ES2273231T3 - Dispositivos desfasador. - Google Patents
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Abstract
Un dispositivo desfasador, que comprende un sustrato que define una guía de ondas de línea ranurada con un primero y un segundo extremos y acoplada, operativamente, con una guía de ondas de microbanda y una pieza de cortocircuito, pudiendo ser desplazadas la guía de ondas de microbanda y la pieza de cortocircuito a lo largo de la guía de ondas de línea ranurada con el fin de modificar la distancia entre el primer extremo de la línea ranurada y la intersección de la guía de ondas de línea ranurada con la guía de ondas de microbanda, mientras que se mantiene una separación sustancialmente constante entre la guía de ondas de microbanda y la pieza de cortocircuito.
Description
Dispositivo desfasador.
Esta invención se refiere a un dispositivo
desfasador para uso a frecuencias de microondas o de radio, y, más
concretamente, a un aparato de antena de agrupación en fase que
incorpora una pluralidad de tales dispositivos desfasadores.
Las antenas de agrupación en fase son bien
conocidas. En tales dispositivos el patrón de radiación resultante
transmitido (el haz de transmisión) o el patrón de radiación
recibido (el haz de recepción) se controlan merced a la variación
de la fase relativa de la señal transmitida o recibida, por cada
elemento de antena que constituye la agrupación en fase. De esta
manera es posible orientar, electrónicamente, un haz de transmisión
o de recepción, sin movimiento alguno de la antena.
Las diferencias de fase necesarias para el
funcionamiento de una agrupación en fase pueden establecerse de
diversos modos. Una de las técnicas más simples consiste en conectar
cada elemento de antena con un punto de alimentación común, usando
cables coaxiales de longitud diferente. Pero ello fija los desfases
relativos entre los elementos de antena, lo que puede ser
inadecuado en ciertas aplicaciones en las que pueda requerirse
ajuste de fase. Es posible, también, conseguir un control de fase
preciso, a velocidades muy altas, de una antena de agrupación en
fase con múltiples elementos usando dispositivos de desfase
electrónicos digitales del tipo usado en sistemas de radares de
agrupación en fase. Aunque un enfoque de este tipo es muy apropiado
para aplicaciones de radar, la complejidad y el coste de la
circuitería electrónica hace que sea prohibitivo para aplicaciones
económicas, de gran consumo.
Para casos en los que no se requiera un control
de fase rápido, pero sea insuficiente proporcionar una diferencia
de fase relativa fija, se han desarrollado desfasadores ajustables
poco complejos. Tales desfasadores permiten el control, por
ejemplo, por parte de un ingeniero que instale un sistema, de la
direccionalidad de las antenas de agrupación en fase con un número
relativamente pequeño de elementos. Los documentos US2002/0003458 y
JP6326501 describen tales desfasadores.
En el documento US2002/0003458 se describe un
desfasador en el que un elemento dieléctrico con cierto número de
dientes está montado de modo que pueda ser desplazado sobre un
patrón de pistas conductivas formadas en una placa de circuito de
dieléctrico plano. El movimiento del elemento dieléctrico modifica
la velocidad de propagación a lo largo de la pista conductiva,
comunicando de ese modo el desfase requerido. Ello hace posible
establecer un desfase entre grupos de elementos de transmisión
(típicamente dos o tres) con el fin de permitir una inclinación
hacia abajo de los haces de transmisión y recepción de un
transceptor de una estación de base de telefonía celular. Un
inconveniente del dispositivo del documento US2002/0003458 consiste
en que el movimiento lineal del elemento dieléctrico desplazable no
produce un cambio lineal correspondiente del desfase comunicado a
la señal, ya que el efecto del elemento dieléctrico es difícil de
predecir. Ello puede dificultar el control de la magnitud del
desfase comunicado a una señal.
