ES2909240T3 - Transductor ortomodo - Google Patents

Abstract

Transductor ortomodo que comprende: una primera unión Boifot (10); una segunda unión Boifot (10); comprendiendo cada una de entre dicha primera y segunda uniones Boifot un puerto de polarización doble (1), un primer puerto lateral (3), un segundo puerto lateral (4), siendo el primer y segundo puerto lateral de polarización simple, y un tercer puerto de polarización simple (2) a lo largo de la dirección de propagación de una señal en el puerto de polarización doble; un primer divisor de potencia (8) para acoplar el primer puerto lateral de la primera unión Boifot con el primer puerto lateral de la segunda unión Boifot a un tercer puerto (80); un segundo divisor de potencia (8) para acoplar el segundo puerto lateral de la primera unión Boifot con el segundo puerto lateral de la segunda unión Boifot a un tercer puerto (80); un tercer divisor de potencia (9) para acoplar el tercer puerto (80) del primer divisor de potencia con el tercer puerto (80) del segundo divisor de potencia a un cuarto puerto de polarización simple (6); un cuarto divisor de potencia (7) para acoplar el tercer puerto de polarización simple (2) de la primera unión Boifot con el tercer puerto de polarización simple (2) de la segunda unión Boifot a un quinto puerto de polarización simple (70).

Description

DESCRIPCIÓN

Transductor ortomodo

Campo de la invención

La presente invención se refiere a un transductor ortomodo, en particular un transductor ortomodo con capacidades de conformación de haz, y a una red de antenas que incluye un transductor del tipo mencionado.

Descripción de la técnica relacionada

Las agrupaciones de elementos radiantes polarizados (tales como, antenas de bocina o aperturas de guías de ondas) ya se conocen como alternativa de bajo peso y volumen con respecto a las antenas parabólicas. Se usan ampliamente en las telecomunicaciones por satélite, los radares, la captación remota u otras aplicaciones de telecomunicaciones. Normalmente, la señal se propaga a cada elemento de la red de antenas a través de guías de ondas o cables coaxiales, o líneas de microtiras, o PCB.

Como ejemplo, en las aplicaciones de telecomunicaciones por satélite, las señales se pueden separar o aislar entre sí a través del uso de diferentes polarizaciones o frecuencias de la señal. Como ejemplo, se pueden usar dos polarizaciones lineales ortogonales de las guías de ondas electromagnéticas para proporcionar un aislamiento entre esas señales, por ejemplo, en las bandas de radiofrecuencia de la banda Ku y/o Ka. Por lo tanto, los transductores ortomodo (OMT) son uno de los componentes más importantes en dichos sistemas ya que permiten la separación espacial de señales con polarizaciones ortogonales. Los OMT resultan especialmente interesantes en ejemplos tales como agrupaciones de antenas de doble polarización basadas en guías de ondas.

Los transductores ortomodo convencionales pueden comprender una unión Boifot como elemento de filtración o separación por polarización. En la vista explosionada de la figura 1, se muestra un ejemplo de una unión Boifot convencional.

Se pueden encontrar más ejemplos de uniones Boifot en “Modelización y optimización de onda completa de transductores ortomodo con unión Boifot” [“Full-wave modeling and optimization of Boifot junction ortho-mode transducers”], 15 de mayo de 2008 (15-05-2008), de RUIZ-CRUZ J A ET AL. REVISTA INTERNACIONAL DE INGENIERÍA DE RF Y MICROONDAS ASISTIDA POR ORDENADOR [INTERNATIONAL JOURNAL OF RF AND MICROWAVE COMPUTER-AIDED ENGINEERING] JOHN WILEY & SONS INC. Estados Unidos, vol. 18, número 4, 15 de mayo de 2008 (15-05-2008), páginas 303-313, ISSN: 1096-4290, DOI: 10.1002/MMCE.20287.

La unión Boifot ilustrada es un elemento de cuatro puertos, donde el puerto 1 propaga dos polarizaciones ortogonales (TE10-Vpol, TE01-Hpol). Un septo metálico divide lentamente el modo t E01 en dos mitades hacia los puertos 3 y 4 (puertos laterales), mientras que el modo TE10 se propaga sin verse afectado hacia el puerto 2 (puerto pasante). Los tres puertos 2, 3, 4 propagan solamente una polarización.

Si la unión Boifot se usa en el canal de transmisión entre una antena y un emisor/receptor, el puerto de polarización doble 1 es habitualmente el puerto de entrada en el lado de la antena, mientras que los tres puertos de polarización simple 2, 3, 4 son puertos de salida en el lado del emisor/receptor.

