Una antena de cosecante cuadrada , a veces conocida como antena de patrón de altura constante , es una forma modificada de reflector parabólico que se utiliza en algunos sistemas de radar . [1] Tiene la forma adecuada 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 desde 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 una aeronave para proporcionar un mapa de radar del terreno debajo. El terreno directamente debajo de la aeronave está a una distancia igual a la altitud de la aeronave y produce la señal más fuerte. El retorno del terreno a distancias mayores es una señal mucho más débil debido a la ecuación del radar .
La distancia oblicua entre el radar y el terreno es la cosecante del ángulo entre el fuselaje y el objetivo, y la energía disminuye con la raíz cuarta de ese número. Sin corrección, esto produjo una imagen en la que el suelo debajo de la aeronave 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 reorientó la antena de escaneo de modo que apuntara casi directamente hacia adelante, enviando así la mayor parte de la energía del radar en ángulos bajos en relación con la aeronave, aumentando así la energía disponible a larga distancia. Esto dejó el área directamente debajo de la aeronave sin recibir energía en absoluto, por lo que el borde 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 encontró pronto muchas aplicaciones. En el caso de los radares terrestres, la misma modificación podría utilizarse para proporcionar escaneo en ángulos elevados 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 elevaban 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 con un ángulo de inclinación R forma un ángulo α que se puede calcular mediante sen α = h / R . Por reordenamiento, R = h / sen α , o R = h csc α .
La ecuación del radar establece que la señal recibida de un objeto, P e , varía inversamente con la cuarta potencia del alcance y directamente con el cuadrado de la ganancia de la antena, G , de modo que P e ~ G 2 / R 4 . Si el objetivo es producir un P e constante , entonces G 2 ~ R 4 , o G ~ R 2 .
Sustituir en nuestra fórmula por R da como resultado G ~ ( h csc α ) 2 . Dado que se desea una señal constante para objetos a una h constante , digamos la altitud de la aeronave que escanea el terreno o un radar terrestre que vigila una aeronave a una altitud constante, entonces podemos eliminar h también, dejando G ~ csc 2 α , la relación del cuadrado de la cosecante.