ES2907061T3 - Acoplador de guía de ondas direccional, red de formación de haces, y matriz de antenas que comprende dicho acoplador - Google Patents

Abstract

Un acoplador (20) de guía de ondas direccional, que tiene cuatro puertos de entrada y cuatro puertos de salida, donde cada uno de los puertos de entrada está acoplado a cada uno de los puertos de salida, donde el acoplador direccional (20) comprende: - un primer acoplador que tiene dos guías (W1, W2) de ondas, acopladas entre sí por medio de una primera matriz (S1) de ranuras, definida en una primera pared (21) común a las dos guías (W1, W2) de ondas del primer acoplador; - un segundo acoplador que tiene dos guías (W3, W4) de ondas, acopladas entre sí por medio de una segunda matriz (S2) de ranuras, definida en una segunda pared (22) común a las dos guías (W3, W4) de ondas del segundo acoplador; en el que: - la primera matriz (S1) de ranuras y la segunda matriz (S2) de ranuras se encuentran en un primer plano común; - los acopladores primero y segundo están acoplados entre sí por medio de una tercera matriz (S3) de ranuras y de una cuarta matriz (S4) de ranuras, que se encuentran en un segundo plano común perpendicular al primer plano común; - los acopladores primero y segundo comprenden una tercera pared común (23) y una cuarta pared común (24) en las que se disponen dicha tercera matriz (S3) de ranuras y dicha cuarta matriz (S4) de ranuras; caracterizado porque el acoplador direccional comprende un elemento central de corte transversal en forma de cruz que tiene las paredes comunes (21-24), y porque comprende adicionalmente cuatro elementos angulares (E1-E4) de cierre acoplados al elemento central con el fin de definir las cuatro guías (W1-W4) de ondas.

Description

DESCRIPCIÓN

Acoplador de guía de ondas direccional, red de formación de haces, y matriz de antenas que comprende dicho acoplador

La presente invención se refiere al campo técnico de las telecomunicaciones, y, en particular, se refiere a un acoplador de guía de ondas direccional y a una red de formación de haces. La presente invención también se refiere a una matriz de antenas que comprende dicho acoplador direccional.

La presente invención se aplica a modo de ejemplo no limitante a matrices de antenas transmisoras o receptoras utilizables en satélites.

Como es sabido, las antenas de submatrices superpuestas (OSA, por sus siglas en inglés), concebidas igualmente como antenas de radiación directa y como antenas de radiación indirecta, se caracterizan por una reducción significativa del número de elementos de control (amplificadores, atenuadores variables y desfasadores) con respecto a las antenas de matrices activas convencionales. Con respecto a las antenas de matrices activas, el factor de reducción de la complejidad se puede cuantificar como la relación entre el número de elementos radiantes en configuración tradicional y el número de submatrices.

Las OSA requieren una red de formación de haces de guía de ondas para conectar convenientemente los elementos de la antena al puerto de entrada o salida de la antena, dependiendo de si la antena se usa como antena transmisora o receptora, respectivamente.

Los siguientes documentos describen un panorama bastante completo de técnicas OSA y redes de formación de haces:

- R. J. Mailloux, Phased Array Antenna Handbook, 2a edición, Dedham, MA, Artech House Publishing Co., 2000; - S.P. Skobelev, "Phased Array Antennas with Optimized Element Patterns", Dedham, MA, Artech House Publishing Co., 2011;

- S.P. Skobelev, "Methods of constructing optimum phased-array antennas for limited field of view", IEEE Antennas Propagation Magazine, vol. 40, núm. 2, págs. 39-49, abril de 1998;

La publicación de S.P. Skobelev, "Analysis and Synthesis of an Antenna Array with Sectoral Partial Radiation Patterns", Telecommunications and Radio Engineering, 45, noviembre de 1990, págs. 116-119 describe una red de formación de haces sin pérdidas, que consta de divisores de potencia y de acopladores direccionales, cuyos coeficientes de acoplamiento pueden obtenerse mediante un proceso de optimización. La red de formación de haces descrita en esta publicación, también llamada "red de tablero de ajedrez", tiene la ventaja de no tener pérdidas en términos de la teoría de circuitos de microondas, dado que toda la potencia de entrada -con menos pérdidas óhmicas- se distribuye, y está disponible para los puertos de salida.

