Girador de polarización con múltiples secciones en forma de pajarita.

Girador de polarización de ß° entre una guía de entrada y una guía de salida conformado mediante la interposición entre las guías de entrada y salida de al menos dos secciones paralelepipédicas sobre las que se ha realizado un vaciado en forma de pajarita,

que presenta dos ejes de simetría, uno según un eje longitudinal y otro según un eje transversal, que está definida por una serie de parámetros constructivos precisos y presenta su eje longitudinal un ángulo con relación al eje de una de las guías de entrada y salida, donde las secciones son iguales constructivamente hablando dos a dos.

Girador de polarización con múltiples secciones en forma de pajarita

OBJETO DE LA INVENCIÓN

El objeto de la invención es un girador de polarización para ondas electromagnéticas que presenta una multiplicidad de secciones que tienen cada una de ellas forma de pajarita, estando girada cada sección en forma de pajarita con respecto a la sección contigua.

La presente invención está caracterizada por una configuración y un diseño especiales de la sección en forma de pajarita de cada pajarita, así como por el ángulo de giro de cada sección con el fin de obtener un girador de polarización que presenta una compacidad máxima, una longitud mínima y una adaptación de la onda electromagnética mejor de lo que viene consiguiéndose hasta el momento.

Por lo tanto, la presente invención se circunscribe dentro del ámbito de los rotadores de polarización para guías de ondas.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Se dedican numerosos esfuerzos a conseguir rotadores de polarización de ondas electromagnéticas.

Algunos, como los comercializados por la empresa FLANN, son rotadores que se fabrican a partir de guías de ondas que han sido giradas de un modo preciso a la vez que mantienen las dimensiones de la guía de ondas. Este modo de conseguir rotadores de polarización presenta varios inconvenientes. Por un lado, existen inconvenientes derivados del propio proceso de fabricación, ya que se debe someter a la guía de ondas a elevadas temperaturas para poder retorcerla, lo cual produce tensiones en el material que obligan a analizar de nuevo el material. Por otro lado no se logra una reducción de las dimensiones del rotador.

En el artículo "An Analysis of a Hybrid-Mode in a Twisted Rectangular Waveguide" (Hatsuo Yabe, Yasuto Mushiake) publicado en IEEE Transactions on Microwave Theor y and Techniques, Vol. MTT-32, nº 1. Enero de 1984) se realiza un análisis del giro por torsión de una guía de ondas.

Otra solución conocida para lograr el giro de polarización con objeto de evitar los anteriores inconvenientes se describen en el siguiente artículo: "Design of Compact Waveguide Twists" de Pedro I. Alonso-Juaristi, Jaime Esteban y Jesús María Rebollar, publicado en IEEE Transactions on Microwave Theor y and Techniques, Vol. 45, nº 5, mayo de 1997. En este artículo el girador de polarización se basa en una sucesión alterna de guías de ondas de secciones transversales rectangular y circular, en la que las guías de ondas de sección transversal rectangular se disponen giradas sucesivamente con objeto de lograr el giro total. Si bien consigue evitar algunos de los problemas enunciados en la primera solución propuesta, no resuelve el problema de la compacidad, y además el procedimiento de fabricación no es nada favorable.

En el artículo "Full Wave Design of Broad-Band Compact Waveguide Step-Twists" (Massimo Baralis, Ricardo Tascone, Oscar Antonio Peverini, Giusseppe Virone, Renato Orta) publicado en IEEE Microwave and Wireless Components 45 Letters, Vol. 15, nº 2, febrero de 2005, se describe un girador de polarización que consiste en una sucesión de secciones o elementos que presentan una sección transversal rectangular, disponiéndose las secciones giradas con respecto a las contiguas. Si bien se consigue una cierta compacidad, no se logra una adaptación mejor de 40 dB en toda la banda útil de la guía.

Otra solución conocida en la técnica anterior es la patente de EE.UU. nº 6.879.221-B1, que describe un girador de polarización en el que las dos guías de ondas se disponen de manera ortogonal con respecto a un transformador y se acoplan en el transformador mediante una sección más reducida. Esta solución propuesta, además de no ser compacta, solamente es válida para rotaciones de giros ortogonales y los resultados de adaptación conseguidos tienen una anchura de banda muy pequeña en comparación con la presente invención.

El artículo titulado "Polarization Rotator-Analysis and Design" (Rafal Lech, Jerzy Mazur) fue publicado en la 14th Conference on Microwave Techniques, 2008. COMITE 2008. Abril de 2008. En este artículo se describe un nuevo análisis de un polarizador compuesto por secciones de superficies selectivas en frecuencia. El análisis se realiza considerando el polarizador como una conexión en cascada de varias capas elementales que están compuestas por matrices periódicas lineales de hilos metálicos.

