ES2941503T3 - Transición de torsión de guía de ondas a placa paralela dispuesta con optimización de modo de orden superior - Google Patents

Abstract

Una transición de torsión de guía de onda a placa paralela incluye al menos un elemento de transición de torsión de guía de onda a placa paralela que comprende un puerto de entrada que comprende una porción de guía de onda de entrada, la porción de guía de onda de entrada configurada para orientar un campo E de una onda electromagnética a lo largo de un primer plano, y un puerto de salida que comprende una porción de placa paralela multimodo, la porción de placa paralela multimodo configurada para orientar un campo E de una onda electromagnética a lo largo de un segundo plano, donde un ángulo de orientación del segundo plano es diferente desde un ángulo de orientación del primer plano. La transición de torsión incluye además al menos una etapa de guía de ondas de torsión discreta intermedia que acopla cada porción de guía de ondas de entrada a la porción de placa paralela multimodo de salida. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Transición de torsión de guía de ondas a placa paralela dispuesta con optimización de modo de orden superior

Campo técnico

La presente divulgación se refiere en general a antenas, y más particularmente a métodos para crear una transmisión de banda ancha y eficaz desde una línea de transmisión de guía de ondas a una línea de transmisión de placas paralelas.

Antecedentes de la técnica

Los sistemas de antenas planas (y otros tipos) a menudo requieren que la antena encaje en espacios disponibles cada vez más reducidos mientras mantiene las características clave de rendimiento, tales como alta eficiencia óhmica y la operación de banda ancha. Para lograr el rendimiento deseado, una combinación híbrida de placa paralela y diseños de guía de ondas se usa a menudo como medio de propagación debido a su ancho de banda superior y características de eficiencia óhmica. La Figura 1 ilustra una línea de transmisión de placas paralelas 10 genérica y una línea de transmisión de guía de ondas 12. La línea de transmisión de placas paralelas está definida por una placa conductora superior 10a y una placa conductora inferior 10b dispuesta paralela a la placa conductora superior. La línea de transmisión de guía de ondas 12 está definida por una región cerrada que tiene dos paredes estrechas 12a dispuestas una frente a la otra, y dos paredes anchas (amplias) 12b dispuestas una frente a la otra, las paredes estrechas y anchas (amplias) se unen juntas para definir un volumen.

La porción de la guía de ondas generalmente se despliega (dispone) en una alimentación incorporada, alimentación de ondas de recorrido, alimentación de onda estacionaria u otra estructura donde múltiples salidas están acopladas a una sección común de placa paralela. Para soportar la combinación híbrida de líneas de transmisión y soportar un rendimiento eficiente en un amplio ancho de banda de frecuencia (que incluye los efectos de los modos de orden superior asociados con el acoplamiento mutuo entre salidas de guía de ondas adyacentes/proximales), se proporciona una transición de acoplamiento entre los dos medios.

Un método típico para la transición de la guía de ondas a la placa paralela implica el uso de una bocina cónica, pero tales dispositivos normalmente son bastante grandes y difíciles de empaquetar. Otro método para pasar de una placa paralela a una red de alimentación incorporada de guía de ondas en la que se han generado múltiples salidas de guía de ondas usando divisores de potencia (T) del plano E implica la conexión de múltiples componentes de torsión de guía de ondas separados (con bridas). Este enfoque tiene sus inconvenientes en cuanto al tamaño del empaquetamiento, la complejidad y el coste de fabricación, y estos inconvenientes se hacen aún más pronunciados a medida que aumentan las frecuencias de operación.

Con referencia a la Figura 2, se ilustra una estructura convencional 20 para la transición de una línea de transmisión de guía de ondas 12 a una línea de transmisión de placas paralelas 10, estando ubicadas las respectivas líneas de transmisión en el mismo plano y los campos E ortogonales entre sí. La línea de transmisión de guía de ondas 12 incluye una entrada de alimentación de guía de ondas 22 para recibir una señal de RF, y una alimentación incorporada de guía de ondas 24 acoplada a la entrada de alimentación 22. La alimentación incorporada de guía de ondas 24 incluye una pluralidad de rutas de alimentación que se ramifican desde la entrada de alimentación de guía de ondas 22. Una brida 26 u otro medio de montaje se acopla a los respectivos puertos de salida de la alimentación incorporada de guía de ondas 24 para facilitar la conexión de la línea de transmisión de guía de ondas 12 a otra estructura. La brida 26 incluye una pluralidad de aberturas (no mostradas en la Figura 2), correspondiendo cada abertura a un puerto de salida de la estructura de alimentación incorporada.

Una línea de transmisión de placas paralelas 10 incluye una placa superior 10a y una placa inferior 10b generalmente paralelas a la placa superior, definiendo las placas superior e inferior la línea de transmisión. Una brida 30 u otro medio de montaje está conectado a las placas superior e inferior para facilitar la conexión de la estructura de placas paralelas a otra estructura. La brida 30 incluye una abertura (no mostrada en la Figura 2) correspondiente a una separación (hueco) entre las placas superior e inferior 10a, 10b.

Al acoplar la línea de transmisión de guía de ondas 12 a la línea de transmisión de placas paralelas 10 hay una pluralidad de estructuras de torsión de guía de ondas 40. Cada estructura de torsión de guía de ondas 40 puede incluir bridas de entrada y salida 46, 48 u otros medios de montaje para acoplar la estructura de torsión de guía de ondas 40 a la brida de línea de transmisión de guía de ondas 26 y la brida 30 de la línea de transmisión de placas paralelas 10.

