ES2950146T3 - Divisor de potencia de guía de ondas - Google Patents

Abstract

Esta aplicación se refiere a un dispositivo divisor de potencia de guía de ondas. El dispositivo divisor de potencia de guía de ondas comprende cuatro uniones ortomodo de dos puertos dispuestas con sus guías de onda comunes extendiéndose en paralelo, en donde los dos puertos de cada unión ortomodo se extienden en direcciones ortogonales, cuatro uniones en T del plano E, en donde cada unión en T acopla dos de las cuatro uniones ortomodales entre sí a través de sus respectivos puertos, una unión de torniquete de cuatro puertos, en la que las guías de ondas de los cuatro puertos están dobladas para extenderse en paralelo a una dirección de extensión de la guía de ondas común de la unión de torniquete, y cuatro giros de guía de ondas , en el que cada giro de guía de ondas acopla una guía de ondas común de una de las uniones en T respectivas a la guía de ondas de uno de los puertos respectivos de la unión de torniquete, siendo las paredes anchas de la guía de ondas común de la unión en T y de la guía de ondas del puerto de la unión de torniquete ortogonales entre sí. La solicitud se refiere además a un conjunto de antenas que incluye uno o más de dichos dispositivos divisores de potencia de guía de ondas. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Divisor de potencia de guía de ondas

Campo técnico

Esta solicitud se refiere a divisores de potencia de guía de ondas (dispositivos divisores de potencia de guía de ondas). En particular, la solicitud se refiere a divisores de potencia de cuatro vías y polarización dual.

Antecedentes

Hay desarrollos en curso de antenas de matriz, ya sea para antenas activas con una combinación de técnicas de formación de haz analógicas y digitales o antenas fijas pasivas con dirección mecánica. Si bien la primera solución se desarrolla principalmente para aplicaciones espaciales, ambas soluciones pueden ser viables para terminales de usuario del segmento terrestre y, en particular, para aplicaciones aeronáuticas.

Para las antenas de matriz, es deseable reducir la longitud de los elementos radiantes. Por ejemplo, los elementos radiantes en las antenas activas del segmento espacial actuales para aplicaciones de comunicaciones por satélite GEO suelen tener una apertura en el rango de 2 a 3 longitudes de onda. Este tamaño de apertura está limitado por el deseo de reducir el número de elementos para un tamaño de apertura de matriz determinado mientras se mantienen los lóbulos de rejilla fuera del campo de visión. Un diseño típico de bocina con alta eficiencia de apertura tiene una longitud de aproximadamente 2 a 3 veces su diámetro de apertura. Para aplicaciones de banda Ku, esto da como resultado un elemento radiante bastante voluminoso. Una forma posible de acortar el elemento radiante es dividir la apertura en elementos más pequeños y combinarlos utilizando una red de formación de haz adecuada. Esto requiere divisores de potencia compactos (por ejemplo, divisores de potencia de cuatro vías), preferiblemente operando en polarización dual.

Sin embargo, los diseños actuales para los divisores de potencia de cuatro vías de polarización dual son bastante complejos o no permiten reducir la separación entre elementos de las antenas de matriz por debajo de un cierto umbral (por ejemplo, una longitud de onda).

Por lo tanto, existe la necesidad de dispositivos divisores de potencia de guía de ondas mejorados, especialmente dispositivos divisores de potencia de guía de ondas de cuatro vías. Existe una necesidad particular de dispositivos divisores de potencia de guía de ondas simples y más compactos, preferiblemente adecuados para la operación de polarización dual. Existe además la necesidad de tales dispositivos divisores de potencia de guía de ondas que sean compatibles con técnicas de fabricación alternativas, tales como la impresión 3D (fabricación de capas aditivas), por ejemplo.

El documento US 2019/097296 A1 se refiere en general a un divisor de potencia de bipolarización compacto para una fuente de potencia de radiofrecuencia de polarización ortogonal dual que emite a una longitud de onda útil.

El documento de JORGE A. RUIZ-CRUZ ET AL: "Orthomode Transducers With Folded Double-Symmetry Junctions for Broadband and Compact Antenna Feeds", vol. 66, núm. 3, 1 de marzo de 2018, páginas 1160-1168 se refiere en general a los transductores de modo orto (OMT) que utilizan uniones de guía de ondas de seis puertos plegadas. En particular, las uniones se basan en las conocidas configuraciones de torniquete y Boifot, que tienen dos planos de simetría para mantener el aislamiento entre polarizaciones ortogonales y el control de modos de orden superior.

El documento de CANO JUAN L ET AL: "Novel Broadband Circular Waveguide Four-Way Power Divider for Dual Polarization Applications", IEEE MICROWAVE AND WIRELESS COMPONENTS LETTERS, IEEE SERVICE CENTER, NUeVa YORK, EE. UU., vol. 26, núm. 2, 1 de febrero de 2016, páginas 98-100 se refiere en general a un divisor de potencia de modo dual compacto y eficiente adecuado para redes de formación de haz de multinivel (4N).

El documento ES 2555634 A1 se refiere en general al campo de los dispositivos de guía de ondas, y particularmente al campo de los divisores, los combinadores de potencia de guía de ondas bimodales y las redes correspondientes.

Compendio

En vista de algunas o todas estas necesidades, la presente divulgación propone un dispositivo divisor de potencia de guía de ondas que tiene las características de la reivindicación 1. La presente divulgación propone además una antena de matriz que incluye uno o más de dichos dispositivos divisores de potencia de guía de ondas.

Un aspecto de la divulgación se refiere a un dispositivo divisor de potencia de guía de ondas. El dispositivo divisor de potencia de guía de ondas puede ser un dispositivo divisor de potencia de cuatro vías. El dispositivo divisor de potencia de guía de ondas puede incluir cuatro uniones ortomodales de dos puertos (por ejemplo, uniones ortomodales de dos sondas). Las uniones ortomodales de dos puertos se pueden disponer con sus guías de ondas comunes (por ejemplo, puertos comunes) extendiéndose en paralelo. Las guías de ondas comunes de las uniones ortomodales de dos puertos se pueden disponer en forma cuadrada o rectangular, es decir, con centros de secciones transversales respectivas en los vértices de una retícula cuadrada o rectangular. En otras palabras, las guías de ondas comunes se pueden disponer en una matriz de dos por dos (por ejemplo, una matriz cuadrada o rectangular de dos por dos). Los dos puertos (por ejemplo, sondas) de cada unión ortomodal se pueden extender en direcciones ortogonales. Además, los puertos de las uniones ortomodales se pueden extender en direcciones ortogonales a la dirección de extensión de las guías de ondas comunes de las uniones ortomodales. El dispositivo divisor de potencia de guía de ondas puede incluir además cuatro uniones en T del plano E. Cada unión en T puede acoplar (por ejemplo, enlazar) dos de las cuatro uniones ortomodales entre sí a través de sus respectivos puertos. El dispositivo divisor de potencia de guía de ondas puede incluir además una unión de torniquete de cuatro puertos. Las guías de ondas de los cuatro puertos de la unión de torniquete se pueden doblar para extenderse en paralelo a una dirección de extensión de la guía de ondas común de la unión de torniquete. El dispositivo divisor de potencia de guía de ondas puede incluir además cuatro giros de guía de ondas. Los giros de la guía de ondas se pueden denominar partes de giro, o simplemente giros. Cada giro de la guía de ondas puede acoplar (por ejemplo, enlazar) una guía de ondas común de una respectiva de las uniones en T con la guía de ondas de uno respectivo de los puertos de la unión de torniquete, con las paredes anchas de la guía de ondas común de la unión en T y de la guía de ondas del puerto de la unión de torniquete siendo ortogonales entre sí.