Entre los tres puertos de polarización simple, uno de ellos 2 se sitúa a lo largo de la dirección de propagación, con su lado más ancho alineado horizontalmente en la figura, y en oposición al puerto de polarización doble 1. Los otros dos puertos de polarización simple 3, 4 tienen sus lados más anchos alineados verticalmente y se colocan en perpendicular a la dirección de propagación. A estos últimos puertos 3, 4, se les denomina puertos laterales.

El obstáculo o septo interno 5 actúa como filtro de polarización. Cuando dos polarizaciones ortogonales se propagan a través del puerto de entrada 1, el septo impide que la polarización con el campo eléctrico alineado horizontalmente (TE01) pase a través de la unión. El modo se subdivide en dos mitades idénticas que se redirigen hacia los puertos laterales 3, 4. Por otro lado, la polarización con campo eléctrico alineado verticalmente (TE10) se propaga sin verse afectada hacia el puerto axial 2. El TE01 no se puede acoplar a los puertos laterales, que se encuentran bajo el corte correspondiente a este modo.

Habitualmente, el puerto de polarización doble 1 está formado como una guía de ondas cuadrada o circular que propaga estrictamente modos degenerados, pero son también alternativas posibles otras geometrías simétricas, tales como guías de ondas octogonales, y geometrías no simétricas que propagan dos modos en una banda de frecuencias específicas. Para los puertos de polarización simple 2, 3 y 4, se usan comúnmente guías de ondas rectangulares pero pueden considerarse otras geometrías.

Esta unión Boifot tiene dos planos de simetría, que permiten un ancho de banda amplio de la unión y de otros componentes, tales como los transductores ortomodo que usen esta unión como filtro de polarización.

Para el ejemplo de las guías de ondas rectangulares, el ancho de banda del componente se determina por el ancho de la guía de ondas, que determina la excitación del modo fundamental y del primer orden superior en cualquier puerto. En estructuras tales como las que se muestran en la figura 1, con dos planos de simetría y en donde el lado del puerto de entrada y el lado más ancho de los puertos rectangulares son iguales, el modo fundamental es siempre el TE10 (y el modo degenerado TE01 en el puerto de entrada), cuya frecuencia de corte es c/2a. Debido a las simetrías (y considerando que el lado más corto de los puertos rectangulares es b<a/2), el primer modo de orden superior que se excitará es el TE12 (y también su modo degenerado TM12), cuya frecuencia de corte es 1.118c/a. Esto, teóricamente, garantiza un ancho de banda de más de una octava (fmax = 2.236fmin).

Las uniones Boifot, tales como la correspondiente a la figura 1, pueden tener puertos de entrada y salida diferentes con dimensiones de mayor amplitud diferentes. En tales casos, el ancho de banda del componente se determina por el modo fundamental más alto y el modo de orden superior más bajo de las guías de ondas de entrada y salida.

Normalmente, el puerto de doble polarización de la unión Boifot se realiza usando una guía de ondas circular. Las guías de ondas circulares ofrecen un ancho de banda ligeramente más pequeño que las guías de ondas cuadradas/rectangulares. En cualquier caso, seleccionando correctamente las dimensiones de la guía de ondas sigue siendo posible alcanzar un ancho de banda de una octava.

Otras uniones de simetría doble, tales como las uniones en torniquete (turnstile) de cinco puertos, también ofrecen anchos de banda de más de una octava. Las uniones de simetría simple tienen anchos de banda operativos más estrechos debido a la presencia de modos de orden superior adicionales con frecuencias de corte más bajas de c/a.

Para los sistemas de comunicación normalmente se prefieren los OMT Boifot con respecto a los OMT en Torniquete, debido a su tamaño más reducido y su compacidad.

La simetría doble de la unión Boifot garantiza también que las fugas entre polarizaciones sean mínimas.

Tanto los puertos laterales 3, 4 como el puerto axial 5 pueden presentar elementos adicionales (no mostrados en la figura) para mejorar la adaptación de impedancia de la unión, tales como iris, pines, escalones de guía de ondas, variaciones en la apertura de la guía de ondas, etcétera.

La figura 2 es una vista explosionada de otra unión Boifot que usa una sección o cuña con resaltes como filtro de polarización. El puerto 1 es una guía de ondas cuadrada que admite dos modos degenerados (TE10-Vpol, TE01-Hpol). La cuña metálica divide lentamente el modo TE01 en dos mitades hacia los puertos 3 y 4 (puertos laterales, o puertos de los lados), mientras que el modo TE10 queda confinado hacia el puerto 2 (puerto pasante).