La Figura 3 muestra otro método convencional para hacer la transición de una guía de ondas a una placa paralela cuando tales medios de transmisión están ubicados en el mismo plano y sus campos E son ortogonales entre sí. El dispositivo 50 mostrado en la Figura 3 emplea una configuración de bocina cónica que tiene un puerto de entrada 52 para la conexión a una línea de transmisión de guía de ondas (no mostrada en la Figura 3) y un puerto de salida 54 para la conexión a una línea de transmisión de placas paralelas 10. Una región 56 (bocina cónica) entre el puerto de entrada 52 y el puerto de salida 54 está ahusada para corresponder a los respectivos puertos 52, 54. Una torsión de guía de ondas 57 separada se conecta en el puerto 52 para proporcionar la ortogonalidad deseada de los campos E en el puerto 58 como se logra en la Figura 2.

Aunque que los enfoques mostrados en las Figuras 2 y 3 logran el resultado deseado, en un caso práctico donde se usan múltiples guías de ondas o una bocina cónica para alimentar una gran región de placas paralelas, alimentar una estructura de este tipo puede ser un desafío en el espacio disponible (que generalmente se limita al área total proporcionada por el producto). Además, múltiples estructuras de guía de ondas de torsión añaden profundidad y longitud no deseadas al conjunto de placas paralelas y guía de ondas.

El enfoque de bocina cónica normalmente requiere demasiada área de producto para empaquetar de manera efectiva, y el componente de torsión conectado por separado requiere una cantidad significativa de espesor del producto para permitir el ajuste de la brida de guía de ondas requerido. Además, las bocinas cónicas pueden sufrir variaciones dimensionales en el área grande no soportada del dispositivo. Tal variación dimensional puede dar como resultado errores de fase y rendimiento degradado. En algunos casos, las bocinas cónicas se pueden plegar para que el dispositivo sea más compacto, lo que mitiga el efecto de la variación dimensional, pero esto también tiene el efecto negativo de hacer que el dispositivo sea más grueso y más caro de fabricar.

En "Rectangular to Parallel Plate Waveguide Transition and Its Tapering Effect for Microwave Devices Characterization", por Achmad Munir et al., publicado en International Journal on Electronical Engineering and Informatics, vol. 6 n.° 130 de marzo de 2014, páginas 181-194, ISSN 2085-6830, el desarrollo de un accesorio de prueba en forma de guía de ondas de placas paralelas para caracterizar la reflectividad y/o transmitividad de un dispositivo de microondas mediante el cual puede lograrse la propiedad de reflexión y/o transmisión bajo incidencia normal. El documento describe que un componente de guía de ondas rectangular se coloca cerca de la guía de ondas de placas paralelas y se usa como transductor de coaxial a guía de ondas para excitar la guía de ondas de placas paralelas.

En la Solicitud de Patente de Estados Unidos US 2004/246062 A1, Asao Hideki et al. describe un convertidor de onda polarizada de tipo de guía de ondas interpuesto entre una guía de ondas polarizada verticalmente y una guía de ondas polarizada horizontalmente. El convertidor de onda polarizada de tipo guía de ondas tiene una rendija, cuya forma es una combinación de dos partes cuadradas y una parte de conexión para conectar las dos partes cuadradas.

En "Verdrehte Ubergange mit Rechteckleiter" por H. Meinke et al., publicado en "Taschenbuch der Hochfrequeztechnik, sweite Auflage", 1 de enero de 1962, Springer Verlag Berlín Heidelberg, ISBN 978-3-642-53229­ 0, se describen transiciones con torsión con conductores rectangulares y que el plano de polarización de una guía de ondas rectangular puede lograrse doblando la guía de ondas completa de forma continua alrededor de su eje longitudinal.

En "Design of a 4 x 4 low profile continuous transverse stub antenna array", por You Q C et al., publicado en 2017 Progress in Electromagnetics Research Symposium - Fall (Piers - Fall), IEEE, 19 de noviembre de 2017, páginas 1465­ 1469, se describe un conjunto de antenas de rama de sintonización transversal continua de bajo perfil y banda ancha con una alimentación parcialmente incorporada. El conjunto comprende de ocho ranuras radiantes y está alimentado por una red de guía de ondas-placas paralelas parcialmente incorporada combinada con un generador de fuente lineal de modo cuasi-TEM. El generador de fuente lineal se construye con cuatro grupos de cavidades irregulares excitados por un divisor de potencia de guía de ondas rectangular con surcos en el plano H.

En "Excitation of a Parallel Plate Waveguide by an Array of Rectangular Waveguides", por Sembiam R. Rengarajan, publicado en ELECTROMAGNETICS, vol. 31, n.° 2, páginas 101-116, ISSN: 0272-6343, se desvela la alimentación de una guía de ondas de placas paralelas mediante un conjunto lineal de guías de ondas rectangulares. En cada uno de los documentos US 2002/021184 A1 y "Design of Compact Waveguide Twists", por Pedro I Alonso-Juaristi et al., en IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES, vol. 45, n.° 5, ISSN 0018-9480 se desvela una torsión de guía de ondas.

El documento CN 102 136619 A desvela un divisor/combinador de potencia de guía de ondas que comprende una sección de guía de ondas de placas paralelas entre los puertos de entrada y salida.

El documento US 4 590 446 A desvela otro divisor/combinador de potencia de guía de ondas que comprende una sección de guía de ondas de placas paralelas entre los puertos de entrada y salida.

