ES2818550T3 - Montaje de guía de onda y procedimiento de fabricación de la misma - Google Patents
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Abstract
Un conjunto de guía de onda (22, 24) para una red de señal de radiofrecuencia, RF (10), que comprende una pluralidad de guías de onda, donde al menos dos guías de onda de la pluralidad de guías de onda están integralmente formadas la una con la otra; donde una pared de una primera guía de onda de las al menos dos guías de onda es común con una pared de una segunda guía de onda de las al menos dos guías de onda; el conjunto de guía de onda comprende, además: uno o más conectores de guía de onda (30), estando acoplado cada conector de guía de onda a al menos tres guías de onda de la pluralidad de guías de onda y que tiene una brida (31) y al menos tres puertos (32, 33, 34), estando cada puerto respectivo (32, 33, 34) configurado para interactuar con una guía de onda respectiva de las al menos tres guías de onda, donde la brida (31) está integralmente formada con las al menos tres guías de onda.
Description
DESCRIPCIÓN
Montaje de guía de onda y procedimiento de fabricación de la misma
Campo técnico
La presente invención se refiere a un conjunto de guía de onda, y particularmente, pero no exclusivamente, al diseño y fabricación de un conjunto de guía de onda para señales de radiofrecuencia (RF), y a una brida de interfaz para un conjunto de guía de onda.
Técnica anterior
Las guías de onda se usan comúnmente en una amplia gama de aplicaciones para guiar una onda a lo largo de una trayectoria deseada. Por ejemplo, en un satélite de comunicaciones, puede ser necesario pasar una señal de microondas recibida a través de una serie de componentes (por ejemplo, amplificadores, filtros, multiplexores) antes de retransmitir la señal. En este caso, se puede usar una guía de onda electromagnéticas para transportar la señal de un componente al siguiente.
En los sistemas convencionales que contienen una gran cantidad de componentes y requieren una gran cantidad de guías de onda de interconexión, el diseño del sistema puede volverse particularmente complejo para garantizar que se puedan albergar físicamente todas las trayectorias de señal requeridas para el sistema. Es posible que se necesiten guías de onda largas para permitir el enrutamiento por debajo, por encima y alrededor de otros componentes de red o guías de onda, y es posible que las guías de onda tengan que separarse y organizarse en numerosas capas espaciales.
Los procesos de fabricación convencionales imponen restricciones a la libertad del diseñador del sistema, ya que las guías de onda complejas tienen tolerancias mecánicas estrictas para lograr el rendimiento de RF deseado. Por lo tanto, debe garantizarse que una guía de onda pueda construirse físicamente de manera que permita alcanzar dicho rendimiento. Por ejemplo, la fijación de una guía de onda a un componente del sistema (como la brida de interfaz de otra guía de onda o un interruptor de guía de onda) debe realizarse de forma que minimice la pérdida de señal, la reflexión de señal (pérdida de retorno) o la introducción de la intermodulación pasiva (PIM) en el punto de acoplamiento y, por lo tanto, es conveniente facilitar el acceso al punto de acoplamiento para permitir que las herramientas de ensamblaje se apliquen adecuadamente a la guía de onda y al componente del sistema. Por lo tanto, tal facilidad de acceso impone un requisito espacial adicional sobre el diseño del sistema.
Convencionalmente, las guías de onda se diseñan, fabrican y suministran individualmente, y se ensamblan manualmente en una red de guías de onda utilizando herramientas de fijación. Se sigue este enfoque para poder optimizar el diseño de cada guía de onda individual con respecto a su rendimiento y las características de transmisión presentadas a las señales de RF que pasan a través de esa guía de onda.
A medida que evolucionan los requisitos del sistema, requieren un diseño de sistema cada vez más complejo, impulsado por requisitos de mayor ancho de banda de señal y un rendimiento mejorado; por ejemplo, las penalizaciones espaciales y de peso asociadas con el alojamiento de las guías de onda requeridas son cada vez más significativas. Cuando se desea utilizar una red de señal compleja en la electrónica de una carga útil satelital, por ejemplo, en una misión de haces múltiples, tales penalizaciones son particularmente desventajosas.
Las formas convencionales de reducir el tamaño y el tiempo de fabricación asociados con los conjuntos de guía de onda implican la simplificación del conjunto de guía de onda, en el que las guías de onda se vuelven más pequeñas, con una longitud y/o un diámetro reducidos. También puede ser posible diseñar esquemas de procesamiento de señales más complejos, de modo que la información pueda multiplexarse en un número menor de señales, requiriendo menos guías de onda, por ejemplo, pero aumentando la carga de procesamiento de un demultiplexor posterior. Una guía de onda o una sección de guía de onda en particular, o un conjunto de guía de onda en particular pueden interactuar, a través de un conector, con una o más guías de onda, secciones de guía de onda o conjuntos de guía de onda adicionales para construir un conjunto más grande de guías de onda o secciones de guía de onda, tal como una red de guías de onda. Como se indicó anteriormente, la naturaleza de la interfaz de la guía de onda puede tener un impacto significativo en el rendimiento. Por lo tanto, existe la necesidad de optimizar el diseño del conector de guía de onda para optimizar el rendimiento.
Los conectores de guía de onda se construyen típicamente con bridas. Una brida de guía de onda contiene medios de fijación mecánica que se utilizan para acoplar la brida a una brida correspondiente que se fija a otra sección de la guía de onda. Las bridas tienen porciones huecas a través de las cuales pasa una señal a través de la interfaz, cada
porción hueca interactúa con el interior de una respectiva sección de guía de onda. De esta manera, se pueden conectar dos secciones de guía de onda mediante el acoplamiento de sus respectivas bridas, y el rendimiento de la interfaz de guía de onda, con respecto a la transmisión de una señal a través de la interfaz, depende, por lo tanto, del acoplamiento de las bridas.