La solicitud de patente US2015/0341098 A1 describe una red de formación de haces para una matriz de antenas. Como es sabido, cuanto mayor sea el número de elementos de antena de una matriz OSA, más compleja será la red de formación de haces. Con este fin, se ha observado que las redes de formación de haces de la técnica conocida tienen masas y volúmenes relativamente mayores. Esto se debe principalmente a que para obtener los acopladores direccionales 4x4 en la base de las redes de formación de haces, se ha requerido el uso hasta la fecha de dos pares de acopladores direccionales 2x2 conectados entre sí en forma de cascada. Por esta razón, tales acopladores direccionales 4x4 se denominan acopladores en cascada 4x4. Un ejemplo de los acopladores direccionales 2x2 antedichos se describe en la publicación "A new class of dual mode directional couplers for compact dual polarization beam-forming networks", F. Alessandri et al., IEE Microwave and Guided Wave Letters. vol. 7, núm. 9, septiembre 1997.

El documento US 2.585.173 describe un acoplador de guía de ondas direccional 4x4 que se monta alineando y acoplando mutuamente cuatro guías de ondas en las que se realizaron previamente ranuras. Este acoplador direccional tiene unos costes de producción relativamente altos, y requiere operaciones de montaje relativamente complejas. Lo que es más, tal acoplador no puede asegurar el aislamiento entre dos polarizaciones lineales.

Es un objeto general de la presente invención proporcionar una matriz de antenas que tenga una red de formación de haces que posea una masa reducida y un volumen pequeño con respecto a las redes de formación de haces de la técnica conocida.

Es un objeto adicional de la presente invención construir un acoplador de guía de ondas direccional 4x4 que tenga unos costes de producción relativamente más bajos y que requiera operaciones de montaje relativamente más simples, en comparación con las de los acopladores de la técnica conocida, y que sea capaz de asegurar el aislamiento entre dos polarizaciones lineales.

Estos y otros objetos se consiguen mediante el acoplador direccional que se define en la reivindicación 1 en la realización más general del mismo, y en las reivindicaciones dependientes en ciertas realizaciones particulares del mismo.

La invención podrá entenderse mejor a partir de la siguiente descripción detallada de ciertas realizaciones de la misma, dadas a modo de ejemplo y, por lo tanto, no de modo limitante, en relación con los dibujos adjuntos, en los que:

- la figura 1 muestra una vista axonométrica de una realización no limitante de una matriz de antenas, que comprende una matriz bidimensional de elementos de antena y una red de formación de haces;

- la figura 2 muestra una vista axonométrica en corte transversal longitudinal de la matriz de antenas de la figura 1; - la figura 3 muestra una vista axonométrica que muestra la cara frontal de la matriz bidimensional de elementos de antena de la antena de la figura 1;

- la figura 4 muestra una vista axonométrica que muestra la cara trasera de la matriz bidimensional de elementos de antena de la antena de la figura 1;

- la figura 5 muestra una vista axonométrica que muestra la cara frontal de un grupo de acopladores de guía de ondas direccionales de la red de formación de haces de la figura 1;

- la figura 6 muestra una vista axonométrica que muestra la cara trasera del grupo de acopladores de guía de ondas direccionales de la figura 5;

- la figura 7 muestra una vista axonométrica que muestra la cara frontal de otro grupo de acopladores de guía de ondas direccionales de la red de formación de haces de la figura 1;

- la figura 8 muestra una vista axonométrica que muestra la cara trasera del grupo de acopladores de guía de ondas direccionales de la figura 7;

- la figura 9 muestra una vista axonométrica en despiece ordenado de la matriz de antenas de la figura 1;

- la figura 10 muestra guías de ondas de conmutación de la matriz de antenas de la figura 1;

- la figura 11 muestra una vista en perspectiva de un divisor de potencia de guía de ondas de la matriz de antenas de la figura 1;

- la figura 12 muestra una vista axonométrica del divisor de potencia de guía de ondas de la figura 11;

- la figura 13 muestra una vista de uno de los acopladores de guía de ondas direccionales de los grupos de acopladores de las figuras 5 a 8;

- la figura 14 muestra una vista en perspectiva del acoplador direccional de la figura 12, del que se ha retirado una parte;

- la figura 15 muestra un posible diagrama de conexión entre acopladores direccionales de diversos grupos en una antena similar a la matriz de antenas de la figura 1.

Los elementos iguales o similares se indican con los mismos números en las figuras que se acompañan.

Los dibujos muestran un modo de realización de una matriz 1 de antenas y de las partes que la forman. La matriz 1 de antenas antedicha es preferiblemente una OSA (antena de submatrices superpuestas). La matriz 1 de antenas puede ser una antena separada o una submatriz de una antena más compleja que comprende una pluralidad de submatrices del tipo representado en los dibujos que se acompañan y descrito a continuación. Por ejemplo, sin limitación alguna, la matriz 1 de antenas tiene una banda operativa igual a de 19,7 a 20,2 GHz.