La figura 3 es una vista explosionada de otra unión Boifot en la que el filtro de polarización se crea por medio de dos acopladores híbridos situados en los lados de la unión. Estos acopladores extraen completamente el modo TE01 de la guía de ondas de entrada. Las terminaciones metálicas de la guía de ondas se encuentran a cargo de redirigir la señal extraída hacia los puertos laterales. Como en ejemplos previos, el modo TE10 se propaga sin verse afectado hacia el puerto axial.

Para diseñar un transductor ortomodo completo usando cualquiera de las uniones Boifot antes presentadas, es necesario que los puertos laterales en primer lugar se acoden hacia atrás y, a continuación, se recombinen en una única guía de onda 6 usando una red 12, como se ilustra en la figura 3.

Normalmente, la otra ruta de polarización 2 contiene elementos de guía, tales como codos o transformadores 7.

Los OMT están montados comúnmente detrás de los elementos radiantes con el fin de unir dos guías de ondas ortogonales 6, 7 en una única guía de ondas de polarización doble 1 que transmite la señal desde los elementos radiantes a un receptor.

En una red de este tipo, es necesario que dos OMT Boifot queden encarados entre sí, tal como se ilustra en la figura 4. Dos OMT Boifot independientes no se pueden conectar al tiempo que cumpliendo las restricciones de espacio debidas a la presencia de sus redes de recombinación: o bien se cruzarían o bien requerirían más de una longitud de onda de separación entre los puertos comunes de OMT adyacentes.

Cuando se diseña una red, generalmente no se usan ni OMT Boifot ni OMT en Torniquete debido a su tamaño. Las agrupaciones comúnmente usadas que se basan en guías de ondas de polarización doble irradian a través de ranuras, no permitiendo, por lo tanto, una eficacia de banda ancha (> 40%).

Por lo tanto, en la técnica anterior, la coexistencia de las dos guías de ondas ortogonales 5, 7, de la unión Boifot, el tamaño de la red de recombinación 12, y la necesidad de montar dos uniones Boifot encaradas entre sí, implican que las huellas de los OMT son superiores a una longitud de onda, definiendo así la separación entre elementos radiantes consecutivos de la red. Por lo tanto, las agrupaciones de elementos radiantes con OMT en la parte trasera tienden a ser relativamente grandes y voluminosas.

Por otra parte, cuando se diseña una red, la separación entre elementos superior a una longitud de onda crea haces secundarios con una directividad relativamente alta (los denominados lóbulos de difracción) en el hemisferio frontal de la red. Estos haces, sea cual sea la aplicación, son en general no deseados ya que contaminan el rendimiento de otros sistemas.

En el documento EP2869400A1, se ha descrito una red de OMT Este documento describe un nuevo tipo de OMT polarizado lineal y divisores de potencia para conectarlos. Este diseño puede considerarse como basado en un OMT en Torniquete con dos de los brazos que están en cortocircuito. Los brazos en cortocircuito actúan como stubs de adaptación/cargas reactivas. Este componente es asimétrico, limitando así el ancho de banda. La red descrita en el documento EP2869400A1 está diseñada también para tener una separación entre antenas en todas las direcciones superior a una longitud de onda a la frecuencia de funcionamiento más alta.

Se ha descrito otra red de OMT en el documento US8477075B2. Este documento describe una red de antenas de bocina rectangulares con rejilla y en la parte trasera con OMT con septos, con varios escalones de guía de ondas para ampliar el ancho de banda. Dichos OMT solamente tienen un plano de simetría, no permitiendo así anchos de banda teóricos de hasta una octava.

Se han descrito otras agrupaciones de OMTs en el documento EP2287969A1 y en “Divisor de Potencia Ortomodo Compacto para Antenas de Bocina Rectangulares de Polarización Doble y Alta Eficiencia” [“Compact Orthomode Power Divider for High-Efficiency Dual-Polarisation Rectangular Horn Antennas”] (N.J.G. Fonseca y P Rinous, 6a Conferencia Europa sobre Antenas y Propagación [6th European Conference on Antennas and Propagation]). Estas agrupaciones son de banda estrecha y se diseñaron para tener una separación entre antenas en todas las direcciones superior a una longitud de onda a la frecuencia de funcionamiento más alta. Se han descrito más ejemplos de OMTs en el documento WO 2012/172565 A1 y en el documento EP 0805511 A2.

