Alimentador de antena de doble banda de frecuencia con polarización circular diferente en cada banda.

Alimentador de antena de doble banda de frecuencia con polarización circular diferente en cada banda, de altas prestaciones eléctricas y gran versatilidad en la interconexión mecánica. El alimentador se basa en una nueva arquitectura que utiliza un diplexor

(200) que combina las dos señales de entrada (L1, L2) en distintas bandas de frecuencia y con la misma polarización lineal en una guía de onda, mientras que proporciona un elevado aislamiento entre las bandas de frecuencia. La guía de onda monomodo de salida del diplexor permite hacer el encaminado de las señales de la forma más conveniente sin ninguna restricción geométrica hasta llegar a un polarizador bifase (210) que se encarga de producir los desfasajes necesarios, en torno a +90º y -90º, en cada una de las bandas para obtener las polarizaciones circulares deseadas con un bajo nivel de relación axial en cada banda de frecuencia.

Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P201331384.

Solicitante: UNIVERSIDAD POLITECNICA DE MADRID.

Nacionalidad solicitante: España.

Inventor/es: RUIZ CRUZ,JORGE ALFONSO, MONTEJO GARAI,JOSÉ RAMÓN, REBOLLAR MACHAIN,JESÚS MARÍA, LEAL SEVILLANO,Carlos Alberto.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > GUIAS DE ONDAS; RESONADORES, LINEAS, U OTROS DISPOSITIVOS... > Dispositivos auxiliares (dispositivos de acoplamiento... > H01P1/17 (para producir una rotación continua del plano de polarización, p. ej. una polarización circular)
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Alimentador de antena de doble banda de frecuencia con polarización circular diferente en cada banda.

Fragmento de la descripción:

SECTOR TÉCNICO El objeto de la invención es un nuevo alimentador de antena para sistemas de comunicaciones de dos bandas de frecuencia y con polarizaciones circulares opuestas en cada una de ellas, que presenta numerosas ventajas tanto en las características eléctricas del alimentador como en las conexiones mecánicas de los diversos componentes.

Numerosos sistemas de comunicaciones, incluyendo comunicaciones vía satélite, demandan este tipo de características, siendo de gran importancia tanto las características eléctricas, en especial el aislamiento entre bandas y la relación axial, como la versatilidad de interconexión de los elementos constituyentes.

ANTECEDENTES DE LA INVENCION Las señales electromagnéticas de microondas, normalmente en el rango entre 1 y 100 Gigahercios (GHz) , se utilizan habitualmente para la transmisión y recepción de todo tipo de información. Además de la mencionada propiedad de la frecuencia, estas señales electromagnéticas también poseen una característica de polarización. En el caso de aplicación en los sistemas de comunicaciones las distintas polarizaciones utilizadas son: vertical, horizontal, circular a derechas (C+) y circular a izquierdas (C-) . Si la polarización es circular (C+ y C-) se utiliza el parámetro denominado relación axial para medir la pureza de la misma. Son necesarios valores muy bajos de relación axial (alta pureza de polarización) para el correcto funcionamiento de los equipos de comunicaciones.

En una gran cantidad de sistemas de comunicaciones y en particular en los embarcados en satélites, se utilizan dos canales o bandas de frecuencia distintas (banda primera o baja y banda segunda o alta) para la señal transmitida y la recibida, respectivamente. Estas dos bandas deben interaccionar lo menos posible, lo que equivale a un elevado aislamiento entre ambas. Además, se requiere el uso de distinta polarización circular en cada una de las bandas, bien circular a derechas en la banda primera y a izquierdas en la banda segunda (C1+ y Cr ) o viceversa (Cr y C2+) . A todo esto hay que añadir la necesidad de utilizar una única antena por razones de ahorro en la masa y volumen del satélite. De esta forma es necesario el uso de un alimentador de antena que proporcione las señales electromagnéticas con las características deseadas de frecuencia y polarización.

Un alimentador de antena típico para la generación de distinta polarización circular en dos bandas de frecuencia está formado por los siguientes componentes.

• Transductor de modos ortogonales (OMT, Orthomode Transducer) .

• Guía de onda multimodo.

• Polarizador monofase, con:

a) Transición modal de doble polarización lineat

b) Desfasador doble banda de 90°

Esta arquitectura es clásica y ampliamente utilizada en la industria de comunicaciones. Cada uno de los elementos constituyentes de este alimentador es bien conocido y pueden encontrarse descripciones detalladas en los documentos de patente US6473053-B1, US422841 O-A y en las referencias bibliográficas abajo indicadas.

Los principales inconvenientes de los sistemas actuales de alimentador de antena se pueden resumir en:

Uso de guía de onda con doble plano de simetría o simetría respecto a giro de 90° entre el transductor de modos ortogonales y el polarizador monofase. Esta 30 condición impone una estricta disposición en línea de los elementos del alimentador

sin posibilidad de modificación.

La longitud axial del alimentador es grande, lo que ocasiona dificultades severas de posicionamiento del alimentador en multitud de situaciones y en particular 35 en los sistemas embarcados en satélite.