El documento JP6326501 describe un desfasador
variable con un sustrato dotado de un par de líneas ranuradas en
arco, con radios diferentes. Un terminal de salida está conectado
con cada extremo de cada línea ranurada. Un brazo giratorio
distribuye radiación de entrada a cada una de las líneas ranuradas
en arco, y esta radiación es distribuida, además, a cada uno de los
cuatro terminales de salida de las líneas ranuradas. La rotación
del brazo modifica la longitud de la trayectoria relativa entre la
radiación de entrada y cada uno de los cuatro terminales de salida,
modificando de ese modo la fase de la radiación en cada uno de los
terminales de salida. Una desventaja del dispositivo del documento
JP6326501 consiste en que tiene que funcionar como divisor de señal
y desfasador combinados. Además, no se puede controlar
independientemente el desfase comunicado a cada una de las cuatro
señales de salida; la geometría del dispositivo determina los
desfases comunicados a cada una de las cuatro señales de salida
para una orientación determinada del brazo giratorio.
De acuerdo con un primer aspecto de la presente
invención, un dispositivo desfasador comprende un sustrato que
define una guía de ondas de línea ranurada con un primero y un
segundo extremos y acoplada operativamente con una guía de ondas de
microbanda y una pieza de cortocircuito, pudiendo ser desplazadas la
guía de ondas de microbanda y la pieza de cortocircuito a lo largo
de la guía de ondas de línea ranurada, con el fin de modificar la
distancia entre el primer extremo de la línea ranurada y la
intersección de la guía de ondas de línea ranurada con la guía de
ondas de microbanda, mientras que se mantiene una separación
sustancialmente constante entre la guía de ondas de microbanda y la
pieza de cortocircuito.
La presente invención proporciona así un modo
convencional de obtener un desfasador ajustable que pueda funcionar
con pocas pérdidas y sea relativamente barato y de fabricación
sencilla. En particular, la provisión de una pieza de cortocircuito
desplazable en asociación con la guía de ondas de microbanda
proporciona una transición que maximiza la transmisión de radiación
entre la línea ranurada y las guías de ondas de microbanda. Esta
disposición permite comunicar un desfase controlable a toda la
potencia contenida en una señal, sin las limitaciones del
desfasador divisor de señal de múltiples vías descrito en el
documento JP6326501. Por otro lado, se elimina el requisito de un
tramo largo de pista sinuosa, como se describe en el documento
US2002/0003455.
Un dispositivo de la presente invención podría
funcionar con radiación de radiofrecuencia (RF) o de microondas.
Por ejemplo, podría usarse radiación en el margen de 1 a 100 GHz. En
particular, el dispositivo podría usarse para aplicaciones de
difusión directa por satélite (DBS) que usen radiación en torno a 12
GHz, redes locales inalámbricas (WLAN) que funcionen en la banda de
2 a 5 GHz o sistemas de terminales de apertura muy pequeña (VSAT)
que funcionen en torno a 17 GHz. Resultará evidente que longitudes
de ondas de radiación diferentes requerirán dimensiones del
dispositivo diferentes. El tamaño del dispositivo dependerá del
material del sustrato (es decir, la longitud de onda en la guía de
ondas de línea ranurada) y de la magnitud del desfase a aplicar a
la señal o las señales.
Preferiblemente, la separación sustancialmente
constante entre la guía de ondas de microbanda y la pieza de
cortocircuito es sustancialmente igual a un cuarto de la longitud de
onda efectiva de la radiación transmitida por el dispositivo.
En esta memoria, la expresión "longitud de
onda efectiva" se refiere a la longitud de onda de la radiación
en la guía de ondas de línea ranurada; es decir, la longitud de onda
en espacio libre dividida por la raíz cuadrada de la permitividad
relativa efectiva de la estructura que defina la guía de ondas de
línea ranurada. Al seleccionar la separación entre la pieza de
cortocircuito y la microbanda de modo que sea, aproximadamente, un
cuarto de la longitud de onda efectiva de la radiación transmitida
por el dispositivo, se garantiza la máxima eficacia de acoplamiento
de la radiación en la intersección de la línea ranurada con la guía
de ondas de microbanda. En este contexto, los expertos en la
técnica entenderán que "sustancialmente" igual a un cuarto de
la longitud de onda efectiva de la radiación transmitida por el
dispositivo significa que la separación tiene que ser del orden del
50% o menos, preferiblemente, del 25%, o incluso, de modo más
preferido, del 10% de la distancia de cuarto de longitud de onda
óptima.
