ESTRUCTURA TRANSDUCTORA DE MODOS DE GUÍA DE ONDA BASADA EN SECCIONES OCTOGONALES.

Estructura transductora de modos (1) pan la conversión de señales electromagnéticas entre una guía de onda de entrada (3,

5) y una guía de onda de salida (2, 4), teniendo dichas guías de onda de entrada y salida igual o distinta geometría. La estructura transductora de modos (1) comprende una pluralidad de secciones de guía octogonales (OT1, OT2 OT3, OT4) concatenadas donde dichas secciones de guía octogonales (OT1, OT2, OT3, OT4) comparten los mismos ejes de simetría entre sí y con dicha guía de onda de entrada (3, 5) y con dicha guía de onda de salida (2, 4), y donde los parámetros geométricos de dichas secciones de guía octogonales (OT1, OT2, OT3, OT4) están diseñados y ajustados para acondicionar progresivamente los modos de propagación electromagnéticos entre dicha guía de onda de entrada (3, 5) y dicha guía de onda de salida (2, 4). Proporciona un ancho de banda superior al de otras técnicas anteriores. Además, la simetría eléctrica y magnética que proporciona la estructura octogonal elimina de forma efectiva la excitación de los modos superiores. Es aplicable en sistemas de transmisión y recepción de señales electromagnéticas a las frecuencias de microondas, milimétricas y sub-milimétricas.

ESTRUCTURA TRANSDUCTORA DE MODOS DE GUÍA DE ONDA BASADA EN SECCIONES OCTOGONALES

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente invención pertenece al sector de los transductores de modo para señales electromagnéticas que se propagan en estructuras metálicas cerradas de guía de onda, siendo la polarización de la señal que las atraviesa lineal o circular. Está relacionada con las estructuras capaces de transformar de forma eficiente la energía asociada a los modos fundamentales de propagación electromagnética entre guías de onda rectangulares, cuadradas y circulares, con ausencia explícita de excitación de modos superiores en la banda de interés. Más precisamente, está relacionada con los siguientes sectores de la tecnología de microondas, y frecuencias milimétricas y sub-milimétricas: transiciones entre guías de onda, alimentadores de antenas de telecomunicaciones, sistemas Radar e instrumentación en sistemas de medida.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

En el rango de aplicaciones que se extiende desde las frecuencias de microondas hasta frecuencias sub-milimétricas, las transiciones entre guías de onda metálicas de sección diferente se utilizan de forma exhaustiva en aplicaciones de transmisión de energía, alimentadores de antenas e instrumentos de medida capaces de manipular señales con polarización lineal o circular. De particular interés resultan las transiciones entre secciones estándar de guía de onda como son las secciones rectangulares, circulares y cuadradas, ya que la mayoría de las arquitecturas para sistemas de Telecomunicación, Radar e Instrumentación microonda, milimétrica y sub-milimétrica están basadas en una de estas categorías.

Dado que los componentes de los campos eléctrico y magnético en ambos extremos de

Durante las últimas décadas se ha hecho un esfuerzo importante por parte de la comunidad científica para maximizar la eficiencia de tales transductores de modo, si bien es cierto que ninguno de los logros ha alcanzado anchos de banda cercanos a la octava (66%) con una longitud total inferior a una longitud de onda en el espacio libre, /..o, calculada a la frecuencia central de operación.

No obstante, la topología de los denominados en la técnica como transductores de modo, está suficientemente referenciada de forma general en muchos libros de texto relativos a la ingeniería de microondas. Ejemplos de estos textos son "Waveguide Components for Antenna Feed Systems: Theor y and CAD" de J. Uher, J. Bomemann y

U. Rosemberg, editado por Artech House en 1993 y "Passive Circuits" de P. A. Rizzi editado por Prentice Hall en 1988. Tal como se cita en estas referencias, tanto la geometría rectangular como la circular y cuadrada son ampliamente utilizadas para la transmisión y manipulación de energía electromagnética a frecuencias de microondas y supenores.

Una alternativa puede ser el uso de un pequeño número de saltos utilizando secciones intermedias de naturaleza truncada o no. Como ejemplos podemos citar entre otros "Wide-Band Rectangular to Circular Waveguide Mode Impedance Transformer" de S. Stuchly y A. Kraszewsky en IEEE Trans. on MTT, Vol.13, No.3, pp. 379-380, May 1965 y "Transition Rectangular to Circular Waveguide by means of Rectangular Guides" de J.L. Fontecha y C. Cagigal en Proc. on Intemational Conference on Computation in Electromagnetics, pp. 378-381, 1991. Estas estructuras pueden proporcionar hasta un 40% de ancho de banda con un tamaño axial bastante inferior a la transición gradual.

