ES2251692T3 - Guiaondas. - Google Patents

Abstract

Una guía de ondas que comprende: un primer plano (1) de tierra conductor, un segundo plano (2) de tierra conductor separado del primer plano de tierra y paralelo al mismo, una primera fila de columnas conductoras separadas (3) fijas al primer plano (1) de tierra conductor y que se extienden sustancialmente perpendicularmente a dicho primer plano de tierra hacia el segundo plano (2) de tierra conductor pero sin entrar en contacto con este último, una segunda fila de columnas conductoras separadas (3) fijas al primer plano (2) de tierra conductor y que se extienden sustancialmente perpendicularmente a dicho segundo plano de tierra hacia el primer plano (1) de tierra conductor pero sin entrar en contacto con este último, definiendo el volumen limitado por el primer y segundo planos de tierra una región (4) de ondas guiadas a lo largo de la cual puede propagarse la radiación electromagnética.

Description

Guiaondas.

Introducción

Este invento se refiere a guías de ondas, y en particular, aunque no exclusivamente, a guías de ondas que incluyen partes mecánicamente desplazables para alterar sus características eléctricas.

Las líneas de transmisión, y en particular las guías de ondas, tienen muchas aplicaciones en el campo de las microondas, que incluyen conformadores de haz de radiofrecuencia, filtros, juntas giratorias y desfasadores. La utilización de técnicas de fabricación de bajo coste, que incluyen la utilización de plástico metalizado para la implementación de arquitecturas formadoras de haz multinivel ha sido descrita, por ejemplo, en el documento EP-A-1148583. Tales estructuras requieren en general que las partes de guía de ondas de plástico metalizado estén ranuradas, idealmente a lo largo del centro de la pared ancha (plano E) en el caso de guías de ondas rectangulares. Sin embargo, es bien sabido que las ranuras en las paredes estrechas de las guías de ondas rectangulares proporcionan una gran atenuación debido a las grandes corrientes que fluyen a través de la discontinuidad de la ranura.

Tales disposiciones constructivas divididas permiten la realización de formadores de haz multinivel mediante la fabricación de partes individuales que son pegadas subsiguientemente de tal modo que se minimiza el impacto de la unión. En el caso de guías de ondas metálicas esto implica algunas veces una soldadura por inmersión, o en el caso de plástico metalizado, limita la posición de la junta a lo largo del centro de la pared ancha en el caso de guías de ondas rectangulares. Tales restricciones no se aplican a componentes cobresoldados por inmersión; sin embargo, estos componentes no son adecuados para fabricación masiva.

Los dispositivos de guías de ondas con partes móviles (por ejemplo, juntas giratorias para antenas de radar, antenas de elementos en fase, conmutadores de radiofrecuencia, filtros reconfigurables y desfasadores) son difíciles de implementar puesto que las guías de ondas se basan usualmente en cavidades metálicas cerradas. Existe, por consiguiente, una restricción impuesta a la implementación de dispositivos desfasadores accionados mecánicamente basados en guías de ondas, porque las partes metálicas o dieléctricas, que incluyen el accionador, han de estar montadas en el interior de la guía de ondas, introduciendo así pérdidas y distorsión y requiriendo un diseño relativamente complejo. En el documento FR-A-2581255 se describe un ejemplo de un dispositivo desfasador accionado mecánicamente.

Se han desarrollado durante los últimos treinta años dispositivos de desfase controlados que utilizan componentes electrónicos, tales como los desfasadores de ferrita y conmutadores electrónicos (por ejemplo, diodos PIN), y estos dispositivos han encontrado una gran aplicación en sistemas de radar y radiolocalización, como medios de dirección o reconfiguración de patrones de radiación de antena.

Un obstáculo importante para la utilización de desfasadores eléctricamente controlados en muchas aplicaciones de antenas de haz exploratorio, es el alto coste y el gran número de dispositivos desfasadores requeridos para dirigir el haz. El coste de fabricación de antenas de exploración electrónica es aun muy alto, incluso cuando se fabrican volúmenes importantes. Adicionalmente, los desfasadores electrónicos introducen pérdidas adicionales y un considerable consumo de potencia en corriente continua que limita su aplicación en sistemas que utilizan baterías como fuente de alimentación, como ocurre en dispositivos de comunicación móviles/personales.

Los desfasadores mecánicos son una solución atractiva de bajo coste para aplicaciones de antena que no requieren una exploración rápida del haz (del orden de milisegundos). Los enlaces móviles de comunicación por satélite sobre plataformas estables como los automóviles, embarcaciones y aviones comerciales, requieren períodos de exploración del orden de solamente décimas de segundo, que pueden conseguirse por medios mecánicos.