En el ejemplo particular representado en los dibujos, la matriz 1 de antenas comprende una matriz bidimensional 2 de elementos 3 de antena. En tal ejemplo, los elementos 3 de antena son elementos de trompa delimitados por una superficie interior en forma de pirámide escalonada, y por esta razón también se les llama trompas escalonadas. De acuerdo con una realización, la matriz bidimensional 2 de elementos 3 de antena se fabrica definiendo una pluralidad de aberturas en un bloque de material metálico, tal como, por ejemplo, un bloque de aluminio. Tal bloque de material metálico es, por ejemplo, una placa de metal

Por ejemplo, la mencionada matriz bidimensional 2 de elementos 3 de antena es una matriz plana rectangular o cuadrada. En los dibujos que se acompañan, tal matriz bidimensional 2 es una matriz rectangular que tiene un lado con seis elementos 3 de antena y un lado con ocho elementos 3 de antena, y, por esta razón, tiene cuarenta y ocho elementos 3 de antena.

Para mayor sencillez, se hará referencia en adelante al caso en el que la matriz 1 de antenas es en una antena transmisora, al caso, por lo tanto, en el que los elementos 3 de antena son elementos radiantes. Sin embargo, las enseñanzas de la presente descripción se pueden extender fácilmente al caso en el que la matriz 1 de antenas es una antena receptora, al caso, por lo tanto, en el que los elementos 3 de antena son elementos receptores.

La matriz bidimensional 2 comprende una primera cara 2a sobre la que se disponen las embocaduras, o puertos 4 de entrada, de los elementos 3 de antena, y una segunda cara opuesta 2b sobre la que se disponen las desembocaduras 5 de salida de los elementos 3 de antena.

La antena 1 comprende adicionalmente una red G1, G2 de formación de haces que comprende una pluralidad de acopladores 20 de guía de ondas direccionales, cada uno de los cuales tiene cuatro puertos de entrada y cuatro puertos de salida. Por lo tanto, los acopladores direccionales 20 antedichos pueden definirse como acopladores de guía de ondas direccionales 4x4.

De acuerdo con un modo de realización ventajoso, los acopladores 20 de guía de ondas direccionales son acopladores de doble polarización lineal. Esto implica que los acopladores direccionales 20 están estructuralmente configurados de modo que, cuando se realice el acoplamiento, permitan conservar el aislamiento entre las dos polarizaciones lineales. En otras palabras, están configurados estructuralmente para evitar un acoplamiento mutuo entre las dos polarizaciones lineales.

De acuerdo con una realización ventajosa, cada acoplador 20 de guía de ondas direccional comprende cuatro guías W1, W2, W3, W4 de ondas rectangulares paralelas que están alineadas axialmente con respecto al eje longitudinal Z1 del acoplador 20 direccional. Tales guías W1-W4 de ondas están dispuestas como para formar una matriz con una dimensión de corte transversal de 2x2.

La red G1, G2 de formación de haces comprende preferiblemente un primer grupo G1 de acopladores 20 de guía de ondas direccionales paralelos. En el ejemplo, sin ninguna limitación, el primer grupo G1 de acopladores 20 de guía de ondas direccionales está hecho de seis acopladores direccionales 4x4 idénticos o substancialmente idénticos. La red G1, G2 de formación de haces, adicionalmente, comprende preferiblemente un segundo grupo G2 de acopladores 20 de guía de ondas direccionales paralelas que están operativamente interpuestos entre los acopladores direccionales del primer grupo G1 y la matriz bidimensional 2 de los elementos radiantes 3. En el ejemplo mostrado en los dibujos, sin ninguna limitación, el segundo grupo G2 de acopladores de guía de ondas direccionales está hecho de doce acopladores direccionales 4x4 idénticos o substancialmente idénticos. Los acopladores direccionales 20 del primer grupo G1 forman una primera capa de acopladores direccionales, y los acopladores direccionales 20 del segundo grupo G2 forman una segunda capa de acopladores direccionales. Los grupos primero y segundo G1, G2, y, por lo tanto, también las capas primera y segunda, están separados axialmente entre sí a lo largo del eje Z de antena.

