Fundamentos para la construcción de un Radomo

Nota importante: El desarrollo y la construcción de un radomo son muy complejos. Los datos mencionados son solo valores aproximados. Esta información solo da una primera visión de este tema y no reemplaza las evaluaciones y pruebas necesarias.

Los sensores del radar consisten en un extremo delantero (RFE) (parte de microondas con estructura de antena) y componentes para el procesamiento de la señal. El núcleo real del radar es el front end, porque es aquí donde la antena transmite y recibe las señales electromagnéticas. Para interpretar la información recogida, el front end la reenvía al procesamiento de la señal (Figura 1).

Figura 1: Componentes básicos de un sistema de radar (iSYS-4004 mostrado aquí). (Fuente de la imagen: InnoSenT)

Para proteger la antena de radar y los componentes electrónicos, el sensor suele estar encerrado en una carcasa. Esto protege al RFE de las influencias externas que causan daños o el rendimiento de los impactos. Gracias a su capacidad de penetrar a través de los materiales, el radar es a menudo preferido también por razones estéticas. Este es un aspecto particular que los diseñadores de productos aprecian mucho.

Cuando se habla de una carcasa protectora para la estructura de la antena, los técnicos de radar se refieren a un "radomo". La palabra es una combinación de las palabras "radar" y "cúpula". La cubierta en forma de cúpula, como la del iSYS-6003, se utiliza principalmente con grandes sistemas de radar instalados fijos en el lugar, como los radares de aviones o barcos.

Sin embargo, los sensores y sistemas para aplicaciones industriales o comerciales también requieren protección contra impactos mecánicos o químicos para no perjudicar la función de la antena. Estos se adaptan a la antena y a las propiedades de las ondas de radar.

En el diseño de un radomo, también es crucial utilizar el material correcto. Si las ondas electromagnéticas golpean objetos o personas, las propiedades del material influyen en su propagación. Para saber qué materiales son adecuados para un radomo, es importante tener en cuenta el efecto que se produce cuando las ondas de radar los alcanzan.

En el cuadro 1 se presenta un panorama general en el que se evalúan diversos materiales en lo que respecta a la absorción y reflexión de las microondas, así como a la capacidad de penetración de las mismas.

Las ondas de radar deben ser capaces de penetrar en el radomo. Los metales bloquean el sensor. Debido a sus propiedades altamente reflectantes, no son aptos para ser colocados frente a una antena. Los paneles de madera (normalmente con un cierto grado de humedad residual) tampoco son adecuados, debido a su limitada capacidad para ser atravesados por las ondas electromagnéticas.

Las espumas como el poliestireno son muy adecuadas para ser utilizadas como material de cubierta. Incluso se pueden aplicar directamente a la antena en una estructura muy tosca. Sin embargo, debido a su baja estabilidad y sensibilidad a los productos químicos, las espumas a menudo no hacen el corte cuando se trata de la selección de materiales.

Por lo tanto, los plásticos son la alternativa más común para producir una cubierta o carcasa protectora. Sin embargo, en la planificación de un radomo, el diseñador debe tener en cuenta las propiedades del plástico. Cuanto más grueso y cercano esté el material a la antena, menos ondas electromagnéticas lo penetran.

En el caso de los plásticos negros, pueden producirse pérdidas en la medición, ya que éstos suelen contener carbono. Acumular agua que no se drena también puede perjudicar la adquisición de información del front-end. El tratamiento posterior del radomo de plástico, por ejemplo, pintándolo, también afecta negativamente a la recogida de datos por la antena de radar.

Dimensionamiento y posicionamiento del radomo

En la construcción de un radomo, no sólo el material seleccionado sino también la fijación precisa y la forma del radomo son muy importantes. Para no restringir su funcionalidad, deben tenerse en cuenta los siguientes aspectos:

• La distancia entre la parte inferior del radomo y la antena
• El grosor del material del radomo
• La forma del radomo (lo más homogénea posible)

Estos factores determinan si el radomo construido refleja o absorbe la mayoría de las ondas de radar.

La distancia correcta

La uniformidad de las distancias individuales del radomo a la antena es de gran importancia. Incluso pequeñas desviaciones, por ejemplo, una pequeña muesca en la parte inferior de la cubierta protectora, puede alterar la propagación de las ondas electromagnéticas. Por esta razón, los radomos inclinados también tienen un impacto adverso, ya que pueden resultar perjudiciales para la reflexión adecuada. Lo mismo se aplica a los extremos redondos, las orejetas, los refuerzos o las ranuras en el material (Figura 2).

Figura 2: La imagen de la izquierda muestra "Posicionamiento incorrecto": El radomo tiene una superficie irregular y no está posicionado en paralelo a la antena. La imagen de la derecha muestra "Posicionamiento correcto": Distancias uniformes, así como el correcto posicionamiento y dimensionamiento de un radomo. (Fuente de la imagen: InnoSenT)

Para determinar la distancia correcta y uniforme, se aplica lo siguiente:

• La propagación de las ondas sólo se ve ligeramente perturbada si golpean un radomo a exactamente media longitud de onda (o un múltiplo de ella).
• Esto significa que la superficie de la antena (centro de la onda) debe colocarse paralelamente a la cubierta, a una distancia de λ/2 (o un múltiplo de ella).
• Con una frecuencia central de 24.125 GHz (con media longitud de onda de unos 6.2 milímetros (mm)), la distancia óptima es de aproximadamente 6.2 mm.

El grosor correcto del material

Aquí se aplica el mismo principio que para determinar la distancia apropiada: para minimizar la interrupción de la propagación de las ondas, éstas deben golpear el radomo a la mitad de la longitud de onda. Del mismo modo, el grosor del material del radomo también debe ser seleccionado apropiadamente para la mitad de la longitud de onda.

Sin embargo, también hay que tener en cuenta la manera en que la onda es alterada por la sustancia del radomo (al penetrar en el material). Esta adaptación corresponde a la conductividad del material utilizado (función dieléctrica ε). Acorta la longitud de onda por el factor √(ε_r).

Por ejemplo, en el caso de los plásticos, esta constante dieléctrica es de entre tres y cuatro, que, sin embargo, varía mucho en la práctica. Para obtener una cifra aproximada, se puede realizar un cálculo con el valor medio de 1.5. El grosor del material puede entonces ser calculado usando la fórmula λ/2√(ε_r). Esto equivaldría a 4 mm con estos valores iniciales.

Figura 3: Ejemplo para calcular el grosor adecuado del material para un material de radomo. (Fuente de la imagen: InnoSenT)

Para construir el radomo, es necesario un amplio conocimiento sobre la composición del material utilizado y la propagación de las ondas electromagnéticas. La información proporcionada solo pretende servir de orientación y destacar los aspectos que deben tenerse absolutamente en cuenta al construir una cubierta de antena.