En los últimos años se han desarrollado varios desfasadores mecánicos. La mayoría de ellos, como se describe en los documentos EP-A-1033773 y US-A-5504466, están basados en la variación de las dimensiones físicas (incluyendo la longitud) de una guía de ondas o línea de transmisión. Otros desfasadores, tales como los expuestos en los documentos EP-A-0984509 y US-A-5940030, están basados en elementos dieléctricos desplazables dentro de las líneas de transmisión o próximos a las mismas. Otra solución está basada en una carga espacial periódica de líneas de transmisión y se describe en el documento EP-A-1235296, donde la cantidad de carga eléctrica aplicada a la línea provocada por la estructura periódica se controla utilizando una placa metálica móvil próxima a la estructura periódica sobre la línea.

La mayoría de estos dispositivos son simples de fabricar, tienen unas pérdidas razonablemente bajas y se implementan fácilmente en una banda de frecuencias baja (típicamente la banda L y la banda S) para líneas coaxiales y para otras líneas de modo de propagación TEM, tales como las líneas de cinta y de microcinta. La implementación de estas técnicas electromecánicas para altas frecuencias (típicamente para la banda Ku, la banda Ka y para longitudes de onda milimétricas) en estructuras de guía de ondas es mucho más difícil; en particular porque las guías de ondas de alta frecuencia están formadas por un alojamiento metálico macizo que presenta pérdidas cuando se llena con dieléctricos.

Un modo posible de realizar un desfasador electromecánico es utilizar una pared móvil secundaria dentro de una guía de ondas metálica como se describe en el documento US-A-3789330 aunque, sin embargo, esta solución es difícil de realizar puesto que la pared secundaria no puede estar unida a la guía de ondas si ha de ser libremente desplazable. Esto puede dar lugar a la generación de modos extraños y adicionales de guía de ondas que son muy difíciles de controlar. Otro punto a considerar es la colocación del dispositivo de control. Si el dispositivo está situado dentro de la guía de ondas (por ejemplo, un cristal piezoeléctrico), puede producir una distorsión importante de los modos de guía de ondas e introducir grandes pérdidas. Si el dispositivo está fuera de la guía de ondas, por ejemplo como se describe en el documento FR-A-2581255 mencionado anteriormente, el alojamiento metálico debe perforarse para permitir el acceso a la parte móvil, introduciéndose así distorsión y pérdidas adicionales.

La combinación de la rotación mecánica de la antena con exploración en un solo plano utilizando desfasadores se ha descrito en la publicación “An Array-Fed Dual Reflector Antenas for Limited Sector Beam Scanning” de R. A. Pearson, PhD Thesis, University of London, April 1988, en la cual un conjunto de radiadores de guía de ondas de igual separación se llena utilizando bocinas a lo largo de la longitud del plano de exploración de fase, haciéndose girar toda la estructura para desviar el haz en cualquier plano arbitrario. En esta implementación, la estructura radiante primaria se combinó adicionalmente con un sistema de doble reflector para ampliar la apertura.

Se han sugerido en la última década configuraciones de guía de ondas alternativas que utilizan estructuras periódicas conocidas como cristales PBG (banda prohibida fotónica) (véase, por ejemplo, la publicación “Photonic Crystals: Holding the Flor of Light” de J, D. Joannopoulos, Princeton University Press, NJ 1995) para simplificar la fabricación de guías de ondas dieléctricas, especialmente en la región del espectro correspondiente a luz visible e infrarroja. La mayoría de estas guías de ondas están basadas en distribuciones periódicas fijas de materiales dieléctricos que actúan como fronteras para la onda electromagnética guiada. Las aplicaciones prácticas de estas técnicas a señales de radiofrecuencia están mucho menos desarrolladas, aunque se presentan ejemplos en la publicación “A Novel Waveguide Using Uniplanar Compact Photonic Bandgap (UC PBG) Structure”, IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol 47, No. 11, November 1999 y en la solicitud de patente europea número EP01304526.5 del mismo autor de la presente. A pesar de sus aplicaciones potenciales, estas configuraciones de guía de ondas que utilizan estructuras periódicas no superan los problemas de fabricación asociados con el contacto entre partes móviles de guía de ondas y no admiten partes móviles dentro de la estructura para implementar desfasadores mecánicos, juntas giratorias y otros dispositivos reconfigurables para circuitos de radio.

Por consiguiente, un objeto del presente invento es crear una guía de ondas que pretende de algún modo superar las desventajas anteriores o que ofrecerá al menos a la industria una elección útil.

Resumen del invento

En un primer aspecto, el invento consiste en una guía de ondas que comprende:

un primer plano de tierra eléctricamente conductor,

un segundo plano de tierra conductor separado del primer plano de tierra y paralelo al mismo,

una primera fila de columnas conductoras separadas fijadas al primer plano de tierra y extendiéndose sustancialmente perpendiculares a dicho plano hacia el segundo plano de tierra pero sin tocarlo,

una segunda fila de columnas conductoras separadas fijadas al primer plano de tierra y extendiéndose sustancialmente perpendiculares a dicho plano hacia el segundo plano de tierra pero sin tocarlo,

definiendo el volumen limitado por el primer y segundo planos de tierra y la primera y segunda filas de columnas una región de ondas guiadas a lo largo de la cual puede propagarse la radiación electromagnética.