De acuerdo con un modo de realización ventajoso, los acopladores direccionales 20 de guía de ondas del primer grupo G1 son idénticos a los acopladores direccionales 20 del segundo grupo G2. Esto ciertamente conlleva simplificaciones en términos de producción, pero no es esencial, dado que los acopladores 20 de guía de ondas direccionales del primer grupo G1 en una realización alternativa son, por ejemplo, todos idénticos entre sí, y lo mismo puede decirse de los acopladores 20 de guía de ondas direccionales del segundo grupo G2, pero los acopladores 20 de guía de ondas direccionales del primer grupo G1 podrían ser diferentes (en longitud, por ejemplo) de los acopladores 20 de guía de ondas direccionales del segundo grupo G2.

Las enseñanzas de la presente descripción pueden generalizarse con redes de formación de haces que también comprenden un solo grupo de acopladores de guía de ondas direccionales, o, también, con más de dos grupos de acopladores de guía de ondas direccionales, como, por ejemplo, con tres o cuatro grupos de acopladores direccionales que formen tres o cuatro capas de acopladores direccionales, respectivamente.

Lo que es más, si la red G1, G2 de formación de haces comprende al menos dos grupos de acopladores 20 de guía de ondas direccionales dispuestos en dos niveles, las enseñanzas de la presente descripción pueden extenderse al caso general en el que la red G1, G2 de formación de haces comprende dos grupos consecutivos en los que uno de los dos grupos -el grupo G2 en el ejemplo - incluye un número de acopladores direccionales 20 igual al doble del número de acopladores direccionales 20 del otro grupo -del grupo G1 en el ejemplo. Sin embargo, esta característica tampoco es limitante, dado que no existe una relación fija entre el número de acopladores direccionales del grupo G2 y el número de acopladores direccionales del grupo G1, es decir, entre los números de acopladores direccionales de dos capas consecutivas de acopladores direccionales. Por ejemplo, si se va a añadir un tercer grupo de acopladores direccionales al grupo G2, en el lado opuesto al grupo G1, suponiendo que el grupo G2 tiene doce acopladores direccionales 20 (como se muestra en la figura 5, por ejemplo), tal tercer grupo podría tener veinte acopladores direccionales 20, para aprovechar todos los puertos de salida de los acopladores direccionales del grupo G2.

Al menos uno de los puertos de salida de cada acoplador direccional 20 del primer grupo G1 está preferiblemente interconectado operativamente por medio de una guía 11 de ondas de conmutación a al menos un puerto de entrada respectivo de un acoplador direccional 20 del segundo grupo G2. Lo que es más, el mismo acoplador direccional 20 del segundo grupo G2 puede tener al menos dos puertos de entrada que estén conectados a dos puertos de salida, respectivamente, pertenecientes a diferentes acopladores direccionales del primer grupo G1. Por ejemplo, el segundo grupo G2 comprende acopladores direccionales 20, cada uno de los cuales está conectado operativamente a uno o dos o cuatro acopladores direccionales diferentes del primer grupo G1.

De acuerdo con una realización preferida, la red G1, G2 de formación de haces comprende adicionalmente también un primer bloque IB1, IB1' de interconexión que comprende tantas guías 11 de ondas de conmutación como puertos de salida del primer grupo G1 de acopladores direccionales 20. En este ejemplo, sin ninguna limitación, el primer bloque IB1, IB1' de interconexión comprende doce guías 11 de ondas de conmutación. La figura 10 muestra cuatro guías 11 de ondas de conmutación. Dichas guías 11 de ondas de conmutación están conectadas a los cuatro puertos de salida del mismo acoplador 20 de guía de ondas direccional 4x4.

Cada uno de los puertos de salida de los acopladores direccionales 20 del segundo grupo G2 está preferiblemente conectado operativamente por medio de una guía 12 de ondas de conmutación respectiva a un respectivo elemento 3 de antena de la matriz bidimensional 2. A este respecto, de acuerdo con una realización preferida, la red G1, G2 de formación de haces comprende también, adicionalmente, un segundo bloque IB2, IB2' de interconexión que comprende tantas guías 12 de ondas de conmutación como puertos de salida del segundo grupo G2 de acopladores direccionales 20. En este ejemplo, sin ninguna limitación, el segundo bloque IB2 de interconexión comprende cuarenta y ocho guías 12 de ondas de conmutación. Tales guías 12 de ondas de conmutación pueden ser similares a las guías 11 de ondas de conmutación representadas en la figura 10.

