ES2335691T3 - Antena estructural de banda ancha que funciona en la gama de hf, particularmente para instalaciones navales. - Google Patents

Abstract

Sistema de antena para funcionar en la gama de frecuencias de HF, particularmente para comunicaciones navales, que comprende una configuración radiante lineal (14) adaptada para ser asociada operativamente con un conductor de tierra (GND) y una estructura naval preexistente (F) que tenga una extensión predominantemente vertical y sea eléctricamente conductora, caracterizado porque dicha configuración radiante lineal (14) incluye: - una pluralidad de elementos alámbricos radiantes con una extensión predominantemente vertical, que forman una primera rama conductora (H), adaptada para quedar operativamente acoplada a un circuito (12) de alimentación de señales de radiofrecuencia; y - una pluralidad de elementos alámbricos radiantes con una extensión predominantemente horizontal, que forman al menos una rama conductora transversal (W), para conectar la rama conductora (H), adaptada para quedar acoplada a un circuito (12) de alimentación, con dicha estructura naval (F), estando dispuestos dichos elementos radiantes de tal manera que forman al menos una trayectoria cerrada entre el circuito (12) de alimentación y el conductor de tierra (GND) a través de dicha estructura naval (F), y - una pluralidad de dispositivos eléctricos de impedancia (Z1 - Z4) interpuestos a lo largo de las ramas conductoras (H, W) y adaptados para crear selectivamente, de acuerdo con la frecuencia de funcionamiento, una pluralidad de trayectorias de corriente diferentes a lo largo de dichas ramas conductoras (H, W) correspondientes a una pluralidad de configuraciones eléctricas y/o geométricas de la configuración radiante antes mencionada.

Description

Antena estructural de banda ancha que funciona en la gama de HF, particularmente para instalaciones navales.

La presente invención está relacionada con una antena estructural y, en particular, con una antena estructural de banda ancha para funcionar en la gama de frecuencias de HF.

Más específicamente, la invención está relacionada con un sistema de antena del tipo al que se hace referencia en el preámbulo de la reivindicación 1.

En sistemas de comunicaciones por radio para instalaciones navales, en la gama de frecuencias de HF (2 MHz - 30 MHz), utilizada convencionalmente para las comunicaciones navales, las antenas utilizadas hoy día deben cumplir, no solamente el requisito de funcionar en una pluralidad de canales de transmisión a través de la gama de frecuencias de la banda y permitir enlaces en las proximidades del horizonte (onda superficial u onda marina, para distancias de hasta aproximadamente 100 km), más allá del horizonte (BLOS, del inglés "Beyond Line of Sight" - más allá de la línea de visión), para distancias de más de aproximadamente 100 km) y con ángulos de elevación altos (NVIS, del inglés "Near Vertical Incidence Skywave" - onda ionosférica de incidencia casi vertical), sino que también deben ser tan compactas como sea posible con el fin de ser compatibles con el espacio disponible a bordo de las unidades
navales.

Se han propuesto por tanto sistemas de transmisión conocidos como sistemas "multicanal", para combinar una pluralidad de canales de transmisión utilizando una sola antena de banda ancha, en cuya entrada se suma una multiplicidad de canales de transmisión por medios de circuitos combinadores. Estos sistemas multicanal se construyen con ayuda de amplificadores de potencia (generalmente del orden de 1 kW) que pueden ser asignados independientemente a servicios diferentes o a un solo canal.

Con esta solución, el control de potencia es crítico y hay específicamente una pérdida de potencia debido a la presencia de los circuitos combinadores.

A modo de ejemplo, se puede indicar que la combinación de ocho canales con transformadores híbridos en una sola antena da como resultado una potencia efectiva de aproximadamente 125 W suministrada a cada canal, con una potencia de pico de 8 kW. Consecuentemente, un sistema multicanal requiere amplificadores que proporcionen una potencia aumentada en un orden de magnitud sobre la potencia realmente radiada, y está sujeto a una pérdida considerable de la eficiencia.

Este problema se resuelve convencionalmente instalando en la nave múltiples antenas, que tienen configuraciones diferentes y que funcionan en sub-bandas de frecuencia independientes, estando asignada cada una de ellas a un canal específico.

Por ejemplo, se utilizan antenas "en abanico" para enlaces con altos ángulos de elevación a frecuencias en la gama desde 2 MHz a 8 MHz, y se utilizan antenas con geometría "látigo", con carga si es necesario, para las comunicaciones por onda marina y comunicaciones más allá del horizonte, a frecuencias en la gama de 10 MHz a 30 MHz.