Configurado como se ha descrito anteriormente, el dispositivo divisor de potencia de guía de ondas propuesto es un divisor de potencia de cuatro vías que es adecuado para el funcionamiento con polarización dual. El acoplamiento de los transductores ortomodales entre sí mediante las uniones en T del plano E seguidas por los giros de la guía de ondas permite una separación de elementos muy pequeña, es decir, una separación muy pequeña entre las guías de ondas comunes de los transductores ortomodales. Por lo general, se pueden conseguir espaciamientos de elementos muy por debajo de una longitud de onda. Además, la pequeña separación entre elementos se puede lograr con un enrutamiento de guía de ondas limitado entre los diversos componentes que lo constituyen, desde las uniones ortomodales hasta la unión de torniquete, lo que lleva a una altura comparativamente pequeña del dispositivo divisor de potencia de guía de ondas. Como beneficio adicional, el dispositivo divisor de potencia de guía de ondas propuesto presenta una amplitud y distribución de fase adecuadas, en el sentido de que los vectores complejos del campo electromagnético (por ejemplo, direcciones y fases) en las guías de onda comunes de las cuatro uniones ortomodales están alineados y en fase unos con otros para una configuración de campo electromagnético dada en la guía de ondas común de la unión de torniquete. Esto hace que el dispositivo divisor de potencia de guía de ondas propuesto sea particularmente adecuado para el diseño de matrices de guías de ondas activas o pasivas con una pequeña separación entre elementos. En él, estas matrices son escalables mediante el uso de combinaciones de una pluralidad de los dispositivos divisores de potencia de guía de ondas propuestos. Ventajosamente, las antenas de matriz que implican uno o más de los dispositivos divisores de potencia de guía de ondas propuestos pueden diseñarse sin bocinas que formen la apertura, con una eficiencia de apertura equivalente a las antenas de matriz convencionales con bocinas. En este caso, los elementos de matriz son guías de ondas abiertas, directamente acopladas (por ejemplo, conectadas) a uno o más de los dispositivos divisores de potencia de guía de ondas. Finalmente, el dispositivo de potencia de guía de ondas propuesto es adecuado para la fabricación mediante técnicas de impresión 3D (por ejemplo, fabricación de capas aditivas) y, por lo tanto, se puede fabricar de una manera simple y rentable.

En algunas realizaciones, los giros de la guía de ondas pueden tener una forma idéntica. Pueden rotar de uno a otro 90 grados alrededor de un eje que se extiende en paralelo a la guía de ondas común de la unión de torniquete. Además, los giros de la guía de ondas están dispuestos para entrelazarse (por ejemplo, engranar) entre sí cuando se ven desde una dirección a lo largo de la guía de ondas común de la unión de torniquete. En consecuencia, los giros de la guía de ondas pueden estar separados entre sí únicamente por paredes delgadas. De ese modo, la capa de giro (o plano de giro) que comprende los cuatro giros de guía de ondas se puede implementar de una manera muy compacta y se puede reducir la cantidad de material necesario para implementar la capa de giro, dando como resultado una cifra de masa baja.

En algunas realizaciones, una forma de cada giro de la guía de ondas cuando se ve desde una dirección a lo largo de la guía de ondas común de la unión de torniquete puede incluir dos rectángulos (formas rectangulares) que tienen bordes paralelos y que se superponen entre sí en dos de sus esquinas. Es decir, los giros de la guía de ondas pueden tener una forma de "pajarita". Esta forma permite una disposición muy compacta de los cuatro giros de guía de ondas en la capa de giro.

En algunas realizaciones, los giros de la guía de ondas pueden ser giros compensados. Es decir, las secciones transversales de la guía de ondas común de la unión en T y la guía de ondas del puerto de la unión de torniquete pueden intersectar, cuando se ven desde la dirección a lo largo de la guía de ondas común de la unión de torniquete, en un punto o área que está desplazado desde un centro de al menos una de las secciones transversales. En consecuencia, los dos rectángulos antes mencionados pueden tener diferentes dimensiones (tamaños). Desplazando adecuadamente las guías de ondas de los puertos de la unión de torniquete con respecto a las guías de ondas comunes de las uniones en T lejos de un eje central del dispositivo divisor de potencia de la guía de ondas, la distancia entre las uniones ortomodales se puede reducir independientemente del tamaño de la unión de torniquete permitiendo así valores de separación entre elementos muy por debajo de una longitud de onda en la frecuencia operativa más baja.

En algunas realizaciones, para cada unión ortomodal, los dos puertos se pueden enfrentar cada uno de los puertos de uno respectiva entre las uniones ortomodales. Entonces, cada unión en T puede acoplar (por ejemplo, enlazar) puertos enfrentados de respectivas uniones ortomodales entre sí. En particular, no son necesarias secciones coincidentes en la configuración propuesta para implementar estos acoplamientos.

En algunas realizaciones, la unión de torniquete puede incluir uno o más escalones en las curvas de cada uno de sus cuatro puertos. Puede decirse que estos escalones están dispuestos en partes de enlace respectivas entre la guía de ondas común y los puertos de la unión de torniquete de cuatro puertos. Se pueden extender, para cada puerto, en una dirección ortogonal a las direcciones de extensión de la guía de ondas común y la dirección en la que el puerto respectivo sale de la unión de torniquete. Estos escalones pueden mejorar la coincidencia de la curvatura y, por lo tanto, mejorar el rendimiento del dispositivo divisor de potencia de guía de ondas.

En algunas realizaciones, el dispositivo divisor de potencia de guía de ondas puede incluir secciones coincidentes en las guías de ondas comunes de las uniones ortomodales. Como alternativa o adicionalmente, el dispositivo divisor de potencia de guía de ondas puede incluir una sección de coincidencia en la guía de ondas común de la unión de torniquete. Al proporcionar estas secciones coincidentes, se puede mejorar aún más el rendimiento general del dispositivo divisor de potencia de guía de ondas.

En algunas realizaciones, el dispositivo divisor de potencia de guía de ondas puede ser un dispositivo divisor de potencia de polarización dual. Es decir, el dispositivo divisor de potencia de guía de ondas puede ser adecuado para el funcionamiento de polarización dual. En combinación con un transductor ortomodal (OMT) adecuado, el dispositivo divisor de potencia de guía de ondas puede operar en polarización lineal dual o polarización circular dual.

En algunas realizaciones, el dispositivo divisor de potencia de guía de ondas puede ser adecuado para la fabricación mediante fabricación de capas aditivas. Esta propiedad, que resulta de la disposición específica de los componentes que constituyen el dispositivo divisor de potencia de guía de ondas propuesto, permite la fabricación del dispositivo divisor de potencia de guía de ondas como una sola pieza (por ejemplo, monolítica) de una manera particularmente simple y rentable, reduciendo principalmente las restricciones de diseño de ensamblaje (por ejemplo, el espacio necesario para los tornillos), impacto en el rendimiento (por ejemplo, fuga de señal en las interfaces entre capas en la fabricación y ensamblaje de fresado CNC multicapa convencional) y esfuerzo de integración.

Otro aspecto de la divulgación se refiere a antenas de matriz que incluyen uno o más dispositivos divisores de potencia de guía de ondas según el aspecto anterior o cualquiera de sus realizaciones.

Dicha antena de matriz contará con una pequeña separación de elementos y será fácilmente escalable al incluir y combinar apropiadamente dispositivos divisores de potencia de guía de ondas adicionales. Además, debido a las características de rendimiento del dispositivo divisor de potencia de guía de ondas, la antena de matriz se puede implementar sin bocinas con una eficiencia de apertura adecuada.

