Principi base per la costruzione di un radome

Nota importante: lo sviluppo e la costruzione di un radome sono operazioni molto complesse. I dati citati forniscono solo valori approssimativi. Le informazioni presentate sono un primo approccio a questo argomento e non sostituiscono le valutazioni e i test necessari.

I sensori radar sono costituiti da un front-end (RFE) (parte a microonde con struttura di antenna) e da componenti per l'elaborazione dei segnali. Il nucleo effettivo del radar è il front-end, perché è qui che l'antenna trasmette e riceve i segnali elettromagnetici. Per interpretare le informazioni raccolte, il front-end le inoltra all'unità di elaborazione dei segnali (Figura 1).

Figura 1: Componenti di base di un sistema radar (iSYS-4004 in questo esempio). (Immagine per gentile concessione di InnoSenT)

Per proteggere l'antenna radar e i componenti elettronici, il sensore di solito è racchiuso in un involucro. In questo modo si protegge l'RFE da influenze esterne che causano danni o impattano le prestazioni. Grazie alla sua capacità di penetrare attraverso i materiali, il radar è spesso preferito anche per motivi estetici. Questo aspetto in particolare è molto apprezzato dai progettisti.

Quando si parla di una carcassa protettiva per la struttura dell'antenna, nel gergo dei tecnici radar la si definisce 'radome'. La parola è composta da "radar" e "dome" che significa "cupola" in inglese. La copertura a forma di cupola, come quella del modello iSYS-6003, è utilizzata principalmente per i grandi sistemi radar installati che sono fissi, come i radar di velivoli o navi.

Tuttavia, per non compromettere il funzionamento dell'antenna i sensori e i sistemi per applicazioni industriali o commerciali richiedono anche la protezione da impatti meccanici o chimici. Questi si adattano all'antenna e alle proprietà delle onde radar.

Nella progettazione di un radome, è anche fondamentale utilizzare il materiale corretto. Se le onde elettromagnetiche colpiscono oggetti o persone, le proprietà del materiale ne influenzano la diffusione. Per identificare i materiali adatti per un radome, è importante tener conto dell'effetto risultante quando sono colpiti dalle onde radar.

La Tabella 1 è una panoramica che valuta vari materiali in termini di assorbimento e riflessione e della loro capacità di essere penetrati dalle microonde.

Le onde radar devono essere in grado di penetrare il radome. I metalli bloccano il sensore. A causa delle loro proprietà altamente riflettenti, non sono adatti per il posizionamento davanti ad un'antenna. Nemmeno i rivestimenti in legno (di solito con un certo grado di umidità residua) sono adatti, a causa della loro limitata capacità di essere attraversati dalle onde elettromagnetiche.

Le schiume come il polistirene sono molto adatte per l'uso come materiale di copertura. Possono anche essere applicate direttamente e grossolanamente all'antenna. Tuttavia, a causa della loro bassa stabilità e sensibilità alle sostanze chimiche, le schiume spesso non si dimostrano all'altezza dell'applicazione.

La plastica è quindi l'alternativa più comune per la produzione di una copertura o di un involucro protettivo. Nella progettazione di un radome, tuttavia, il progettista deve tener conto delle proprietà della plastica. Più il materiale è spesso e più vicino all'antenna, meno riesce ad essere penetrato dalle onde elettromagnetiche.

Nel caso delle plastiche nere, la misurazione può accusare perdite, poiché queste spesso contengono carbonio. L'accumulo di acqua che non drena può anche compromettere l'acquisizione di informazioni sul front-end. Anche il successivo trattamento del radome in plastica, ad esempio la verniciatura, ha un impatto negativo sulla raccolta dei dati da parte dell'antenna radar.

Dimensionamento e posizionamento del radome

Nella costruzione di un radome, non solo il materiale selezionato, ma anche il suo fissaggio preciso e la sua forma sono molto importanti. Per non limitarne la funzionalità, occorre tener conto dei seguenti aspetti:

• La distanza tra il lato inferiore del radome e l'antenna
• Lo spessore del materiale del radome
• La forma del radome (il più omogenea possibile)

Questi fattori determinano se il radome costruito riflette o assorbe la maggior parte delle onde radar.

La distanza giusta

L'uniformità delle distanze individuali del radome rispetto all'antenna è molto importante. Anche lievi deviazioni, ad esempio una piccola tacca sul lato inferiore del coperchio protettivo, possono alterare la diffusione delle onde elettromagnetiche. Per questo, anche i radome inclinati hanno un impatto negativo in quanto possono rivelarsi dannosi per la riflessione corretta. Lo stesso vale per le estremità smussate, le alette, i rinforzi o le scanalature nel materiale (Figura 2).

Figura 2: L'immagine a sinistra mostra il posizionamento errato: il radome ha una superficie irregolare e non è posizionato parallelamente all'antenna. L'immagine a destra mostra il posizionamento corretto: distanze uniformi e posizionamento e dimensionamento corretti di un radome. (Immagine per gentile concessione di InnoSenT)

Per determinare la distanza corretta e uniforme, vale quanto segue:

• La diffusione delle onde è perturbata lievemente se queste colpiscono un radome esattamente a metà lunghezza d'onda (o un suo multiplo).
• Ciò significa che la superficie dell'antenna (centro dell'onda) deve essere posizionata parallelamente alla copertura, ad una distanza di λ/2 (o un suo multiplo).
• Con una frequenza centrale di 24,125 GHz (con mezza lunghezza d'onda di circa 6,2 mm), la distanza ottimale è di circa 6,2 mm.

Lo spessore giusto del materiale

Anche qui vale lo stesso principio citato per la determinazione della distanza appropriata: per mitigare al minimo la disrupzione alla propagazione delle onde, queste dovrebbero colpire il radome a metà della lunghezza d'onda. Analogamente, anche lo spessore del materiale del radome deve essere selezionato in modo appropriato per metà della lunghezza d'onda.

Tuttavia, si deve anche tener conto del modo in cui l'onda viene alterata dalla sostanza del radome (penetrando nel materiale). Questo adattamento corrisponde alla conducibilità del materiale utilizzato (funzione dielettrica ε), che accorcia la lunghezza d'onda di un fattore √(ε_r).

Ad esempio, con le materie plastiche, questa costante dielettrica è compresa fra tre e quattro; ciò tuttavia varia notevolmente nella pratica. Per ottenere un valore di riferimento, è possibile eseguire un calcolo con il valore medio di 1,5. Lo spessore del materiale può quindi essere calcolato con la formula λ/2√(ε_r). Con questi valori di partenza ciò equivarrebbe a 4 mm.

Figura 3: Esempio per il calcolo dello spessore corretto per il materiale di un radome. (Immagine per gentile concessione di InnoSenT)

Per costruire un radome è necessaria una profonda conoscenza della composizione del materiale utilizzato e della diffusione delle onde elettromagnetiche. Le informazioni fornite sono da intendersi unicamente come guida e per sottolineare gli aspetti da prendere in considerazione nella costruzione di una copertura per antenne.