Desarrollo de Arreglos de Antenas con Haces Orientables Electrónicamente Aplicables en Radares de Dispersión Incoherente

J. P. CIAFARDINI, E. GARCIA, G. RODRÍGUEZ Y A. BAVA

San Juan

Congreso; 27ª. Reunión Científica de Geofísica y Geodesia AAGG 2014; 2014

La ionosfera es un plasma confinado dentro del campo magnético de la Tierra que se extiende entre las alturas de 50 y 1000 km. Desde un punto de vista científico, constituye un laboratorio natural en el que interactúan dicho plasma, la radiación y el viento solar y los campos magnéticos de la Tierra e interplanetario (Schunk et al 2000). Como se halla suficientemente cerca de la superficie terrestre es posible medir las principales variables físicas y químicas que caracterizan su comportamiento, gracias a lo cual se constituye en un indicador importante de la climatología espacial (Bothmeer et al 2007). La predicción del clima espacial resulta cada vez más importante para los sistemas de comunicación, tanto terrestres, como satelitales y de aeronavegación (Davies 1990); para los radares de defensa y control del espacio aéreo; para los sistemas satelitales de observación de la Tierra; para los modelos climáticos de gran escala, etc. Una de las mejores herramientas desarrolladas para estudiar la ionosfera es el Radar de Dispersión Incoherente, el cual permite medir una amplia variedad de parámetros ionosféricos además de proporcionar información acerca de las propiedades y el comportamiento de la atmósfera neutra en general (Hargreaves 1995) . Su principal ventaja es que permite determinar la totalidad del perfil de densidad  lectrónica de la ionosfera, a diferencia de las demás técnicas de observación que solo permiten determinar la densidad electrónica en regiones parciales (Topside o Bottomside). Las antenas de los primeros radares de este tipo consisten en reflectores parabólicos o esféricos de gran apertura. Estas antenas son grandes estructuras metálicas que deben ser movidas cada vez que se requiere redireccionar el haz del radar, por lo que se requiere de un complejo sistema apuntamiento. Esto hace que el costo de mantenimiento de dichas instalaciones sea muy elevado (Hunsucker 1991). El estado actual de la tecnología de radares permite el desarrollo de los mismos adoptando el concepto de arreglos de antenas, evitándose el uso de sistemas mecánicos de apuntamiento y posibilitando cambios instantáneos de dirección del haz, modificar la forma su diagrama de irradiación y generar haces múltiples (Valentic et al 2013) (EISCAT_3D 2012). El presente trabajo describe el diseño, construcción y validación de un arreglo lineal de antenas como instancia intermedia del desarrollo de un arreglo bidimensional , destinado a ser aplicado en un radar de dispersión incoherente. Su concepción, diseño y construcción han sido realizados en la FCAG-UNLP en conjunto con con la FI-UNLP y está financiado por la Red Argentina Para el Estudio de la Atmósfera Superior (RAPEAS). En la primera etapa se desarrolló la antena elemental del arreglo (Ciafardini et al 2014) seleccionándose una antena tipo ranura (slot antenna) (Kraus 1998), la misma fue diseñada para trabajar en la frecuencia de 432 MHZ con polarización circular de alto grado de pureza con posibilidad de revertir el sentido de polarización (Ciafardini et al 2012). Esta presenta además buenas características de RF en un ancho de banda relativamente amplio sin necesidad de circuitos sintonizados externos para adaptación de impedancia. En una segunda etapa se desarrolló el arreglo lineal de antenas, que consiste en cuatro antenas idénticas a la diseñada en la primera etapa formando una agrupación del tipo ?Phased Array?. El arreglo lineal de antenas se diseñó teniendo como principal objetivo el de lograr un desplazamiento del haz de ± 30° con respecto a la posición central, sin degradación significativa de la relación lóbulo principal a lóbulos secundarios.