Sumario de la invención

Un dispositivo de transición de torsión de guía de ondas a placa paralela de acuerdo con la presente divulgación ofrece un método integrado compacto de transición de un medio de línea de transmisión al otro. El dispositivo puede incorporar características de torsión de campo E en el mismo elemento fabricado que contiene una placa paralela y guías de ondas de una fuente incorporada. Además, a través del control selectivo de los modos de línea de transmisión de placas paralelas (que favorecen los modos más bajos sobre los modos más altos), se evitan las limitaciones de dispersión tradicionales asociadas a las estructuras de placas paralelas.

De acuerdo con un aspecto de la invención, se proporciona una transición de torsión de guía de ondas a placa paralela de acuerdo con la reivindicación 1.

Opcionalmente, el primer plano es ortogonal al segundo plano.

Opcionalmente, el al menos un elemento de transición de torsión de guía de ondas a placa paralela incluye una pluralidad de etapas de guía de ondas de torsión discreta intermedia, y cada etapa de guía de ondas de torsión discreta intermedia de la pluralidad de etapas de guía de ondas de torsión discreta intermedia está configurada para orientar un campo E de una onda de campo electromagnético a lo largo de un plano respectivo, en donde para cada etapa de guía de ondas de torsión discreta intermedia, un ángulo de orientación del plano respectivo es diferente de un ángulo de orientación de otros planos de la pluralidad de etapas de guía de ondas de torsión discreta intermedia.

Opcionalmente, cada etapa de guía de ondas de torsión discreta intermedia orienta el campo E a (K/(1+N)) grados con relación a una orientación de campo E de una etapa de guía de ondas de torsión discreta intermedia directamente adyacente, donde K es el ángulo entre el puerto de entrada y el puerto de salida y N es el número de etapas de guía de ondas de torsión discreta intermedia.

Opcionalmente, la al menos una etapa de guía de ondas de torsión discreta intermedia orienta el campo E a 45 grados con relación a una orientación del campo E para un puerto de entrada o puerto de salida directamente adyacente.

Opcionalmente, al menos una etapa de guía de ondas de torsión discreta intermedia incluye al menos una guía de ondas rectangular o elíptica.

Opcionalmente, la porción de la guía de ondas de entrada, las etapas de guía de ondas de torsión discreta intermedia, y la porción de placa paralela de salida se forman en un material dieléctrico.

Opcionalmente, las paredes interiores de la porción de la guía de ondas de entrada, la porción de placa paralela de salida y la al menos una etapa de guía de ondas de torsión discreta intermedia incluyen un revestimiento de metal.

Opcionalmente, una línea de transmisión de placas paralelas está formada integralmente con la pluralidad de elementos de transición de torsión de guía de ondas a placa paralela.

Opcionalmente, una dimensión B de la línea de transmisión de placas paralelas es diferente de una dimensión B de la placa paralela en el puerto de salida de los elementos de transición de torsión de guía de ondas a placa paralela.

Opcionalmente, el puerto de salida incluye una porción de guía de ondas de salida dispuesta entre la al menos una etapa de guía de ondas de torsión discreta intermedia y la porción de línea de transmisión de placas paralelas multimodo, teniendo la porción de guía de ondas de salida la misma orientación de campo E que la porción de línea de transmisión de placas paralelas multimodo y acoplando la al menos una etapa de guía de ondas de torsión discreta intermedia a la porción de línea de transmisión de placas paralelas multimodo.

Para el logro de los fines anteriores y relacionados, la invención, a continuación, comprende las características que se describen a continuación en el presente documento completamente y se señalan particularmente en las reivindicaciones. La siguiente descripción y los dibujos anexos exponen en detalle ciertas realizaciones ilustrativas de la invención. Estas realizaciones son indicativas, sin embargo, de algunas de las diversas formas en que pueden emplearse los principios de la invención. Otros objetos, ventajas y características novedosas de la invención se harán evidentes a partir de la siguiente descripción detallada de la invención cuando se considere junto con los dibujos.

Breve descripción de los dibujos

En los dibujos anexos, las referencias similares indican partes o características similares.

La Figura 1 ilustra una línea de transmisión de placas paralelas genérica y una línea de transmisión de guía de ondas genérica.

La Figura 2 ilustra unas guías de ondas de torsión múltiple convencionales que alimentan una línea de transmisión de placas paralelas rectangular.

La Figura 3 ilustra una bocina cónica convencional que alimenta una línea de transmisión de placas paralelas rectangular.

La Figura 4 es un diagrama de bloques de una transición de torsión de guía de ondas ilustrativa de acuerdo con la presente divulgación.

Las Figuras 5A y 5B son diagramas esquemáticos simplificados que ilustran una transición escalonada de una transición de torsión de guía de ondas de acuerdo con la presente divulgación.

La Figura 6 ilustra una transición de torsión de guía de ondas y una sección transversal de la transición de torsión de guía de ondas cuando se forma en una placa de metal.

Las Figuras 7A, 7B y 7C son vistas superior, lateral y frontal de una transición de torsión de guía de ondas acoplada a una guía de ondas ya una transición de placas paralelas que incluye una transición de torsión de guía de ondas de acuerdo con la presente divulgación.

La Figura 7D es una vista en perspectiva de una transición de torsión de guía de ondas formada con una línea de transmisión de placas paralelas de acuerdo con la presente divulgación.

Las Figuras 8A, 8B, 8^c y 8D corresponden a las Figuras 7A, 7B, 7C y 7D, respectivamente, con empalmes eliminados.

La Figura 9 es un diagrama esquemático de dos alimentaciones incorporadas de guía de ondas que alimentan una línea de transmisión de placas paralelas a través de un conjunto de transiciones de torsión de guía de ondas a placa paralela de acuerdo con la presente divulgación.