Para evitar estos inconvenientes, una primera finalidad de la presente solicitud es proponer un nuevo transductor ortomodo de banda ancha con capacidades de conformación de haz en el que se reduce la distancia mínima entre elementos radiantes.

El componente debe permitir separaciones inferiores a una longitud de onda en el eje horizontal e inferiores a dos longitudes de onda en el eje vertical a la frecuencia de funcionamiento más alta.

Otra de las finalidades de la presente invención es diseñar un OMT compacto que se pueda adaptar para una red de antenas, y una red de antenas completa.

Para crear la red de antenas, se usa una serie de divisores de potencia (combinadores de potencia, cuando se usan en sentido inverso), codos y twists de guías de ondas.

Este OMT y la red de antenas se pueden adaptar para comunicaciones por satélite de la banda Ku tal como una eficacia de banda ancha de 10.7 GHz a 14.5 GHz, acorde a la máscara de ganancia de la FCC al máximo posible, o comunicaciones por satélite de la banda Ka tales como una eficacia de banda ancha de 17 GHz a 22 GHz, y de 27 GHz a 32 GHz, acorde a la máscara de ganancia de la FCC al máximo posible.

La red de antenas comprende, preferentemente, antenas de bocina rectangulares, por ejemplo, antenas de 20 mm X 40 mm (aproximadamente 1Ax2A a 14.5 GHz9).

Esta antena podría estar dispuesta en una red libre de lóbulos de difracción para los ángulos más relevantes (< 80° en un eje).

El componente propuesto debe ser de banda ancha y puede estar polarizado o bien lineal o bien circularmente. Este transductor se puede usar para alimentar antenas.

Este transductor se puede usar en una aplicación de SOTM.

El transductor ortomodo está adaptado, preferentemente, para una de entre:

comunicación por satélite de la banda C;

comunicación por satélite de la banda X;

comunicación por satélite de la banda Ku;

comunicación por satélite de la banda Ka;

comunicación por satélite de la banda Q; y/o

comunicación por satélite de la banda V.

Breve sumario de la invención

Según la invención, estas finalidades se alcanzan por medio de un transductor ortomodo con capacidades de conformación de haz, que comprende una primera unión Boifot, tal como las correspondientes de la figura 1-2; una segunda unión Boifot, tal como las correspondientes de la figura 1-2, preferentemente igual a la primera por razones de simetría; comprendiendo cada una de dicha primera y segunda uniones Boifot un puerto de polarización doble, un primer puerto lateral, un segundo puerto lateral, siendo el primer y el segundo puertos lateral de polarización simple, y un tercer puerto de polarización simple según la dirección de propagación de una señal en el puerto de polarización doble. Un primer divisor de potencia acopla el primer puerto lateral de la primera unión Boifot con el primer puerto lateral de la segunda unión Boifot a un tercer puerto. Un segundo divisor de potencia acopla el segundo puerto lateral de la primera unión Boifot con el segundo puerto lateral de la segunda unión Boifot a un tercer puerto. Un tercer divisor de potencia acopla el tercer puerto del primer divisor de potencia con el tercer puerto del segundo divisor de potencia a un cuarto puerto de polarización simple.

Por lo tanto, en un aspecto, la solución adoptada consiste en no usar la red de recombinación del OMT, y en lugar de ello, conectar dos uniones Boifot adyacentes en OMTs “ incompletos” a través de divisores de potencia.

En lugar de conectar los dos puertos laterales de una unión Boifot inmediatamente en un OMT, un primer puerto lateral de una primera unión se acopla al puerto equivalente de una unión adyacente, mientras que el segundo puerto lateral de la primera unión se acopla al segundo puerto de la unión adyacente. A continuación, el primer y segundo puertos acoplados se recombinan usando un tercer divisor de potencia.

Los divisores de potencia (combinadores de potencia, cuando se usan en sentido inverso) son dispositivos pasivos basados en guías de ondas y que se usan para dividir la potencia electromagnética de una línea de transmisión entre dos puertos.

Los divisores de potencia usados para combinar los puertos laterales son, preferentemente, escalonados debido a su mayor ancho de banda y su capacidad, pero también pueden presentar otras geometrías, incluidos diseños con paredes lisas. Por otra parte, los divisores de potencia pueden ser o bien de distribución de potencia simétrica (-3 dB), o bien de distribución de potencia asimétrica, en función del haz requerido adicional.