La coexistencia de una pluralidad de antenas para distintos servicios y modos de comunicaciones, no solamente requiere una gran cantidad de espacio, complicadas redes de alimentación y elaborados sistemas de control en una nave, sino que también tiene el inconveniente de generar interferencias (con las estructuras navales preexistentes, por ejemplo) que pueden degradar el rendimiento esperado de las antenas individuales.

El problema del uso eficiente del espacio disponible ha sido acometido durante algún tiempo en los entornos aeronáuticos en los que son usuales las soluciones estructurales, en las cuales toda la aeronave o parte de ella (tal como el fuselaje) se utiliza como elemento radiante por medio de procedimientos de alimentación adecuados (antenas de "ranura" o de "servilletero"). Sin embargo, tales soluciones no se encuentran en el contexto naval, donde la dificultad asociada con la solución de problemas electromagnéticos para la transmisión en la banda de HF ha originado que las comunicaciones en esta banda sean abandonadas progresivamente en favor de las comunicaciones más eficientes por satélite.

El documento US 5014068 divulga una antena de comunicaciones de banda ancha de HF para buques de superficie en los que una tira conductora larga y plana está acoplada capacitivamente a superestructuras existentes del buque, tales como un mástil y tubo vertical, para ayudar a conseguir el funcionamiento en banda ancha.

Más aún, también se conoce en la técnica una configuración radiante cargada con dispositivos eléctricos de impedancia para conseguir un funcionamiento en banda ancha, por ejemplo por el documento US 2003/103011 y US 5600335.

El documento US 2003/103011 describe una antena lineal de banda ancha cargada con circuitos situados a lo largo de la estructura de la antena y comprende configuraciones de inductancia-resistencia en paralelo u otras combinaciones o elementos de circuito pasivos.

El documento US 5600335 divulga una antena lineal de banda ancha y alta potencia, en la que cada sección de antena comprende una pluralidad de elementos radiantes eléctricamente conductores que son sustancialmente co-lineales, fijados sobre un aislante eléctrico montado sobre un plano de tierra horizontal. Cada elemento radiante tiene una longitud apropiada para conseguir una eficiencia global óptima de la antena de potencia de banda ancha sobre la anchura de banda de frecuencias de una señal de entrada. Hay al menos dos elementos de carga que están acoplados eléctricamente cada uno de ellos entre los elementos radiantes en cada sección de antena. Cada elemento de carga comprende una combinación en paralelo de una resistencia, una inductancia y un condensador para conseguir una eficiencia global óptima de la antena de banda ancha de alta potencia, sobre la anchura de banda de frecuencias de la señal de entrada.

El objeto de la presente invención es proporcionar un sistema multifuncional de antena de banda ancha para el funcionamiento en la gama de frecuencias de HF, que está diseñado particularmente para instalaciones fijas a bordo de unidades navales, y que hace posible construir un sistema multifuncional de comunicaciones multicanal por radio eficiente, flexible y de múltiples propósitos, en un espacio de instalación limitado.

Un objeto adicional de la invención es proporcionar un sistema de antena que pueda formar la base de un sistema de antenas más complejo, posiblemente uno que permita también el control del diagrama de radiación en términos de direccionalidad y capacidad de exploración.

Con este objetivo, la invención propone un sistema de antena estructural que tiene las características reivindicadas en la reivindicación 1.

En las reivindicaciones dependientes se definen modos de realización específicos.

El sistema de antena propuesto por la presente invención garantiza que supera los límites de las antenas de la técnica anterior, como resultado de la configuración especial de los elementos radiantes de la antena y la inclusión entre estos de una estructura naval preexistente que tiene una extensión predominantemente vertical, proporcionando soporte para la configuración de radiación lineal junto con la compensación intrínseca de los efectos de la distorsión de las características de radiación de esta configuración, debidos a la presencia de dicha estructura
naval.

La consecución de un modo de comunicaciones multicanal depende de la provisión de dispositivos eléctricos de impedancia que crean una antena multifuncional, en otras palabras, una que pueda ser configurada de acuerdo con la frecuencia de funcionamiento.

La provisión de dispositivos eléctricos de impedancia hace posible también ventajosamente compensar los efectos de la distorsión debidos al acoplamiento con otras estructuras navales presentes en todos los casos, permitiendo así modificar la condición de carga de la antena en la fase de diseño o bien durante la instalación.

