiento 25. Está situado en el plano metálico 205 de manera que rodea a la antena elemental 211. Ventajosamente, la cara delantera del dispositivo de desacoplamiento está al ras del plano de antena.

[0074]Está fija, por ejemplo, en el plano metálico 205 por medio del tornillo 272 que pasa por orificios pasantes 271.

[0075]El dispositivo de desacoplamiento 25 tiene como función atenuar el acoplamiento principal, es decir, en esta segunda realización, el acoplamiento entre el elemento radiante y el plano metálico 205. De hecho, cuando los conjuntos de antenas están lo bastante separados físicamente unos de otros, el acoplamiento irradiado que puede existir entre ellos se reduce y el acoplamiento principal es el propio de entre un conjunto de antenas dado y su entorno físico cercano (plano metálico y/o radomo). Así, como variante, el sistema de antenas podría incluir una pluralidad de antenas elementales, pero que estarían suficientemente alejadas unas de otras para que el acoplamiento principal sea el propio de entre una antena elemental y el plano metálico. Se puede decir que esta segunda realización se refiere a uno o varios elementos radiantes aislados entre sí.

[0076]El dispositivo de desacoplamiento 25 está compuesto por un absorbente electromagnético estructurado tridimensionalmente con un motivo en rebaje. Por ejemplo, el dispositivo de desacoplamiento 25 está estructurado según la realización A de la figura 3, salvo un factor de escala, siendo este factor de escala una función de la gama de frecuencia de trabajo prevista para el funcionamiento del sistema de antenas 200. Como variante, el dispositivo de desacoplamiento 25 está estructurado según otra realización, una cualquiera de las realizaciones de la figura 3 o la realización de la figura 6.

[0077]Ventajosamente, como protección contra las agresiones exteriores, el sistema de antenas 200 incluye uno o varios radomos (no representados en la figura 4).

[0078]La figura 5 ilustra la respuesta RF medida en un conjunto de antenas de gran banda de frecuencia, por medio de dos gráficos, proporcionando cada gráfico la ganancia (expresada en decibelios isotrópicos - dBi) irradiada según el ángulo de orientación (expresado en grados - Deg), en ángulo de sitio nulo y en polarización principal.

[0079]En cada uno de estos gráficos, la curva C1 corresponde al dispositivo de antenas de la figura 1 o al de la figura 4 pero sin dispositivo de desacoplamiento y la curva C2 corresponde al dispositivo de antenas de la figura 1 o al de la figura 4 con dispositivo de desacoplamiento.

[0080]Por ejemplo, el primer gráfico corresponde a una frecuencia F1 cercana a la frecuencia FMIN y el segundo gráfico corresponde a una frecuencia F2 cercana a la frecuencia FMAX.

[0081]Las frecuencias FMIN y FMAX son los límites de la banda de frecuencias útil de la antena en la cual se obtiene una absortividad elevada (por ejemplo, superior a 0,9).

[0082]El experto en la materia constatará una mejora de la ganancia con la implementación de la invención, así como una estabilización de la misma según el ángulo de orientación (supresión del efecto de ondulación de la ganancia).

[0083] Además, estos ensayos han permitido probar la eficacia de la solución en una amplia gama de frecuencias. Con respecto al estado de la técnica presentado en el artículo de Ren J. y col., cuya banda de frecuencia útil presenta una relación FMAX/FMIN de 3, la solución propuesta permite en este caso una absortividad de 0,9 al menos en una banda útil muy amplia, normalmente con una relación FMAX/FMIN de 10.

[0084] La figura 6 representa una realización, según la invención, de un dispositivo de desacoplamiento, ya se trate del dispositivo 15 del sistema de antenas de la figura 1 o del dispositivo 25 del sistema de antenas de la figura 4.

[0085] En la figura 6, el dispositivo de desacoplamiento 750 está constituido por una pluralidad de celdas 752 que forman una red.

[0086] Por ejemplo, una celda tiene forma paralelepipédica, preferentemente rectangular. Las celdas se reproducen espacialmente de manera que constituyan una red matricial de filas y columnas de celdas.