Preferiblemente, la primera y segunda fila de columnas son paralelas, de modo que la región de ondas guiadas tiene una sección transversal sustancialmente constante.

Preferiblemente, las columnas de la primera y segunda fila son todas de la misma longitud que es menor que la distancia entre el primer y segundo planos de tierra.

Preferiblemente, la distancia entre el primer y segundo planos de tierra es aproximadamente de media longitud de onda a la frecuencia de funcionamiento y las columnas tienen una longitud de aproximadamente un cuarto de longitud de onda.

Preferiblemente, el ancho de las columnas es aproximadamente de un tercio de la altura de las columnas.

Preferiblemente, uno plano del primer o segundo planos de tierra incluye un escalón continuo entre la primera y segunda filas de columnas y paralelo a las mismas.

Preferiblemente, están conectados medios accionadores a uno o ambos de los planos de tierra para proporcionar un movimiento relativo entre las filas de columnas desplazando entre sí el primer y segundo planos de tierra para ajustar así la constante de propagación de la onda electromagnética guiada.

Preferiblemente, la distancia entre la primera y segunda filas de columnas cambia, pero permanece invariable la distancia entre los planos de tierra cuando se produce el movimiento relativo.

Alternativamente, la distancia entre los planos de tierra cambia, pero permanece inalterada la distancia entre la primera y segunda filas de columnas cuando se produce el movimiento relativo.

Preferiblemente, el primer plano de tierra está provisto de una pluralidad de primeras filas de columnas separadas y paralelas y el segundo plano de tierra está provisto de una pluralidad de segundas filas de columnas separadas y paralelas.

En un segundo aspecto, el invento consiste en un filtro pasivo reconfigurable que incluye una guía de ondas de acuerdo con el primer aspecto, y medios de accionamiento conectados a uno o ambos de los planos de tierra para proporcionar movimiento relativo entre las filas de columnas desplazando entre sí el primer y segundo planos de tierra para ajustar así la respuesta de frecuencia de la guía de ondas.

En un tercer aspecto, el invento consiste en un dispositivo desfasador que incluye una guía de ondas de acuerdo con el primer aspecto, dos transiciones que conectan guías de ondas macizas fijas en la entrada y salida del dispositivo a la guía de ondas de acuerdo con el primer aspecto, y medios de accionamiento para proporcionar movimiento relativo entre las filas de columnas para ajustar así la constante de propagación de la guía de ondas.

En un cuarto aspecto, el invento consiste en un conjunto de guías de ondas alineadas paralelas de acuerdo con el primer aspecto, compartiendo cada una de las guías de ondas un primer y un segundo planos de tierra en común.

En un quinto aspecto, el invento consiste en un conjunto de elementos de antena de exploración de haz que comprende un conjunto de guías de ondas alineadas paralelas de acuerdo con el tercer aspecto, teniendo cada guía de ondas al menos una ranura radiante, estando dispuestas las ranuras de todas las guías de ondas solamente en uno del primer o segundo planos de tierra y estando cada ranura alineada con la región de ondas guiadas o perpendicularmente a la dirección de propagación de dicha región, y medios de accionamiento conectados a uno o ambos de los planos de tierra comunes para proporcionar movimiento relativo entre las filas de columnas desplazando entre sí el primer y segundo planos de tierra para dirigir así el haz de antena en el plano de elevación del conjunto de elementos de antena.

Preferiblemente, están dispuestos medios de rotación para hacer girar el conjunto de elementos de antena de exploración en un plano perpendicular al plano de elevación.

Preferiblemente, está también dispuesta una estructura periódica dentro de cada guía de ondas para retardar la onda electromagnética guiada y ampliar así el rango de exploración angular del haz de antena.

Preferiblemente, está también dispuesto un conjunto de bocinas radiales o lentes dieléctricas, estando cada bocina radial o lente dieléctrica yuxtapuesta en posición adyacente al menos a una ranura radiante de guías de ondas respectivas.

Preferiblemente, uno de los planos de tierra superior o inferior está formado por una placa dieléctrica, las columnas están formadas integralmente con la misma, y las columnas y solamente la superficie de la placa dieléctrica están enfrentadas con el otro plano de tierra recubierto por un material conductor, en cuya disposición las ranuras radiantes están formadas en el recubrimiento metálico, y las lentes dieléctricas están formadas integralmente con la placa dieléctrica.