En algunas realizaciones, la antena de matriz puede incluir una pluralidad de elementos de matriz. Los elementos de matriz pueden ser guías de ondas de extremo abierto correspondientes a las guías de ondas comunes de las uniones ortomodales de dos puertos de uno o más de uno o más dispositivos divisores de potencia de guía de ondas. Los elementos de matriz pueden formar la apertura de la antena. Dado que utiliza guías de ondas de extremo abierto, es posible que la antena de matriz no tenga bocinas. La omisión de las bocinas permite realizar un espaciado de matriz muy compacto entre los elementos de la antena.

En algunas realizaciones, las antenas de matriz pueden incluir una pluralidad de dispositivos divisores de potencia de guía de ondas. Al menos dos de los dispositivos divisores de potencia de guía de ondas se pueden disponer de manera que las guías de ondas comunes de las uniones ortomodales de los al menos dos dispositivos divisores de potencia de guía de ondas formen una matriz. Las guías de ondas comunes de las uniones ortomodales se pueden disponer en una retícula regular (por ejemplo, cuadrada o rectangular).

En algunas realizaciones, la antena de matriz puede incluir una pluralidad de dispositivos divisores de potencia de guía de ondas. En él, un primer dispositivo divisor de potencia de guía de ondas entre la pluralidad de dispositivos divisores de potencia de guía de ondas se puede acoplar a un segundo dispositivo divisor de potencia de guía de ondas entre la pluralidad de dispositivos divisores de potencia de guía de ondas, de tal manera que la guía de ondas común de una unión ortomodal del primer dispositivo divisor de potencia de guía de ondas está acoplada a la guía de ondas común de la unión de torniquete del segundo dispositivo divisor de potencia de guía de ondas. Por ejemplo, dos o más de los dispositivos divisores de potencia de guía de ondas se pueden disponer para formar la matriz antes mencionada, y al menos un dispositivo divisor de potencia de guía de ondas adicional se puede acoplar a la guía de ondas común de la unión de torniquete de uno de los dispositivos divisores de potencia de guía de ondas en la matriz a través de la guía de ondas común de una de sus uniones ortomodales.

En el contexto de la presente divulgación, el término "acoplar" dos guías de ondas significará vincular o conectar de otro modo estas guías de ondas, de manera que un campo electromagnético (o una señal electromagnética en general) se pueda propagar desde una guía de ondas a la otra guía de ondas.

Breve descripción de las figuras

Las realizaciones de ejemplo de la descripción se explican a continuación con referencia a los dibujos adjuntos, en los que

Las Figs. 1A a 1D ilustran esquemáticamente diferentes planos de recorte de un ejemplo de un dispositivo divisor de potencia de guía de ondas de acuerdo con realizaciones de la divulgación,

La Fig. 2 es una vista lateral del dispositivo divisor de potencia de guía de ondas mostrado en las Figs. 1A a 1D,

La Fig. 3A y la Fig. 3B ilustran esquemáticamente una vista superior y una vista inferior, respectivamente, de un ejemplo de una estructura mecánica de múltiples capas que implementa límites metálicos del dispositivo divisor de potencia de guía de ondas mostrado en las Figs. 1A a 1D,

La Fig. 3C y la Fig. 3D ilustran esquemáticamente una vista superior y una vista inferior, respectivamente, de otro ejemplo de una estructura mecánica de una sola pieza que implementa límites metálicos del dispositivo divisor de potencia de guía de ondas mostrado en las Figs. 1A a 1D,

Las Figs. 4A a 4D ilustran vectores de campo eléctrico en los diferentes planos de recorte del dispositivo divisor de potencia de guía de ondas mostrado en las Figs. 1A a Fig. 1D para un primer modo de polarización,

Las Figs. 5A a 5D ilustran vectores de campo eléctrico en los diferentes planos de recorte del dispositivo divisor de potencia de guía de ondas mostrado en las Figs. 1A a 1D para un segundo modo de polarización,

La Fig. 6 ilustra esquemáticamente un ejemplo de una antena de matriz según realizaciones de la divulgación,

La Fig. 7 muestra los parámetros S para un dispositivo divisor de potencia de guía de ondas de acuerdo con realizaciones de la divulgación,

La Fig. 8A y la Fig. 8B ilustran el rendimiento de un dispositivo divisor de potencia de guía de ondas de acuerdo con las realizaciones de la divulgación cuando se utiliza como una antena de matriz 2x2, y

La Fig. 9 muestra ganancias radiadas para una antena de matriz de 4x4 que comprende dispositivos divisores de potencia de guía de ondas según realizaciones de la divulgación.

Descripción detallada

Son factibles distintas soluciones para reducir el tamaño (por ejemplo, altura/longitud o la separación lateral entre los puertos de salida) y/o la complejidad de los dispositivos divisores de potencia de cuatro puertos (divisores de potencia).

Una solución factible hace uso de guías de ondas cuadradas de extremo abierto en una retícula de sublongitud de onda. Los polarizadores de septo se utilizan para separar dos polarizaciones ortogonales. La red de formación de haz es una combinación de divisores de potencia del plano E y del plano H, donde las polarizaciones se tratan por separado. Esta solución permite implementar una matriz y su red de formación de haz que tengan una longitud combinada de aproximadamente 1,5 veces su tamaño de apertura. Esto representa alguna mejora con respecto a los diseños de una sola bocina. Sin embargo, el diseño de la red de formación de haz es complejo y no es fácilmente escalable.

Una solución alternativa para reducir la longitud de la matriz es utilizar un divisor de potencia de torniquete para separar (o combinar) las dos polarizaciones ortogonales en lugar de un polarizador de septo. Si bien esta solución es atractiva para reducir la longitud de la estructura, la combinación de una unión de torniquete y divisores de potencia en el plano H conduce a una separación entre elementos de aproximadamente 2 longitudes de onda. Además, la distribución de fase no es directamente compatible con un diseño de matriz en el que los puertos desfasados darán como resultado un eje nulo en el patrón de radiación.

Otra solución utiliza la misma disposición del transductor ortomodal de dos sondas, pero con uniones de dos sondas reemplazadas por uniones de cuatro sondas y uniones de plano E en lugar de uniones de plano H para reducir la separación entre elementos. En este caso, el espaciado se puede reducir a una longitud de onda, pero el diseño general es extremadamente complejo ya que las uniones de dos sondas se reemplazan por uniones de cuatro sondas, lo que requiere una combinación de potencia múlti-nivel.

Un diseño más sencillo utiliza uniones de dos sondas en lugar de uniones de cuatro sondas. Sin embargo, las uniones en T del plano E y las curvas entre pares de uniones de dos sondas restringen el espacio mínimo alcanzable. Esta solución sigue siendo compleja y no permite la separación de elementos por debajo de una longitud de onda.

Ninguno de los diseños mencionados anteriormente para divisores de potencia de cuatro vías y polarización dual es simple y permite reducir la separación entre elementos de las antenas de matriz por debajo de una longitud de onda. Las realizaciones de la presente descripción abordan algunas o todas estas deficiencias.

A continuación, se describirán realizaciones a modo de ejemplo de la divulgación haciendo referencia a las figuras adjuntas. Los elementos idénticos en las figuras se pueden indicar con números de referencia idénticos, y se puede omitir la descripción repetida de los mismos por razones de concisión.