La provisión de una primera parte de brazo
montada en el sustrato de modo desplazable proporciona medios
adecuados para montar la guía de ondas de microbanda. Además, una
parte de brazo hecha de material dieléctrico resulta ventajosa,
especialmente cuando el material dieléctrico esté situado entre el
sustrato y la guía de ondas de microbanda. Ello garantiza una
separación constante entre la línea ranurada y las guías de ondas de
microbanda.
Ventajosamente, la pieza de cortocircuito está
prevista en una segunda parte de brazo, montada de modo desplazable
en el sustrato. Es preferible que la parte de brazo esté hecha de
material dieléctrico, especialmente si la capa de material
dieléctrico esté situada entre la pieza de cortocircuito y el
sustrato. Esta disposición evita el contacto de metal con metal
entre la pieza de cortocircuito y la guía de ondas de línea
ranurada, reduciendo así el nivel de ruido asociado, típicamente,
con contactos intermitentes de metal con metal.
El montaje a rotación de la primera y/o la
segunda partes de brazo en el sustrato es un modo conveniente de
conseguir el necesario movimiento de desplazamiento.
Preferiblemente, la primera y la segunda partes de brazo están
montadas en el sustrato a rotación en torno a un único punto de
pivote, estando la primera parte de brazo situada en un primer lado
del sustrato y la segunda parte de brazo en un segundo lado del
sustrato. De esta manera, la rotación de las dos partes de brazo
hace que la guía de ondas de microbanda y la pieza de cortocircuito
se muevan simultáneamente a lo largo de la guía de ondas de línea
ranurada.
Ventajosamente, la guía de ondas de línea
ranurada está formada a modo de arco de radio sustancialmente
constante. Por ello, si el punto de pivote está situado en el
centro del arco, la rotación da la primera y la segunda partes de
brazo produce un cambio lineal de la separación entre el primer
extremo de la guía de ondas de línea ranurada y la intersección de
la guía de ondas de línea ranurada con la guía de ondas de
microbanda.
Alternativamente, la línea ranurada podría tener
forma de espiral. En este caso, el término "espiral" se usa
para expresar que la línea ranurada no está situada a una distancia
radial constante del punto de pivote. El uso de una línea ranurada
espiral, en lugar de circular, modifica el desfase comunicado
mediante una rotación determinada. En otras palabras, el cambio de
la longitud de la trayectoria no tiene una correspondencia lineal
con la magnitud de la rotación de las partes de brazo en relación
con el sustrato. La conformación exacta de la línea ranurada
espiral puede seleccionarse con el fin de comunicar el perfil de
desfase deseado para una rotación lineal de las partes de brazo.
Una configuración particularmente útil, especialmente en el campo
de radares de agrupación en fase, consiste en la provisión de una
línea ranurada en la que la fase comunicada por el dispositivo
varíe sinusoidalmente con el ángulo de rotación de las partes de
brazo.
Ventajosamente, están previstos medios de
rotación mecánicos, tales como un motor eléctrico, pata hacer rotar
la primera y la segunda partes de brazo. Alternativa o
adicionalmente, ambas partes de brazo pueden ser hechas rotar a
mano.
La pieza de cortocircuito comprende, de manera
conveniente, una capa de metal, preferiblemente cobre.
De modo preferido, el sustrato comprende una
capa de material dieléctrico y/o una capa de metal. La guía de
ondas de línea ranurada puede estar formada, ventajosamente, por una
capa de cobre impresa en un sustrato dieléctrico. El uso de
técnicas de impresión de metal (especialmente las que utilicen
cobre) proporciona guías de ondas de banda ancha económicas. Tales
técnicas son muy adecuadas para la fabricación de los dispositivos
de la presente invención.