Finalmente, el artículo titulado "Compact 90° Twist formed by a Double-Corner-cut Square Waveguide Section" (Anatoliy Kirilenko, Dimitriy Y. Kulik y Leonid A. Rud) publicado en IEEE Transactions on Microwave Theor y and Techniques, Vol. 56, nº 7, julio de 2008, muestra un rotador de guías de ondas rectangulares en el que la sección encargada del giro está

formada por una sección cuadrada que presenta dos cortes en dos de sus esquinas cuadradas. Si bien se logra una cierta compacidad, solamente se logra un giro de 90° y la adaptación no es mejor que la conseguida hasta el momento.

También se conocen los siguientes documentos que se consideran estrechamente relacionados con el objeto de la invención:

Por una parte, el documento GB-2.429.119 en el que se describe un girador de polarización que presenta varias secciones que tienen forma de pajarita, que entre otras realizaciones describe que para conseguir un rotador de 45° se hace precisa la disposición de cuatro secciones consecutivas, para lograr una adaptación de 40 dB. Sin embargo, si se usan solamente dos secciones la adaptación que se logra es de 25 dB. Ahora bien, si se quiere conseguir un giro entre 60° y 90°, la geometría inicial no se mantiene y es necesario realizar ajustes.

También se conoce la existencia del documento CA-2.320.667-A1, que divulga un girador de polarización en el que se usan secciones con vaciados en forma de pajarita, caracterizadas porque todos los arcos tienen igual radio. Si bien en estas formas de realización se logra un nivel de adaptación que va desde los 23 dB (figura 4) hasta los 27 dB, la compacidad que se logra con la realización propuesta no es muy buena; es decir, dichos resultados se logran con espesores relativamente grandes, más del doble de los obtenidos con nuestra forma específica de pajarita.

Otro documento que forma parte del estado de la técnica es el documento US-6.995.628-B2, en el que el vaciado realizado en las secciones del rotador muestra una serie de tramos rectos, lográndose para un ángulo de giro de 90° y una única sección una reflexión de 30 dB. Finalmente, en el documento US-3.651.435-A1 se describe un girador de polarización gradual formado por una sucesión de secciones consecutivas, que nada tienen que ver con la forma de los vaciados de las secciones que se proponen en la presente memoria descriptiva.

Por lo tanto, tras haber expuesto los diferentes rotadores de polarización conocidos hasta el momento, el objeto de la presente invención es proporcionar un girador de polarización según las características de la reivindicación 1, que permita una mejora de adaptación de 40 dB en toda la banda útil de la guía, con una compacidad máxima y una longitud mínima en la dirección longitudinal, con una masa y un volumen reducidos y muy sencilla de fabricar.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

El objeto de la invención del rotador de polarización, tal y como ha sido expuesto anteriormente, es un rotador que permita una adaptación mejor de 40 dB en toda la banda útil de la guía, que presente una compacidad máxima y una longitud mínima en la dirección longitudinal.

Además de los objetivos mencionados anteriormente, se pretende que el rotador sea compacto en la dirección transversal, sin superar las aletas convencionales, que también sea fácil de mecanizar y sea robusto, que se pueda integrar fácilmente en subsistemas complejos como Ortomodos, codos mixtos E-H y estructuras de encaminamiento, que permita una fabricación económica con una repetitividad muy elevada, presentando poca masa y volumen, que presente una flexibilidad en la elección del número de secciones para cumplimiento de las especificaciones de adaptación y de anchura de banda, en el que además el grado de giro puede ser mayor o menor de 90° según se desee y en el que el rotador no quede exclusivamente limitado a secciones de guías de ondas rectangulares idénticas en la entrada y en la salida, de manera que la sección de guías de ondas pueda ser diferente en la entrada y en la salida.

Para lograr estos objetivos se propone un girador de polarización según se define en la reivindicación 1 con múltiples secciones, presentando cada sección un vaciado en forma de pajarita con una geometría precisa.