Convencionalmente, la necesidad de optimizar el diseño de bridas de interfaz para facilitar el acoplamiento entre secciones de guía de onda ha llevado al uso de bridas de interfaz separadas para guías de onda individuales, estando cada brida configurada específicamente para ser apropiada para una interfaz en particular. Además, este enfoque mejora la facilidad de acceso a las bridas de interfaz.
"Design and fabrication of a lightweight additive-manufactured Ka-band horn antenna array", Dimitriadis y col, 10th European Conference on Antennas and Propagation, 10 de abril de 2016 revela usos de fabricación aditiva en un conjunto de antenas de bocina.
"Advanced Butler Matrices with Integrated Bandpass Filter Functions", Vittorio Tornielli di Crestvolant y col, IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol. 63, n.° 10, 7 de agosto de 2015 revela un ejemplo del uso de la tecnología de guía de onda en una matriz de Butler.
"3-D metal-direct-printed wideband and high-efficiency waveguide-fed antenna array", Huang Guan-Long y col, IEEE Conference Proceedings, 1 de mayo de 2015, revela un ejemplo de sinterización directa por láser de metal para fabricar un conjunto de guía de onda.
La solicitud de Patente de los Estados Unidos US 2015/229460 revela otro ejemplo de un conjunto de antena fabricado mediante impresión 3-D.
La solicitud de patente japonesa JP S594301 revela un ejemplo de un conector de guía de onda convencional. La patente de los Estados Unidos US 7,408,427 revela un diseño compacto para un alimentador de guía de onda que no utiliza conexiones de brida.
La Solicitud de Patente Europea EP 0,394,795 revela un conector de brida para un alimentador de antena.
El objetivo de la presente invención es proporcionar un conjunto de guía de onda mejorado para una red de señal de RF y un procedimiento de fabricación de dicho conjunto de guía de onda mejorado.
Resumen de la invención
Según un aspecto de la presente invención, se proporciona un conjunto de guía de onda para una red de señal de radiofrecuencia o RF, que comprende una pluralidad de guías de onda, donde al menos dos guías de onda de la pluralidad de guías de onda están integralmente formadas la una con la otra, donde una pared de una primera guía de onda de las al menos dos guías de onda es común con una pared de una segunda guía de onda de las al menos dos guías de onda; el conjunto de guía de onda comprende además uno o más conectores de guía de onda, estando acoplado cada conector de guía de onda a al menos tres guías de onda de la pluralidad de guías de onda y que tiene una brida y al menos tres puertos, estando cada puerto respectivo configurado para interactuar con una guía de onda respectiva de las al menos tres guías de onda, donde la brida está integralmente formada con las al menos tres guías de onda.
En algunas realizaciones, cada guía de onda de la pluralidad de guías de onda puede estar integralmente formado la una con la otra, mejorando aún más el diseño del conjunto de guía de onda.
Al menos una guía de onda de la pluralidad de guías de ondas puede proporcionar soporte mecánico a al menos otra guía de onda de la pluralidad de guías de ondas, permitiendo que el conjunto de guía de onda sea una estructura autoportante.
Una porción de al menos una guía de onda de la pluralidad de guías de onda puede tener una sección transversal rectangular o elíptica.
Al menos una guía de onda de la pluralidad de guías de onda puede tener una sección transversal variable.
Al menos una guía de onda de la pluralidad de guías de onda puede ser flexible, lo que puede mejorar las cargas de la interfaz y puede permitir un pequeño ajuste de los planos de la interfaz para facilitar el ensamblaje.
Al menos una de las guías de onda puede comprender una estructura para proporcionar resistencia mecánica a la guía de onda.
Al menos una de las guías de onda puede comprender una estructura para facilitar la radiación termal desde la guía de onda.
El conjunto de guía de onda puede comprender medios para interactuar con otro conjunto de guía de onda.
Al menos una de las guías de onda de la pluralidad de guían de onda puede estar integralmente formado con un componente de la red de señal de RF, lo que puede permitir además el diseño de una red de guía de onda compacta. La pluralidad de guías de onda puede estar dispuesta de modo que la longitud de trayectoria de la pluralidad de guías de onda requerida para proporcionar la conectividad de la red de señal de RF minimice la masa y/o los costes y/o el tiempo de producción del conjunto de guía de onda y puede maximizar la densidad de compactación de la pluralidad de guías de onda.
El conjunto de guía de onda puede comprender además uno o más conectores de guía de onda, teniendo cada conector de guía de onda una brida y una pluralidad de puertos, donde la brida comprende medios para el acoplamiento a un conector de guía de onda adicional, estando cada puerto de la pluralidad de puertos configurados para interactuar con una guía de onda respectiva del conjunto de guía de onda.
El conjunto de guía de onda y la brida o bridas del respectivo conjunto o conjuntos de guía de onda pueden estar integralmente formados.
La pluralidad de puertos y los medios de acoplamiento pueden estar distribuidos alrededor del conector de la guía de onda en una configuración que optimice la transmisión de señales de RF a través de la pluralidad de puertos a través de una interfaz entre el conector de la guía de onda y el conector de la guía de onda adicional.
La optimización de la transmisión de señales de RF a través de la interfaz puede ser tal que las características de transmisión presentadas por cada puerto de la pluralidad de puertos a las señales de RF que pasan a través de los puertos sean sustancialmente iguales entre sí.
La optimización de la transmisión de señales de RF a través de la interfaz puede ser tal que se minimice la pérdida de señal.
Los medios de acoplamiento a un conector de guía de onda adicional pueden configurarse de modo que cuando el conector de guía de onda esté acoplado al conector de guía de onda adicional, la presión de acoplamiento sea sustancialmente uniforme a través de la brida del conector de guía de onda, lo que puede optimizar el rendimiento. Los medios de fijación pueden comprender una abrazadera en V, o una pluralidad de pernos.
La pluralidad de puertos puede estar distribuida simétricamente alrededor del conector de la guía de onda.
Un puerto o puertos de la pluralidad de puertos pueden tener una sección transversal elíptica y/o un puerto o puertos de la pluralidad de puertos puede tener una sección transversal rectangular.