Otras ideas innovadoras con el fin de minimizar de forma drástica la dimensión axial pueden encontrarse en "Analysis and Design of Flange-Integrated Rectangular-To-Circular Waveguide Transformers for Splashplate Antenna Feeds" de U. Rosemberg, J. Bomemann y K. Rambabu en 32nd European Microwave Conference Proc., pp. 1-4, september 2002 y "A Simple Circular-to-Rectangular Waveguide Transition" de E. L. Holzman en IEEE Microwave and Wireless Components Letters, Vol.15, No.l, Januar y 2005. Aunque estas estructuras pueden ser tan cortas como un 0.75'Ao , su ancho de banda de operación queda limitado a un máximo del 20%.

También se pueden encontrar estructuras compactas transductoras de modo para aplicaciones con polarización circular. Descripciones de tales estructuras pueden encontrarse en "Power Splitting Transition for Circularly Polarized Feed Networks" de

Finalmente, la solicitud de patente japonesa JP2007318526 describe una guía de onda de sección octogonal diseñada para recibir una señal linealmente polarizada procedente de un satélite geoestacionario.

RESUMEN DE LA INVENCIÓN

La presente invención trata de resolver los inconvenientes mencionados anteriormente mediante una estructura transductora de modo que comprende una pluralidad de guías de onda intermedias de sección octogonal. Estas guías de onda de sección octogonal pueden ser de geometría regular o no, en función de la aplicación. La estructura transductora de la invención está diseñada para trabajar en cualquier franja frecuencial de las siguientes: frecuencias de microondas, milimétricas y/o sub-milimétricas. Preferentemente, la estructura transductora comprende un número reducido :' ( 4) de guías de onda intermedias de sección octogonal.

Preferentemente, el acondicionamiento progresivo de los modos de propagación electromagnéticos entre la guía de onda de entrada y la de salida proporciona simetría eléctrica y magnética a lo largo de ella, impidiendo la excitación de modos superiores en la banda de interés.

Preferentemente, el número de secciones de guía octogonales que la componen es un número menor o igual que 4, consiguiéndose que la transferencia de energía sea eficiente en un ancho de banda fracciona! superior al 65% (una octava) , con una longitud total de...

l. Estructura transductora de modos (1) para la conversión de señales electromagnéticas entre una guía de onda de entrada (3, 5) y una guía de onda de salida (2, 4) , teniendo dichas guías de onda de entrada y salida igual o distinta geometría,

donde dicha estructura transductora de modos ( 1) está caracterizada por que comprende una pluralidad de secciones de guía octogonales (OTI, OT2, OT3, OT4) concatenadas y situadas entre dicha guía de onda de entrada (3, 5) y dicha guía de onda de salida (2, 4) , donde dichas secciones de guía octogonales (OTI, OT2, OT3, OT4) comparten los mismos ejes de simetría entre sí y con dicha guía de onda de entrada (3, 5) y con dicha guía de onda de salida (2, 4) , y donde los parámetros geométricos de dichas secciones de guía octogonales (OTI, OT2, OT3, OT4) están diseñados y ajustados para acondicionar progresivamente los modos de propagación electromagnéticos entre dicha guía de onda de entrada (3, 5) y dicha guía de onda de salida (2, 4) .

2. Estructura transductora de modos (1) según la reivindicación 1, donde dicho acondicionamiento progresivo de los modos de propagación electromagnéticos entre dicha guía de onda de entrada (3, 5) y dicha guía de onda de salida (2, 4) proporciona simetría eléctrica y magnética a lo largo de ella, impidiendo la excitación de modos superiores en la banda de interés.

3. Estructura transductora de modos ( 1) según cualquiera de las reivindicaciones 1 ó 2, donde el número de secciones de guía octogonales (OT1, OT2, OT3, OT4) que la componen es un número menor o igual que 4, consiguiéndose que la transferencia de energía sea eficiente en un ancho de banda fracciona! superior al65% (una octava) , con una longitud total de la estructura (1) inferior al 75% de la longitud de onda de la señal electromagnética en el espacio libre, calculada a la frecuencia central de la banda de interés.

4. Estructura transductora de modos (1) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde dicha guía de onda de entrada (3, 5) es una guía de onda de sección rectangular (3) y dicha guía de onda de salida (2, 4) es una guía de onda de sección circular (2) .

5. Estructura transductora de modos (1) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, donde dicha guía de onda de entrada (3, 5) es una guía de onda de sección rectangular

(3) y dicha guía de onda de salida (2, 4) es una guía de onda de sección cuadrada (4) .

6. Estructura transductora de modos (1) según la reivindicación 5, donde dicha guía de onda de sección cuadrada (4) tiene o bien los ejes girados 45° respecto a los de la guía de sección rectangular (3) o bien los ejes sin girar respecto a los de la guía de sección rectangular (3) .

7. Estructura transductora de modos (1) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, donde dicha guía de onda de entrada (3, 5) es una guía de onda de sección cuadrada (5) y dicha guía de onda de salida (2, 4) es una guía de onda de sección circular (2) .

8. Estructura transductora de modos (1) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, donde dicha guía de onda de entrada (3, 5) es una guía de onda de sección cuadrada (5) y dicha guía de onda de salida (2, 4) es otra guía de onda de sección cuadrada (4) , estando los ejes de dichas guías de onda de entrada (5) y salida (4) girados 45° entre sí.