Si las guías 11 de ondas de conmutación del primer bloque IB1, IB1' de interconexión requieren desviar el eje de propagación del campo electromagnético guiado a lo largo de las dos direcciones ortogonales X, Y, como se muestra en la figura 10, el primer bloque IB1, IB1' de interconexión se puede dividir ventajosamente en dos subbloques adyacentes IB1 e IB1', respectivamente, comprendiendo, uno de dichos subbloques, un primer segmento de guía de ondas de conmutación a lo largo de una primera dirección X, y comprendiendo, el otro de los subbloques, un segundo segmento de guía de ondas de conmutación a lo largo de una segunda dirección Y que es perpendicular a la primera dirección. La división antedicha facilita la fabricación de los componentes. Las mismas consideraciones son válidas para el segundo bloque IB2 e IB2' de interconexión, que, de manera similar, puede dividirse en dos subbloques adyacentes, IB2 e IB2', respectivamente.

De acuerdo con una realización ventajosa, la red G1, G2 de formación de haces comprende adicionalmente al menos un divisor 10 de potencia de guía de ondas acoplado al primer grupo G1 de acopladores 20 de guía de ondas direccionales. En el ejemplo representado en los dibujos, dicho divisor 10 de potencia es un divisor de 2x4 y tiene dos puertos 6 de entrada y cuatro puertos 16 de salida. Los cuatro puertos 16 de salida del divisor 10 de potencia están acoplados a los ocho puertos de entrada marcados P_I (en la figura 7) de los acopladores direccionales 20 del primer grupo G1, que son los puertos de entrada más internos en el grupo G1. Los puertos 6 de entrada pueden ser alimentados con dos señales de microondas iguales, por ejemplo, si la matriz 1 de antenas es una antena DRA -Direct Radiating Array, o con dos señales de microondas diferentes, por ejemplo, si la matriz 1 de antenas es una antena FAFR - Focus Array Reflector alimentado-. Lo que es más, vale la pena señalar que el número de puertos 16 de entrada podría ser diferente de dos, por ejemplo igual a uno, tres o cuatro.

De acuerdo con una realización preferida, la red G1, G2 de formación de haces comprende adicionalmente un bloque G0 de transición interpuesto operativamente entre el divisor 10 de potencia y el primer grupo G1 de acopladores direccionales. Tal bloque G0 de transición contiene una pluralidad de guías de ondas de unión que permiten conectar los puertos de salida 16 del divisor de potencia 10 a los puertos P_I de entrada de los acopladores direccionales 20 del primer grupo G1 de acopladores direccionales. El bloque G0 de transición en el ejemplo no limitante que se muestra en los dibujos que se acompañan comprende una pluralidad de guías de ondas provistas para conectar operativamente los cuatro puertos 16 de salida del divisor 10 de potencia de guía de ondas a las ocho entradas de los acopladores direccionales 20 del primer grupo G1, que están marcados con el número P_I en la figura 8. En otras palabras, el bloque G0 de transición comprende un sistema de guías de ondas adaptado para definir un divisor de potencia de guía de ondas de 4x8.

De acuerdo con una realización ventajosa, los puertos de entrada no utilizados de los acopladores 20 de guía de ondas direccionales se cierran mediante elementos de cierre, tales como, por ejemplo, placas de cierre metálicas, o mediante cargas de guía de ondas.

Con referencia a las figuras 13 y 14, se describe uno de los acopladores 20 de guía de ondas direccionales a continuación con mayor detalle. Como se explicó anteriormente, la red de formación de haces puede incluir una pluralidad de tales acopladores direccionales 20 que pueden ventajosamente ser idénticos o substancialmente idénticos entre sí.

El acoplador 20 de guía de ondas direccional tiene cuatro puertos de entrada y cuatro puertos de salida, y cada uno de los puertos de entrada está acoplado a cada uno de los puertos de salida.

El acoplador direccional 20 comprende un primer acoplador que tiene dos guías W1, W2 de ondas acopladas entre sí por medio de una primera matriz S1 de ranuras, definida en una primera pared 21 común a las dos guías W1, W2 de ondas del primer acoplador.

El acoplador direccional 20 comprende adicionalmente un segundo acoplador que tiene dos guías W3, W4 de ondas acopladas entre sí por medio de una segunda matriz S2 de ranuras, definida en una segunda pared 22 común a las dos guías W3, W4 de ondas del segundo acoplador. La primera matriz S1 de ranuras y la segunda matriz S2 de ranuras se encuentran en un primer plano común, que es el plano yacente de las paredes 21, 22 en el ejemplo particular representado en los dibujos.

Los acopladores primero y segundo están acoplados entre sí por medio de una tercera matriz S3 de ranuras y de una cuarta matriz S4 de ranuras, que se encuentran en un segundo plano común perpendicular al primer plano común.