Una primera pluralidad de guías de onda se puede conectar a una segunda pluralidad de guías de onda utilizando un par de los conectores de guía de onda descritos anteriormente.
La primera pluralidad de guías de onda, la segunda pluralidad de guías de onda y el par de conectores de guías de onda pueden estar integralmente formados.
Según otro aspecto de la presente invención, se proporciona una carga útil satelital que comprende una red de señal de RF que incluye uno o más de los conjuntos de guía de onda descritos anteriormente.
Según otro aspecto de la presente invención, se proporciona un procedimiento de fabricación de un conjunto de guía de onda para una red de señal de radiofrecuencia o RF, que comprende fabricar una pluralidad de guías de onda de forma que al menos dos guías de onda de la pluralidad de guías de onda están integralmente formadas la una con la otra, donde una pared de una primera guía de onda de las al menos dos guías de onda es común con una pared de una segunda guía de onda de las al menos dos guías de onda; el procedimiento comprende además uno o más conectores de guía de onda, estando acoplado cada conector de guía de onda a al menos tres guías de onda de la pluralidad de guías de onda y que tiene una brida integralmente formada con las al menos tres guías de onda, y al
menos tres puertos, estando cada puerto respectivo configurado para interactuar con una guía de onda respectiva de las al menos tres guías de onda.
La pluralidad de guías de onda puede fabricarse mediante fabricación aditiva, AM. El procedimiento puede comprender disponer la pluralidad de guías de onda para maximizar la densidad de compactación de la pluralidad de guías de onda.
El procedimiento puede comprender disponer la pluralidad de guías de onda para minimizar la longitud de trayectoria de la pluralidad de guías de onda requeridas para proporcionar la conectividad de la red de señal de RF.
El procedimiento puede comprender disponer la pluralidad de guías de onda requerida para proporcionar la conectividad de la red de señal de RF minimice la masa y/o los costes y/o el tiempo de producción del conjunto de guía de onda.
Según otro aspecto de la presente invención, se proporciona un procedimiento para fabricar una red de señal de radiofrecuencia, RF, que comprende disponer el equipo de red en un panel, definir la conectividad entre el equipo de red, fabricar uno o más conjuntos de guía de onda para lograr la conectividad definida utilizando el procedimiento descrito anteriormente y conectando uno o más conjuntos de guía de onda al equipo de red.
La formación integral de dos o más guías de onda representa el diseño y la fabricación de un conjunto de una sola pieza, lo que permite diseñar configuraciones complejas de manera muy compacta, reduciendo o eliminando por completo la necesidad de acceso para el ensamblaje de guías de onda individuales. También permite la integración fluida de una estructura de soporte mecánico y hardware térmico en un solo conjunto.
Las realizaciones de la presente invención se basan en la sustitución de varias guías de onda individuales por un número menor de bloques de conjuntos de guías de onda que pueden diseñarse y adquirirse como conjuntos, y a continuación, ensamblarse antes de conectarse a un panel de red de señal.
Breve descripción de los dibujos
A continuación, se describen realizaciones de la presente invención solo a modo de ejemplo, con referencia a los dibujos adjuntos, de los que:
la figura 1 ilustra un ejemplo de un plan de una red de señal de RF parcialmente diseñada;
la figura 2 ilustra una parte de un plan de una red de señal de RF parcialmente diseñada que utiliza conjuntos de guía de onda configurados según una realización de la presente invención;
la figura 3 es una ilustración de partes de dos conjuntos de guías de onda configurados según realizaciones de la presente invención;
la figura 4 ilustra una sección transversal de un conector de guía de onda utilizado en realizaciones de la presente invención;
la figura 5 es una vista de despiece de una interfaz entre dos conectores de guía de onda según realizaciones de la presente invención;
las figuras 6A y 6B ilustran el acoplamiento de dos conectores de guía de onda utilizando una abrazadera en V según las realizaciones de la presente invención; y
la figura 7 ilustra un procedimiento de fabricación según realizaciones de la presente invención;
Descripción de realizaciones preferidas
La figura 1 ilustra un plano de una red de señal de RF parcialmente diseñada 10. El plan ilustra una pluralidad de diferentes componentes de red 12, conectados mediante guías de onda 14 que se fabrican, suministran y ensamblan independientemente. Los componentes de red 12 pueden incluir amplificadores de señal, filtros, conmutadores y similares.
Como se ve en la figura 1, la red de guía de onda requerida 10 es compleja, y algunas secciones de guía de onda tienen longitudes de trayectoria particularmente largas. El requisito de facilidad de acceso a cada guía de onda y su punto de acoplamiento a otra guía de onda o a un componente de la red significa que las guías de onda deben estar separadas, y cuando las guías de onda se configuran en toda la red, el enrutamiento requerido de la guía de onda tiene una huella espacial considerable. Durante la construcción de una red según el diseño de la figura 1, se puede conectar una primera guía de onda a sus respectivos componentes de red, dejando suficiente espacio para enrutar una segunda guía de onda alrededor de la primera guía de onda, y posteriormente enrutar una tercera guía de onda alrededor de las dos segundas guías de onda, y así sucesivamente.
La figura 2 ilustra una parte de un plan de la red de señal de RF parcialmente diseñada que tiene una funcionalidad similar a la de la figura 1, pero que utiliza conjuntos de guías de onda configurados según realizaciones de la presente invención. Es posible reducir sustancialmente la huella espacial del plan de la red de señal de RF en comparación con el plan que se muestra en la figura 2. Están presentes dos conjuntos de guía de onda 22, 24 separados por una línea de puntos con fines ilustrativos, y los diseños de conjunto están superpuestos sobre la parte de la red de señal correspondiente a un grupo de componentes de red, a efectos explicativos. Cada conjunto de guía de onda 22, 24 está diseñado para conectarse a un grupo en particular de componentes de red, y los dos conjuntos de guía de onda 22, 24 interactúan entre sí como se describe con más detalle con referencia a la figura 3.
