Una antena cuadrada cosecante , a veces conocida como patrón de altura constante , es una forma modificada de reflector parabólico utilizado en algunos sistemas de radar . [1] Está diseñado para enviar más energía de radio en ciertas direcciones con el fin de suavizar el patrón de recepción de los objetos a medida que su alcance cambia en relación con el radar. El nombre se refiere al hecho de que la cantidad de energía devuelta por un objetivo disminuye con el cuadrado de la cosecante del ángulo entre el radar y el objetivo.
El concepto se originó como parte del desarrollo del radar H2S , que escaneaba el área debajo de un avión para proporcionar un mapa de radar del suelo debajo. El suelo directamente debajo del avión está a una distancia igual a la altitud del avión y produce la señal más fuerte. El retorno del terreno a mayores distancias es una señal mucho más débil debido a la ecuación del radar .
La distancia de alcance inclinado entre el radar y el terreno es la cosecante del ángulo entre el fuselaje y el objetivo, y la energía cae con la raíz cuarta de ese número. Sin corrección, esto produjo una visualización en la que el suelo debajo del avión era muy brillante en la pantalla del tubo de rayos catódicos , mientras que el terreno a distancias más largas era casi invisible.
Para contrarrestar esto, se volvió a orientar la antena de exploración para que apuntara casi directamente hacia adelante, enviando así la mayor parte de la energía del radar en ángulos bajos con respecto a la aeronave, aumentando así la energía disponible a larga distancia. Esto dejó el área directamente debajo del avión sin recibir energía alguna, por lo que el labio superior del reflector se dobló para reflejar una pequeña cantidad de energía en esa dirección. Esto da como resultado un patrón de visualización más uniforme.
El mismo concepto básico pronto encontró muchas funciones. Para los radares terrestres, se podría utilizar la misma modificación para proporcionar escaneo en ángulos altos por encima de la estación y al mismo tiempo enviar la mayor parte de la energía hacia ángulos bajos para detectar aeronaves a larga distancia a medida que se elevan por encima del horizonte del radar .
También se podría utilizar la modificación opuesta, doblando el labio superior hacia afuera, con el mismo resultado básico.
Un objeto a una altura h sobre el suelo y un rango de inclinación R forma un ángulo α que se puede calcular mediante sen α = h / R. Por reordenamiento, R = h / sin α , o R = h csc α .
La ecuación del radar establece que la señal recibida de un objeto, Pe , varía inversamente con la cuarta potencia del alcance y directamente como el cuadrado de la ganancia de la antena, G , de modo que Pe ~ G 2 / R 4 . Si el objetivo es producir una P e constante , entonces G 2 ~ R 4 , o G ~ R 2 .
Sustituyendo R en nuestra fórmula se obtiene G ~ ( h csc α ) 2 . Dado que se desea la señal constante para objetos a una h constante , digamos la altitud del avión de exploración terrestre, o un radar terrestre que observa un avión a una altitud constante, entonces podemos eliminar h también, dejando G ~ csc 2 α , la cosecante relación al cuadrado.