Consiguientemente, la guía de ondas puede tener dos placas metálicas paralelas y una estructura periódica de columnas metálicas conectadas a una u otra de las placas, sin contacto físico simultáneo con ambas. A algunas frecuencias, la estructura periódica crea un cortocircuito virtual entre las placas paralelas, evitando las fugas de energía de la guía de ondas. Pueden construirse utilizando el invento estructuras que incluyen guías de ondas, formadores de haz y juntas rotativas o giratorias.

Breve descripcion de los dibujos

Se describirán ahora ejemplos particulares del invento con referencia a los dibujos que se acompañan, en los cuales:

La figura 1 es una vista en perspectiva de una estructura de guía de ondas rectangular de acuerdo con el presente invento;

La figura 2 es una vista en corte transversal a través de la línea 2-2 de la guía de ondas rectangular de la figura 1;

La figura 3 es una vista en perspectiva de una guía de ondas de resalte construida de acuerdo con el presente invento;

La figura 4 es un conjunto de exploración de ranuras radiantes sobre guías de ondas de acuerdo con el presente invento;

La figura 5 es una vista en perspectiva de un dispositivo desfasador que incluye una guía de ondas acuerdo con el presente invento, dos transiciones y dos guías de ondas macizas fijas; y

La figura 6 es una vista en perspectiva de un conjunto de exploración de ranuras radiantes sobre guías de ondas acuerdo con el presente invento, que tienen soportes dieléctricos móviles.

Descripción de una realización particular

Con referencia a los dibujos, y en particular a las figuras 1 y 2, se representa una guía de ondas que incluye dos placas conductoras que forman un plano de tierra superior 1 y un plano de tierra inferior 2. Los planos 1, 2 de tierra están dispuestos sustancialmente paralelos entre sí y separados por una serie de columnas conductoras 3. Las columnas conductoras 3 están dispuestas sustancialmente perpendiculares a los dos planos 1, 2 de tierra. Los planos 1, 2 de tierra y las columnas conductoras 3 pueden ser metálicos, por ejemplo, o de un material plástico metalizado.

Las columnas 3 están típicamente distribuidas periódicamente en líneas rectas en una o más filas a cada lado de una región 4 de ondas guiadas central que está libre de columnas y en la cual está guiada y confinada la energía electromagnética. La separación entre columnas adyacentes en una fila no es necesariamente constante, la distancia entre filas paralelas adyacentes no es necesariamente la misma, y la separación entre columnas en filas diferentes tampoco es necesariamente la misma. Sin embargo, se prefiere que las columnas estén separadas uniformemente en cada fila y que la separación sea constante en todas las filas. Preferiblemente, la separación entre filas adyacentes es aproximadamente de \lambda/10 y la separación entre columnas en la misma fila es menor que aproximadamente \lambda/4, donde \lambda es la longitud de onda a la frecuencia central de la banda de funcionamiento.

Cada columna conductora 3 está conectada, solamente en uno de sus extremos, a cualquiera de los planos de tierra, dejando un espacio 5 de separación entre cada columna 3 y el plano 1 0 2 de tierra opuesto. La disposición constructiva de guía de ondas puede considerarse, por consiguiente, “sin contacto” porque el plano 1 de tierra superior y el plano 2 de tierra inferior no están conectados efectivamente por paredes laterales convencionales. Las columnas 3 pueden estar pegadas o soldadas a su plano de tierra asociado o pueden formar parte integral del mismo.

Cada una de las columnas 3 a un lado de la región 4 de ondas guiadas están conectadas al plano de tierra superior 1, mientras que cada una de las columnas 3 al otro lado de la región 4 de ondas guiadas están conectadas al plano de tierra inferior 2. Como las columnas 3 están dispuestas en filas rectas y son perpendiculares a los planos 1, 2 de tierra, la forma de la región 4 de ondas guiadas es sustancialmente rectangular como se muestra en la figura 2, con un ancho w como se muestra en la figura 1. En la banda de frecuencias de trabajo se crea un cortocircuito virtual (impedancia nula) entre el plano de tierra superior 1 y el plano de tierra inferior 2 por resonancia de la inductancia y capacidad asociadas con las columnas. Se propagará una onda guiada, por consiguiente, en la región 4 de ondas guiadas en la dirección paralela a las filas de columnas 3 como se muestra por la flecha 6 en la figura 2.

En la banda de frecuencias de funcionamiento, la separación entre placas paralelas es menor que la mitad de la longitud de onda, y está comprendida preferiblemente entre aproximadamente 0,3\lambda y aproximadamente 0,4\lambda. La altura de las columnas 3 es del orden de un cuarto de longitud de onda a la frecuencia central de la banda de funcionamiento, y más preferiblemente está comprendida entre aproximadamente 0,2\lambda y aproximadamente 0,3\lambda, pero la altura de las columna depende también del diámetro de las mismas y de la separación entre ellas debido al acoplamiento mutuo entre columnas adyacentes. La forma de la sección transversal de las columnas puede ser, por ejemplo, rectangular, (incluyendo la forma cuadrangular), circular o elíptica, y puede seleccionarse en base al procedimiento de fabricación utilizado. Son también posibles otras formas de sección transversal si son convenientes para la fabricación siempre que tengan una inductancia y capacidad asociadas suficientes para que se produzca la resonancia dentro de una gama de frecuencias útil. El diámetro de las columnas es mucho más pequeño que la altura y puede ser, por ejemplo, menor o igual que aproximadamente 1/3 de la altura de la columna.