Por lo tanto, en el diseño de la red de señal de RF de la figura 2, todo el enrutamiento de guía de onda requerido en conexión con un bloque de componentes de red en particular está representado por la estructura compacta del conjunto de guía de onda 22, 24 que corresponde, en términos de su huella espacial, a ese bloque de componentes de red. Para conseguir el enrutamiento de señal necesario para toda la red de señal, los conjuntos de guía de onda 22, 24, como se muestra en la figura 2, están conectados entre sí, en lugar de requerir guías de onda individuales para atravesar múltiples componentes de la red como en la configuración de la figura 1.
Cada diseño de conjunto de guía de onda 22, 24 contiene una pluralidad de guías de onda de diferentes formas, algunas de las cuales son rectas y otras contienen una o más curvas. Las guías de onda pueden cruzarse una sobre la otra y pasar por debajo o alrededor de la otra. Las guías de onda también pueden compartir paredes comunes para reducir la masa total. Los conjuntos de guía de onda se configuran, mediante el diseño del enrutamiento de las guías de onda individuales, para tener la huella espacial más pequeña en el plan. En términos generales, cada diseño de conjunto de guía de onda está diseñado para optimizar su configuración espacial en tres dimensiones, en vista de las restricciones espaciales impuestas por el entorno en el que se instalará el conjunto de guía de onda, tal como una carga satelital.
Las guías de onda, una vez construidas, se conectan a los componentes de la red para que las señales de RF puedan enrutarse a través de la red de señal y transferirse a otras redes y/o conjuntos de guía de onda (que no se muestran). La figura 3 es una ilustración de partes de dos conjuntos de guías de onda 22, 24 de la figura 2 configurados según realizaciones de la presente invención. Los dos conjuntos están conectados a través de bridas de interfaz 26, de modo que las guías de onda a la izquierda de la interfaz representan un conjunto de guía de onda 22, mientras que las guías de onda a la derecha de la interfaz representan otro conjunto de guía de onda 24. Las bridas de interfaz 26 contienen medios de fijación, tales como pernos, que acoplan las bridas con una presión tal que se optimiza la transmisión de la señal a través de una guía de onda, a través de la interfaz.
Además de las bridas de interfaz 26, los conjuntos de guía de onda 22, 24 contienen bridas de acoplamiento de componentes 28 que sirven para interactuar con componentes tales como conmutadores de guía de onda. Se ilustran bridas de interfaz adicionales 30 para permitir la conexión a conjuntos de guía de onda adicionales (que no se muestran).
En la figura 3 se ve que las trayectorias y formas de las guías de onda difieren en forma y tamaño entre guías de onda, y también entre diferentes secciones de la misma guía de onda. Las guías de onda pueden pasar por encima, por debajo o alrededor de otras guías de onda. Se pueden observar secciones autoportantes del conjunto que exhiben la formación integral de dos o más guías de onda.
La figura 4 ilustra una sección transversal de un conector de guía de onda utilizado como una brida de interfaz para conjuntos de guía de onda según realizaciones de la presente invención.
Los conectores de guía de onda de la forma ilustrada en la figura 4 pueden utilizarse para acoplar guías de onda de los conjuntos de guía de onda 22, 24 que se muestran en las figuras 2 y 3 entre sí en la interfaz de los conjuntos, como se describe a continuación.
El conector de guía de onda 30 comprende una brida 31 y tres puertos de señal de RF 32, 33, 34. La brida comprende una pluralidad de pernos 35 que representan medios para acoplar el conector de guía de onda 30 a otro conector de guía de onda. En la presente realización, los puertos 32, 33, 34 y los pernos 35 están distribuidos simétricamente alrededor del conector de guía de ondas 30, aunque esto no es un requisito esencial.
El conector de guía de onda 30 que se ilustra en la figura 4 es adecuado para acoplar un primer grupo o conjunto de tres secciones de guía de onda separadas a un segundo grupo o conjunto de tres secciones de guía de onda, como se ilustra en la figura 5. El conector de guía de onda 30 se acopla a cada una de las tres secciones de guía de onda 41,42, 43 del primer conjunto 40, mientras que el correspondiente conector de guía de onda 36 se acopla a cada una de las tres secciones de guía de onda 46, 47, 48 del segundo conjunto 45. En la presente realización, el conector de
guía de onda 30 del primer conjunto 40 comprende componentes de fijación macho, como los pernos 44, mientras que el conector de guía de onda 36 del segundo conjunto 45 comprende componentes de fijación hembra, tales como orificios roscados 49 para recibir los pernos 44, u orificios a través de los cuales puede pasar un perno al que se pueden fijar tuercas, aunque en otras realizaciones, cada uno de los dos conectores de guía de onda 30, 36 puede comprender una combinación de medios de fijación macho y hembra.
Las secciones de guía de onda 41,42, 43, 46, 47, 48 se ilustran como secciones rectas en la figura 5 por simplicidad, pero por supuesto es posible que las secciones de guía de onda sean curvas y se crucen entre sí, como se describió anteriormente.
Los dos conectores de guía de onda 30, 36 están acoplados entre sí a través de los pernos de fijación 44, estableciendo una interfaz entre tres pares (41:46), (42:47), (43:48) de secciones de guía de onda de tal manera que puedan propagarse señales de RF a través de la interfaz. Pueden disponer una o varias arandelas o cuñas, hechas de cobre u otros materiales, entre los dos conectores de guía de onda 30, 36, o bien entre cada perno 44 de un conector de guía de onda 30 y la brida del conector de guía de onda opuesto 36, o como una sola arandela o cuña o junta entre las dos bridas en su conjunto. Las superficies opuestas de las bridas pueden ser sustancialmente planas, pero en realizaciones adicionales, las bridas de cada conector de guía de onda pueden contener características de texturas superficiales que faciliten el acoplamiento, o pueden contener medios de fijación adicionales en su periferia, tales como surcos y salientes.