[0087] Cada celda incluye una base 754 y, sobre esta base, una pared elevada 756 conformada según un motivo en rebaje.

[0088] Los motivos que forman la pared elevada de las diferentes celdas son preferentemente idénticos.

[0089] En esta realización, una pared elevada 756 está compuesta por un marco exterior 757 y un marco interior 758.

[0090] El marco exterior 757 está provisto, en su periferia, de al menos un saliente que sobresale radialmente hacia el exterior del marco exterior 757, es decir, hacia las celdas vecinas.

[0091] Por ejemplo, el marco exterior 757 tiene forma cuadrada.

[0092] Cada uno de los vértices del marco exterior 757 está provisto de un saliente de esquina 755. Un saliente de esquina entra en contacto con uno o varios salientes de esquina llevados por los marcos exteriores de celdas adyacentes a la celda considerada.

[0093] Como variante o combinación, cada uno de los lados del marco exterior 757 está provisto de un saliente central 755. Un saliente central entra en contacto con un saliente central llevado por el marco exterior de la celda adyacente situada frente a la celda considerada de manera que forma una unión entre estos marcos exteriores de celdas vecinas.

[0094] Como variante o combinación de las variantes anteriores, el marco interior 758 está provisto también de al menos un saliente que sobresale radialmente hacia el exterior del marco interior 758 hacia el marco vecino, es decir, hacia el marco exterior 757 de la celda considerada.

[0095] Por ejemplo, en la figura 6, el marco interior 758 tiene forma cuadrada.

[0096] Cada uno de los vértices del marco interior 757 está provisto de un saliente de esquina 759. Un saliente de esquina entra en contacto con el marco exterior, por ejemplo, con la esquina del marco exterior.

[0097] Como variante o combinación, el marco interior podría llevar salientes centrales que formaran otras tantas uniones con el marco exterior de la misma celda.

[0098] Los salientes de las diferentes celdas permiten cerrar los canales entre paredes opuestas, como por ejemplo el canal 760 entre dos filas de celdas, el canal 761 entre dos líneas de celdas, o incluso como el canal 762 entre la pared interior del marco exterior 757 y la pared exterior del marco interior 758 de la misma celda.

[0099] Esto permite atrapar las ondas electromagnéticas, especialmente las ondas rasantes, que en caso contrario podrían propagarse a lo largo de dichos canales.

[0100] De hecho, el nivel para atrapar ondas rasantes se mejora aumentando la altura de los marcos encima de la base. La presencia de salientes permite alcanzar un mismo nivel de atrapamiento, pero sin aumentar la altura. Dicho de otro modo, para una misma altura de la pared elevada, la presencia de salientes permite aumentar significativamente el atrapamiento de las ondas rasantes.

[0101] Sobre este particular, un aumento del espesor de base conduciría a una degradación de la reflexividad. La invención propuesta permite alcanzar un compromiso entre la reflexividad deseada (normalmente inferior a -10 dB) en una gran banda de frecuencia, a la vez que se atrapan las ondas rasantes (entre celdas unitarias, en el nivel de la interfaz absorbente-plano metálico).

[0102]Así, el dispositivo de desacoplamiento según la invención es especialmente eficaz a la vez que mantiene un espesor bajo.

[0103]Más en general, el nivel para atrapar ondas electromagnéticas buscado para un dispositivo de desacoplamiento resulta de un compromiso entre el dimensionamiento de los salientes (de unión o de no unión) y la altura de los marcos constitutivos de la pared elevada.

[0104]Como variante se dispone un intervalo entre un saliente y bien el o los salientes vecinos o bien el marco vecino. El canal correspondiente no se ve así obturado (caso en que los salientes son de unión) pero presenta un estrechamiento (caso en que los salientes son de no unión).

[0105]Como variante, un marco adopta una forma poligonal distinta a la de un simple cuadrado (por ejemplo, un hexágono, como en la realización de la figura 3G), los marcos están imbricados, pero con una orientación diferente (por ejemplo, con una rotación de 45°, como en la realización de la figura 3C) y/o con alturas diferentes.