Hablando en términos generales, la presente invención se refiere a un dispositivo divisor de potencia de guía de ondas adecuado para la operación de polarización dual (es decir, a un dispositivo divisor de potencia de polarización dual). Como tal, proporciona un divisor de potencia de cuatro vías de polarización dual, compacto para sistemas electromagnéticos de ondas milimétricas y submilimétricas y, en particular, redes de formación de haz para antenas de matriz. Por lo tanto, el dispositivo divisor de potencia de guía de ondas propuesto permite el diseño de redes de formación de haz de polarización dual muy compactas para matrices pasivas en tecnología de guía de ondas. No obstante, el dispositivo divisor de potencia de guía de ondas propuesto también puede ser utilizado en otros componentes de ondas milimétricas y submilimétricas, tales como por ejemplo, amplificadores de potencia distribuidos.

Un ejemplo de un dispositivo divisor de potencia de guía de ondas 100 (o más bien, sus partes de guía de ondas) de acuerdo con las realizaciones de la divulgación se ilustra esquemáticamente en las Figs. 1A a 1D. En este caso, la Fig. 1A muestra una vista completa del dispositivo divisor de potencia de guía de ondas 100. Las Figs. 1B a 1D muestran varias vistas transversales del dispositivo divisor de potencia de guía de ondas con el plano de recorte (virtual) moviéndose hacia abajo a lo largo del eje longitudinal del dispositivo, equivalente a la eliminación de un número creciente de capas (virtuales). Como se hace comúnmente en el campo, las guías de ondas se representan aquí ilustrando el vacío (o medio de propagación) restringido dentro del material conductor en lugar del material real que constituye el componente, ya que esto facilita la visualización del camino seguido por el campo electromagnético.

La Fig. 2 es una vista lateral del dispositivo divisor de potencia de guía de ondas 100. El dispositivo divisor de potencia de guía de ondas 100 comprende cuatro uniones ortomodales de dos sondas (por ejemplo, transductores ortomodales) 10, cuatro uniones en T 20 del plano E, cuatro giros (por ejemplo giros de guía de ondas partes de giro) 30 y una unión de torniquete (por ejemplo, unión de torniquete de cuatro puertos) 40. Las uniones ortomodales 10, las uniones en T del plano E 20, los giros 30 y la unión de torniquete 40 se pueden imaginar dispuestas en sus respectivas capas (virtuales) del dispositivo divisor de potencia de guía de ondas 100, entre una capa superior y una capa inferior. La Fig. 1A muestra el dispositivo divisor de potencia de guía de ondas completo que incluye las cuatro uniones ortomodales 10 y, por lo tanto, ilustra la disposición de las uniones ortomodales 10 y la conexión entre ellas. La Fig. 1B muestra un primer plano de recorte (equivalente a la eliminación de una capa virtual superior), que proporciona visibilidad en las guías de ondas comunes de las cuatro uniones en T del plano E 20, y por lo tanto ilustra la disposición de las guías de ondas comunes en T del plano E 20. La siguiente capa inferior (tercera capa), que proporciona visibilidad en los cuatro giros 30 que permiten rotar las cuatro guías de onda comunes de las uniones en T del plano E, se ilustra en la Fig. 1C. Finalmente, la Fig. 1D muestra el plano de recorte más bajo (equivalente a la eliminación de una tercera capa virtual), proporcionando visibilidad en los puertos de la unión de torniquete 40 después de las curvas, y por lo tanto ilustra la conexión de las guías de ondas dobladas a través de la unión de torniquete 40.

Las cuatro uniones ortomodales de dos puertos 10 están dispuestas con sus guías de ondas comunes (por ejemplo, puertos de guía de ondas comunes o puertos comunes) 12 extendiéndose en paralelo. Por ejemplo, las guías de ondas comunes 12 de las uniones ortomodales de dos puertos 10 pueden estar dispuestas en forma cuadrada o rectangular, es decir, con centros de secciones transversales respectivas en los vértices de una retícula cuadrada o rectangular. En otras palabras, las guías de ondas comunes se pueden disponer en una matriz de dos por dos (por ejemplo, una matriz cuadrada o rectangular de dos por dos).

Los dos puertos (por ejemplo, sondas) 14 de cada unión ortomodal 10 se extienden en direcciones ortogonales. Además, los puertos 14 de las uniones ortomodales 10 se pueden extender en direcciones ortogonales a la dirección de extensión de las guías de ondas comunes 12 de las uniones ortomodales 10. Además, cada puerto (por ejemplo, sonda) 14 de una unión ortomodal 10 está conectado a un puerto 14 de otra unión ortomodal 10 a través de una de las uniones en T del plano E 20. Es decir, cada unión en T del plano E 20 acopla dos de las cuatro uniones 10 ortomodales entre sí a través de sus respectivos puertos 14. Por ejemplo, para cada unión ortomodal 10, los dos puertos 14 pueden estar cada uno frente a uno de los puertos 14 de una respectiva otra entre las uniones ortomodales 10, y cada unión en T 20 puede acoplarse entre sí frente a los puertos 14 de las respectivas uniones ortomodales 10. Las guías de ondas comunes (por ejemplo, puertos de guía de ondas comunes o puertos comunes) de las uniones en T del plano E 20 son ortogonales al plano que contiene las cuatro uniones ortomodales 10.

Cada giro 30 acopla una guía de ondas común de una respectiva de las uniones en T 20 a la guía de ondas 45 de uno respectivo de los puertos (por ejemplo, sondas) 44 de la unión de torniquete 40. En él, las paredes anchas de la guía de ondas común de la unión en T 20 y la guía de ondas 45 del puerto 44 de la unión de torniquete 40 son ortogonales entre sí. En otras palabras, cada giro 30 es conectado a la guía de ondas común de una unión en T 20, girando cada guía de ondas común 90 grados. Los giros 30 pueden ser, por ejemplo, giros compensados. Las guías de ondas comunes giradas, que corresponden a las guías de ondas 45 de los puertos 44 de la unión de torniquete 40, se doblan y acoplan (por ejemplo, se enlazan, se conectan) a la unión de torniquete 40. Dicho de otra manera, las guías de ondas 45 de los cuatro puertos 44 se doblan para extenderse en paralelo a una dirección de extensión de la guía de ondas común 42 de la unión de torniquete 40. La guía de ondas común 42 de la unión de torniquete 40 se puede extender en paralelo a las guías de ondas comunes 12 de las uniones ortomodales 10.

Mientras, las Figs. 1A a 1D y la Fig. 2 muestran las partes de guía de ondas (es decir, partes huecas) del dispositivo divisor de potencia de guía de ondas 100, un ejemplo de una estructura mecánica para implementar paredes metálicas (límites) para estas partes de guía de ondas se ilustra en la Fig. 3A y en la Fig. 3B. En este caso, la Fig. 3A es una vista superior inclinada de la estructura mecánica, que se muestra comprendiendo varias capas mecánicas (reales). La Fig. 3B es una vista inferior inclinada de la estructura mecánica. Esta estructura mecánica es compatible, por ejemplo con la fabricación de fresado CNC convencional. La estructura se puede ensamblar utilizando tornillos que pasan a través de los orificios circulares en las esquinas de cada capa, por ejemplo. También se ven orificios circulares más pequeños, que son para fines de alineación. Como se puede observar claramente en estas figuras, las guías de ondas comunes de las uniones en T del plano E 20 están acopladas, a través de los giros 30, a las guías de ondas 45 de los puertos 44 de la unión de torniquete 40. Cada guía de ondas común de uniones en T del plano E 20 están giradas 90 grados con respecto a la guía de ondas 45 del puerto 44 de la unión de torniquete 40 a la que está acoplada.