De este modo, la unión de múltiples secciones de guía de onda entre sí reduce el número de conectores de guía de onda que se requieren para implementar una interfaz en particular entre los conjuntos de guía de onda. Para la realización ilustrada, se puede ver que se pueden conectar seis secciones de guía de onda 41, 42, 43, 46, 47, 48 utilizando solo dos conectores 30, 16, pero se apreciará que, en otras realizaciones, se pueden conectar más secciones de guía de onda a través de más de tres puertos en cada conector de guía de onda de un par de conectores de guía de onda. En realizaciones adicionales, cada conector de guía de onda puede comprender solo dos puertos. La disposición particular de los puertos de guía de onda y los medios de fijación puede afectar al rendimiento de una interfaz de guía de onda implementada utilizando conectores de guía de onda según realizaciones de la presente invención. El rendimiento se puede medir en términos de pérdida de señal y reflejo de señal en la interfaz, o la introducción de productos PIM, y los conectores de guía de onda utilizados en las realizaciones de la presente invención están configurados de modo que se pueden minimizar la pérdida de señal y la reflexión de señal, optimizando el rendimiento de la interfaz.
En algunas realizaciones, dicha optimización se logra maximizando la presión de acoplamiento entre dos conectores de guía de onda, fijando las bridas correspondientes de un par de conectores de guía de onda entre sí de la manera más ajustada posible. En la realización descrita anteriormente, el acoplamiento se logra utilizando pernos, que pueden ser más grandes que los que se usan típicamente en una brida de guía de onda para acoplar una única guía de onda. La distribución de los pernos y los puertos alrededor del conector se puede diseñar de modo que se proporcione una fuerza de acoplamiento uniforme en todos los puertos, lo que puede proporcionar una optimización adicional que permita hacer uniforme la presión de acoplamiento entre dos bridas del conector de guía de onda en toda la interfaz entre los dos conectores de guía de onda. De esta manera, se puede conseguir que las características de transmisión de señal presentadas por cada puerto a las señales de RF sean sustancialmente iguales entre sí, estandarizando la naturaleza de la interfaz, lo que puede ser ventajoso.
A diferencia de una disposición convencional, en la que se proporcionan conectores de guía de onda individuales para cada interfaz de guía de onda, el rendimiento se puede mejorar estandarizando la propagación de señales a través de diferentes puertos, ya que no es necesario sintonizar manualmente cada conector de guía de onda para lograr la misma fuerza de acoplamiento.
Un ejemplo de una distribución óptima de los pernos de fijación, en algunas realizaciones, es una disposición simétrica, en la que los puertos del conector también están dispuestos simétricamente. Sin embargo, las distribuciones asimétricas pueden ser más apropiadas en otras realizaciones, dependiendo de factores tales como el tamaño de cada uno de los puertos (que no tienen por qué ser iguales entre sí) y otras restricciones físicas cuando los conectores de guía de onda están dispuestos en una red de guía de onda.
En otras realizaciones de la presente invención, dependiendo del material utilizado para la brida del conector y el número de puertos presentes, puede no ser deseable fijar las bridas apretando lo máximo posible, ya que esto puede causar falta de uniformidad en la brida si la brida se dobla o deforma en el punto de fijación, lo que a su vez puede causar una flexión o deformación lejos del punto de fijación. En tales casos, puede ser deseable una presión de fijación que sea lo mayor posible sin distorsionar la brida. En realizaciones alternativas, los pernos de fijación pueden
sustituirse por una abrazadera en V o abrazadera de banda en V. Una abrazadera en V es típicamente circular, y la circunferencia interna de la abrazadera tiene forma de V, mientras la punta de la 'V' apunta en dirección contraria al centro del círculo. La circunferencia interna en forma de V recibe bridas que tienen bordes biselados. A medida que se aprieta la abrazadera en V, los bordes del interior en forma de 'V' empujan los bordes biselados y juntan las bridas. Un ejemplo de dicho acoplamiento se muestra en las figuras 6A y 6B, que ilustran una disposición utilizada para unir conjuntos de guías de onda de realizaciones adicionales de la presente invención. La figura 6A es una vista en perspectiva de dos bridas 52, 53 y las guías de onda asociadas 54, 55, 56, 57, 58, que están acopladas por una abrazadera en V 50. La abrazadera en V contiene un medio de ajuste 51 o un medidor de ajuste para controlar la tensión del acoplamiento. La figura 6B es una sección transversal de la interfaz de la figura 6A, tomada a lo largo de la línea XY. La figura 6B ilustra las dos bridas de interfaz 52, 53 y las guías de onda asociadas 54, 56, 57, 58 y el interior en forma de 'V' de la abrazadera en V 50. Para facilitar la explicación, la figura 6B ilustra una configuración en la cual las bridas 52, 53 no se unen por completo. Las bridas 52, 53 tienen bordes biselados 52a, 53a, y cuando la abrazadera en V 30 se aprieta mediante el medio de ajuste 51, el interior se acerca a los bordes biselados 52a, 53a, uniendo las dos bridas 52, 53. A medida que la abrazadera en V 50 se aprieta aún más, las bridas 52, 53 se juntan con la presión requerida para establecer la interfaz de señal de RF.
En las realizaciones expuestas anteriormente, las bridas se han descrito como planas en todos los puertos de la guía de onda, pero en otras realizaciones, es posible que las bridas estén empotradas o anguladas alrededor del área con pernos, o que se estrechen hacia el borde externo si se usa una abrazadera en V. Dichas configuraciones permiten aumentar la presión en las áreas de guía de onda de RF. También es posible incluir una punta específicamente con el fin de controlar la cantidad de presión al detener el cierre adicional de las caras de la brida entre sí al acoplar dos conectores de guía de onda.
En algunas realizaciones, las bridas están configuradas para contener la menor cantidad de material necesaria para conservar la resistencia de la brida a fin de minimizar la masa. Si las bridas van a unirse mediante pernos, por ejemplo, la forma de la brida podría ser cualquier forma que sea suficiente para captar la pluralidad de guías de onda y para alojar los pernos de fijación y eliminar cualquier otro material.