[0106]Si los salientes preferentemente forman una sola pieza con la pared elevada, como variante, los salientes se añaden y, por tanto, pueden no estar hechos con el mismo material que el que forma las celdas unitarias absorbentes.

[0107]En otra variante más, un saliente presenta un gradiente de absorción. Este se obtiene, por ejemplo, mediante la variación de la tasa de carga en volumen del material usado o con la impresión de materiales múltiples.

[0108]Según los puntos calientes de ondas rasantes (identificable calculando el vector de Poynting o la densidad de energía electromagnética en diferentes puntos), este gradiente puede estar asociado a una variación de espesor y de anchura del saliente.

[0109]Según la invención el dispositivo de desacoplamiento está compuesto por un absorbente electromagnético estructurado tridimensionalmente que es eficaz en un gran intervalo de frecuencias, de espesor compacto, de masa baja y de dispersión controlada, a la vez que pasivo.

Claims (11)

REIVINDICACIONES

1. Sistema de antenas (100) que incluye al menos una antena elemental (125), un plano metálico (105) previsto alrededor de la antena elemental y un dispositivo de desacoplamiento (750) dispuesto sobre el plano metálico, siendo el dispositivo de desacoplamiento del tipo estructura de absorción electromagnética tridimensional constituida por una pluralidad de celdas dispuestas en red, incluyendo cada celda (752), apiladas según una dirección normal al plano metálico, una base (754) con una pared elevada (756) sobre ella, estando el sistema de antenascaracterizado porquela pared elevada está conformada de manera que forma un motivo en rebaje para atrapar ondas electromagnéticas, estando el motivo en rebaje constituido por varios marcos (757, 758) imbricados, yporqueal menos un marco de cada motivo está provisto de al menos un saliente (755, 759), extendiéndose dicho al menos un saliente separado lateralmente del marco y siendo capaz de cooperar con un marco vecino de la misma celda o de una celda vecina, con el fin de obturar, al menos parcialmente, un canal entre el marco y dicho marco vecino.

2. Sistema de antenas según la reivindicación 1, donde el motivo en rebaje incluye un marco exterior (757) y un marco interior (758), teniendo el marco exterior una forma seleccionada entre: un cuadrado, un rectángulo, un anillo o un polígono, y teniendo el marco interior una forma seleccionada entre: un cuadrado, un rectángulo, un anillo o un polígono.

3. Sistema de antenas según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde: un lado de la base es de aproximadamente 0,5Aü; un espesor de la base es de aproximadamente 0,01Aü; una extensión característica de la pared elevada es de aproximadamente 0,425Aü; un espesor de la pared elevada es de aproximadamente 0,1Aü; una anchura de la pared elevada está entre aproximadamente 0,0425Aü y aproximadamente 0,0275Aü, donde A<0>es la longitud de onda en el vacío para la frecuencia mínima a partir de la cual la absortividad del absorbente electromagnético es superior o igual a 0,9.

4. Sistema de antenas según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el material de la base y/o la pared elevada es un termoplástico con aditivo, preferentemente un termoplástico de disipación estática.

5. Sistema de antenas según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde las celdas son idénticas entre sí.

6. Sistema de antenas según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el dispositivo de desacoplamiento está dispuesto entre dos antenas elementales (125, 135) para una atenuación de un acoplamiento entre dichas dos antenas elementales o alrededor de una antena elemental para una atenuación de un acoplamiento entre dicha antena elemental y el plano metálico (205).

7. Sistema de antenas según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el plano metálico (150) está provisto de un rebaje (107) de recepción del dispositivo de desacoplamiento (750).

8. Sistema de antenas según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que incluye al menos un radomo (140).

9. Sistema de antenas según la reivindicación 8, donde el dispositivo de desacoplamiento está integrado en el radomo.

10. Sistema de antenas según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde una parte en rebaje del motivo de una celda del dispositivo de desacoplamiento está llena de un material complementario, preferentemente compatible con el material usado para la base y la pared elevada de dicha celda.

11. Sistema de antenas según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la antena elemental es una antena de bocina, una antena Vivaldi o una antena plana de gran banda de frecuencia, como una antena espiral, sinuosa o periódica logarítmica.