Descripción detallada de la invención

Cuando una línea de transmisión de guía de ondas está ubicada en el mismo plano (nivel) que una línea de transmisión de placas paralelas y los campos E de ambas líneas de transmisión son ortogonales entre sí, y se requiere que la línea de transmisión de guía de ondas lleve una banda relativamente ancha o dos bandas muy separadas, una práctica común para la transición de potencia de RF entre la línea de transmisión de guía de ondas y la línea de transmisión de placas paralelas es a través de una transición de torsión de guía de ondas o una transición de bocina cónica. Sin embargo, y como se señaló anteriormente, tales métodos dan como resultado un dispositivo que requiere un paquete grande, alta complejidad y/o altos costes.

Por ejemplo, la Figura 2 ilustra la complejidad de una transición de guía de ondas en forma de múltiples guías de ondas de torsión a la salida de la red de alimentación de guía de ondas, mientras que la Figura 3 ilustra cómo se requiere un volumen de empaquetamiento sustancial para efectuar una transición de una línea de transmisión de placas paralelas a una línea de transmisión de guía de ondas mediante el uso de una bocina cónica.

El dispositivo y método de acuerdo con la presente divulgación crea una transmisión de banda ancha eficiente desde una línea de transmisión de guía de ondas a una línea de transmisión de placas paralelas. Además, las propiedades únicas específicas de las realizaciones novedosas de acuerdo con la presente divulgación proporcionan ahorros de peso potenciales, ahorros de espacio y complejidad de diseño reducida con respecto a las soluciones convencionales.

Una transición de torsión de guía de ondas a placa paralela de acuerdo con la presente divulgación ofrece un método compacto e integrado de transición de una línea de transmisión de placas paralelas a una línea de transmisión de guía de ondas, siendo un campo E de la línea de transmisión de guía de ondas ortogonal al de la línea de transmisión de placas paralelas. De esta manera, puede usarse una alimentación incorporada más compacta y menos sensible a la tolerancia que no requiere procesos de unión que requieran mucha mano de obra, tal como la unión conductiva o la soldadura fuerte. La transición de torsión de guía de ondas a placa paralela de acuerdo con la presente divulgación proporciona el beneficio adicional de una mayor eficiencia óhmica, cantidad de piezas reducida (y coste) y tamaño de paquete reducido.

A diferencia de las bocinas cónicas, la transición de torsión de guía de ondas a placa paralela de acuerdo con la presente divulgación es compacta y permite el uso de redes de alimentación incorporadas compactas. Además, a diferencia de los componentes de torsión de guía de ondas discretos, la transición de torsión de guía de ondas a placa paralela de acuerdo con la presente divulgación se puede integrar con las transiciones de alimentación incorporada y de placa paralela, lo que permite que la transición de torsión de guía de ondas a placa paralela se incorpore en la misma pieza o piezas fabricadas que forman estos medios de transmisión. La transición de torsión de guía de ondas a placa paralela de acuerdo con la presente divulgación es ventajosa porque mitiga las limitaciones de empaquetamiento y fabricación de las transiciones de bocina tradicionales y los componentes de torsión de guía de ondas discretos mientras que proporciona una eficiencia óhmica mejorada. Además, el dispositivo y el método de acuerdo con la invención pueden aprovechar de manera única los modos de guía de ondas de orden superior inducidos por acoplamiento mutuo asociados al empaquetamiento/proximidad estrechos de las salidas de guía de ondas adyacentes cuando se acoplan en la placa paralela. En ausencia de este aprovechamiento, la coincidencia de impedancia de los puertos de guía de ondas "incrustados" individuales generalmente sería pobre (reflexiones altas), limitando de esta manera la utilidad de la estructura de transición de torsión.

Haciendo referencia ahora a la Figura 4. Se ilustra un diagrama de bloques de una transición de torsión de guía de ondas a placa paralela de acuerdo con la presente divulgación. En la realización ilustrada, una guía de ondas 12 está acoplada a una red de sintonización de guía de ondas 64 que comprende al menos dos puertos de guía de ondas, cada uno de los cuales está acoplado a su vez a una línea de transmisión de placas paralelas 10 a través de un elemento de transición de torsión de guía de ondas a placa paralela 62 de acuerdo con la presente divulgación. La red de sintonización de guía de ondas 64, que puede incluir al menos una entrada de guía de ondas, está dispuesta entre la guía de ondas 12 y cada elemento de transición de torsión de guía de ondas a placa paralela 62. Una función de torsión del elemento de transición de torsión de guía de ondas a placa paralela 62 ilustrativo se forma a partir de un solo puerto de entrada y un solo puerto de salida y efectúa la transición entre cada guía de ondas de la red de sintonización 64 y la placa paralela 10. Se emplea un conjunto lineal de tales elementos de torsión junto con la red de sintonización de guía de ondas múltiple 64 para hacer la transición del puerto de entrada de guía de ondas única 12 a la línea de transmisión de placas paralelas (más ancha) 10. Un puerto de salida de la línea de transmisión de placas paralelas 10 puede funcionar como un único elemento radiante (fuente de línea de placas paralelas) o actuar como una entrada para un conjunto de antenas CTS o VICTS completo de elementos radiantes.