Habiendo diseñado cada conjunto de guía de onda para optimizar su configuración espacial, un conjunto de guía de onda se construye de una manera en la que dos o más, y en algunas realizaciones, todas las guías de onda del conjunto están integralmente formadas la una con la otra. Si se utilizan conectores de guía de onda para permitir la interactuación con otros conjuntos de guía de onda, las guías de onda del conjunto y una o más bridas de interfaz de uno o más conectores de guía de onda respectivos pueden estar integralmente formados. Dicha formación integral se puede lograr utilizando una técnica de fabricación aditiva (AM) basada en un archivo de configuración. En la fabricación aditiva, el conjunto de guía de onda se construye mediante la deposición de capas sucesivas de material, tal como plástico u otros materiales no metálicos tales como polímeros, cerámicas o materiales a base de resina, aunque en otras realizaciones, se pueden utilizar metales, tales como una aleación de AlSi10Mg o titanio.
En algunas realizaciones, un conjunto de guía de onda se construye como un conjunto independiente de una sola pieza para conectarse a componentes de red tales como conmutadores. En otras realizaciones, uno o más componentes de red, tales como los conmutadores, se integran en el diseño del conjunto de guía de onda, de modo que las guías de onda y los componentes de red están integralmente formados como un subconjunto de red para la conexión a otros subconjuntos de red o interfaces de entrada/salida.
Mediante la técnica de formación integral de la presente invención, el tamaño físico de un conjunto de guía de onda en su conjunto se reduce en comparación con los sistemas convencionales en los que las guías de onda se diseñan y ensamblan individualmente.
Una razón para la reducción de tamaño es que una estructura del conjunto de guía de onda es autoportante. En otras palabras, una guía de onda puede apoyarse en otra guía de onda mediante la conexión integral entre las dos guías de onda, y los grupos de guías de onda pueden, a su vez, estar soportados, de la misma manera, por otros grupos de guías de onda. Por lo tanto, no es necesario incluir una estructura de soporte separada, como soportes y pies de montaje, en el conjunto de guía de onda. La conexión integral entre dos guías de onda puede adoptar la forma de dos guías de onda que están en contacto físico directo, o conectadas mediante una pieza de material, tal como una aleta de conexión, que es integral a cada una de las dos guías de onda. Otra forma de conexión integral de las realizaciones de la presente invención consiste en que dos o más guías de ondas compartan una o más paredes.
Otra razón es que es posible enrutar guías de onda alrededor de otras guías de onda mediante la construcción de porciones de cada una de las guías de onda al mismo tiempo, capa por capa, en el proceso de fabricación aditiva. No es necesario instalar una primera guía de onda y posteriormente, enrutar una segunda guía de onda alrededor de la primera guía de onda y posteriormente, enrutar una tercera guía de onda alrededor de la primera y segunda guías de
onda, por ejemplo. Tal proceso secuencial requeriría suficiente espacio para dejarse en cada etapa para permitir enriamientos de guía de onda posteriores que aumenten el tamaño de la estructura global, mientras que tales espacios son innecesarios en la técnica de la presente invención.
Las técnicas convencionales de configuración de conjuntos de guías de onda generalmente se rigen por los requisitos de conexión de red de extremo a extremo deseados y están limitadas por la disponibilidad espacial, de modo que las guías de onda se enrutan de cualquier manera físicamente posible que permita lograr las conexiones de red deseadas. Cada guía de onda generalmente se configura individualmente, y este enfoque a menudo no tiene en cuenta la posibilidad de introducir una variación estructural a lo largo de una guía de onda en particular que puede optimizar aún más el rendimiento, ya que podría no ser posible lograrlo y al mismo tiempo, permitir la facilidad de acceso para la conexión de guías de onda a componentes de red o la introducción de guías de onda adicionales.
Una posible variación estructural puede ser la variación del grosor de las paredes de la guía de onda para controlar los efectos térmicos, tal como la disipación de calor, en regiones de una guía de onda en las que se pueden esperar altas temperaturas. En realizaciones de la presente invención, es posible incorporar tales estructuras térmicas al diseño del conjunto de guía de onda, y en algunos casos, integrar tales estructuras térmicas con estructuras de soporte mecánico. Otras variaciones estructurales pueden referirse a la inclusión de enchapado en plata o al alisado de la superficie interna para reducir las pérdidas. Otras variaciones estructurales pueden ser la inclusión de nervios de refuerzo mecánico o radiadores térmicos. Otras variaciones estructurales adicionales pueden incluir la introducción de secciones de guía de onda flexibles para mejorar las cargas de la interfaz o permitir un pequeño ajuste de los planos de la interfaz para facilitar el ensamblaje.
Por lo tanto, es posible fabricar un conjunto de guías de onda diseñadas orgánicamente, de modo que además de las reducciones en el tamaño del conjunto, se mejore el rendimiento de transmisión de la señal de RF.
Las guías de onda que se utilizarán en los conjuntos de guía de onda de las realizaciones de la presente invención pueden tener secciones transversales de forma rectangular y/o elíptica, pero se pueden utilizar perfiles transversales alternativos según sea necesario para aplicaciones y restricciones paramétricas concretas, tales como la pérdida de señal máxima admisible. El uso de la fabricación aditiva como técnica de fabricación facilita el uso de diferentes secciones transversales de guías de onda, lo que también permite que se introduzcan transiciones entre diferentes secciones transversales y tamaños a lo largo de una guía de onda individual, en lugar de estar limitado por las estructuras típicamente fijas de las guías de onda genéricas. Tales transiciones pueden permitir que el conjunto de guía de onda general se optimice al permitir un aumento de la densidad de compactación y una reducción de la longitud de la trayectoria, pero pueden permitir optimizar el rendimiento al reducir la pérdida de inserción, por ejemplo. Los conjuntos de guía de onda se pueden optimizar de manera similar mediante la introducción apropiada de curvas, giros y otras estructuras a medida para minimizar el tamaño del conjunto mientras se mantiene la integridad mecánica en el entorno requerido. La pérdida de señal y la reflexión de señal en la interfaz entre una guía de onda y un conector también pueden reducirse, ya que hay continuidad en el material (tal como plástico o metal, tal como aluminio) utilizado en la interfaz.