Ventajosamente, existe una guía de ondas de
microbanda adicional formada en el sustrato y acoplada
operativamente con el primer extremo de la guía de ondas de línea
ranurada. La guía de ondas de microbanda adicional puede estar
formada en el lado del sustrato opuesto a la guía de ondas de línea
ranurada y está acoplada operativamente con ella merced a una
transición conocida; por ejemplo, los extremos de la guía de ondas
de microbanda adicional y de la línea ranurada pueden estar
previstos de modo que se solapen en una distancia de,
aproximadamente, un cuarto de longitud de onda. Alternativamente,
puede usarse una espiga de cortocircuito para proporcionar una
trayectoria conductiva entre la línea ranurada y las guías de ondas
de microbanda. La microbanda adicional proporciona un modo de
acoplar radiación proveniente de la guía de ondas de línea ranurada
o en dirección a ella.
Ventajosamente, pueden estar previstos, también,
medios de control de fase para controlar el movimiento de la guía
de ondas de microbanda y de la pieza de cortocircuito, controlando
así el desfase comunicado por el dispositivo. Por ejemplo, los
medios de control de fase podrían ejecutar un bucle de
realimentación de control para mantener cierta calidad de recepción
de señal.
De acuerdo con un segundo aspecto de la
invención, una agrupación de desfase comprende una pluralidad de
dispositivos de acuerdo con el primer aspecto de la invención. La
construcción de una agrupación de desfasadores de este tipo permite
aplicar desfases controlables independientemente a los elementos de
antena de una agrupación en fase.
De acuerdo con un tercer aspecto de la
invención, un aparato de antena de agrupación en fase comprende una
agrupación de desfase de acuerdo con el segundo aspecto de la
invención.
De acuerdo con un cuarto aspecto de la
invención, un dispositivo desfasador comprende un sustrato que
comprende una guía de ondas de línea ranurada que interacciona con
un primer punto de alimentación de radiación, una primera parte de
brazo que comprende una guía de ondas de microbanda que interacciona
con un segundo punto de alimentación de radiación, y prevista,
además, de modo que corte a dicha guía de ondas de línea ranurada
en un primer punto de intersección de la misma, y una segunda parte
de brazo que monta una pieza de cortocircuito prevista para crear
un cortocircuito en un segundo punto de intersección de dicha línea
ranurada, estando situado el primer punto de intersección de dicha
línea ranurada, en la guía de ondas de línea ranurada, entre el
primer punto de alimentación de radiación y el segundo punto de
intersección de la línea ranurada, y estando el segundo punto de
intersección de la línea ranurada separado del primer punto de
intersección de la línea ranurada en una distancia de guía de ondas
de línea ranurada sustancialmente igual a un cuarto de longitud de
onda de la radiación transmitida por el dispositivo, estando
montadas la primera y la segunda partes de brazo de modo que puedan
ser desplazadas en relación con el sustrato de tal manera que pueda
modificarse la ubicación del primero y del segundo puntos de
intersección de la línea ranurada, mientras que se mantiene una
separación relativa sustancialmente constante entre el primero y el
segundo puntos de intersección de la línea ranurada, modificando,
de ese modo, la longitud de la trayectoria entre el primero y el
segundo puntos de alimentación de radiación.
La invención se describirá ahora, a modo de
ejemplo solamente, con referencia a las siguientes figuras, en las
que:
la figura 1 muestra una vista, en planta, de un
desfasador de la presente invención;
la figura 2 proporciona una vista lateral, en
despiece, de los tres elementos que forman el desfasador mostrado
en la figura 1;
la figura 3 muestra un desfasador de acuerdo con
la presente invención, previsto para proporcionar dos señales de
salida;
la figura 4 muestra un desfasador de acuerdo con
la presente invención, con una guía de ondas de línea ranurada
espiral formada en él;
la figura 5 muestra una pila de tres
desfasadores de acuerdo con la presente invención; y
la figura 6 muestra una antena de agrupación en
fase de tres elementos que incorpora desfasadores de acuerdo con la
presente invención.