De acuerdo con el teorema de reciprocidad, el comportamiento y características de una antena permanecen inalterados, independientemente de que se use como antena receptora o transmisora, y por tanto en la presente descripción se considera el funcionamiento de una antena transmisora y la definición de algunas características hace referencia a ésta por razones de claridad, sin excluir el uso del dispositivo en la recepción.

En pocas palabras, el sistema de antena estructural propuesto por la invención, en su configuración más sencilla, está caracterizado por el acoplamiento de una configuración radiante lineal (producida por la combinación de elementos alámbricos diversamente orientados), a una estructura naval conductora eléctricamente previamente existente que tiene una extensión predominantemente vertical, tal como una chimenea o torreta, cuya altura es típicamente comparable con la de una antena naval de "látigo" convencional. Tal estructura no solamente tiene la funcionalidad intrínseca para la cual está presente en un ambiente naval, sino que también actúa como soporte para la configuración radiante lineal y como parte del propio sistema de antena.

Ventajosamente, el sistema de antena estructural resultante es bastante compacto y no aumenta significativamente las dimensiones globales de la estructura preexistente que forma parte del entorno naval.

La configuración radiante lineal tiene una dimensión global predominantemente vertical y comprende una rama conductora alimentada, que tiene una extensión predominantemente vertical, conectada por medio de al menos una rama conductora con una extensión predominantemente horizontal con la estructura naval, que actúa como un elemento conductor de retorno a tierra, de tal manera que forma al menos una trayectoria cerrada.

Un tipo de estructura que incluye al menos una rama conductora angulada adicional, que conecta la rama alimentada de extensión vertical con la rama de conexión con extensión horizontal, hace posible formar una pluralidad de trayectorias de corriente mediante una selección conveniente de una configuración de los elementos radiantes de la antena.

La selección de una de las configuraciones antes mencionadas es automática y dependiente de las diferentes sub-bandas de frecuencia de la gama de HF, y se lleva a cabo como resultado del comportamiento de los dispositivos eléctricos de impedancia, hechos al menos parcialmente en forma de circuitos de dos terminales de constante acumulada, preferiblemente circuitos LC de dos terminales con configuraciones resonantes en serie o paralelo, que actúan como filtros de paso de banda o de banda eliminada para la corriente que fluye en los elementos radiantes de la antena.

Los dispositivos eléctricos de impedancia hacen posible modificar selectivamente el flujo de corriente en las ramas conductoras a frecuencias diferentes (y por tanto de acuerdo con el tipo de servicio), de tal manera que forman diagramas de radiación con ángulos de elevación bajos, medios y altos, al tiempo que actúan simultáneamente como un circuito de adaptación distribuido a lo largo de la antena.

Un sistema estructural de antena basado en la configuración radiante propuesto por la invención, puede ser configurado con uno o más puntos de alimentación, y puede funcionar en modo de un solo canal o en multicanal.

Un sistema de antena que comprende una sola configuración radiante lineal, y por tanto un solo punto de alimentación, puede ser utilizado como un elemento radiante multifuncional de banda ancha (en el sentido definido anteriormente) con una relación de onda estacionaria de menos de 3:1 en toda la banda de HF y con una eficiencia de radiación de aproximadamente 0,5% - 30%, entre 2 MHz y 10 MHz, aproximadamente 30% - 50% entre 10 MHz y 15 MHz, y aproximadamente 50% - 80% entre 15 MHz y 30 MHz.

Al conectar una multiplicidad de configuraciones radiantes lineales similares a la estructura naval conductora preexistente, se produce un sistema de antena estructural de alimentación múltiple, que está adaptado para funcionar en modo multicanal o bien de un solo canal, con la posibilidad de conformar y dirigir el diagrama de radiación de acuerdo con el tipo específico de servicio.

En el primer caso (comunicaciones de radiodifusión), la configuración con múltiples puntos de alimentación (puertos) hace posible asignar un canal diferente (señal) a cada puerto, evitando así el uso de circuitos combinadores, y proporcionando las ventajas evidentes de mayor eficiencia del sistema de antena y un menor coste de los sistemas de transmisión, al tiempo que limita las dimensiones globales de las configuraciones radiantes.

En el segundo caso, en el modo multicanal, en otras palabras, cuando se utiliza una pluralidad de puertos de alimentación para un solo canal (señal), se hace posible dar forma (particularmente estrechar) y orientar el lóbulo de radiación para conseguir una ganancia en términos de rendimiento.