Como se ha mencionado anteriormente, las columnas conductoras 3 crean una pared conductora virtual o cortocircuito virtual en la banda de frecuencia de funcionamiento. En realidad, las columnas 3 se comportan como un circuito resonante equivalente en paralelo con el plano 1, 2 de tierra. Una fila de columnas 3 produce una de baja impedancia similar a una pared metálica que conecta el plano superior 1 con el plano inferior 2, simulando así efectivamente la función de paredes laterales planas en las guías de ondas rectangulares convencionales. La combinación de varias filas de columnas 3 puede ser utilizada para ampliar el ancho de banda de la guía de ondas en comparación con el caso de las paredes virtuales formadas por filas únicas de columnas 3.

Para una guía de ondas rectangular sin contacto, el modo electromagnético fundamental en el interior de la guía de ondas es muy similar (fuera de las zonas de las columnas) al modo TE_{10} de una guía de ondas rectangular convencional que tiene un ancho equivalente aproximadamente igual (típicamente inferior en 1-2%) al ancho w de la región 4 de ondas guiadas central de la guía de ondas sin contacto.

Dado que el plano de tierra superior 1 y el plano de tierra inferior 2 no están conectados físicamente, es posible desplazar uno con respecto al otro moviendo uno o ambos de los planos 1, 2 de tierra (y de este modo las filas de columnas 3) en la dirección de las flechas 7 y 8 de la figura 1. Este movimiento relativo altera el ancho de la región 4 de ondas guiadas. Esto produce una modificación en la impedancia de la guía de ondas y en su constante propagación, y por consiguiente puede ser utilizado para reconfigurar las prestaciones eléctricas de una guía de ondas o un dispositivo o circuito basado en la guía de ondas de acuerdo con el presente invento.

Las dimensiones de la guía de ondas pueden ser así modificadas sin utilizar partes internas adicionales dieléctricas o metálicas que podrían interferir con los campos en el interior de la guía de ondas, para crear un cambio de fase a lo largo de la guía de ondas. La guía de ondas de acuerdo con el invento es capaz consiguientemente de actuar como desfasador. Si uno de los planos 1, 2 de tierra se desplaza lateralmente con respecto al otro, la pared de cortocircuito virtual se desplaza también, manteniendo inalterada la forma básica rectangular de la guía de ondas. La fase de la onda al final de la guía de ondas se modifica puesto que la constante de propagación de la onda en el interior de la guía de ondas está relacionada directamente con el ancho w de la guía de ondas. La constante de propagación del modo fundamental de la guía de ondas puede calcularse utilizando la fórmula:

\gamma = \sqrt{k^{2} - \left[\frac{\Phi_{11}}{w}\right]^{2}}

donde k es una constante, w es el ancho del canal entre la fila interior de columnas 3, y \Phi_{11} es la fase en radianes del coeficiente de reflexión de las columnas 3 referido a una onda plana paralela incidente en el modo TEM. En general, la fase \Phi_{11} depende de la frecuencia y del ángulo de incidencia, que está relacionado directamente con la constante \gamma de propagación.

Pueden utilizarse también desplazamientos verticales relativos de los planos 1, 2 de tierra para introducir desfase para una versión sin contacto de la guía de ondas, y en particular para una versión sin contacto de una guía de ondas de resalte como se muestra en la figura 3. En la figura 3, las columnas 3 (que se representan con secciones transversales cuadradas en este ejemplo) y un resalte, que se extiende paralelamente a las filas de columnas, podrían estar fijados todos al mismo plano 1, 2 de tierra. Alternativamente, las columnas 3 a un lado de la región 4 de ondas guiadas central y el resalte podrían estar conectados al mismo plano 1,2 de tierra,, y las columnas 3 al otro lado de la región 4 de ondas guiadas central podrían estar conectadas al otro plano 2, 1 de tierra.

La distancia entre el resalte 9, que está fijado al plano de tierra superior 1 en el ejemplo ilustrado, y el plano de tierra inferior 2 opuesto influye mucho en la constante de propagación. En este caso, el desplazamiento relativo máximo admisible entre los planos de tierra está limitado por el espacio admisible g entre las columnas 3 y las respectivas placas opuestas 1, 2. Se observará que si el espacio g supera un valor de umbral, entonces las columnas 3 pueden dejar de actuar como paredes virtuales y resultará afectada la respuesta de la guía de ondas.