En las figuras 1 y 2 se muestra una ilustración
esquemática de un desfasador de la presente invención. El
desfasador comprende un sustrato 2 formado por una capa 4 de
dieléctrico con una capa 6 de metal impresa situada en una primera
superficie del mismo. Una guía 8 de ondas de línea ranurada
circular, truncada, está formada en la capa 6 de metal. Una guía 10
de ondas de microbanda de salida (no mostrada en la figura 2) está
prevista en un primer extremo de la guía 8 de ondas de línea
ranurada, en la segunda superficie de la capa 4 de dieléctrico.
Existe una transición conocida entre microbanda y línea ranurada,
prevista para acoplar radiación entre la guía 10 de ondas de
microbanda de entrada y la guía 8 de ondas de línea ranurada; la
transición puede comprender una interfaz entre la microbanda y la
línea ranurada o una espiga de cortocircuito.
Está prevista una primera parte 12 de brazo que
comprende una guía 14 de ondas de microbanda montada en una capa
delgada de material dieléctrico 16. La capa de material dieléctrico
está situada entre la guía 14 de ondas de microbanda y el sustrato
2. La primera parte 12 de brazo comprende un saliente 18 que permite
montar su extremo proximal, de modo que pueda pivotar, en una
ranura 20 correspondiente del sustrato 2. El montaje de pivote
comprende, también, una espiga 22 asociada con la guía 14 de ondas
de microbanda que permite acoplar la guía 14 de ondas de microbanda
con una entrada de guía de ondas externa, tal como un cable coaxial
(no mostrado). El extremo distal de la guía 14 de ondas de
microbanda comprendida en la primera parte de brazo sobrepasa la
línea ranurada, radialmente, en una distancia de un cuarto de
longitud de onda.
Está prevista, también, una segunda parte 24 de
brazo situada en el lado del sustrato opuesto a la primera parte 12
de brazo. La segunda parte 24 de brazo comprende una pieza 26 de
cortocircuito montada en una capa 28 de material dieléctrico. La
capa 28 de material dieléctrico está situada entre la pieza 26 de
cortocircuito y el sustrato 2. La segunda parte de brazo 24
comprende, también, un rebajo 30, en su extremo proximal, para su
conexión con el correspondiente saliente 18 de la primera parte de
brazo. De esta manera, la segunda parte 24 de brazo está montada en
el sustrato 2, también, a pivotamiento en torno al mimo punto de
pivote que la primera parte de brazo.
Aunque se describen una primera y una segunda
partes de brazo discretas situadas en lados diferentes del sustrato,
debe hacerse notar que el dispositivo desfasador puede realizarse
usando una segunda parte de brazo situada del mismo lado del
sustrato que la primera parte de brazo. Esto permitiría, también,
una primera y una segunda partes de brazo enterizas. En una
configuración de este tipo, la capa 4 de dieléctrico del sustrato
tiene que ser lo bastante delgada como para que la pieza 26 de
cortocircuito produzca, eficazmente, un cortocircuito en la línea
ranurada, maximizando así la eficacia de acoplamiento entre la guía
de ondas de línea ranurada y la guía 14 de ondas de microbanda.
Las microbandas 10 y 14, la capa 6 de metal
impresa y la pieza 26 de cortocircuito están hechas de cobre impreso
en las capas de material dieléctrico usando técnicas de impresión
conocidas por los expertos en la técnica. Aunque el cobre es
apropiado para dispositivos de bajo coste, podría usarse,
alternativamente, cualquier material conductivo (por ejemplo, otros
metales, tales como oro o plata).
El material dieléctrico de las distintas partes
de un dispositivo de la presente invención puede comprender
cualquiera de entre cierto número de materiales dieléctricos
conocidos por los expertos en la técnica. De modo preferido, la
permitividad relativa de tales materiales es superior a dos e
inferior a diez. Pueden usarse, por ejemplo, poliéster
(\varepsilon_{r} \approx 2), tejido de fibra de vidrio
(\varepsilon_{r} \approx 4) o alúmina (\varepsilon_{r}
\approx 10).