Preferentemente, un cuarto divisor de potencia acopla el tercer puerto de polarización simple de la primera unión Boifot con el tercer puerto de polarización simple de la segunda unión Boifot a un quinto puerto de polarización simple.

Preferentemente, el cuarto divisor de potencia se sitúa entre el primer y segundo divisores de potencia.

Preferentemente, el cuarto puerto está dispuesto para transmitir una primera polarización lineal mientras que dicho quinto puerto está dispuesto, preferentemente, para transmitir una segunda polarización lineal ortogonal a la primera polarización.

Preferentemente, el transductor ortomodo está adaptado para una comunicación por satélite de la banda Ku, tal como una eficacia de banda ancha de 10.7 GHz a 14.5 GHz, acorde a la máscara de ganancia de la FCC al máximo posible.

El transductor ortomodo está adaptado, preferentemente, para una comunicación por satélite de la banda Ka, tal como una eficacia de banda ancha de 17 GHz a 22 GHz, y de 27 GHz a 32 GHz, acorde a la máscara de ganancia de la FCC al máximo posible.

Preferentemente, el transductor ortomodo con capacidades de conformación de haz se produce monolíticamente, o a partir de un número reducido de piezas, con el fin de reducir costes y atenuación en la unión entre piezas.

En una forma de realización preferida, el transductor ortomodo con capacidades de conformación de haz comprende un núcleo impreso en 3D que incluye también, potencialmente, lados o superficies con recubrimiento conductor.

La invención está relacionada también con una red de antenas que comprende por lo menos un transductor ortomodo con capacidades de conformación de haz según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, y dos antenas de bocina, estando conectada cada una de ellas a cada puerto de polarización doble del transductor ortomodo con capacidades de conformación de haz.

Las antenas de bocina son preferentemente antenas de bocina rectangulares pero también pueden tener otras formas.

En el caso de una red diseñada para transmisión en la banda Ku, las dimensiones de las antenas de bocina son, preferentemente, 20 mm X 40 mm (aproximadamente 1A x 2A a 14.5 GHz).

Esta antena se podría disponer en una red libre de lóbulos de difracción para los ángulos más relevantes (< 80°). La separación entre bocinas de dos antenas en una primera dirección es preferentemente inferior a la longitud de onda nominal y la separación entre bocinas de dos antenas en una segunda dirección ortogonal a la primera dirección es inferior a dos longitudes de onda nominales.

La longitud de onda nominal es la longitud de onda para o longitud de onda mínima para la cual está diseñada la red.

La red de antenas debe permitir separaciones entre antenas adyacentes inferiores a una longitud de onda en el eje horizontal e inferiores a dos longitudes de onda en el eje vertical.

La red de antenas es, preferentemente, de banda ancha, es decir, su ancho de banda puede cubrir hasta una octava.

Breve descripción de los dibujos

La invención se entenderá mejor con la ayuda de la descripción de una forma de realización aportada a título de ejemplo e ilustrada mediante las figuras, en las cuales:

la figura 1 muestra una vista explosionada de una unión Boifot, eliminándose una parte de las paredes laterales en la ilustración para mostrar el septo.

La figura 2 muestra una vista explosionada de una unión Boifot con un borde con resaltes, eliminándose una parte de las paredes laterales en la ilustración para mostrar el septo.

La figura 3 muestra un transductor OMT según la técnica anterior.

La figura 4 muestra un apilamiento de dos transductores OMT según la técnica anterior.

La figura 5 muestra un apilamiento de dos uniones Boifot usadas en el dispositivo de la invención.

La figura 6 muestra un divisor de potencia que se puede usar para acoplar el primer puerto de una primera unión Boifot de las figuras 1 y 2 con el primer puerto de la segunda unión Boifot de estas figuras (o para acoplar el segundo puerto de la primera unión Boifot con el segundo puerto de la segunda Boifot).

La figura 7 muestra un apilamiento de dos uniones Boifot de acuerdo con las figuras 1 y 2 acopladas a través de dos divisores de potencia según la figura 6.

La figura 8 muestra un apilamiento de dos uniones Boifot según las figuras 1 y 2 acopladas a través de dos divisores de potencia según la figura 6, acoplándose el puerto de salida de esos divisores de potencia a través de otro divisor de potencia.

La figura 9 muestra un transductor ortomodo completo con capacidades de conformación de haz, que incluye un apilamiento de dos uniones Boifot según las figuras 1 y 2 acopladas a través de dos divisores de potencia según la figura 6, acoplándose el puerto de salida de esos divisores de potencia a través de otro divisor de potencia, y con la salida ortogonal acodada.