Cada vaciado en forma de pajarita realizado... [Seguir leyendo]

1. Girador de polarización entre una guía de ondas de entrada y una guía de ondas de salida cuyos ejes correspondientes forman un ángulo de º° entre sí, interponiéndose entre las guías de ondas de entrada y salida al 5 menos dos secciones (3a, 3b) de forma paralelepipédica que tienen cada una de ellas unos vaciados en forma de pajarita (2) , en el que los vaciados (2) en forma de pajarita de las secciones tienen dos planos de simetría, uno a lo largo de un eje longitudinal (4) que discurre según la dimensión mayor de la pajarita, y otro plano de simetría transversal que discurre según un eje (5) transversal al eje mencionado anteriormente, en el que cada vaciado en forma de pajarita (2) comprende cuatro cuadrantes de manera que cada cuadrante está definido por una serie de parámetros que permiten la construcción precisa de dichos vaciados, que son Ra, Rb, La, Lb, Lc y E, y su eje longitudinal está inclinado un ángulo con respecto al eje de una de las guías de ondas en el que el vaciado tiene, en orden:

-un primer arco de círculo de 45° (10) de radio Ra y centro en el exterior de la pajarita, que define así un 15 arco cóncavo visto desde el exterior del vaciado en forma de pajarita;

-un segundo tramo recto (11) de longitud La;

-un tercer tramo inclinado (12) paralelo al eje longitudinal (4) y de longitud Lb;

-un cuarto tramo recto (13) girado 45° con respecto al tramo recto anterior y de longitud Lc;

-un último arco de círculo de 45° (14) de radio Rb y centro en el interior de la pajarita, que define un arco

convexo visto desde el exterior; y en el que el espesor E de estas secciones tiene un valor entre 0, 1 y 0, 3 veces la anchura de la guía rectangular.

2. El girador de polarización según la reivindicación 1, en el que los parámetros cumplen las siguientes condiciones: 25

-una distancia máxima (15) en la dirección del eje longitudinal (4) entre los últimos arcos de círculo de 45°

(14) de radio Rb que viene dada por: - -

Xmax= (Ra + La + Lc) * raíz cuadrada (2) + 2*Lb+ 2*Rb (1- (raíz cuadrada (2) / 2) )

y un valor de entre 1, 4 y 1, 7 veces la anchura de la guía rectangular de entrada y salida;

- una distancia máxima en la dirección del eje transversal (5) entre los terceros tramos inclinados (12) de longitud Lb que viene dada por:

Ymax= (Rb + Lc) * raíz cuadrada (2)

y un valor de entre 0, 8 y 1, 1 veces la anchura de la guía rectangular de entrada y salida; y

-una distancia mínima en la dirección del eje transversal (5) entre los primeros arcos de círculo de 45° (10) 45 de radio Ra que viene dada por:

Ymin= (Rb + Lc - La) * raíz cuadrada (2) - 2*Ra (1- (raíz cuadrada (2) / 2) )

y un valor de entre 0, 3 y 0, 5 veces la anchura de la guía rectangular de entrada y salida.

3. El girador de polarización según la reivindicación 2, en el que el número de secciones del rotador es N, siendo N un número par, los parámetros que definen los vaciados en forma de pajarita (2) de cada sección serán:

Rai = Ra (N-i+1) Rbi = Rb (N-i+1) Lai = La (N-i+1) Lbi = Lb (N-i+1)

Lci = Lc (N-i+1)

Ei = E (N-i+1)

en los que i = 1, 2, ..., N/2 y todos los vaciados en forma de pajarita (2) tienen su eje longitudinal (4) con un ángulo <i con respecto a uno de los ejes de las guías de ondas de entrada y salida, de manera que el número de parámetros necesarios para definir un rotador conformado por N secciones, en el que N es un número par, es 7*N/2.

4. El girador de polarización según la reivindicación 2, en el que el número de secciones (1) del rotador es N, siendo N un número impar, los parámetros que definen los vaciados en forma de pajarita (2) de cada sección serán:

Rai = Ra (N-i+1) Rbi = Rb (N-i+1) 10 Lai = La (N-i+1)

Lbi = Lb (N-i+1) Lci = Lc (N-i+1) Ei = E (N-i+1)

en los que i = 1, 2, ..., (N-1) /2

y todos los vaciados en forma de pajarita (2) tienen su eje longitudinal (4) en un ángulo <i con respecto a uno de los ejes de las guías de ondas de entrada y salida, mientras que el vaciado en forma de pajarita de sección (N+1) /2 tiene los siguientes parámetros:

Ra (N+1) /2

Rb (N+1) /2

La (N+1) /2

Lb (N+1) /2

Lc (N+1) /2 E (N+1) /2

y se encuentra girado º/2° con respecto a cualquiera de los ejes de las guías de entrada y salida, y en el que el número de parámetros necesarios para definir un rotador conformado por N secciones es un número impar definido por 7*