Haciendo referencia a las Figuras 5A y 5B, se ilustran diagramas esquemáticos sencillos que muestran el concepto de una etapa de guía de ondas de torsión discreta intermedia (también denominada transición de torsión de guía de ondas o torsión de guía de ondas) para un elemento de transición de torsión de guía de ondas a placa paralela 62 de acuerdo con la divulgación. Para facilitar la comprensión, las porciones del elemento de transición de torsión de guía de ondas a placa paralela 62 se ilustran en las Figuras 5A y 5B como partes separadas que están separadas entre sí y/o en diferentes posiciones. Sin embargo, en la práctica, las porciones ilustradas en las Figuras 5A y 5B están unidas/son adyacentes entre sí para formar un elemento de transición de torsión de guía de ondas a placa paralela integrado.

Funcionalmente, un propósito de la transición de torsión de guía de ondas a placa paralela es (1) comportarse en la banda de frecuencia deseada como un conjunto de dispositivos (elementos) de 2 puertos de baja pérdida coincidentes que hacen la transición de los medios de la línea de transmisión de guía de ondas a los medios de la línea de transmisión de placa paralela de estructura abierta; y (2) en la banda de frecuencia deseada, realizar la torsión del campo E para permitir el uso de elementos de red de alimentación de guía de ondas de menor coste y menor pérdida en el lado de la guía de ondas de la transición.

El elemento de transición de torsión de guía de ondas a placa paralela 62 incluye un puerto de entrada 80, un puerto de salida 82 y al menos una etapa de guía de ondas de torsión discreta intermedia 84 dispuesta entre el puerto de entrada 80 y el puerto de salida 82. El puerto de entrada 80 incluye una porción de guía de ondas de entrada 80a que está configurada para recibir y/u orientar un campo E de una onda electromagnética a lo largo de un primer plano. Por ejemplo, el primer plano puede estar orientado para corresponder a una orientación de campo E de una onda electromagnética recibida desde una red de alimentación de guía de ondas. El puerto de salida 82 incluye una porción de línea de transmisión de placas paralelas multimodo 82a que está configurada para emitir y/u orientar un campo E de una onda electromagnética a lo largo de un segundo plano, donde un ángulo de orientación del segundo plano es diferente de un ángulo de orientación del primer plano. Por ejemplo, el segundo plano puede estar orientado para corresponder a una orientación de campo E de una onda electromagnética que se emite por un conjunto de puertos de salida 82 (elementos). En una realización, el primer plano es ortogonal al segundo plano. El puerto de salida 82 puede incluir además una porción de guía de ondas de salida acoplada a la porción de placa paralela multimodo, formando la porción de guía de ondas de salida un medio de conexión entre la porción de placas paralelas multimodo y la al menos una etapa de guía de ondas de torsión discreta intermedia 84.

Como se usa en el presente documento, una línea de transmisión de placas paralelas multimodo se define como una estructura abierta amplia, comprendida de dos placas/superficies conductoras generalmente paralelas separadas de tamaño similar, cada una con una extensión transversal (anchura física) que generalmente es mayor que dos longitudes de onda en el espacio libre y generalmente ocho veces o más que la separación física entre las placas/superficies conductoras superior e inferior. A diferencia de las estructuras de "guía de ondas rectangulares" de modo dominante/monomodo (TE10) convencionales, las estructuras de placas paralelas multimodo soportan múltiples modos de propagación de baja pérdida simultáneos (TE1, TE2,... y TM1, TM2,....) que proporcionan grados de libertad adicionales (y flexibilidad de diseño) para la realización de aplicaciones y distribuciones de campo más complejas (que incluyen la alimentación de antena, diplexor y dispositivos de filtro). Además, estas estructuras son generalmente más baratas de fabricar y tienen menos pérdidas de radiofrecuencia (RF) en comparación con las estructuras basadas en guías de ondas rectangulares.

El elemento de transición de torsión de guía de ondas a placa paralela 62 también incluye al menos una etapa de guía de ondas de torsión discreta intermedia 84, que incluye una guía de ondas 84a que acopla la porción de guía de ondas de entrada 80a a la porción de placa paralela de salida 82a (o a la porción de guía de ondas de salida). Como se usa en el presente documento, una etapa de guía de ondas de torsión discreta intermedia se define como una porción de guía de ondas que crea un cambio de etapa en una orientación del campo E creado por la etapa de guía de ondas de torsión discreta intermedia con relación a una orientación del campo E creado por una guía de ondas directamente adyacente, porción de guía de ondas, o placa paralela. Tal cambio de etapa en la orientación del campo E contrasta con un cambio continuo en la orientación del campo E proporcionado por las torsiones de la guía de ondas 40 descritas en la Figura 2. La etapa de guía de ondas de torsión discreta intermedia 84 puede incluir una porción de guía de ondas que tiene una forma rectangular, una forma elíptica, o cualquier otra forma conocida en la técnica.

La guía de ondas 84a de la al menos una etapa de guía de ondas de torsión discreta intermedia 84 está configurada para orientar un campo E de una onda electromagnética a lo largo de un tercer plano, donde un ángulo de orientación del tercer plano está entre el ángulo de orientación del primer plano y el ángulo de orientación del segundo plano. Por ejemplo, si el primer plano orienta el campo E a 0 grados y el segundo plano orienta el campo E a 90 grados, a continuación, el tercer plano orienta el campo E entre 0 grados y 90 grados, por ejemplo, 45 grados.