En particular, se hace posible optimizar la potencia transmitida en comunicaciones de no-radiodifusión para las cuales la radiación puede estar contenida en un sector angular limitado. Ventajosamente, esto permite utilizar el mismo sistema de antena para la onda marina, la reflexión ionosférica y las comunicaciones NVIS.

También es posible reducir la potencia entregada, y por tanto limitar la interacción con las demás estructuras de la nave.

Hay otra función relacionada con la posibilidad de hacer funcionar el sistema de antena de un solo canal como una agrupación de antenas con capacidades de apuntamiento y exploración, controlando las amplitudes y las fases de la señal de alimentación para cada configuración radiante.

Ventajosamente, la configuración propuesta está adaptada para producir una radiación suficientemente uniforme en todas las direcciones a frecuencias bajas (2 MHz - 10 MHz) y radiación omnidireccional en los planos horizontales a frecuencias medias y altas (10 MHz - 30 MHz), permitiendo así una provisión simultánea de todos los servicios requeridos en la banda de HF, es decir, la onda marina, la onda ionosférica y la comunicación más allá del horizonte con distintos ángulos de elevación, sin necesidad de ninguna modificación mecánica o reconfiguración del sistema de antena o de su circuito de alimentación.

Se revelarán otras características y ventajas de la invención de manera más completa en la siguiente descripción detallada, proporcionada a modo de ejemplo y sin intención restrictiva, con referencia a los dibujos anexos, en los cuales:

la figura 1 es una representación esquemática, en una vista lateral y desde arriba, de un sistema estructural de antena propuesto por la invención;

la figura 2 es una representación esquemática de la distribución de dispositivos eléctricos de impedancia a lo largo de la configuración radiante lineal del sistema de antenas de la figura 1;

la figura 3 es una representación esquemática de un circuito de alimentación para el sistema de antena de la figura 1;

las figuras 4a-4f son representaciones de los diagramas de radiación del sistema de antena estructural de la figura 1, a distintas frecuencias de la banda de HF;

la figura 5 es una representación esquemática, en una vista en perspectiva, de un sistema de antena estructural con múltiples alimentadores propuesto por la invención; y

la figura 6 muestra un sistema de control para el sistema de antena estructural con alimentación múltiple de la figura 4.

Un sistema de antena estructural multifuncional de banda ancha, propuesto por la invención, adaptado para funcionar en la gama de frecuencias de HF (2 MHz - 30 MHz) está indicado en general con el número 10. En la figura 1, se muestra en una configuración de instalación para uso como antena transmisora, conectada a una unidad 12 de alimentación y a un plano de tierra GND.

Como se ha mencionado en la parte introductoria de esta descripción, de acuerdo con el teorema de reciprocidad, el comportamiento y características de antena permanecen inalterados, independientemente de que sea utilizado como antena receptora o transmisora. Meramente a modo de ilustración, y sin intención restrictiva, la siguiente parte de la descripción estará relacionada con el funcionamiento de un sistema de antena de transmisión, con el único fin de definir en la manera más clara y apropiada las características del circuito de alimentación de la señal de radiofrecuencia.

El sistema de antena de la figura 1 representa una antena estructural que comprende una sola configuración radiante lineal 14 (y por tanto con un solo punto de alimentación), acoplada a una estructura naval preexistente, eléctricamente conductora, que tiene una extensión predominantemente vertical, tal como una chimenea F, situada en un plano meridiano.

La configuración global del sistema de antena es predominantemente vertical, y la configuración radiante lineal está montada preferiblemente sobre un plano de tierra horizontal, por ejemplo una superficie de la estructura naval.

La configuración radiante lineal de la antena comprende elementos radiantes de alambre con una extensión predominantemente vertical, y elementos radiantes de alambre con una extensión predominantemente transversal, siendo coplanarios todos esos elementos.

Los elementos radiantes con una extensión predominantemente vertical forman una primera rama conductora vertical H conectada a un terminal de la unidad 12 de alimentación.

La estructura naval consistente en una chimenea F, que tiene un cuerpo cilíndrico o de cono truncado erigido sobre una superficie de la estructura naval, está hecha a partir de material conductor o bien se hace conductora mediante la aplicación de un recubrimiento metálico. Forma el conductor de retorno, que está conectado eléctricamente al plano de tierra GND.

La rama conductora alimentada H está conectada a la estructura F de chimenea por medio de una rama conductora transversal W consistente en al menos un elemento radiante que tiene una extensión predominantemente horizontal, y forma con éstos últimos una trayectoria rectangular cerrada entre la unidad de alimentación y el plano de tierra. La rama transversal conductora W está conectada a la rama alimentada H en un punto intermedio de la rama, a una distancia predeterminada desde el extremo superior libre de la última.