Como se describió anteriormente, el uso de una técnica tal como la fabricación aditiva permite optimizar las disposiciones de las guías de onda, de modo que los conjuntos de guías de onda se puedan alojar en un volumen pequeño, ya que las restricciones convencionales de garantizar se pueden evitar la facilidad de acceso a partes del conjunto, para permitir la fijación mecánica. Los conectores de guía de onda para conjuntos de guía de onda en realizaciones de la presente invención son particularmente ventajosos porque pueden conservar la funcionalidad de interfaz de dicho conjunto de guía de onda de tamaño reducido, al tiempo que reducen el número de conectores físicos necesarios. Una reducción en el número de componentes de la interfaz facilita aún más el proceso de fabricación, y el ensamblaje de una red de guía de onda a partir de conjuntos de guía de onda se puede realizar en un plazo de tiempo más breve.
En la realización que se ilustra en la figura 2, el conjunto de guía de onda de la presente invención puede configurarse para la conexión a dichos componentes, o puede fabricarse de modo que una o más guías de onda estén integralmente formadas "en línea" con uno o más componentes. También es posible que las guías de onda se integren con carcasas aún más complejos o carcasas parciales para circuladores o cuerpos de conmutadores, por ejemplo.
La figura 7 ilustra un procedimiento de fabricación de una red de señal de RF que incluye las etapas de fabricar un conjunto de guía de onda según una realización de la presente invención.
El procedimiento comienza con la etapa S1, en la que el equipo requerido para una red de señal de RF está dispuesto en un panel, tal como un panel de un vehículo espacial. En la etapa S2, se define la conectividad entre los componentes del equipo para cumplir con los requisitos de una aplicación en particular. La conectividad se puede definir en términos lógicos, tal como el utilizado en el proceso de definición del flujo de datos a través de un sistema o en la construcción
de un diagrama de circuito eléctrico.
En la etapa S3, se realiza un proceso de optimización para optimizar la realización de la conectividad de red definida en las etapas S1 y S2 en forma de uno o más conjuntos de guía de onda. El proceso de optimización es un proceso que dispone las guías de onda requeridas como grupos o conjuntos de manera que la longitud de la trayectoria de las guías de onda interconectadas minimiza la masa y/o los costes y/o el tiempo de producción, mientras se hace uso de la maximización de la densidad de las guías de onda dentro de un área espacial dada y se configuran guías de onda en múltiples capas de una estructura tridimensional. En algunas realizaciones, el proceso de optimización puede implicar configurar la longitud de la trayectoria de las guías de onda de interconexión para minimizarla. Además de la optimización espacial, la optimización puede incluir optimizaciones adicionales de estabilidad térmica y mecánica. Como se describió anteriormente, dado que las etapas de fabricación posteriores se basan en la fabricación aditiva, las restricciones de diseño que se imponen al realizar el proceso de optimización se reducen debido a la capacidad mejorada para fabricar una estructura deseada.
En la etapa S4, el conjunto o conjuntos de guía de onda se fabrican mediante fabricación aditiva, como se describe anteriormente, para producir una o más estructuras independientes respectivas en cada una de las cuales al menos dos guías de onda están integralmente formadas. Como alternativas a la fabricación aditiva, se pueden usar procesos de eliminación de polímeros. Como alternativa a la fabricación de uno o más conjuntos de guía de onda, también puede ser posible fabricar un molde del que se pueda derivar un conjunto de guía de onda en particular.
Además de fabricar las guías de onda de los conjuntos de guía de onda, se pueden fabricar componentes auxiliares como las bridas de interfaz de guía de onda de la etapa S4, incluidos los mecanismos de fijación apropiados, tales como orificios de fijación o soportes de fijación. El proceso de fabricación también puede incluir un revestimiento o pintura necesarios para su aplicación a los conjuntos de guía de onda.
En la etapa S5, el conjunto o conjuntos de guía de onda fabricados se fijan al panel para conectarse a los componentes de la red de señal, y/o para interactuar con otros conjuntos de guía de onda. Dado que el conjunto o conjuntos de guía de onda son estructuras autoportantes, solo debe realizarse la conexión de los conjuntos a los componentes del sistema y/o a otros conjuntos de guía de onda, en lugar del enrutamiento y configuración de cada guía de onda en relación con otra guía de onda, tal como en una disposición como la que se muestra en la figura 1.
El procedimiento puede terminar en esta etapa con la construcción de la red de señal de RF. Sin embargo, además de las etapas establecidas en la figura 7, se pueden realizar etapas de prueba adicionales. Por ejemplo, se pueden realizar simulaciones para garantizar que la interfaz situada entre los conjuntos de guía de onda cumpla con los requisitos de los diseños estándar. Además, se puede revisar si las guías de onda cumplen con pautas específicas de diseño de RF o requisitos para resistir el estrés mecánico o el choque térmico. Dichas simulaciones pueden ser particularmente aplicables para poner a prueba la idoneidad de un diseño de red en particular en un entorno, tal como el espacio. Una vez fabricados los conjuntos de guía de onda en la etapa S4, pueden realizarse las pruebas como parte de un proceso AIT (ensamblaje, integración y prueba).
Las técnicas descritas anteriormente permiten adquisiciones más rápidas y tiempos de construcción más breves de los convencionalmente posibles. Los diseños son más compactos, lo que facilita las misiones complejas multihaz a gran escala, donde el enrutamiento de guía de onda es tradicionalmente difícil. El ahorro en los costes de adquisición y AIT también puede ser significativo.
Las aplicaciones típicas basadas en el espacio de los conjuntos de guías de onda de realizaciones de la presente invención son servicios de satélite fijo (FSS) y servicios de difusión por satélite (BSS) en las bandas Ku y Ka. Otras aplicaciones son misiones multihaz (típicamente banda Ka). Sin embargo, se apreciará que también es posible que los conjuntos de guía de onda de las técnicas de la presente invención tengan aplicaciones terrestres y aplicaciones en otras bandas de frecuencia.