La figura 10 muestra una red de antenas que usa cuatro transductores ortomodo con capacidades de conformación de haz del tipo mencionado, conectados entre sí por medio de una serie de divisores de potencia, codos y twists de guías de onda.

Descripción detallada de posibles formas de realización de la invención

La figura 5 muestra un apilamiento de dos uniones Boifot 10 que se podrían usar en un transductor ortomodo de la invención. Esas uniones Boifot podrían ser convencionales y corresponderse con las uniones antes descritas de la figura 1 o 2, por ejemplo.

Cada unión Boifot (figura 1 y 2) 10 presenta dos planos de simetría: un plano de simetría horizontal (horizontal en la figura, y paralelo al septo 5 o cuña con resaltes 6), y un plano de simetría vertical (vertical en la figura, y perpendicular al septo).

Cualquiera de las uniones Boifot 10 ilustradas tiene cuatro puertos. El puerto 1 propaga dos polarizaciones ortogonales (TE10-Vpol, TE01-Hpol). Aeste puerto le llamaremos puerto de entrada, aunque la unión es reversible y se podría usar en las dos direcciones, ya sea en un receptor o ya sea en un receptor. El puerto 1 podría tener una guía de ondas con una sección rectangular, o cualquier otra sección que propague estrictamente modos degenerados. Se prefieren las geometrías simétricas que propagan dos modos en la banda de frecuencias deseada ya que son de banda ancha.

Un septo 5 actúa como filtro de polarización y divide el modo TE01 en dos mitades hacia los puertos de salida 3 y 4 (puertos laterales), al tiempo que el modo TE10 queda confinado hacia el puerto de salida 2 (puerto pasante). Los tres puertos 2, 3, 4 propagan solamente una polarización. El puerto pasante de salida 2 se sitúa según la dirección de propagación, con su lado más ancho alineado horizontalmente en la figura, y en oposición al puerto de doble polarización 1. Los dos puertos laterales 3, 4 tienen sus lados más anchos alineados verticalmente y se sitúan perpendiculares a la dirección de propagación.

Preferentemente, el septo 5 tiene resaltes. Los septos con resaltes son conocidos como tales, pero de manera habitual solamente se usan para frecuencias muy altas, claramente por encima de las bandas de frecuencias KU/Ka. Tal como se describirá, se realizan preferentemente (como el resto del componente) por impresión 3D, tal como estereolitografía, o sinterización selectiva por láser o fusión selectiva por láser lo cual facilita su fabricación.

La sección de los puertos de salida 2, 3 y 4 es preferentemente rectangular; de manera preferida se usan otras secciones, preferentemente con dos planos de simetría.

La figura 6 muestra un divisor de potencia 8 usado para acoplar el primer puerto lateral 3 de la primera unión Boifot de la figura 5 con el primer puerto lateral 3 de la segunda unión Boifot de la figura 5. Un segundo divisor de potencia, idéntico, 8 se usa para acoplar el segundo puerto lateral 4 de la primera unión Boifot de la figura 5 con el segundo puerto lateral 4 de la segunda unión Boifot. El divisor de potencia 8 preferentemente es escalonado debido a su más amplio ancho de banda y a su compacidad. Este divisor de potencia puede ser o bien de distribución de potencia simétrica o bien de distribución de potencia asimétrica, en función del haz requerido adicional. Cada divisor de potencia 8 tiene dos entradas 81 para recibir la señal de las salidas laterales 3 o 4 de la unión Boifot, y una salida 80 que combina las dos señales de entrada. Nuevamente, este componente es reversible y la designación de “divisor de potencia en lugar de “acoplador de potencia”, y “entrada” en lugar de “salida” se usa únicamente con el fin de diferenciar esos elementos en este texto, sin ninguna implicación en cuanto al sentido de transmisión de la señal.

La figura 7 muestra un conjunto que comprende las dos uniones Boifot apiladas de la figura 5 con sus puertos laterales 3, respectivamente 4, conectados a través de los divisores de potencia 8. Como puede observarse, los dos puertos laterales 3 de las uniones Boifot superior e inferior están conectados a través de un primer divisor de potencia mientras que los otros dos puertos laterales 4 de las uniones Boifot superior e inferior están conectados a través de otro divisor de potencia.