En uso, una señal de RF es alimentada a la guía
14 de ondas de microbanda de la primera parte de brazo a través de
la espiga 22. La guía 14 de ondas de microbanda de la primera parte
de brazo está prevista de modo que corte a la guía 8 de ondas de
línea ranurada y la transmita radiación. La radiación transmitida
por la guía 8 de ondas de línea ranurada es, entonces, emitida por
el dispositivo a través de la guía 10 de ondas de microbanda de
salida. La rotación de la primera parte de brazo produce el
movimiento del punto de intersección de la guía 14 de ondas de
microbanda con la guía 8 de ondas de línea ranurada, modificando así
la longitud de la trayectoria de la radiación a través del
dispositivo. Este cambio de longitud de trayectoria es lo que
produce el desfase deseado. Debe señalarse que el dispositivo puede
funcionar de modo inverso; es decir, la espiga 22 de la primera
parte de brazo puede hacer de salida, y puede alimentarse radiación
al dispositivo a través de la guía 10 de ondas de microbanda.
Con el fin de garantizar una eficacia de
acoplamiento óptima entre la guía 14 de ondas de microbanda y la
guía 8 de ondas de línea ranurada, está previsto que la separación
entre la pieza 26 de cortocircuito y la guía 14 de ondas de
microbanda sea de, aproximadamente, un cuarto de la longitud de onda
de la radiación. La creación de un cortocircuito en la línea
ranurada a esta distancia de la microbanda maximiza la eficacia de
la transición entre la línea ranurada y la microbanda. Además, la
pieza de cortocircuito de la segunda parte 24 de brazo se mueve en
correspondencia con la primera parte 12 de brazo; es decir, la
separación entre la pieza 26 de cortocircuito y la guía 14 de ondas
de microbanda se mantiene constante cuando la primera y la segunda
partes de brazo sean hechas rotar.
De esta manera, la rotación de la primera y la
segunda partes de brazo en relación con el sustrato proporciona una
transición desplazable entre la microbanda y la línea ranurada. La
transición tiene una elevada eficacia de acoplamiento, de tal
manera que las pérdidas del dispositivo sean mínimas. Por otro lado,
al no haber contactos de metal con metal (es decir, al estar
separadas las partes de metal mediante capas de material
dieléctrico) se evita el ruido asociado típicamente con tales
contactos. Los desfasadores de la presente invención proporcionan
así un funcionamiento de banda ancha con bajos niveles de pérdida de
señal y son de fabricación económica. El uso de partes de brazo
giratorias proporciona, también, medios simples para variar la fase
merced a la comunicación de un movimiento giratorio a mano o usando
medios de accionamiento a rotación, tales como un motor
eléctrico.
La provisión de una transición con baja pérdida
de este tipo es especialmente útil ya que permite un control de
fase uniforme de toda la potencia contenida en una señal. Ello
contrasta con dispositivos del tipo descrito en el documento
JP6326501, en el que un único brazo giratorio sirve para distribuir
potencia entre dos o más conexiones de salida de señal. Los
dispositivos del tipo descrito en dicho documento no pueden desfasar
una señal completa; los desfases comunicados a cada una de las
señales de salida, en las que se divide una única señal de entrada,
son intrínsecamente complementarios.
El dispositivo es, también, más controlable, y,
potencialmente, de menor tamaño que los dispositivos descritos en
el documento US2002/0003458. El dispositivo de este documento
funciona introduciendo un material dieléctrico en la zona próxima a
un tramo largo de pista sinuosa, a lo largo de la cual la señal esté
propagándose. La introducción de la capa en diente de sierra de
material dieléctrico está destinada a modificar la permitividad
efectiva de la pista, comunicando así un desfase. Ello contrasta con
la presente invención, en la que la longitud de la trayectoria se
modifica físicamente merced al movimiento de la transición entre
línea ranurada y microbanda. El control de la longitud de la
trayectoria de acuerdo con la presente invención ofrece un método
más predecible y fiable de comunicar un desfase especificado; es
decir, el desfase debido a cierto cambio de la longitud de la
trayectoria es más fácil de predecir que el efecto de introducir un
material dieléctrico en la proximidad de una pista. Por otro lado,
para conseguir un desfase útil en un dispositivo del tipo descrito
en el documento US2002/0003458 se requiere una pista larga. Aún
cuando en este documento se describa una pista sinuosa, en un
dispositivo de la presente invención se requiere un tramo de pista
más corto, reduciendo así el tamaño global y el coste de
fabricación.