Las guías W3 y W4 de ondas tienen dos paredes comunes 23, 24. Las matrices S3 y S4 de ranuras están definidas en tales paredes comunes 23, 24, respectivamente. Las dos paredes comunes 23 y 24 son coplanares entre sí y perpendiculares a las dos paredes comunes 21 y 22.

Más preferiblemente, la tercera pared común 23 y la cuarta pared común 24 son coplanares entre sí y perpendiculares a la primera pared común 21 y a la segunda pared común 22, como para formar un tabique divisorio 21, 22, 23, 24 de corte transversal en forma de cruz.

De acuerdo con una realización particularmente ventajosa, cada ranura de cada matriz S1-S4 se extiende a lo largo de un eje de extensión longitudinal principal de ella que es paralelo al eje de extensión longitudinal principal Z1 del acoplador direccional. Esta es una característica estructural que permite configurar ventajosamente el acoplador direccional 20 para que sea un acoplador direccional con doble polarización lineal. Como se ha explicado anteriormente, un acoplador direccional con doble polarización lineal está configurado estructuralmente de manera que, cuando se realiza el acoplamiento, permite conservar el aislamiento entre las dos polarizaciones lineales. En otras palabras, el acoplador direccional 20 está, de este modo, configurado estructuralmente para evitar un acoplamiento mutuo entre las dos polarizaciones lineales.

De acuerdo con una realización ventajosa, como se muestra en el ejemplo representado en los dibujos que se acompañan, entre los puertos de entrada y los puertos de salida del acoplador direccional 20, la distancia entre las guías W1, W2, W3, W4 de onda del acoplador direccional 20 es constante. En otras palabras, las guías W1-W4 de ondas son rectilíneas y paralelas entre sí entre los puertos de salida y los puertos de entrada.

De acuerdo con una realización ventajosa, el acoplador 20 de guía de ondas direccional se extiende a lo largo de un eje Z1 de extensión longitudinal principal, y las matrices primera, segunda, tercera y cuarta de ranuras están definidas en porciones respectivas de dichas paredes comunes dispuestas a la misma altura a lo largo de dicho eje Z1 de extensión longitudinal principal.

Como ya se ha explicado, de acuerdo con una realización ventajosa, el acoplador direccional 20 es un acoplador de doble polarización lineal. Cada uno de los puertos de entrada del acoplador 20 de guía de ondas direccional corresponde preferiblemente a dos puertos eléctricos, uno para una señal de polarización vertical y el otro para una señal de polarización horizontal.

Las guías W1, W2, W3, W4 de ondas del acoplador direccional 20 son preferiblemente guías de ondas de corte transversal rectangular, por ejemplo, de corte transversal cuadrado. El corte transversal cuadrado es otra de las características estructurales que permite ventajosamente configurar el acoplador direccional 20 para que sea un acoplador de doble polarización lineal.

Como se muestra en las figuras 11 y 12, las guías W1, W2, W3, W4 de ondas son paralelas entre sí y están dispuestas en dos filas. En otras palabras, forman una matriz de guías de ondas con una dimensión de 2x2.

De acuerdo con una realización ventajosa, el acoplador 20 de guía de ondas direccional se extiende a lo largo de un eje Z1 de extensión longitudinal principal, y, como se muestra en la figura 14, las matrices primera S1, segunda S2, tercera S3 y cuarta S4 de ranuras comprenden matrices de ranuras lineales que tienen ranuras, las cuales, dentro de la misma matriz lineal, están alineadas entre sí a lo largo o en paralelo a dicho eje Z1 de extensión longitudinal principal.

De acuerdo con una realización ventajosa, cada matriz S1-S4 de ranuras comprende ranuras rectangulares que tienen una dimensión mayor que la otra dimensión.

De acuerdo con una realización, cada matriz S1-S4 de ranuras es una matriz de ranuras bidimensional y comprende una pluralidad de matrices de ranuras lineales. En el ejemplo representado en los dibujos, cada matriz lineal de ranuras comprende tres matrices de ranuras lineales. Cada matriz de ranuras lineal comprende un número de ranuras comprendido entre dos y siete, y, preferiblemente, comprende cuatro ranuras. El aumento en el número de ranuras de cada matriz lineal aumenta generalmente la uniformidad de la distribución de amplitud y fase y de la banda operativa, aunque aumente la pérdida del acoplador direccional.