Hay conectada una rama conductora angulada A en su extremo superior, con la rama transversal conductora W, y en su extremo inferior con la rama conductora vertical H, en los correspondientes puntos intermedios de las ramas antes mencionadas, y forma una segunda trayectoria poligonal cerrada entre la unidad de alimentación y el plano de tierra, dentro del trayectoria rectangular definida por las ramas H y W.

En el modo de realización actualmente preferido, la dimensión vertical global de la configuración radiante lineal (en otras palabras, la altura de la rama conductora H) está entre aproximadamente el 8% y el 10% de la longitud de onda máxima en la banda de HF (150 metros a la frecuencia de 2 MHz), y es preferiblemente 12 metros. La altura del cuerpo de la chimenea está generalmente entre aproximadamente el 6% y el 10% de la máxima longitud de onda de la banda de HF.

La dimensión horizontal global de la configuración radiante lineal está entre aproximadamente el 1% y el 2% de la máxima longitud de onda de la banda de HF (150 metros a la frecuencia de 2 MHz), y es preferiblemente 2 metros. El diámetro del cuerpo (que es cilíndrico en el modo de realización ilustrado) de la estructura de chimenea está generalmente entre el 2% y el 5% de la máxima longitud de onda en la banda de HF.

La altura de la rama conductora angulada A es igual aproximadamente al 2% de la máxima longitud de onda de la banda de HF y es preferiblemente igual a 3 metros, mientras que su extensión transversal es igual aproximadamente al 0,7% de la longitud de onda antes mencionada, y es preferiblemente igual a 1 metro.

El diámetro de los elementos radiantes que forman las ramas conductoras es aproximadamente el 0,1% de la longitud de onda máxima en la banda de HF, y es preferiblemente igual a 0,15 metros.

La estructura naval tal como el cuerpo F de la chimenea es una estructura hueca cuya pared lateral tiene generalmente un espesor de 0,25 metros.

Convenientemente, la rama transversal conductora W está conectada a la rama vertical H en un punto intermedio de ésta última, a una distancia de 2 metros desde su extremo libre superior. La rama conductora angulada A está conectada a la rama transversal conductora W en su punto medio, y a la rama vertical conductora H a una altura por encima de su punto medio, y preferiblemente a 7 metros desde el plano de tierra, correspondiente aproximadamente al 60% de la altura total de la rama.

Con referencia a la figura 2, los dispositivos eléctricos z1 y z2 de impedancia están interpuestos a lo largo de la rama conductora H, un dispositivo z3 de impedancia está interpuesto a lo largo de la rama transversal conductora W, y un dispositivo adicional z4 de impedancia está interpuesto a lo largo de la rama conductora angulada A, preferiblemente a lo largo de la rama vertical.

Preferiblemente, cada uno de los dispositivos z1 y z2 comprende un circuito reactivo de dos terminales, tal como un circuito LC resonante en serie, mientras que cada uno de los dispositivos z3 y z4 de impedancia comprende un circuito resistivo de dos terminales, tal como una simple resistencia.

Los parámetros eléctricos de los dispositivos z1 y z2 de impedancia son tales que forman circuitos acumulados de filtros, adaptados para impedir selectivamente la propagación de la corriente eléctrica a lo largo de la rama conductora, en la cual están conectados, en las correspondientes sub-bandas de la gama de frecuencias de HF.

Los parámetros eléctricos de los dispositivos z1 - z4 de impedancia tomados conjuntamente, son tales que forman un circuito distribuido de adaptación a lo largo de la configuración lineal radiante de la antena.

En el modo de realización preferido, los dispositivos z1, z2 y z4 están situados, respectivamente, a alturas de 3,25 metros, 8, 25 metros y 7,75 metros por encima del plano de tierra GND, mientras que el dispositivo z3 de impedancia está situado a 1,25 metros desde la pared lateral de la estructura naval F de chimenea.

En el ejemplo de modo de realización descrito en esta memoria, los parámetros eléctricos de inductancia y capacitancia de los circuitos LC en serie de dos terminales, que forman los dispositivos z1 y z2 de impedancia, tienen los valores siguientes:

- el circuito z1 de dos terminales tiene un componente inductivo de 1,12 \muH y un componente capacitivo de 569,1 pF; y

- el circuito z2 de dos terminales tiene un componente inductivo de 0,073 \muH y un componente capacitivo de 59,8 pF.