Podrían estar conectados adecuadamente transductores lineales bien conocidos o motores eléctricos a la superficie exterior de uno o ambos de los planos 1, 2 de tierra con el fin de realizar el movimiento relativo requerido en las direcciones lateral o vertical. El desplazamiento lateral y vertical podría incorporarse en el diseño de una sola guía de ondas.

Pueden utilizarse guías de ondas sin contacto para implementar divisores de frecuencia, filtros, acopladores y otros dispositivos pasivos utilizados típicamente en circuito de radio o microondas. Las características eléctricas de estos dispositivos pueden ser modificadas también por el desplazamiento relativo del plano de tierra superior 1 y el plano de tierra inferior 2 y sus columnas asociadas 3.

Es posible también realizar estructuras que utilizan el aspecto de configuración sin contacto del invento para implementar un desplazamiento mecánico, por ejemplo para dirigir el haz transmitido y/o recibido por una estructura radiante integral o independiente, o como parte de una junta giratoria, en cuyas disposiciones las partes eléctricamente importantes están separadas físicamente y las partes que no son críticas eléctricamente se utilizan para realizar la rotación mecánica. Pueden también implementarse filtros de guía de ondas reconfigurables utilizando la guía de ondas sin contacto, puesto que el ancho de las secciones resonantes de la guía de ondas puede ser modificado por el desplazamiento lateral, resultando así afectada la respuesta de frecuencia de la guía de ondas.

Es posible controlar simultáneamente cambios de fase en varias guías de ondas asociadas que comparten los mismos planos 1, 2 de tierra. Las guías de ondas pueden tener anchos w diferentes y funcionar a frecuencias diferentes, pero deben tener la misma altura porque la separación entre planos 1, 2 de tierra es la misma para todas ellas.

Las guías de ondas sin contacto de acuerdo con este invento pueden también radiar o absorber ondas electromagnéticas y actuar, por consiguiente, como antenas mediante fuga o absorción de energía controladas de aberturas en uno o ambos planos 1, 2 de tierra. La radiación/absorción de estas aberturas depende de su posición y orientación relativas en los planos de tierra, de un modo similar a las aberturas en las guías de ondas rectangulares convencionales.

Debido a la similitud entre los campos en las presentes guías de ondas sin contacto y en las guías de ondas rectangulares convencionales, es posible implementar versiones sin contacto de conjuntos convencionales de guías de ondas ranuradas convencionales y de radiadores convencionales que utilizan una ranura longitudinal empleando la guía de ondas de acuerdo con este invento.

La figura 4 muestra un ejemplo de un conjunto de exploración de ranuras radiantes (se representan dos ranuras radiantes 10, 11 en el plano de tierra superior 1) en guías de ondas sin contacto de acuerdo con este invento. La constante de propagación de las guías de ondas ranuradas de acuerdo con este invento puede ser controlada simultáneamente por un solo desplazamiento lateral entre los planos 1, 2 de tierra comunes en la dirección de la flecha 12. En la figura 4, solamente se muestran dos guías 13, 14 de ondas, que comparten el plano de tierra superior 1 y el plano de tierra inferior 2 con las respectivas paredes laterales virtuales formadas por filas de columnas conductoras 3. Las filas 15 y 16 de columnas forman paredes laterales virtuales para la guía 13 de ondas, mientras que las filas 17 y 18 de columnas forman paredes laterales virtuales para la guía 14 de ondas. Las columnas 3 en las filas 15 y 17 deberán estar conectadas solamente a un plano 1 o 2 de tierra, pero al mismo, mientras que las columnas de las filas 16 y 18 deberán estar conectadas solamente a un plano 2 o 1 de tierra, pero al otro de ellos.

Con el fin de mejorar la eficiencia de radiación de las ranuras, puede estar dispuesto un conjunto de bocinas radiales o un conjunto de lentes dieléctricas en posición adyacente al plano de tierra superior 1, estando cada una de las bocinas o lentes alineadas con una ranura radiante respectiva. En caso de añadir lentes dieléctricas, el conjunto de lentes, ranuras y columnas puede estar construido integralmente con cada otro y uno de los planos de tierra. Esto puede realizarse construyendo uno de los planos de tierra (por ejemplo, el plano de tierra superior 1) utilizando plástico metalizado, en cuya disposición se utiliza una placa de material plástico para formar una sola capa de conjunto de lentes dieléctricas macizas con recubrimiento metálico en una de las caras (la otra cara exterior no necesita estar metalizada) para formar el plano de tierra superior enfrentado con el plano de tierra inferior 2. Están formadas ranuras 10, 11, etc, por ataque químico en la capa metálica, y las columnas están moldeadas o formadas integralmente con la placa de plástico, al mismo lado que el plano de tierra metalizado, y también metalizadas. Esta disposición constructiva proporciona una estructura mecánica robusta. Las ranuras 10, 11 pueden tener un ancho de ranura que puede variar periódicamente. Las ranuras 10, 11 pueden estar también cubiertas por una capa delgada de material dieléctrico para evitar la radiación de ondas de línea de ranura.