Como se puede observar por ejemplo, en la Fig. 3A y en la Fig. 3B, el dispositivo divisor de potencia de guía de ondas 100 también es adecuado para la fabricación mediante técnicas de producción en 3D. Esto incluye la fabricación de capas aditivas, como, por ejemplo la fusión selectiva por láser (SLM).

Respectivamente, la Fig. 3C y la Fig. 3D ilustran otro ejemplo de una estructura mecánica de una sola pieza para implementar paredes metálicas (límites) para las partes de guía de ondas del dispositivo divisor de potencia de guía de ondas 100. En ellas, la Fig. 3C es una vista superior inclinada de la estructura mecánica y la Fig. 3B es una vista inferior inclinada de la estructura mecánica. Esta estructura mecánica es una estructura monolítica (por ejemplo, de una sola pieza) y es compatible con las técnicas de producción en 3D. El hecho de que el dispositivo divisor de potencia de guía de ondas se pueda implementar en una estructura mecánica compatible con las técnicas de producción en 3D es un indicador de la baja complejidad del diseño del dispositivo divisor de potencia de guía de ondas.

Mientras, las Figs. 3A a 3D pueden mostrar estructuras mecánicas compatibles con diferentes métodos de fabricación, cabe señalar que las declaraciones sobre las propiedades del dispositivo divisor de potencia de guía de ondas implementado por estas estructuras no se limitan a un método de fabricación específico. En particular, también la estructura mecánica de la Fig. 3C y de la Fig. 3D podría verse como que comprende una serie de capas virtuales, en analogía con la Fig. 3A y la Fig. 3B.

Resumiendo lo anterior, el punto de partida de la presente divulgación es una combinación de cuatro uniones ortomodales de dos sondas 10. Una característica de diseño importante está relacionada con la forma en que se conectan esas cuatro uniones ortomodales. Las uniones de plano E 20 se utilizan entre sondas enfrentadas (puertos) 14 de uniones ortomodales de dos sondas adyacentes 10. Por consiguiente, una importante medida de diseño para conseguir una separación de matriz extremadamente compacta (es decir, una separación lateral pequeña entre las guías de onda comunes 12 de las uniones ortomodales 10) se encuentra en las uniones en T 20 que no requieren doblado. Además, los giros 30 se utilizan para cambiar la dirección de los puertos comunes de las uniones en T 20, lo que permite su combinación con una unión de torniquete 40 de forma compacta.

En particular, el diseño propuesto tiene la ventaja de proporcionar las condiciones de fase adecuadas para utilizar este componente en una antena de matriz 2x2 o en antenas de matriz más grandes. Esta propiedad se muestra esquemáticamente en las Figs. 4A a 4D, que ilustran vectores de campo eléctrico en los diferentes planos de recorte del dispositivo divisor de potencia de guía de ondas 100 para un primer modo de polarización, y en las Figs. 5A a 5D, que ilustran vectores de campo eléctrico en los diferentes planos de recorte del dispositivo divisor de potencia de guía de ondas 100 para un segundo modo de polarización. En la Fig. 4A, la flecha 410 indica la dirección del vector de campo E en la guía de ondas común 42 de la unión de torniquete 40 para el primer modo de polarización. Las flechas 420 indican las direcciones de los vectores de campo E en las guías de ondas 45 de los puertos 44 de la unión de torniquete 40 para el primer modo de polarización. En la Fig. 4B, las flechas 430 indican las direcciones de los vector de campo E en los giros 30 para el primer modo de polarización. Las flechas 440 en la Fig. 4C indican las direcciones del vector de campo E en las uniones en T 20 del plano E para el primer modo de polarización. Finalmente, las flechas 450 en la Fig.4D indican las direcciones de los vectores de campo E en las guías de ondas comunes 12 de las uniones ortomodales 10 para el primer modo de polarización. Del mismo modo, en la Fig. 5A, la flecha 510 indica la dirección del vector de campo E en la guía de ondas común 42 de la unión de torniquete 40 para el segundo modo de polarización, que es ortogonal al primer modo de polarización. Las flechas 520 indican las direcciones de los vectores de campo E en las guías de ondas 45 de los puertos 44 de la unión de torniquete 40 para el segundo modo de polarización. En la Fig. 5B, las flechas 530 indican las direcciones de los vectores de campo E en los giros 30 para el segundo modo de polarización. Flechas 540 en la Fig. 5C indican las direcciones de los vectores de campo E en las uniones en T 20 del plano E para el segundo modo de polarización. Finalmente, las flechas 550 en la Fig. 5D indican las direcciones de los vectores de campo E en las guías de ondas comunes 12 de las uniones ortomodales 10 para el segundo modo de polarización. Como se puede observar, las direcciones de los vectores de campo E en las guías de ondas comunes 12 de las uniones ortomodales 10 están alineadas entre sí para ambos modos de polarización, tanto en dirección como en fase. Los dos modos de polarización ortogonal pueden ser dos modos de polarización lineal ortogonal o dos modos de polarización circular ortogonal, dependiendo de la estructura (por ejemplo, transductor ortomodal) utilizado para acoplar (por ejemplo, conectar) al dispositivo divisor de potencia de guía de ondas 100.

Los detalles de los giros 30 del dispositivo divisor de potencia de guía de ondas 100 se describirán a continuación. Como se puede ver por ejemplo de la Fig. 1C, los giros de la guía de ondas 30 pueden tener una forma idéntica y pueden girar de uno a otro 90 grados alrededor de un eje que se extiende en paralelo a la guía de ondas 42 común de la unión de torniquete 40. Al tener tal forma, los giros de guía de ondas 30 están dispuestos para entrelazarse (o formar una malla) entre sí cuando se ven desde una dirección a lo largo de la guía de ondas común 42 de la unión de torniquete 40. Entonces, las paredes delgadas de metal pueden ser suficientes para separar los giros de la guía de ondas 30 entre sí, lo que ayuda a reducir la cantidad de material necesario para la fabricación del dispositivo divisor de potencia de guía de ondas.

Un ejemplo específico de la forma de los giros de guía de ondas 30 es una forma de "pajarita". En consecuencia, la forma de cada giro de guía de ondas 30 cuando se ve desde una dirección a lo largo de la guía de ondas común 42 de la unión de torniquete 40 puede comprender dos rectángulos (formas rectangulares) que tienen bordes paralelos y que se superponen entre sí en un par de sus esquinas.

Proporcionar giros 30 que permitan desplazar los puertos ayuda a proporcionar espacio suficiente para la unión de torniquete y, por lo tanto, puede contribuir a una mayor reducción del tamaño del dispositivo divisor de potencia de guía de ondas. En consecuencia, en algunas realizaciones, los giros 30 pueden ser giros desplazados. En el presente contexto, caracterizar un giro como un giro desplazado significa que las secciones transversales de la guía de ondas común de la unión en T 20 y la guía de ondas 45 del puerto 44 de la unión de torniquete 40 pueden intersectar, cuando se ven desde la dirección a lo largo de la guía de ondas común 42 de la unión de torniquete 40, en un punto o área que está desplazada de un centro de al menos una de las secciones transversales. En tal caso, los dos rectángulos antes mencionados que forman la forma de la sección transversal de los giros pueden tener diferentes dimensiones (tamaños).

El dispositivo divisor de potencia de guía de ondas descrito hasta ahora puede obtener una buena eficiencia y tiene un tamaño compacto. Se puede conseguir una mejora adicional de su rendimiento proporcionando secciones coincidentes. Por ejemplo, dichas secciones coincidentes pueden estar dispuestas en una, cualquiera o todas las guías de ondas comunes 42 de la unión de torniquete 40, en los puertos 44 de la unión de torniquete 40 y/o en las guías de ondas comunes 12 de las uniones ortomodales 10.