La figura 8 muestra un transductor ortomodo completo con capacidades de conformación de haz basado en el conjunto de la figura 7. Tiene dos planos de simetría, uno horizontal y otro vertical. Los planos de simetría se refieren únicamente al trayecto vacío para la señal de onda dentro del componente; no es necesario que los lados externos sean simétricos.

En el componente de la figura 8, las dos salidas 80 de los divisores de potencia 8 están acopladas a través de otro divisor de potencia 9 con una salida 6. El acoplamiento entre los puertos laterales 3 y 4 se produce únicamente en este divisor de potencia 9, después de una combinación con los puertos equivalentes de otra unión Boifot. Por otra parte, las salidas pasantes 2 de ambas uniones Boifot se acoplan con un cuarto divisor de potencia 7 entre los dos divisores de potencia 8. Este divisor de potencia acopla las señales polarizadas verticales en las dos salidas pasantes de las dos uniones Boifot.

El componente de la figura 8 es preferentemente monolítico (monobloque), es decir, está realizado con una única pieza. En una forma de realización preferida, esta pieza se realiza mediante impresión en 3d de un núcleo, por ejemplo, usando un proceso de estereolitografía o un proceso de sinterización selectiva por láser o un proceso de fusión selectiva por láser. El núcleo es, preferentemente, no conductor y se podría realizar con un plástico, tal como poliamida, o un metal conductor, tal como aluminio. A continuación, este núcleo se puede recubrir con una capa conductora, tal como cobre o plata. El proceso de impresión en 3D de una pieza monolítica reduce las perturbaciones provocadas por uniones entre piezas, y reduce el volumen y peso del componente.

La figura 9 muestra el transductor ortomodo con capacidades de conformación de haz de la figura 8, pero, en el mismo, la salida del cuarto divisor de potencia 7 que conecta los dos puertos pasantes 2 está acodada, en la dirección hacia arriba. Este codo es necesario para facilitar el acceso a la polarización perpendicular a las uniones Boifot. Este trayecto también se podría acodar en la dirección descendente sin afectar al rendimiento.

Una pluralidad de transductores ortomodo con capacidades de conformación de haz según se muestra en las figuras 8 o 9 se podría acoplar en un único componente. Por otra parte, tal como se muestra en la figura 10, se podrían acoplar elementos radiantes (antenas 11) a los puertos de entrada 1 de cada unión Boifot. En esta forma de realización, la red de antenas comprende 8 antenas 11 acopladas a través de cuatro transductores ortomodo con capacidades de conformación de haz según se ha descrito previamente. Las salidas polarizadas horizontalmente 7 del transductor ortomodo apilado con capacidades de conformación de haz están acopladas mutuamente a través de twists, codos y divisores de potencia 13 de una guía de ondas adicional. Las salidas polarizadas verticalmente horizontalmente 7 del transductor ortomodo apilado con capacidades de conformación de haz están acopladas mutuamente a través de twists, codos y divisores de potencia 14 de una guía de ondas adicional.

Las antenas 11 son, preferentemente, antenas de bocina rectangulares. En una forma de realización preferida, son antenas de bocinas escalonadas. Se usan escalones de guía de ondas de sección transversal creciente para mejorar el coeficiente de reflexión de las señales polarizadas ortogonalmente irradiadas por la antena. Se pueden usar otros perfiles de antena, tales como perfiles lineales, lisos o spline, prefiriéndose el perfil escalonado por su dimensión axial más corta.

En el caso de una red diseñada para una transmisión en la banda Ku, las dimensiones de las antenas de bocina son, preferentemente, 20 mm X 4o mm (aproximadamente 1A X 2A a 14.5 GHz).

Esta antena podría disponerse en una red libre de lóbulos de difracción para los ángulos más relevantes (< 80°). La separación entre bocinas de dos antenas en una primera dirección es preferentemente inferior a la longitud de onda nominal y la separación entre bocinas de dos antenas en una segunda dirección ortogonal a la primera dirección es inferior a dos longitudes de onda nominales.

La longitud de onda nominal es la longitud de onda para o longitud de onda mínima para la cual está diseñada la red y que se puede transmitir con una atenuación mínima.

Curiosamente, esta disposición de la figura 10 sigue teniendo un plano de simetría horizontal y otro vertical. Podrían usarse agrupaciones de antenas con un número diferente de antenas y de divisores de potencia ortomodo. La red de antenas podría construirse en forma de un componente enterizo. Alternativamente, podría ensamblarse a partir de diferentes piezas; por ejemplo, las antenas 11 se podrían montar en el puerto 1 de los divisores de potencia ortomodo.