Cada abertura de bocina radial o estructura de lente dieléctrica puede estar provista de una estructura de polarización integral, por ejemplo para generar ondas polarizadas circularmente en la transmisión o para convertir una onda polarizada circularmente en una onda polarizada linealmente para proporcionar así un acoplamiento eficiente en la recepción.

La dirección del haz de radiación generado (o recibido) por estos conjuntos está relacionada directamente con la constante de propagación en el interior de la guía de ondas. Como resultado, el haz de la antena es dirigido en el plano de elevación por el desplazamiento relativo de los planos 1, 2 de tierra. A frecuencias de microondas (banda Ku y banda Ka) el desplazamiento lateral requerido para desviar un haz de 30º a 60º es del orden de varios milímetros, y puede ser realizado, por ejemplo, por medio de motores eléctricos convencionales de bajo coste.

Pueden estar situadas ondulaciones o una estructura conductora o dieléctrica periódica similar en el interior de las guías de ondas, o pueden formar parte integral de la superficie conductora interna del plano de tierra superior 1 o del plano de tierra inferior 2. La estructura periódica retarda o hace más lenta la onda electromagnética dentro de la guía de ondas y, por consiguiente, en combinación con la guía de ondas de acuerdo con este invento, amplía el rango de exploración angular del haz de exploración de la antena.

Pueden construirse utilizando este invento, por consiguiente, estructuras de antena particularmente adecuadas para polarización circular con exploración de haz a lo largo de la longitud de la guía de ondas, para realizar así una exploración completa del haz como parte de una estructura de perfil bajo haciendo girar toda la estructura perpendicularmente al plano de la abertura de antena.

El conjunto de exploración puede estar adicionalmente provisto de soportes dieléctricos móviles 23 entre el primer y segundo planos 1, 2 de tierra dentro de cavidades formadas por filas 15, 16, 17, 18 de columnas con el fin de asegurar la estabilidad mecánica del conjunto sin obstaculizar el movimiento de los planos 1, 2 de tierra.

La figura 5 representa un ejemplo de un dispositivo desfasador que incluye dos guías 19, 22 de ondas fijas macizas y una guía de ondas de acuerdo con el presente invento. Una de las guías 19 de ondas fijas macizas está dispuesta en la entrada del dispositivo desfasador y está conectada a la guía de ondas a través de una transición 20. La otra guía 22 de ondas fija maciza está dispuesta en la salida del dispositivo desfasador y está conectada a la guía de ondas a través de otra transición 21. Pueden estar conectados medios de accionamiento a uno o ambos de los planos 1, 2 de tierra de la guía de ondas para proporcionar movimiento relativo entre filas de columnas para ajustar así la constante de propagación de la guía de ondas. Consiguientemente, puede realizarse un desfase controlado.

Claims (20)

1. Una guía de ondas que comprende: un primer plano (1) de tierra conductor, un segundo plano (2) de tierra conductor separado del primer plano de tierra y paralelo al mismo, una primera fila de columnas conductoras separadas (3) fijas al primer plano (1) de tierra conductor y que se extienden sustancialmente perpendicularmente a dicho primer plano de tierra hacia el segundo plano (2) de tierra conductor pero sin entrar en contacto con este último, una segunda fila de columnas conductoras separadas (3) fijas al primer plano (2) de tierra conductor y que se extienden sustancialmente perpendicularmente a dicho segundo plano de tierra hacia el primer plano (1) de tierra conductor pero sin entrar en contacto con este último, definiendo el volumen limitado por el primer y segundo planos de tierra una región (4) de ondas guiadas a lo largo de la cual puede propagarse la radiación electromagnética.

2. Una guía de ondas de acuerdo con la reivindicación 1ª, en la que la primera y segunda filas de columnas (3) son paralelas, de modo que la región (4) de ondas guiadas tiene una sección transversal sustancialmente constante.

3. Una guía de ondas de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1ª o 2ª, en la que las columnas (3) de la primera y segunda filas no son todas de la misma longitud, que es menor que la distancia entre el primer y segundo planos (1, 2) de tierra.

4. Una guía de ondas de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que la distancia entre el primer y segundo planos (1, 2) de tierra es aproximadamente la mitad de la longitud de onda a la frecuencia de funcionamiento, y las columnas (3) tienen una longitud de aproximadamente un cuarto de longitud de onda.

5. Una guía de ondas de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que el ancho de las columnas (3) es aproximadamente de un tercio de la altura de la columna.

6. Una guía de ondas de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que uno del primer y segundo planos (1, 2) de tierra incluye un escalón continuo entre la primera y segunda filas de columnas (3) y paralelo a las mismas.