Por ejemplo, la unión de torniquete 40 puede comprender uno o más escalones 46 en las curvas de cada uno de sus cuatro puertos 44, véanse por ejemplo, la Fig. 1D y la Fig. 3A. Se puede decir que estos escalones 46 están dispuestos en partes de enlace respectivas entre la guía de ondas común 42 y los puertos 44 de la unión de torniquete de cuatro puertos 40. Se pueden extender, para cada puerto 44, en una dirección ortogonal a las direcciones de extensión del guía de ondas común 42 y a la dirección en la que el respectivo puerto 44 sale de la unión de torniquete 40.

Como otro ejemplo, el dispositivo divisor de potencia de guía de ondas 100 puede comprender secciones coincidentes 16 en las guías de ondas comunes 12 de las uniones ortomodales 10, véase por ejemplo la Fig. 3A. Como alternativa o adicionalmente, el dispositivo divisor de potencia de guía de ondas 100 puede comprender una sección de coincidencia 48 en la guía de ondas común 42 de la unión de torniquete 40, véanse por ejemplo la Fig. 1D y la Fig. 3B.

Aunque no se implementa en las realizaciones descritas aquí, también se pueden añadir secciones coincidentes en las uniones en T para mejorar aún más el rendimiento general del divisor de potencia. Sin embargo, se ha encontrado que esto normalmente no es necesario, lo que contribuye a la implementación muy compacta y al espaciamiento de elementos pequeños de las uniones ortomodales de dos puertos.

La estructura ilustrada en las Figs. 1A a 3B está optimizada para operar en la banda K (17,3 - 20,2 GHz) para enlaces descendentes de comunicación por satélite de banda ancha. Esta implementación específica demuestra que el divisor de potencia de cuatro vías propuesto es compatible con un espaciado de matriz tan pequeño como 0,7 longitudes de onda, estando definida la longitud de onda en la frecuencia operativa más baja. Sin embargo, los dispositivos divisores de potencia de guía de ondas de acuerdo con las realizaciones de la divulgación no se limitan a la operación en la banda K y también son aplicables a otras longitudes de onda o rangos de longitud de onda. Se entiende que resulta fácilmente evidente para el experto en la materia que las características estructurales descritas anteriormente pueden ser independientes de la longitud de onda de funcionamiento prevista.

Una propiedad atractiva de los dispositivos divisores de potencia de guía de ondas de acuerdo con las realizaciones de la divulgación consiste en que la guía de ondas común 42 del dispositivo divisor de potencia de cuatro vías 100 es una guía de ondas de modo dual (por ejemplo, que tiene una sección transversal cuadrada, como se muestra en las figuras antes mencionadas). Esto significa que se pueden combinar cuatro matrices de 2x2 utilizando el mismo dispositivo divisor de potencia de cuatro vías, y así sucesivamente. Por lo tanto, el dispositivo divisor de potencia de guía de ondas propuesto 100 se puede utilizar para diseñar matrices pequeños o grandes combinando números apropiados de dichos dispositivos divisores de potencia de guía de ondas. Mientras que las matrices más pequeñas son de interés para las aplicaciones espaciales, por ejemplo, como elemento básico en las antenas activas, los matrices más grandes podrían ser de interés para las aplicaciones terrestres y, en particular, los terminales de usuario.

En general, se entiende que la presente divulgación cubre antenas de matriz que comprenden uno o más dispositivos divisores de potencia de guía de ondas de acuerdo con realizaciones de la divulgación. En algunas realizaciones, la antena de matriz puede comprender una pluralidad de dispositivos divisores de potencia de guía de ondas de acuerdo con las realizaciones de la divulgación. Por ejemplo, la Fig. 6 ilustra esquemáticamente un ejemplo de una antena de matriz 200 que comprende cinco dispositivos divisores de potencia de guía de ondas según realizaciones de la divulgación. Cuatro de estos dispositivos divisores de potencia de guía de ondas 100 están dispuestos de tal manera que las guías de ondas comunes 12 de sus uniones ortomodales 10 forman una matriz de 4 x 4, y un quinto dispositivo divisor de potencia de guía de ondas 100' está dispuesto de tal manera que las guías de ondas comunes 12 de sus uniones ortomodales 10 se acoplan con las guías de ondas comunes 42 de las uniones de torniquete 40 de los respectivos entre los otros cuatro dispositivos divisores de potencia de guía de ondas 100.

La antena de matriz según la presente divulgación comprende una pluralidad de elementos de matriz. Estos elementos de matriz pueden formar la apertura de la antena de matriz. Debido a la configuración específica del dispositivo divisor de potencia de guía de ondas propuesto, los elementos de matriz pueden ser guías de ondas abiertas correspondientes a las guías de ondas comunes de las uniones ortomodales de dos puertos de uno o más de los dispositivos divisores de potencia de guía de ondas de la antena de matriz. Es decir, la antena puede no comprender bocinas. La omisión de las bocinas permite aprovechar al máximo la separación muy compacta entre los elementos de la antena de matriz (es decir, entre las guías de ondas comunes 12 de las uniones ortomodales 10 de los dispositivos divisores de potencia de guía de ondas 100). Como se ha encontrado, incluso sin bocinas, la antena de matriz propuesta tiene un rendimiento equivalente al de las antenas de matriz convencionales con bocinas.

Como se mencionó anteriormente, la antena de matriz puede comprender una pluralidad de dispositivos divisores de potencia de guía de ondas. Al menos dos de los dispositivos divisores de potencia de guía de ondas pueden estar dispuestos de manera que las guías de ondas comunes de las uniones ortomodales de los al menos dos dispositivos divisores de potencia de guía de ondas formen una matriz. Por ejemplo, las guías de ondas comunes de las uniones ortomodales se pueden disponer en una retícula regular (por ejemplo, cuadrada o rectangular). Este es el caso de la antena de matriz 200 de la Fig.6, en el que cuatro dispositivos divisores de potencia de guía de ondas están dispuestos para formar una matriz de 4 x 4.

Como alternativa o adicionalmente, un primer dispositivo divisor de potencia de guía de ondas entre la pluralidad de dispositivos divisores de potencia de guía de ondas se puede acoplar a un segundo dispositivo divisor de potencia de guía de ondas entre la pluralidad de dispositivos divisores de potencia de guía de ondas, de tal manera que la guía de ondas común 12 de una unión ortomodal 10 del primer el dispositivo divisor de potencia de guía de ondas está acoplada a la guía de ondas común 42 de la unión de torniquete 40 del segundo dispositivo divisor de potencia de guía de ondas. Este es de nuevo el caso de la antena de matriz 200 de la Fig. 6, en la que la guía de ondas común 12 de una unión ortomodal 10 del dispositivo divisor de potencia de guía de ondas 100' está acoplada a la guía de ondas común 42 de la unión torniquete 40 de uno de los otros cuatro dispositivos divisores de potencia de guía de ondas 100. De hecho, cada una de las guías de ondas comunes 12 de las uniones ortomodales 10 del dispositivo divisor de potencia de guía de ondas 100' se acopla a una guía de ondas común 42 de la unión de torniquete 40 de uno respectivo entre los otros cuatro dispositivos divisores de potencia de guía de ondas 100.