Un experto en la materia apreciará que el diseño específico de un conjunto de guía de ondas en particular depende de la aplicación específica para la que está destinado y de los componentes en particular con los que el conjunto de guía de onda debe conectarse o interactuar. El proceso de fabricación específico que se utilizará para construir el conjunto de guía de onda se puede seleccionar en consecuencia, siempre que el proceso y el conjunto de guía de onda construido entren dentro del alcance de la invención tal como se define en las reivindicaciones adjuntas.
También se apreciará por la descripción anterior que es posible configurar los conectores de guía de onda para conjuntos de guía de onda de realizaciones de la presente invención de muchas maneras diferentes, dependiendo de los requisitos particulares del sistema, tales como el número de puertos de guía de onda, la accesibilidad a los puertos de guía de onda en un conjunto de guía de onda en particular y la frecuencia en particular de las señales que se desea comunicar. Se apreciará que los puertos de guía de onda de los conectores de guía de onda pueden alojar guías de
onda rectangulares, elípticas o una combinación de ambos tipos, o guías de onda de otras secciones transversales, y que las bridas se pueden acoplar mediante pernos, abrazaderas o una combinación de ambos tipos, dependiendo de los requisitos de fijación y la facilidad de acceso. Se apreciará además que también se pueden utilizar diferentes medios de acoplamiento que pueden lograr una presión de acoplamiento requerida para optimizar una interfaz formada por dos conectores de realizaciones de la presente invención y que las abrazaderas y los pernos son simplemente ejemplos.
Por lo tanto, varios diseños de conectores de guía de onda diferentes entran dentro del alcance de las reivindicaciones, en función de los requisitos particulares del sistema, y un experto en la materia podrá optimizar una configuración en particular utilizando combinaciones de características de las realizaciones descritas anteriormente, mediante la medición de las características de transmisión de señal de RF a través de una interfaz formada por dichos conectores. De este modo, el experto en la materia puede ajustar la fuerza de acoplamiento de una guía de onda en particular por medios empíricos. De manera similar, la configuración de los puertos de guía de onda del conector de guía de onda se puede determinar por medios empíricos.
Claims (13)
1. Un conjunto de guía de onda (22, 24) para una red de señal de radiofrecuencia, RF (10), que comprende una pluralidad de guías de onda, donde al menos dos guías de onda de la pluralidad de guías de onda están integralmente formadas la una con la otra;
donde una pared de una primera guía de onda de las al menos dos guías de onda es común con una pared de una segunda guía de onda de las al menos dos guías de onda;
el conjunto de guía de onda comprende, además:
uno o más conectores de guía de onda (30), estando acoplado cada conector de guía de onda a al menos tres guías de onda de la pluralidad de guías de onda y que tiene una brida (31) y al menos tres puertos (32, 33, 34), estando cada puerto respectivo (32, 33, 34) configurado para interactuar con una guía de onda respectiva de las al menos tres guías de onda, donde la brida (31) está integralmente formada con las al menos tres guías de onda.
2. Un conjunto de guía de onda según la reivindicación 1, donde cada guía de onda de la pluralidad de guías de onda está integralmente formada la una con la otra.
3. Un conjunto de guía de onda según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, donde al menos una guía de onda de la pluralidad de guías de onda proporciona soporte mecánico a al menos otra guía de onda de la pluralidad de guías de onda.
4. Un conjunto de guía de onda según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde una porción de al menos una guía de onda de la pluralidad de guías de onda tiene una sección transversal rectangular o elíptica.
5. Un conjunto de guía de onda según la reivindicación 4, donde al menos una guía de onda de la pluralidad de guías de onda tiene una sección transversal variable y/o es flexible.
6. Un conjunto de guía de ondas según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde al menos una de las guías de ondas comprende una estructura para proporcionar resistencia mecánica a la guía de onda y/o al menos una de las guías de ondas comprende una estructura para facilitar la radiación térmica desde la guía de onda.
7. Un conjunto de guía de onda según cualquiera de las reivindicaciones anteriores que comprende medios para interactuar con otro conjunto de guía de onda.
8. Un conjunto de guía de onda según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la brida (31) comprende medios (35, 49, 50, 51) de acoplamiento a un conector de guía de onda adicional.
9. Una red de señales de RF que comprende una pluralidad de componentes, y un conjunto de guía de onda según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde al menos una de la pluralidad de guía de ondas está integralmente formada con un componente de la red de señales de RF.
10. Una carga útil satelital que comprende una red de señal de RF que incluye uno o más conjuntos de guía de onda según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8.
11. Un procedimiento de fabricación de un conjunto de guía de onda (22, 24) para una red de señal de radiofrecuencia, RF, que comprende fabricar una pluralidad de guías de onda de forma que al menos dos de la pluralidad de guías de onda están integralmente formadas la una con la otra,
donde una pared de una primera guía de onda de las al menos dos guías de onda es común con una pared de una segunda guía de onda de las al menos dos guías de onda; el procedimiento comprende, además:
formar uno o más conectores de guía de onda (30), estando acoplado cada conector de guía de onda a al menos tres guías de onda de la pluralidad de guías de onda y que tiene una brida (31) integralmente formado con las al menos tres guías de onda, y al menos tres puertos (32, 33, 34), estando cada puerto respectivo (32, 33, 34) configurado para interactuar con una guía de onda respectiva de las al menos tres guías de onda.
12. Un procedimiento según la reivindicación 11, donde la pluralidad de guías de onda se fabrica mediante fabricación aditiva, AM.
13. Un procedimiento de fabricación de una red de señal de radiofrecuencia, RF (10) que comprende: disponer equipos de red en un panel (S1);
definir la conectividad entre el equipo de red (S2);
fabricar (S4) uno o más conjuntos de guía de onda (22, 24) para lograr la conectividad definida mediante un procedimiento según la reivindicación 11 o la reivindicación 12;
y
conectar (S5) el conjunto o conjuntos de guía de onda al equipo de red.
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