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Antena monopulso

Figura 1: Esquema de una antena monopulso

Diagrama esquemático de una antena monopulso: Todos los radiadores de la antena se dividen en dos grupos cuyas líneas de alimentación se combinan una vez en fase y otra en oposición de fase. Esta antena monopulso tiene, por tanto, dos líneas de alimentación: el canal suma y el canal diferencia.

Figura 1: Esquema de una antena monopulso

Figura 2: Sección transversal de un conjunto de antenas monopulso

Figura 2: Sección transversal de un conjunto de antenas monopulso

Antena monopulso

La antena monopulso es un array cuya superficie está dividida en cuatro cuadrantes de transmisión independientes. Los elementos de cada cuadrante pueden transmitir en una fase diferente a los de los otros cuadrantes y, por tanto, cubrir un ángulo diferente. Los retornos de los cuatro sectores sondeados pueden sumarse o restarse para determinar la posición exacta del objetivo.

  1. En el radar primario AN/FPS-117
    • Todos los elementos radiantes de la antena se alimentan en fase y el diagrama de radiación es la suma de la emisión de todos los elementos;
    • En la recepción, sólo se suma la energía de algunos grupos para dar una salida de Suma (Σ) y se resta la de otros grupos para dar una salida de Diferencia (Δ).
    Ambas salidas son utilizadas por el procesador de vídeo para estimar la posición exacta del objetivo en el haz total. Esto requiere menos números de aciertos que con una antena convencional.
     
  2. En el radar secundario IFF/SIF Siemens 1990
    • un grupo de impulsos se transmite por el canal de suma y
    • un solo pulso en el canal de diferencia.
    Esto limita el efecto de los lóbulos laterales.

Una antena monopulso no es un tipo concreto de antena, sino un uso particular de la misma. Así que aquí hay dos aplicaciones de este principio donde el tipo de antena es totalmente diferente. En el primero, un radar primario como el AN/FPS-117 utiliza una antena phased array. En el segundo, el interrogador de una antena de radar secundaria Siemens 1990 está formado por un grupo de antenas logarítmicas periódicas.

Concepto de monopulso

Figura 3: Estimación de la posición angular del objetivo (no hay procedimiento monopulso).

Estimación de la posición angular del objetivo.

Figura 3: Estimación de la posición angular del objetivo (no hay procedimiento monopulso).

El radar monopulso se remonta al desarrollo de los radares de seguimiento y desde los años 70 este principio se ha adaptado a los radares primarios y secundarios. En la figura 3 se observa que el objetivo será detectado por un radar de barrido convencional en toda la anchura del haz. La intensidad máxima se encuentra en el ángulo en el que está en el eje directo del centro del haz. Si se emiten varios pulsos durante este tiempo de paso, se produce un error de posicionamiento ya que cada pulso tendrá un ángulo ligeramente diferente y el objetivo se anotará en cada uno de estos ángulos. Por tanto, este error es del orden de la anchura del haz.

Un método rudimentario para determinar el acimut verdadero es anotar la dirección de máxima intensidad del eco de retorno al radar. Lamentablemente, la medición de este máximo se verá afectada por el ruido térmico y por la variación de la reflectividad intrínseca del blanco (centelleo). Esto último se debe a la variación de la sección transversal del radar del blanco durante la exploración, que provoca una distorsión de la envolvente del tren de ecos reflejados.

Figura 4: Principio del sistema monopulso (Boresight = Ángulo de visión)

Figura 4: Principio del sistema monopulso (Boresight = Ángulo de visión)

Un eco puede ser suficiente

El principio del radar monopulso resuelve este problema al tiempo que requiere una menor frecuencia de impulsos para cada objetivo. Este sistema también permite un procesamiento más sofisticado que da como resultado una mejor calidad de los datos del objetivo. Sólo se necesita un pulso para determinar el acimut del objetivo, de ahí el nombre de monopulso.

Los elementos de una antena lineal se dividen en dos grupos iguales. Estos transmiten como antenas separadas en el plano focal a ambos lados del ángulo de visión central. En la transmisión (Tx), cada grupo se sincroniza en fase para dar su mitad del patrón de transmisión total, o patrón de suma (Σ) en azul en la Figura 4. En la Figura 4, el gráfico superior muestra Σ, el patrón de transmisión de la antena.

En el lado de recepción (Rx), el eco de retorno es recibido por ambas mitades de la antena. Entonces es posible sumar (Σ), como en la transmisión, o la diferencia ΔAz en su intensidad. Esta última se denomina diferencia de acimut o gráfico Delta-azimut. En la figura 4, el gráfico ΔAz muestra la diferencia de recepción acimutal para un objetivo que estaría a la derecha del eje del haz. La relación entre ΔAz y Σ, como en el gráfico inferior, da el acimut real del objetivo. La diferencia de ángulo con respecto al ángulo de observación del radar se denomina ángulo fuera del acimut, que aquí se muestra como OBA (Off-Boresight Angle).

El ángulo de elevación también se mide en un radar 3D. El procedimiento para encontrar la variación del ángulo de elevación de la antena es el mismo, es decir, dividir el conjunto de elementos en dos grupos verticales. La diferencia en este caso se llamará elevación Delta o ΔAz. Combinando la búsqueda en acimut y en elevación, el conjunto de antenas debería dividirse en cuatro cuadrantes iguales: dos hacia arriba y dos hacia abajo.

II
 
 +ΔEl −ΔAz 
 

I
 
 +ΔElAz 
 

III
 
 −ΔEl −ΔAz 
 

IV
 
 −ΔElAz 
 

II
 
 +ΔEl −ΔAz 
 

I
 
 +ΔElAz 
 

III
 
 −ΔEl −ΔAz 
 

IV
 
 −ΔElAz 
 

Figura 5: Los cuatro cuadrantes de una antena monopulso 3D.

Por lo tanto, las sumas y las diferencias de los cuatro cuadrantes pueden hallarse de la siguiente manera:

Para completar los datos, tenemos que hablar de la señal auxiliar Ω. Esta última no forma parte propiamente de la antena monopulso. Es emitido por una pequeña antena independiente con un amplio patrón de transmisión y sirve para compensar los efectos de los lóbulos laterales de la antena monopulso. También se utiliza para reconocer las interferencias activas en la zona estudiada.

En total, por tanto, se necesitan cuatro receptores distintos para hacer funcionar una antena de este tipo, y todos los radares 3d modernos disponen al menos de este número.

Si los radiadores primarios de la antena monopulso son radiadores de bocina, la división de las señales recibidas puede hacerse con un duplexor monopulso.