En un ejemplo general, dos o más de los dispositivos divisores de potencia de guía de ondas de la antena de matriz pueden estar dispuestos para formar la matriz antes mencionada (por ejemplo, la matriz 4x4 en la Fig. 6), y al menos otro dispositivo divisor de potencia de guía de ondas se puede acoplar a la guía de ondas común de la unión de torniquete de uno de los dispositivos divisores de potencia de guía de ondas a través de la guía de ondas común de una de sus uniones ortomodales (por ejemplo, los dispositivos divisores de potencia de guía de ondas 100 y 100 ' en la Fig. 6). En particular, el al menos un dispositivo divisor de potencia de guía de ondas adicional se puede acoplar a las guías de ondas comunes de las uniones de torniquete de cuatro de los dispositivos divisores de potencia de guía de ondas a través de las guías de ondas comunes de sus uniones ortomodales.

A continuación, se describirán los resultados técnicos para los dispositivos divisores de potencia de guía de ondas de acuerdo con las realizaciones de la divulgación. Estos resultados técnicos se relacionan con una implementación específica en la banda K utilizada como un divisor de potencia de cuatro vías (es decir, con una entrada y cuatro salidas, suponiendo puertos polarizados duales en todas las guías de ondas cuadradas), pero se pueden extender fácilmente a otras implementaciones. En la implementación del ejemplo, los elementos radiantes son guías de ondas abiertas con una separación de 12,5 mm (0,71 Aü a 17 GHz). El dispositivo divisor de potencia de guía de ondas se optimizó utilizando un solucionador de método de elementos finitos, con el objetivo de mantenerlo lo más simple posible.

La Fig. 7 muestra los parámetros S para el dispositivo divisor de potencia de guía de ondas para una polarización dada. Los resultados serían los mismos para la polarización ortogonal, debido a las simetrías del dispositivo divisor de potencia de la guía de ondas. El índice 1 para los componentes del parámetro S indica el puerto común (por ejemplo, el puerto de entrada) del dispositivo divisor de potencia de guía de ondas 100, es decir, la guía de ondas común 42 de la unión de torniquete 40. Los índices 2 a 5, o alternativamente, el índice n indican los puertos restantes (por ejemplo, los puertos de salida) del dispositivo divisor de potencia de guía de ondas 100, es decir, las guías de ondas 12 comunes de las uniones ortomodales 10. En él, el gráfico 710 ilustra el componente (1,1) del parámetro S, es decir, el coeficiente de reflexión, el gráfico 720 ilustra el componente (1,n) del parámetro S, es decir, la ganancia de transmisión, para la copolarización (co), y el gráfico 730 ilustra el componente (1,n) del parámetro S, es decir, la ganancia de transmisión, para polarización cruzada (cx). Como se puede observar en estos gráficos, el dispositivo divisor de potencia de guía de ondas tiene un comportamiento de banda ancha con una pérdida de retorno excelente (coeficiente de reflexión típicamente < -20 dB) sobre el ancho de banda analizado y una ganancia de transmisión muy plana. Se encuentra que la ganancia de transmisión de polarización cruzada es muy baja sobre el ancho de banda analizado (típicamente < -25 dB). Podría suprimirse aún más mediante la aplicación de las técnicas descritas en la solicitud de patente internacional en tramitación N°. PCT/EP2019/079563 presentada el 29 de octubre de, 2019 a las cuatro uniones ortomodales de dos puertos del dispositivo divisor de potencia de guía de ondas.

La simulación confirma el comportamiento simétrico de la estructura para los dos modos de polarización ortogonal en ausencia de incertidumbres de fabricación. Por esta razón, se informe de los resultados de la ganancia de transmisión de forma genérica (1,n) ya que las 4 curvas (para n de 2 a 5) se superponen en la simulación, tanto en copolarización como en polarización cruzada.

La Fig. 8A y la Fig. 8B ilustran el rendimiento del dispositivo divisor de potencia de guía de ondas cuando se utiliza como una antena de matriz 2x2. Las redes de formación de haz de antenas de matriz es una de las principales aplicaciones objetivo de los dispositivos divisores de potencia de guía de ondas según las realizaciones de la divulgación. Dado que se sabe que las guías de ondas de extremo abierto proporcionan poca pérdida de retorno, no era obvio que el dispositivo divisor de potencia de guía de ondas propuesto seguiría funcionando bien cuando se combinaba con guías de ondas abiertas para producir una matriz con una separación de elementos muy pequeña. Específicamente, la Fig. 8A muestra los parámetros S para un dispositivo divisor de potencia de guía de ondas optimizado preliminarmente como una antena de matriz, y la Fig. 8B muestra las ganancias radiadas para este dispositivo divisor de potencia de guía de ondas en función del ángulo polar 0 en relación con la dirección lateral de la apertura (dirección ortogonal al plano de matriz). El gráfico 810 en la Fig. 8A ilustra los componentes (1,1) y (2,2) del parámetro S, es decir, el coeficiente de reflexión, mientras que el gráfico 820 ilustra los componentes (2,1) y (1,2) de los parámetros S, es decir, el aislamiento entre modos ortogonales en el puerto común. En la Fig. 8B, el gráfico 830 ilustra la ganancia de radiación de copolarización del dispositivo divisor de potencia de guía de ondas para un ángulo azimutal $ = 0° (grados) en el plano de apertura, el gráfico 840 ilustra la ganancia de radiación de copolarización para un ángulo azimutal $ = 45°, y el gráfico 850 ilustra la ganancia de radiación de copolarización para un ángulo azimutal $ = 90°. Además, el gráfico 860 ilustra la ganancia de radiación de polarización cruzada para el ángulo azimutal $ = 0°, el gráfico 870 ilustra la ganancia de radiación de polarización cruzada para el ángulo azimutal $ = 45° y el gráfico 880 ilustra la ganancia de radiación de polarización cruzada para el ángulo azimutal $ = 90°. En este caso, el ángulo azimutal $ = 0° indica un eje ortogonal a las paredes de las guías de ondas comunes del dispositivo divisor de potencia de guía de ondas.

Como se puede observar en los gráficos de la Fig. 8A, la respuesta de banda ancha del dispositivo divisor de potencia de guía de ondas se mantiene sin ningún dispositivo de coincidencia adicional, tal como talones o iris, lo que indica la solidez del diseño propuesto con su potencial para una mayor mejora o para una mayor simplificación del diseño para cumplir con las restricciones de fabricación. En particular, es interesante apuntar el excelente aislamiento entre polarizaciones ortogonales por diseño, que se espera que proporcione un rendimiento sólido en presencia de incertidumbres de fabricación. Los patrones de ganancia reportados en la Fig. 8B corresponden a la excitación a lo largo del eje x. Esto da como resultado un patrón con un campo alineado a lo largo del eje y. Aunque los elementos radiantes operan en su modo fundamental (TE10 o TE01) que no tiene simetría rotacional, los patrones obtenidos a nivel de matriz presentan un buen nivel de simetría rotacional en lo que se refiere a la copolarización. En otras palabras, a pesar de la sección transversal cuadrada de las guías de ondas del dispositivo divisor de potencia de guía de ondas, las ganancias de radiación de copolarización muestran una alta simetría con respecto al ángulo azimutal $. Como se esperaba, el desempeño de polarización cruzada en el peor de los casos aparece en el plano intermedio $ = 45°, pero los niveles están en línea con diseños alternativos. Cualquier asimetría en 0 con respecto a 0 = 0 se debe a incertidumbres numéricas en la simulación ya que la estructura tiene dos ejes de simetría, los ejes x e y. De todos modos, esas pequeñas asimetrías se encuentran en niveles mucho más bajos que la ganancia máxima y no tienen impacto en el rendimiento general de la antena de matriz.