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El parámetro de resistencia eléctrica del circuito de dos terminales que forma los dispositivos z3 y z4 de impedancia tiene los valores siguientes:

- el dipolo z3 tiene un componente resistivo de 48,6 \Omega y;

- el dipolo z4 tiene un componente resistivo de 61 \Omega.

Claramente, una persona experta en la técnica será capaz de desviarse de los datos de diseño citados anteriormente que están relacionados con el modo de realización actualmente preferido, proporcionando un número mayor o menor de dispositivos de impedancia que los especificados, siempre que los dispositivos estén situados a lo largo de las ramas conductoras de tal manera que controlen selectivamente el acoplamiento de las ramas H, W y A con la estructura F de la chimenea y con el conductor (plano) de tierra GND, por su acción de filtrado, y más específicamente de tal manera que desconecten alternativamente una o más de las ramas de la trayectoria de la corriente.

La unidad 12 de alimentación incluye un circuito de adaptación y distribución de señales, tal como se ilustra en la figura 3.

La unidad 12 está configurada operativamente en la base de la configuración lineal radiante de la antena y conectada eléctricamente entre la rama conductora H y una línea de transmisión para transportar la señal de radiofrecuencia.

Con referencia a una configuración de transmisión, la unidad 12 de alimentación tiene una entrada IN acoplada a un fuente 20 de señales de radiofrecuencia a través de una línea L de transmisión, tal como un cable coaxial, y un puerto de salida OUT, en el cual se ajusta la rama conductora vertical H de la antena, con el uso de un aislante IS.

La unidad de alimentación incluye un transformador T por pasos de impedancia, que tiene una relación n de transformación de impedancia predeterminada, preferiblemente igual a 3,7, referida a tierra, que tiene un terminal conectado a la entrada IN para recibir la señal de radiofrecuencia, y el otro terminal conectado al puerto de salida OUT.

La unidad de alimentación que se ha descrito puede ser encerrada en un contenedor metálico 30 en forma de caja, que forma una pantalla eléctrica y que está conectada al plano de tierra GND. Esto forma una unidad de adaptación de 50 ohmios para la línea de transmisión entrante.

En términos de funcionamiento, el sistema de antena propuesto por la invención actúa como se describe a continuación.

Para una mejor comprensión, las figuras 4a - 4f muestran los diagramas de radiación a distintas frecuencias, en los planos vertical (diagrama de la izquierda) y horizontal (diagrama de la derecha).

Se aplica una señal de radiofrecuencia, entregada por la fuente externa 20 y transportada a lo largo de la línea L de transmisión, al transformador T de impedancia y se transfiere a la salida OUT de la unidad 12 de alimentación, conectada a la rama conductora H de la antena. Desde este punto, se distribuye a lo largo de la configuración radiante lineal y a la estructura de chimenea de una manera selectiva, de acuerdo con la frecuencia y por tanto del tipo de función requerida de la antena, dependiendo de la configuración lineal determinada por el comportamiento de los dispositivos de impedancia.

A bajas frecuencias, entre 2 MHz y 10 MHz, el dispositivo Z2 de impedancia se pone en acción para impedir el flujo de corriente en la parte superior de la rama alimentada H, de manera que la corriente en la configuración lineal fluye a través de la parte inferior de la rama conductora H, de la trayectoria interna a lo largo de la rama conductora angulada A y de la parte de la rama conductora W contigua a la estructura de chimenea. El sistema de antena tiene por tanto un modo de radiación similar al que sería proporcionado por una combinación de la radiación de una configuración de "semi-bucle" y la radiación de una configuración en "látigo". El diagrama de radiación resultante (los diagramas de radiación de las figuras 4a-4c) es sustancialmente uniforme en todas las direcciones, permitiendo así las comunicaciones por onda marina y por onda ionosférica a distintos ángulos de elevación.

A frecuencias medias y altas, entre 10 MHz y 30 MHz, ningún dispositivo de impedancia impide el flujo de corriente, y la corriente tiende a fluir a través de todos los elementos alámbricos radiantes, incluyendo en particular la parte superior de la rama conductora vertical alimentada H, hasta el extremo libre. La configuración de la disposición lineal y el modo de radiación del correspondiente sistema de antena (diagramas de radiación de las figuras 4d-4f) son por tanto similares a los de la antena de látigo, que tiene un diagrama de radiación omnidireccional en el plano horizontal, con ángulos de elevación bajos y medios, y es adecuado para las comunicaciones por onda marina y BLOS.