7. Una guía de ondas de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que están conectados medios de accionamiento a uno o ambos del primer y segundo planos (1, 2) de tierra para proporcionar movimiento relativo entre las filas de columnas (3) desplazando el primer y segundo planos (1, 2) de tierra mutuamente para ajustar así la constante de propagación de la radiación electromagnética guiada.

8. Una guía de ondas de acuerdo con la reivindicación 7ª, en la que la distancia entre la primera y segunda filas de columnas (3) es modificada por el movimiento relativo, pero permanece inalterada la distancia entre el primer y segundo planos (1, 2) de tierra.

9. Una guía de ondas de acuerdo con la reivindicación 7ª, en la que la distancia entre el primer y segundo planos (1, 2) de tierra es modificada por el movimiento relativo, pero permanece inalterada la distancia entre la primera y segunda filas de columnas (3).

10. Una guía de ondas de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que el primer plano (1) de tierra conductor está provisto de una pluralidad de primeras filas paralelas y separadas de columnas (3) y el segundo plano (2) de tierra conductor está provisto de una pluralidad de segundas filas paralelas separadas de columnas (3).

11. Un filtro pasivo reconfigurable que incluye una guía de ondas de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 7ª a 9ª, en el que el movimiento relativo del primer y segundo planos (1, 2) de tierra ajusta la respuesta de frecuencia de la guía de ondas.

12. Un dispositivo desfasador que incluye una guía de ondas de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 7ª a 9ª, y dos transiciones (20, 21) que conectan dos guías (19, 22) de ondas macizas a la guía de ondas, en cuya disposición el movimiento relativo del primer y segundo planos (1, 2) de tierra ajusta la constante de propagación de la guía de ondas.

13. Un conjunto de guías de ondas alineadas paralelas de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1ª a 10ª, en el que cada una de las guías de ondas comparten un primer o segundo planos (1, 2) de tierra comunes.

14. Un conjunto de antena de exploración de haz, que comprende: un conjunto de guías (13, 14) de ondas alineadas paralelas de acuerdo con la reivindicación 13ª, teniendo cada guía (13, 14) de ondas al menos una ranura radiante, estando las ranuras (10, 11) de todas las guías de ondas dispuestas solamente en uno del primer y segundo planos (1, 2) de tierra y estando alineada cada ranura (10, 11) con la dirección de propagación de la región (4) de ondas guiadas o estando dispuesta perpendicularmente a dicha dirección, y medios de accionamiento conectados a uno o ambos del primer y segundo planos (1, 2) de tierra para proporcionar movimiento relativo entre las filas (15, 16, 17, 18) de columnas desplazando el primer y segundo planos (1, 2) de tierra mutuamente para dirigir así el haz de antena en el plano de elevación del conjunto de antena.

15. Un conjunto de antena de exploración de haz de acuerdo con la reivindicación 14ª, que comprende adicionalmente medios de accionamiento giratorio dispuestos para hacer girar el conjunto de antena de exploración en un plano perpendicular al plano de elevación.

16. Un conjunto de antena de exploración de haz de acuerdo con la reivindicación 14ª, en el que está definido un ancho de ranura como la dimensión de ranura menor, haciéndose variar periódicamente el ancho de ranura, o en el que la ranura (10, 11) está cubierta con una capa delgada de un dieléctrico para evitar la radiación de ondas de línea de ranura.

17. Un conjunto de antena de exploración de haz de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 14ª a 16ª, que comprende adicionalmente una estructura periódica dentro de cada guía (13, 14) de ondas para retardar la onda electromagnética guiada y aumentar así el rango de exploración angular del haz de antena.

18. Un conjunto de antena de exploración de haz de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 14ª a 17ª, que comprende adicionalmente un conjunto de bocinas radiales o lentes dieléctricas, estando cada bocina radial o lente dieléctrica yuxtapuesta en posición adyacente al menos a una ranura radiante (10, 11) de guías de ondas respectivas.

19. Un conjunto de antena de exploración de haz de acuerdo con la reivindicación 18ª, en el que al menos uno de los planos (1, 2) de tierra superior o inferior está formado por una placa dieléctrica, las columnas (15, 16, 17, 18) están formadas integralmente con dicha placa, las columnas (15, 16, 17, 18) y solamente la superficie de la placa dieléctrica orientada hacia el otro plano de tierra están recubiertas por un material conductor, en cuyo conjunto las ranuras radiantes (10, 11) están formadas en el recubrimiento metálico, y en el que las lentes dieléctricas están formadas integralmente con la placa dieléctrica.

20. Un conjunto de antena de exploración de haz de acuerdo con la reivindicación 14ª, que comprende adicionalmente soportes dieléctricos móviles (23) entre el primer y segundo planos (1, 2) de tierra dentro de cavidades formadas por filas de columnas (15, 16, 17, 18) con el fin de asegurar la estabilidad mecánica del conjunto sin obstaculizar el desplazamiento de los planos (1, 2) de tierra.