Como se indicó anteriormente, los dispositivos divisores de potencia de guía de ondas de acuerdo con las realizaciones de la divulgación se pueden combinar para formar antenas de matriz. Una implementación específica extiende el diseño propuesto a una matriz de 4x4.

La Fig. 9 muestra las ganancias radiadas para dicha antena de matriz 4 x 4. El gráfico 910 ilustra la ganancia de radiación de copolarización del dispositivo divisor de potencia de guía de ondas para un ángulo azimutal $ = 0° (grados) en el plano de apertura, el gráfico 920 ilustra la ganancia de radiación de copolarización para un ángulo azimutal $ = 45°, y el gráfico 930 ilustra la ganancia de radiación de copolarización para un ángulo azimutal $ = 90°. Además, el gráfico 940 ilustra la ganancia de radiación de polarización cruzada para el ángulo azimutal $ = 0°, el gráfico 950 ilustra la ganancia de radiación de polarización cruzada para el ángulo azimutal $ = 45°, y el gráfico 960 ilustra la ganancia de radiación de polarización cruzada para el ángulo azimutal $ = 90°.

Los resultados de la Fig. 9 confirman la escalabilidad de una red de formación de haz basada en el dispositivo divisor de potencia de guía de ondas propuesto. La ganancia simulada para la matriz 4x4 es aproximadamente 6 dB mayor que la de la matriz 2x2, como se esperaba, lo que confirma el buen funcionamiento del dispositivo divisor de potencia de guía de ondas propuesto cuando se combina con sistemas de antena más complejos. Nuevamente, cualquier asimetría en 0 con respecto a 0 = 0 se debe a incertidumbres numéricas en la simulación y también se encuentran aquí en niveles mucho más bajos que la ganancia máxima.

Mientras que las figuras expuestas anteriormente muestran componentes de guía de ondas con sección transversal rectangular, la presente divulgación es igualmente aplicable a formas alternativas de las secciones transversales, por ejemplo como la forma circular.

También se debe tener en cuenta que las características del aparato descritas anteriormente pueden corresponder a las características del método respectivo (por ejemplo, características del método de fabricación) que pueden no estar descritas explícitamente, por razones de concisión, y viceversa. Se considera que la divulgación del presente documento se extiende también a tales métodos y viceversa.

Cabe señalar además que la descripción y los dibujos simplemente ilustran los principios del sistema propuesto. Los expertos en la materia podrán implementar diversas configuraciones que, aunque no se describen ni muestran explícitamente en este documento, incorporan los principios de la invención. Además, todos los ejemplos y realizaciones descritos en el presente documento tienen la intención principal y expresa de tener únicamente fines explicativos para ayudar al lector a comprender los principios de la invención tal como está definida en las reivindicaciones adjuntas.

Claims (12)

REIVINDICACIO NES

1. Un dispositivo divisor de potencia de guía de ondas (100) que comprende:

cuatro uniones ortomodales de dos puertos (10) dispuestas con sus guías de ondas comunes extendiéndose en paralelo, en donde los dos puertos de cada unión ortomodal (10) se extienden en direcciones ortogonales; cuatro uniones en T del plano E (20), donde cada unión en T (20) acopla dos de las cuatro uniones ortomodales (10) entre sí a través de sus puertos respectivos;

una unión de torniquete de cuatro puertos (40), en donde las guías de ondas de los cuatro puertos están dobladas para extenderse en paralelo a una dirección de extensión de la guía de ondas común de la unión de torniquete (40); y

cuatro giros de guía de ondas (30), en donde cada giro de guía de ondas (30) acopla una guía de ondas común de una respectiva de las uniones en T (20) a la guía de ondas de uno respectivo de los puertos de la unión de torniquete (40), con las paredes anchas de la guía de ondas común de la unión en T (20) y de la guía de ondas del puerto de la unión de torniquete (40) estando dispuestas ortogonales entre sí,

en donde los giros de la guía de ondas (30) están dispuestos para entrelazarse entre sí.

2. El dispositivo divisor de potencia de guía de ondas (100) de acuerdo con la reivindicación 1,

en donde los giros de la guía de ondas (30) tienen una forma idéntica y giran de uno a otro 90 grados alrededor de un eje que se extiende en paralelo a la guía de ondas común de la unión de torniquete (40).

3. El dispositivo divisor de potencia de guía de ondas (100) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores,

en donde una forma de cada giro de guía de ondas (30) cuando se ve desde una dirección a lo largo de la guía de ondas común de la unión de torniquete (40) comprende dos rectángulos que tienen bordes paralelos y que se superponen entre sí en un par de sus esquinas.

4. El dispositivo divisor de potencia de guía de ondas (100) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores,

en donde los giros de la guía de ondas (30) son giros compensados en el sentido de que las secciones transversales de la guía de ondas común de la unión en T (20) y la guía de ondas del puerto de la unión de torniquete (40) intersectan, cuando se ven desde la dirección a lo largo de la guía de ondas común de la unión de torniquete (40), en un punto o área que se encuentra descentrada de un centro de al menos una de las secciones transversales.

5. El dispositivo divisor de potencia de guía de ondas (100) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores,

en donde para cada unión ortomodal (10), cada uno de los dos puertos mira hacia uno de los puertos de una otra respectiva entre las uniones ortomodales (10); y

cada unión en T (20) se acopla con los respectivos puertos que están vueltos uno hacia otro de las respectivas uniones ortomodales (10).

6. El dispositivo divisor de potencia de guía de ondas (100) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores,

en donde la unión de torniquete (40) comprende uno o más escalones en las curvas de cada uno de sus cuatro puertos.

7. El dispositivo divisor de potencia de guía de ondas (100) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además secciones coincidentes en las guías de ondas comunes de las uniones ortomodales (10) y/o una sección coincidente en la guía de ondas común de la unión de torniquete (40).

8. El dispositivo divisor de potencia de guía de ondas (100) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores,

en donde el dispositivo divisor de potencia de guía de ondas es un dispositivo divisor de potencia de polarización dual.

9. Una antena de matriz que comprende uno o más dispositivos divisores de potencia de guía de ondas de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores.

10. La antena de matriz de acuerdo con la reivindicación 9,

en donde la antena de matriz comprende una pluralidad de elementos de matriz; y

los elementos de matriz son guías de ondas abiertas correspondientes a las guías de ondas comunes de las uniones ortomodales de dos puertos (10) de uno o más de uno o más dispositivos divisores de potencia de guía de ondas.

11. La antena de matriz de acuerdo con la reivindicación 9 o 10,

en donde la antena de matriz comprende una pluralidad de dispositivos divisores de potencia de guía de ondas; y al menos dos de los dispositivos divisores de potencia de guía de ondas están dispuestos de manera que las guías de ondas comunes de las uniones ortomodales (10) de los al menos dos dispositivos divisores de potencia de guía de ondas forman una matriz.

12. La antena de matriz de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 9 a 11,

en donde la antena de matriz comprende una pluralidad de dispositivos divisores de potencia de guía de ondas; y un primer dispositivo divisor de potencia de guía de ondas entre la pluralidad de dispositivos divisores de potencia de guía de ondas está acoplado a un segundo dispositivo divisor de potencia de guía de ondas entre la pluralidad de dispositivos divisores de potencia de guía de ondas, de tal manera que la guía de ondas común de una unión ortomodal (10) del primer dispositivo divisor de potencia de guía de ondas está acoplada a la guía de ondas común de la unión de torniquete (40) del segundo dispositivo divisor de potencia de guía de ondas.