Con referencia al sistema de antena ilustrado en las figuras 5 y 6, lo que se describe es un sistema de antena estructural con alimentación múltiple, que comprende una pluralidad de configuraciones lineales radiantes 114 que tienen geometrías y características similares a las de la configuración 14 descrita con respecto al modo de realización ilustrado en la figura 1, que está relacionado con un sistema de antena estructural de una sola alimentación.

Cada configuración lineal radiante 114 está conectada a una correspondiente unidad 112 de alimentación, similar a la unidad 12 descrita, y está acoplada a una estructura naval preexistente, eléctricamente conductora, que tiene una extensión predominantemente vertical, tal como una chimenea F que forma un conductor de retorno conectado eléctricamente a un plano horizontal de tierra GND, por ejemplo una superficie de la estructura naval.

En el modo de realización actualmente preferido, se disponen seis configuraciones radiantes idénticas 114, situadas en planos meridianos de dicha estructura naval y separadas a intervalos angulares iguales de 60 grados.

Hay conectada una unidad 200 de control y de procesamiento de señales a las unidades 112 de alimentación, y está configurada para controlar la amplitud y la fase de las corrientes de radiofrecuencia inyectadas en las configuraciones radiantes lineales 114 desde la fuente de señales, a través de las correspondientes unidades 112 de alimentación.

Las corrientes se distribuyen a lo largo de las ramas conductoras y del cuerpo conductor cilíndrico de la estructura de chimenea, de acuerdo con la frecuencia y las amplitudes y fases de las señales de radiofrecuencia. Dependiendo de la función requerida de la antena, los seis puntos de alimentación pueden ser alimentados simultáneamente o con una diferencia de fase predeterminada, y parcialmente si fuera necesario, proporcionando así configuraciones multicanal de radiación omnidireccional o configuraciones directivas con capacidad de exploración, mediante la adición de campos radiados en el aire.

Debe observarse que el modo de realización de la presente invención, propuesto en la descripción precedente, es meramente un ejemplo y no restrictivo. Una persona experta en la técnica podría aplicar fácilmente la presente invención en diferentes modos de realización basados en el principio de la invención. Esto es particularmente cierto con respecto a la posibilidad de situar la rama conductora alimentada y/o la rama conductora transversal para la conexión a la estructura naval en una dirección inclinada, o haciendo la rama de conexión transversal y la rama angulada a partir de elementos de alambre no rectilíneos, por ejemplo elementos curvados, para obtener un aumento de la estabilidad mecánica de la estructura de la antena, o para obtener nuevamente la posibilidad de acoplar la configuración radiante lineal a una estructura naval distinta a una chimenea, por ejemplo a una torreta equipada para la instalación de antenas que funcionen a frecuencias más altas.

Claramente, siempre que se retenga el principio de la invención, las formas de aplicación y los detalles de construcción pueden ser por tanto variados ampliamente a partir de lo que se ha descrito e ilustrado meramente a modo de ejemplo y sin intención restrictiva, sin apartarse del alcance de protección de la presente invención, como se define por las reivindicaciones anexas.

Claims (17)

1. Sistema de antena para funcionar en la gama de frecuencias de HF, particularmente para comunicaciones navales, que comprende una configuración radiante lineal (14) adaptada para ser asociada operativamente con un conductor de tierra (GND) y una estructura naval preexistente (F) que tenga una extensión predominantemente vertical y sea eléctricamente conductora, caracterizado porque dicha configuración radiante lineal (14) incluye:

- una pluralidad de elementos alámbricos radiantes con una extensión predominantemente vertical, que forman una primera rama conductora (H), adaptada para quedar operativamente acoplada a un circuito (12) de alimentación de señales de radiofrecuencia; y

- una pluralidad de elementos alámbricos radiantes con una extensión predominantemente horizontal, que forman al menos una rama conductora transversal (W), para conectar la rama conductora (H), adaptada para quedar acoplada a un circuito (12) de alimentación, con dicha estructura naval (F),

estando dispuestos dichos elementos radiantes de tal manera que forman al menos una trayectoria cerrada entre el circuito (12) de alimentación y el conductor de tierra (GND) a través de dicha estructura naval (F), y

- una pluralidad de dispositivos eléctricos de impedancia (Z1 - Z4) interpuestos a lo largo de las ramas conductoras (H, W) y adaptados para crear selectivamente, de acuerdo con la frecuencia de funcionamiento, una pluralidad de trayectorias de corriente diferentes a lo largo de dichas ramas conductoras (H, W) correspondientes a una pluralidad de configuraciones eléctricas y/o geométricas de la configuración radiante antes mencionada.