La longitud axial del alimentador influye directamente en las pérdidas por disipación del dispositivo. A mayor longitud, mayores pérdidas, siendo éste un inconveniente claro de los sistemas basados en las arquitecturas actuales y que podría subsanarse con arquitecturas como las de la presente invención que dieran lugar a menores longitudes de guiado de señal.

Deterioro de las características eléctricas al unir los diversos elementos que constituyen el alimentador completo. En concreto, la relación axial y el aislamiento entre transmisor y receptor, parámetros de gran importancia en las aplicaciones de comunicaciones.

La separación entre bandas y el ancho de banda de cada banda está intrínsecamente limitado, con mínimas opciones de mejora. Hay que recordar que los nuevos sistemas de comunicaciones requieren mayor ancho banda y mayor separación.

Dificultad de diseño y escalabilidad cuando se desean mejorar las prestaciones obtenidas. En concreto, incluso forzando al máximo el proceso de diseño (lo cual es difícilmente abordable por numerosas empresas del sector) no se consiguen satisfacer simultáneamente altas prestaciones de relación axial y de aislamiento.

El objeto del presente invento es un nuevo concepto de alimentador de antena que resuelve las limitaciones anteriormente descritas de los sistemas actuales, además de introducir nuevas prestaciones tanto eléctricas como mecánicas.

Referencias bibliográficas [11 J. M. Rebollar, el. al. "A dual Irequency OMT in the Ku band lar TT&C applications", in IEEE Antennas and Propagation Society International Symposium, Jun. 1998.

(2] J. A. Ruiz-Cruz, et. al. "Optimal configurations for integrated antenna feeders with linear dual-polarization and multiple frequency bands, " IET Microwaves, Antennas Propagation, Jun. 2011 .

(3] U. Rosenberg, el. al. "Power splitting transition tor circularly polarized feed networks", IEEE Microwave and Guided Wave Letters, Aug. 2000.

[4] G. A. E. Crane et. al. "Corrugated waveguide polarizers tor high performance feed 5 systems, " Antennas and Propagation Society International Symposium, Jun 1980.

(5] J. Uher, J. Bornemann, and U. Rosenberg, Waveguide components for antenna leed systems: Theor y and CAD. Arteeh house Norwood, MA, 1993.

(6] J. M. Rebollar, J. Esteban, "CAD of corrugated circular-rectangular waveguide polarizers", Eighth International Conference on Antennas and Propagation, 1993, pp.845-848 vol.2.

DESCRIPCiÓN DE LA INVENCiÓN El objeto de la presente invención es un alimentador de doble banda y polarización circular basado en la utilización de un diplexor y un polarizador bifase que genera polarización circular a derechas en la primera banda y a izquierdas en la segunda (C1+ y Cd , o viceversa (Cr y C2+) , que permite mejorar de forma muy significativa las características eléctricas de los alimentadores empleados en la actualidad , y además elimina las restricciones mecánicas de los actuales.

El alimentador de antena de doble banda de frecuencia con polarización circular diferente en cada banda objeto de la presente invención comprende : 25 -un diplexor configurado para combinar dos señales de entrada en distintas bandas de frecuencia y con la misma polarización lineal; -un medio de transmisión monomodo encargado de transmitir la señal combinada procedente del diplexor; -un polarizador bifase configurado para recibir la señal combinada procedente del medio de transmisión monomodo y generar a la salida una polarización circular a derechas en una de las bandas de frecuencia y a izquierdas en la otra banda de frecuencia, dicho polarizador bifase comprendiendo:

• una transición modal de polarización lineal simple encargada de dividir

la polarización lineal de entrada en dos polarizaciones lineales ortogonales 35 sobre la misma guía de onda, y

• un desfasador bifase encargado de introducir una diferencia de fase entre las dos polarizaciones lineales ortogonales de sustancialmente +900 y 90° en cada una de las bandas de frecuencia....

 


Reivindicaciones:

1. Alimentador de antena de doble banda de frecuencia con polarización circular diferente en cada banda, caracterizado por que comprende.

5. un diplexor (200) configurado para combinar dos señales de entrada (L, . L2) en distintas bandas de frecuencia y con la misma polarización lineal; -un medio de transmisión monomodo (208) encargado de transmitir la señal combinada (L" L, ) procedente del diplexor (200) ; -un polarizador bifase (210) configurado para recibir la señal combinada (L1,

L2) procedente del medio de transmisión monomodo (208) y generar a la salida una polarización circular a derechas en una de las bandas de frecuencia y a izquierdas en la otra banda de frecuencia, dicho polarizador bifase (210) comprendiendo:

• una transición modal de polarización lineal simple (212) encargada de dividir la polarización lineal de entrada en dos polarizaciones lineales 15 ortogonales sobre la misma guía de onda, y

• un desfasador bifase (214) encargado de introducir una diferencia de fase entre las dos polarizaciones lineales ortogonales de +900 y _900 en cada una de las bandas de frecuencia.

2. Alimentador de antena según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el diplexor (200) y el polarizador bifase (210) están conectados mediante guía de onda flexible.

3. Alimentador de antena según cualquiera de las reivindicaciones anteriores,

caracterizado por que el desfasador bifase (214) está formado por una combinación de guías de sección circular, cuadrada, rectangular, ridge o elíptica alternadas.