Preferentemente, el elemento de transición de torsión de guía de ondas a placa paralela 62 incluye una pluralidad de etapas de guía de ondas de torsión discretas intermedias 84, donde cada etapa de guía de ondas de torsión discreta intermedia 84 está configurada para orientar un campo E de una onda electromagnética a lo largo de un plano respectivo. Más particularmente, para cada etapa de guía de ondas de torsión discreta intermedia 84, un ángulo de orientación del plano respectivo es diferente de un ángulo de orientación de otros planos de la pluralidad de etapas de guía de ondas de torsión discreta intermedia. Por ejemplo, si el primer y segundo plano son ortogonales entre sí, se pueden colocar tres etapas de guía de ondas de torsión discretas intermedias 84 entre el puerto de entrada 80 y el puerto de salida 82, donde cada etapa de guía de ondas de torsión discreta intermedia orienta el campo E a 22,5 grados con relación a una orientación del campo E para una etapa de guía de ondas de torsión discreta intermedia directamente adyacente y/o guía de ondas o porción de placa paralela. Esta relación entre la orientación del campo E de una etapa de torsión de guía de ondas discreta intermedia 84 con relación a una etapa de torsión de guía de ondas discreta intermedia directamente adyacente 84 puede expresarse como (K / (1 N)) grados, donde K es la orientación del campo E en grados entre el puerto de entrada 80 y el puerto de salida 82 y N es el número de etapas de guía de ondas de torsión discretas intermedias 84.

Al incluir una pluralidad de etapas de guía de ondas de torsión discretas intermedias, la operación de torsión se vuelve más suave, lo que da como resultado menos reflejos y mejorando así la eficiencia. Como se apreciará, el número específico de etapas de guía de ondas de torsión intermedias discretas implementadas en la transición de torsión de guía de ondas a placa paralela 62 puede variar dependiendo de los requisitos de la aplicación.

Una pluralidad de elementos de transición de torsión de guía de ondas a placa paralela 62 dispuestos uno junto a otro (dispuestos) forman una transición de torsión de guía de ondas a placa paralela. Tal configuración: 1) permite que el área más amplia de una línea de transmisión de placas paralelas se llene de manera eficiente con la onda electromagnética, 2) permite la excitación controlada de la estructura de placas paralelas a través de la selección apropiada de la excitación de fase y amplitud de los elementos de transición de torsión de guía de ondas a placa paralela individuales, y 3) permite la exploración del frente de ondas dentro de la estructura de placas paralelas a través de la fase apropiada de elementos de transición de torsión individuales de guía de ondas a placa paralela.

La porción de guía de ondas de entrada 80a, la porción de placa paralela de salida 82a y la guía de ondas 84 pueden definirse por una longitud, anchura y altura según se requiera por la aplicación específica. Preferentemente, la longitud de la porción de la guía de ondas de entrada 80a, la porción de placa paralela de salida 82a y la etapa de guía de ondas 84a se minimizan para proporcionar una huella general pequeña para el elemento de transición de torsión de guía de ondas a placa paralela, pero también debe dimensionarse teniendo en cuenta los modos de orden superior con el objetivo de minimizar los reflejos de la transición de torsión de la guía de ondas a placa paralela como integrado y/o dispuesto con la red o redes de sintonización de la guía de ondas del puerto de entrada aplicables y/o las redes de sintonización de placas paralelas del puerto de salida aplicables, conjuntos de CTS u otros conjuntos de antenas.

De acuerdo con una realización, una línea de transmisión de placas paralelas 10 está formada integralmente con el puerto de salida 82 del al menos un elemento de transición de torsión de guía de ondas a placa paralela 62. Al formar la línea de transmisión de placas paralelas 10 integral con los elementos de transición de torsión de guía de ondas a placa paralela 62, se pueden realizar ahorros de espacio adicionales ya que no se necesitan medios de montaje para unir la línea de transmisión de placas paralelas 10 a los elementos de transición de torsión de guía de ondas a placa paralela 62.

Haciendo referencia a la Figura 6, la transición de torsión de guía de ondas a placa paralela 62 se puede formar a partir de una estructura de placa de metal conductor, donde la placa puede incluir dos piezas, por ejemplo, una porción de placa primera o superior 86 y una porción de placa segunda o inferior 88 que se puede unir de forma extraíble a la primera porción de placa. Partes de cada uno del puerto de entrada 80, el puerto de salida 82 y la al menos una etapa de guía de ondas de torsión discreta intermedia 84 pueden formarse en una parte 86a de la primera porción de placa 86, mientras que una parte restante del puerto de entrada, el puerto de salida y la al menos una etapa de guía de ondas de torsión discreta intermedia pueden formarse en la parte 88a de la segunda porción de placa 88. En este sentido, la partes del puerto de entrada 80, el puerto de salida 82 y la etapa de guía de ondas de torsión discreta intermedia 84 se pueden mecanizar dentro de la primera porción de placa 86 y la segunda porción de placa 88, de modo que cuando las dos placas se acoplan entre sí, el puerto de entrada completo 80, el puerto de salida 82 y la etapa de guía de ondas de torsión discreta intermedia 84 se definen entre las dos placas (por ejemplo, el espacio de aire definido por 86a y 88a en la Figura 6). También son posibles otras combinaciones lógicas de métodos de fabricación (por ejemplo, moldeo por inyección de las placas con posterior metalización). Además, como se muestra en la Figura 6, cada etapa de guía de ondas de torsión discreta intermedia puede configurarse opcionalmente como una forma "aproximada" de una guía de ondas rectangular en lugar de un rectángulo "perfecto" como un medio para mejorar la capacidad de fabricación y reducir los reflejos de RF de la transición de torsión de guía de ondas a placa paralela en su totalidad.