La red de antenas de la invención consiste en solamente antenas, pares de uniones Boifot que forman un nuevo componente denominado transductor ortomodo con capacidades de conformación de haz, divisores de potencia y guías de ondas con twists.

El ancho de banda del componente se determina por el ancho de la guía de ondas, que determina la propagación del modo fundamental y los modos de orden superior. En una forma de realización, este ancho está entre 15 y 19.05 mm, por ejemplo, 16.5 mm, y la frecuencia de corte del modo fundamental (TE10) y del primer modo de orden superior (TE20) es, respectivamente, 9.08 GHz y 18.15 GHz.

Aunque el transductor ortomodo propuesto con capacidades de conformación de haz se ha descrito en una red para comunicaciones por satélite de la banda Ku, también podría usarse en otras aplicaciones.

Claims (15)

REIVINDICACIONES

1. Transductor ortomodo que comprende:

una primera unión Boifot (10);

una segunda unión Boifot (10);

comprendiendo cada una de entre dicha primera y segunda uniones Boifot un puerto de polarización doble (1), un primer puerto lateral (3), un segundo puerto lateral (4), siendo el primer y segundo puerto lateral de polarización simple, y un tercer puerto de polarización simple (2) a lo largo de la dirección de propagación de una señal en el puerto de polarización doble;

un primer divisor de potencia (8) para acoplar el primer puerto lateral de la primera unión Boifot con el primer puerto lateral de la segunda unión Boifot a un tercer puerto (80);

un segundo divisor de potencia (8) para acoplar el segundo puerto lateral de la primera unión Boifot con el segundo puerto lateral de la segunda unión Boifot a un tercer puerto (80);

un tercer divisor de potencia (9) para acoplar el tercer puerto (80) del primer divisor de potencia con el tercer puerto (80) del segundo divisor de potencia a un cuarto puerto de polarización simple (6);

un cuarto divisor de potencia (7) para acoplar el tercer puerto de polarización simple (2) de la primera unión Boifot con el tercer puerto de polarización simple (2) de la segunda unión Boifot a un quinto puerto de polarización simple (70).

2. Transductor ortomodo según la reivindicación 1, en el que el cuarto divisor de potencia (7) está situado entre el primer y segundo divisor de potencia.

3. Transductor ortomodo según la reivindicación 2, en el que dicho cuarto puerto (6) transmite una primera polarización lineal, mientras que dicho quinto puerto (7) transmite una segunda polarización lineal ortogonal a la primera polarización.

4. Transductor ortomodo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende dos planos de simetría.

5. Transductor ortomodo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el primer y segundo divisores de potencia son escalonados.

6. Transductor ortomodo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que está adaptado para una de entre:

comunicación por satélite de la banda C;

comunicación por satélite de la banda X;

comunicación por satélite de la banda Ku;

comunicación por satélite de la banda Ka;

comunicación por satélite de la banda Q; y/o

comunicación por satélite de la banda V.

7. Transductor ortomodo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, siendo monobloque, es decir, realizado a partir de una única pieza.

8. Transductor ortomodo según la reivindicación 7, que comprende un núcleo impreso en 3D y unos lados con recubrimiento conductor.

9. Transductor ortomodo según la reivindicación 8, que comprende un núcleo conductor impreso en 3D.

10. Red de antenas que comprende por lo menos un divisor de potencia ortomodo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, y una antena de bocina (11) conectada al puerto de polarización doble (1) de cada una de dichas uniones Boifot.

11. Red de antenas según la reivindicación 10, siendo dichas antenas de bocina unas antenas de bocina rectangulares, preferentemente unas antenas de bocina rectangulares escalonadas.

12. Red de antenas según la reivindicación 10, siendo dichas antenas de bocina unas antenas de bocina circulares.

13. Red de antenas según la reivindicación 11, presentando dichas antenas de bocina unas dimensiones de 20 mm X 40 mm o 10 mm X 20 mm.

14. Red de antenas según cualquiera de las reivindicaciones 10 a 13, en la que la separación entre bocinas de dos antenas en una primera dirección es inferior a una longitud de onda nominal y la separación entre bocinas de dos antenas en una segunda dirección ortogonal a la primera dirección es inferior a dos longitudes de onda nominales, siendo la longitud de onda nominal la longitud de onda para la cual está diseñada la red de antenas.

15. Red de antenas según cualquiera de las reivindicaciones 10 a 14, que tiene dos planos de simetría.