De acuerdo con la invención, el acoplador direccional 20 comprende un elemento central con un corte transversal en forma de cruz que tiene las paredes comunes 21-24, y comprende adicionalmente cuatro elementos angulares E1-E4 de cierre fijados, por ejemplo, mediante tornillos, al elemento central, con el fin de definir las cuatro guías W1-W4 de ondas. Por lo tanto, es evidente que los elementos angulares E1-E4 de cierre en esta realización forman inicialmente piezas separadas del elemento central con un corte transversal en forma de cruz, que se acoplan al elemento central en forma de cruz cuando se ensambla el acoplador direccional 20. Esta solución es particularmente ventajosa, porque permite obtener un acoplador direccional 20 con mayor precisión. Por ejemplo, las posiciones mutuas entre las ranuras dispuestas en diferentes paredes comunes son particularmente precisas. Esta solución también permite reducir los costes de producción del acoplador 20 direccional, y también simplificar las operaciones de montaje del mismo.

Vale la pena señalar que, si bien es conveniente que los acopladores direccionales en del mismo grupo sean iguales entre sí, también, con respecto a las matrices S1-S4 de ranuras, los acopladores direccionales de diversos grupos pueden ser diferentes entre sí, también, por ejemplo, con respecto a las matrices S1-S4 de ranuras, al diferir, por ejemplo, en el número y/o la forma y/o la disposición de las ranuras.

La figura 15 muestra un diagrama de conexión de una antena similar a la descrita anteriormente, en la que se proporciona un divisor 110 de guía de ondas de 1x4 en lugar del divisor de 2x4. Tal divisor tiene un puerto de entrada, representado en el medio del cuadrado, y cuatro puertos de salida, representados por puntos en las esquinas del cuadrado. Cada uno de los cuatro puertos de salida del divisor 110 está acoplado a un puerto de entrada de cuatro acopladores direccionales 120, que son completamente similares o idénticos a los acopladores direccionales 20 descritos anteriormente. Los cuatro acopladores direccionales 120 son acopladores direccionales paralelos, y pertenecen a un primer grupo, o capa, de acopladores direccionales. Los puertos de salida de los acopladores direccionales 120 del primer grupo están conectados a los puertos de entrada de los acopladores direccionales 220 pertenecientes a un segundo grupo o capa de acopladores. Lo que es más, los acopladores direccionales 220 son completamente similares o idénticos a los acopladores direccionales 20 descritos anteriormente. Por ello, se consigue una OSA con un esquema de tablero de ajedrez. Siguiendo el mismo esquema, se puede añadir un número cualquiera de capas adicionales de modo que la red de formación de haces resultante alimente el número deseado o requerido de elementos radiantes 3.

De acuerdo con la explicación anterior, puede entenderse cómo un acoplador de guía de ondas direccional del tipo descrito anteriormente permite conseguir completamente los objetos mencionados anteriormente con referencia a la técnica conocida. De hecho, permite realizar redes de formación de haces con masas y volúmenes significativamente reducidos con respecto a las redes de la técnica conocida. El factor de reducción es aproximadamente igual a dos. También vale la pena señalar que tal reducción no introduce ninguna degradación en el rendimiento de la radiofrecuencia. En particular, aunque se hizo una antena de banda K, el enfoque se puede extender a otras bandas de frecuencia de interés para aplicaciones espaciales. Las pruebas experimentales han demostrado que el rendimiento es, sorprendentemente, el mismo o substancialmente el mismo que el de los acopladores direccionales en cascada 4x4 de la técnica conocida. Esta no era una conclusión inevitable, debido por ejemplo al hecho de que si bien hay dos trayectorias del campo entre un puerto de entrada y un puerto de salida diagonal en un acoplador direccional, siendo la primera trayectoria la que va primero desde el plano E y luego desde el plano H, y siendo la segunda trayectoria la que va primero desde el plano H y luego desde el plano E, sólo hay una trayectoria que conecta diagonalmente un puerto de entrada con un puerto de salida en un acoplador direccional en cascada 4x4 de la técnica conocida.

Entendido el principio de la invención, las realizaciones y detalles de fabricación pueden variar en gran medida con respecto a lo descrito y divulgado meramente a modo de ejemplo, sin apartarse del alcance de la invención tal como se define en las reivindicaciones adjuntas.