En lugar de formar el puerto de entrada 80, el puerto de salida 82 y etapa de guía de ondas de torsión discreta intermedia 84 en estructuras de placa de metal 86, 88, los componentes respectivos pueden estar formados en un material dieléctrico, tal como plástico o similar, a través de un proceso de moldeo por inyección u otro proceso de formación dieléctrica. Las paredes dentro de la estructura resultante que definen el puerto de entrada 80, el puerto de salida 82 y al menos una etapa de guía de ondas de torsión discreta intermedia 84, a continuación, podrían recubrirse con una película de metal para proporcionar guías de ondas a través del material dieléctrico. Una ventaja de formar la transición de torsión de guía de ondas a placa paralela a través de moldeo por inyección es que el coste y el peso pueden reducirse significativamente mientras se sigue proporcionando un rendimiento comparable al de una estructura formada en placas de metal.

Pasando a las Figuras 7A-7D, se ilustran vistas superior, lateral, frontal y en perspectiva, respectivamente, de un elemento de transición de torsión de guía de ondas a placa paralela 62 formado integralmente con una línea de transmisión de placas paralelas 10 usando un puerto de salida de guía de ondas adicional 82 cuyo campo E es paralelo al de la línea de transmisión de placas paralelas 10. Obsérvese que, las figuras se presentan en un formato transparente para revelar líneas ocultas. Múltiples formas de sintonización (surcos, protuberancias) se usan para efectuar la función de "torsión" necesaria de la transición.

Como se observa en las Figuras 7A-7D, una guía de ondas 90 alimenta la porción de guía de ondas 80a del puerto de entrada 80 con una onda electromagnética. El puerto de entrada 80 y la porción de la guía de ondas 80a pueden estar separados de la guía de ondas 90 o pueden formar una porción final de la guía de ondas 90. El puerto de entrada 80, a través de la porción de guía de ondas 80a, proporciona la onda electromagnética a la al menos una etapa de guía de ondas de torsión discreta intermedia 84 con un campo E que tiene una primera orientación. La al menos una etapa de guía de ondas de torsión discreta intermedia 84 a continuación altera una orientación del campo E como se describe en el presente documento, y proporciona la onda electromagnética a la porción de guía de ondas 82a del puerto de salida 82. El puerto de guía de ondas 82a altera aún más el campo E de la onda electromagnética como se describe en el presente documento, y proporciona la onda electromagnética a la línea de transmisión de placas paralelas 10. El resultado es que el campo E de la onda electromagnética tiene su orientación, según se proporciona el puerto de entrada 80, cambiada con relación al campo E como salida por el puerto de salida 82. Como se ha observado anteriormente, en algunas realizaciones, el puerto de salida 82 puede tener la forma de una placa paralela en lugar de una guía de ondas, compactando aún más la transición.

La línea de transmisión de placas paralelas 10 puede incluir opcionalmente secciones de transformador 92 para pasar de la dimensión B de placas paralelas a una dimensión B de pared estrecha de guía de ondas conveniente que es consistente con una banda de interés de frecuencia deseada. La Figura 7D muestra una vista isométrica donde pueden observarse las secciones de transformador 92. La dimensión B es el hueco que separa los conductores de placas paralelas superior e inferior (véase la Figura 7D). En una realización, la dimensión B de la línea de transmisión de placas paralelas 10 es diferente de la dimensión B de la placa paralela en el puerto de salida 82 de los elementos de transición de torsión de guía de ondas a placa paralela.

La Figura 9 muestra una realización que incluye dos alimentaciones incorporadas de guía de ondas 100, 102 (una especializada a la operación de banda baja y una segunda especializada a la operación de banda alta), soportando cada una dos bandas de frecuencia separadas que alimentan un diplexor de placas paralelas 104 desde puertos opuestos. Cada red de alimentación está comprendida de una serie de curvas de plano E y T que combinan constructivamente los campos de RF en un solo puerto de guía de ondas, y cada uno usa un conjunto lineal de transiciones de torsión 62 para acoplarse desde la guía de ondas 100, 102 a la placa paralela 104. La transición de torsión de guía de ondas 62 como se describe en el presente documento se puede usar para reducir el tamaño de la estructura de la Figura 9.

Son posibles otras realizaciones que comprenden redes de alimentación arbitrarias o combinaciones de redes de alimentación arbitrarias para combinar un número arbitrario de transiciones de guía de ondas a placa paralela con redes de sintonización arbitrarias.

La invención descrita puede emplearse en conjuntos de antenas de rama de sintonización transversal continua de inclinación variable ('VICTS') y/o de rama de sintonización transversal continua ('CTS') y, más generalmente, en cualquier alimentación de antena que emplee placas paralelas alimentadas con dos o más guías de ondas. Las aplicaciones inmediatas y futuras incluyen antenas de conjunto en fase de banda X, K, Ka, Q, V y W, conjuntos VICTS y conjuntos CTS. Las aplicaciones inmediatas y futuras incluyen realizaciones fijas, móviles-terrestres y aeronáuticas de conjuntos CTS y VICTS para sensores y comunicaciones.

Aunque la invención se ha mostrado y descrito con respecto a una determinada realización o realizaciones, las alteraciones y modificaciones dentro del alcance de la invención como se define en las reivindicaciones pueden ocurrírseles a otros expertos en la materia tras la lectura y comprensión de esta memoria descriptiva y los dibujos adjuntos. En particular, en relación con las diversas funciones realizadas por los elementos descritos anteriormente (componentes, ensamblajes, dispositivos, composiciones, etc.), los términos (incluida una referencia a un "medio") utilizados para describir dichos elementos están destinados a corresponder, salvo que se indique lo contrario, a cualquier elemento que realice la función especificada del elemento descrito (es decir, que sea funcionalmente equivalente), aunque no es estructuralmente equivalente a la estructura divulgada que realiza la función en la realización o realizaciones ilustrativas de la invención.