2. Sistema de antena de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicha estructura naval (F) preexistente es una estructura sustancialmente cilíndrica o en forma de cono truncado.

3. Sistema de antena de acuerdo con la reivindicación 2, en el que dicha estructura es una chimenea (F) de la nave.

4. Sistema de antena de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que dicha rama conductora transversal (W) está conectada a la rama conductora alimentada (H) en un punto intermedio de dicha rama alimentada (H), a una distancia predeterminada desde su extremo libre superior.

5. Sistema de antena de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que dicha rama conductora transversal (W) y dicha rama conductora alimentada (H) están conectadas adicionalmente entre sí a través de una rama conductora angulada (A).

6. Antena de acuerdo con la reivindicación 5, en la que dicha rama conductora angulada (A) comprende una primera porción que se extiende en dirección horizontal y una segunda porción que se extiende en dirección vertical.

7. Sistema de antena de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que dichas ramas conductoras (H, W, A) forman, en una configuración operativa de la antena, un plano vertical en el cual descansa la antena, coincidiendo con un plano meridiano de dicha estructura naval (F).

8. Sistema de antena de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la extensión vertical de la configuración radiante lineal (14) está entre el 8% y el 10% de la longitud de onda máxima en la banda de HF.

9. Sistema de antena de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la extensión transversal de la configuración radiante lineal (14) está entre el 1% y el 2% de la longitud de onda máxima en la banda de HF.

10. Sistema de antena de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que dichos dispositivos eléctricos de impedancia (Z1 - Z4) comprenden circuitos reactivos de dos terminales con parámetros agregados (Z1, Z2) y circuitos resistivos (Z3, Z4) de dos terminales.

11. Sistema de antena de acuerdo con la reivindicación 10, en el que dichos circuitos reactivos (Z1, Z2) de dos terminales comprenden circuitos LC resonantes en serie.

12. Sistema de antena de acuerdo con la reivindicación 10 u 11, que comprende dispositivos de impedancia (Z1, Z2) dispuestos sobre la rama conductora (H), teniendo parámetros eléctricos tales que forman:

- una trayectoria de corriente que comprende una porción de la rama conductora alimentada (H), la rama conductora angulada (A) y una porción de la rama conductora transversal (W), de manera que el sistema de antena tiene un diagrama de radiación global en forma de una combinación del diagrama de radiación de una configuración en "semi-bucle" y la de una configuración en "látigo", en una primera gama de frecuencias, y

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- una pluralidad de trayectorias de corriente que comprenden toda la rama conductora alimentada (H), la rama conductora angulada (A) y toda la rama conductora transversal (W), de manera que el sistema de antena tiene un diagrama de radiación de una configuración en látigo, en una segunda gama de frecuencias.

13. Sistema de antena de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 10 a 12, en el que los dispositivos de impedancia (Z1 - Z4) están diseñados para formar un circuito de adaptación distribuida de impedancias, para cada configuración de la disposición radiante lineal (14).

14. Sistema de antena de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que incluye una unidad (12) de adaptación y distribución de señales de radiofrecuencia, acoplada a dicha rama conductora con una extensión predominantemente vertical (H) de la configuración radiante (14), que incluye un circuito transformador (T) por pasos de impedancia, referido al conductor de tierra (GND), teniendo este circuito un primer terminal (IN) acoplado a una línea (L) de transmisión de señales y un segundo terminal (OUT) acoplado a dicha rama conductora (H).

15. Sistema de antena de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende una pluralidad de configuraciones radiantes lineales (114) acopladas a dicha estructura naval (F), de tal manera que forman un sistema de antena con alimentaciones múltiples.

16. Sistema de antena de acuerdo con la reivindicación 15, en el que dichas configuraciones radiantes lineales (114) están situadas en planos meridianos de dicha estructura naval (F) y están espaciadas a intervalos angulares iguales.

17. Sistema de antena según la reivindicación 15 o 16, que comprende una unidad (200) de control y de procesamiento de señales conectada a las correspondientes unidades (112) de alimentación de dichas configuraciones radiantes lineales (114), estando configurada esta unidad para controlar las amplitudes y fases de las corrientes de radiofrecuencia inyectadas en los elementos alámbricos que forman dichas configuraciones radiantes (114).