Claims (13)

REIVINDICACIONES

1. Un acoplador (20) de guía de ondas direccional, que tiene cuatro puertos de entrada y cuatro puertos de salida, donde cada uno de los puertos de entrada está acoplado a cada uno de los puertos de salida, donde el acoplador direccional (20) comprende:

- un primer acoplador que tiene dos guías (W1, W2) de ondas, acopladas entre sí por medio de una primera matriz (S1) de ranuras, definida en una primera pared (21) común a las dos guías (W1, W2) de ondas del primer acoplador; - un segundo acoplador que tiene dos guías (W3, W4) de ondas, acopladas entre sí por medio de una segunda matriz (S2) de ranuras, definida en una segunda pared (22) común a las dos guías (W3, W4) de ondas del segundo acoplador;

en el que:

- la primera matriz (S1) de ranuras y la segunda matriz (S2) de ranuras se encuentran en un primer plano común; - los acopladores primero y segundo están acoplados entre sí por medio de una tercera matriz (S3) de ranuras y de una cuarta matriz (S4) de ranuras, que se encuentran en un segundo plano común perpendicular al primer plano común;

- los acopladores primero y segundo comprenden una tercera pared común (23) y una cuarta pared común (24) en las que se disponen dicha tercera matriz (S3) de ranuras y dicha cuarta matriz (S4) de ranuras;

caracterizado porque el acoplador direccional comprende un elemento central de corte transversal en forma de cruz que tiene las paredes comunes (21-24), y porque comprende adicionalmente cuatro elementos angulares (E1-E4) de cierre acoplados al elemento central con el fin de definir las cuatro guías (W1-W4) de ondas.

2. Un acoplador direccional (20) de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicho acoplador direccional (20) es un acoplador de polarización lineal dual configurado estructuralmente para conservar el aislamiento entre dos polarizaciones lineales.

3. Un acoplador direccional (20) de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, en el que dichas guías (W1, W2, W3, W4) de ondas son guías de ondas de corte transversal rectangular.

4. Un acoplador direccional (20) de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, en el que dichas guías (W1, W2, W3, W4) de ondas son guías de ondas de corte transversal cuadrado.

5. Un acoplador direccional de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dichas guías (W1, W2, W3, W4) de ondas entre los cuatro puertos de entrada y los cuatro puertos de salida son rectilíneas y paralelas entre sí.

6. Un acoplador direccional (20) de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la tercera pared común (23) y la cuarta pared común (24) son coplanares entre sí y perpendiculares a la primera pared común (21) y a la segunda pared común (22), como para formar un tabique divisorio (21, 22, 23, 24) en forma de cruz con ellas.

7. Un acoplador direccional (20) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el acoplador (20) de guía de ondas direccional se extiende a lo largo de un eje (Z1) de extensión longitudinal principal, y en el que las matrices primera, segunda, tercera y cuarta de ranuras comprenden matrices de ranuras lineales que tienen ranuras que, dentro de la misma matriz lineal, están alineadas entre sí a lo largo de, o paralelas a, dicho eje (Z1) de extensión longitudinal principal.

8. Un acoplador direccional (20) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que cada uno de los puertos de entrada del acoplador (20) de guía de ondas direccional corresponde a dos puertos eléctricos, uno para una señal de polarización vertical y otro para una señal de polarización horizontal.

9. Un acoplador direccional (20) de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el acoplador (20) de guía de ondas direccional se extiende a lo largo de un eje (Z1) de extensión longitudinal principal, y en el que las matrices primera, segunda, tercera y cuarta de ranuras están definidas en porciones respectivas de dichas paredes comunes dispuestas a la misma altura a lo largo de dicho eje.

10. Un acoplador direccional (20) de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el acoplador (20) de guía de ondas direccional se extiende a lo largo de un eje (Z1) de extensión longitudinal principal, y en el que cada ranura de cada matriz (S1-S4) se extiende a lo largo de un eje de extensión longitudinal principal de la misma que es paralelo al eje (Z1) de extensión longitudinal principal del acoplador direccional.

11. Una red (G1, G2) de formación de haces que comprende una pluralidad de acopladores direccionales (20), de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, dispuestos en secuencia entre sí, donde al menos uno de los puertos de salida de un acoplador direccional anterior (20) está conectado operativamente a al menos un puerto de entrada respectivo de un segundo acoplador direccional (20), que sigue a dicho acoplador direccional anterior (20) en dicha secuencia.

12. Una matriz (1) de antenas que comprende una red (G1, G2) de formación de haces de acuerdo con la reivindicación 11, y una pluralidad de elementos (3) de antena conectados operativamente a dicha red (G1, G2) de formación de haces.

13. Una matriz (1) de antenas de acuerdo con la reivindicación 12, en la que dicha pluralidad de elementos (3) de antena forma una matriz bidimensional (2) y en la que dicha antena es una antena de submatriz superpuesta, OSA.