Claims (9)

REIVINDICACIONES

1. Una transición de torsión de guía de ondas a placa paralela (62), que comprende:

al menos dos elementos de transición de torsión de guía de ondas a placa paralela formados integralmente (62) dispuestos adyacentes entre sí en un conjunto lineal, incluyendo los al menos dos elementos de transición de torsión de guía de ondas a placa paralela formados integralmente (62)

i) un puerto de entrada (80) que tiene una porción de guía de ondas de entrada, la porción de guía de ondas de entrada (80a) configurada para orientar un campo E de una onda electromagnética a lo largo de un primer plano;

ii) un puerto de salida (82) que comprende una porción de línea de transmisión de placas paralelas multimodo (82a), la porción de la línea de transmisión de placas paralelas multimodo configurada para orientar un campo E de una onda electromagnética a lo largo de un segundo plano, en donde un ángulo de orientación del segundo plano es diferente de un ángulo de orientación del primer plano; y

iii) al menos una etapa de guía de ondas de torsión discreta intermedia (84) que acopla la porción de guía de ondas de entrada (80a) a la porción de línea de transmisión de placas paralelas multimodo (82a), en donde la al menos una etapa de guía de ondas de torsión discreta intermedia (84) está configurada para orientar un campo E de una onda electromagnética a lo largo de un tercer plano, en donde un ángulo de orientación del tercer plano está entre el ángulo de orientación del primer plano y el ángulo de orientación del segundo plano,

en donde la transición de torsión de la guía de ondas a la placa paralela está formada en una estructura de placa que comprende una primera porción de placa (86) y una segunda porción de placa (88) que se puede unir de forma extraíble a la primera porción de placa (86), y

en donde una primera porción del puerto de entrada (80), una primera porción del puerto de salida (82) y una primera porción de la al menos una etapa de guía de ondas de torsión discreta intermedia (84) están formadas cada una en la primera estructura de placa, y una segunda porción del puerto de entrada, una segunda porción del puerto de salida y una segunda porción de la al menos una etapa de guía de ondas de torsión discreta intermedia están cada una formada en la segunda estructura de placa.

2. La transición de torsión de guía de ondas a placa paralela (62) de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el primer plano es ortogonal al segundo plano.

3. La transición de torsión de guía de ondas a placa paralela (62) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-2, en donde al menos un elemento de transición de torsión de guía de ondas a placa paralela (62) de los al menos dos elementos de transición de torsión de guía de ondas a placa paralela integrados (62) comprende una pluralidad de etapas de guía de ondas de torsión discretas intermedias (84), y cada etapa de guía de ondas de torsión discreta intermedia (84) de la pluralidad de etapas de guía de ondas de torsión discretas intermedias (84) está configurada para orientar un campo E de una onda electromagnética a lo largo de un plano respectivo, en donde para cada etapa de guía de ondas de torsión discreta intermedia (84), un ángulo de orientación del plano respectivo es diferente de un ángulo de orientación de otros planos de la pluralidad de etapas de guía de ondas de torsión discreta intermedia (84).

4. La transición de torsión de guía de ondas a placa paralela (62) de acuerdo con la reivindicación 3, en donde cada etapa de guía de ondas de torsión discreta intermedia (84) orienta el campo E a (K / (1+N)) grados con relación a una orientación de campo E de una etapa de guía de ondas de torsión discreta intermedia (84) directamente adyacente, donde K es el ángulo entre el puerto de entrada y el puerto de salida y N es el número de etapas de guía de ondas de torsión discreta intermedia (84).

5. La transición de torsión de guía de ondas a placa paralela (62) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-2, en donde la al menos una etapa de guía de ondas de torsión discreta intermedia (84) comprende una única etapa de guía de ondas de torsión discreta intermedia (84) que orienta el campo E a 45 grados con relación a una orientación del campo E para un puerto de entrada (80) o un puerto de salida (82) directamente adyacentes.

6. La transición de torsión de guía de ondas a placa paralela (62) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-5, en donde la al menos una etapa de guía de ondas de torsión discreta intermedia (84) comprende al menos una de una guía de ondas rectangular o elíptica.

7. La transición de torsión de guía de ondas a placa paralela (62) de acuerdo con las reivindicaciones 1-6, en donde una línea de transmisión de placas paralelas (10) está formada integralmente con la pluralidad de elementos de transición de torsión de guía de ondas a placa paralela (62).

8. La transición de torsión de guía de ondas a placa paralela (62) de acuerdo con la reivindicación 7, en donde una dimensión B de la línea de transmisión de placas paralelas (10) es diferente de una dimensión B de la porción de la línea de transmisión de placas paralelas multimodo (82a) del puerto de salida de los elementos de transición de torsión de guía de ondas a placa paralela (62), donde la dimensión B es el hueco que separa los conductores de placas paralelas superior e inferior de la línea de transmisión de placas paralelas (10) y la porción de la línea de transmisión de placas paralelas multimodo (82a).

9. La transición de torsión de guía de ondas a placa paralela (62) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-8, en donde el puerto de salida (82) comprende una porción de guía de ondas de salida dispuesta entre la al menos una etapa de guía de ondas de torsión discreta intermedia (84) y la porción de línea de transmisión de placas paralelas multimodo (82a), teniendo la porción de guía de ondas de salida la misma orientación de campo E que la porción de línea de transmisión de placas paralelas multimodo (82a) y acoplando la al menos una etapa de guía de ondas de torsión discreta intermedia (84) a la porción de línea de transmisión de placas paralelas multimodo (82a).