En la figura 3 se muestra una variación del
dispositivo descrito en relación con las figuras 1 y 2,
identificándose las particularidades comunes mediante números de
referencia similares.
El dispositivo mostrado en la figura 3, en común
con el dispositivo descrito en relación con la figura 1, comprende
una guía 8 de ondas de línea ranurada formada en una capa 6 de metal
situada en la primera superficie del sustrato 2. Están previstas,
también, una primera parte 12 de brazo y una segunda parte 24 de
brazo. El dispositivo comprende, además, una segunda guía 108 de
ondas de línea ranurada, formada en la capa 6 de metal del
sustrato, y una segunda guía 110 de ondas de microbanda de
salida.
Además de la primera parte 12 de brazo, está
prevista una tercera parte 112 de brazo de estructura similar a la
de la primera parte 12 de brazo. La tercera parte 112 de brazo
comprende una guía de ondas de microbanda (no mostrada) acoplada,
también, con la espiga 22. Existe, también, una cuarta parte 128 de
brazo, de estructura similar a la de la segunda parte 28 de brazo y
que monta una segunda pieza 126 de cortocircuito. Las piezas de
cortocircuito de la segunda y cuarta partes de brazo están previstas
de manera que produzcan un cortocircuito en las guías de onda de
línea ranurada asociadas (es decir, la pieza 26 de cortocircuito en
la guía 8 de ondas de línea ranurada, y la pieza 126 de
cortocircuito en la línea ranurada 108) a una distancia de,
aproximadamente, un cuarto de la longitud de onda de la radiación
con la que el dispositivo funcione. La primera, segunda, tercera y
cuarta partes de brazo se montan de modo pivotante en el sustrato
mediante sus extremos proximales y están previstas de modo que
roten conjuntamente en torno a un punto de pivote común definido por
la espiga 22.
En uso, el dispositivo divide la radiación
recibida a través de la espiga 22 entre las guías de ondas de
microbanda de la primera parte 12 de brazo y la tercera parte 112
de brazo. Las proporciones de la división de la radiación pueden
controlarse como se desee. La radiación de cada una de las guías de
ondas de microbanda de las partes de brazo se acopla, entonces,
respectivamente, con cada una de las guías 8 y 108 de ondas de línea
ranurada. La rotación de las cuatro partes de brazo modifica el
punto de intersección de la primera parte 12 de brazo con la línea
ranurada 8, y, también, el punto de intersección de la tercera parte
112 de brazo con la línea ranurada 108. Las piezas de cortocircuito
montadas en la segunda y la cuarta partes de brazo están previstas
de modo que se muevan en correspondencia con la primera y la tercera
partes de brazo, garantizando así el acoplamiento efectivo de la
radiación de la microbanda respectiva. De esta manera se comunican
desfases a las señales, emitidas por las microbandas 10 y 110 de
salida.
Los desfases comunicados a las señales separadas
pueden ser sustancialmente iguales o puede preverse cierto desfase
entre ambas señales de salida. Aunque las cuatro partes de árbol
pueden rotar simultáneamente, como se ha descrito en lo que
antecede, es posible, también, que la primera y la segunda partes de
brazo giren independientemente de la tercera y la cuarta partes de
brazo; ello ofrece un control verdaderamente independiente del
desfase aplicado a cada una de las dos señales de salida. De ese
modo puede verse que un dispositivo de la presente invención
proporciona mayor flexibilidad de control de fase que el dispositivo
de la técnica anterior descrito en lo que antecede.
Debe hacerse notar que resultará evidente a los
expertos en la técnica que pueden ejecutarse diseños alternativos
de acuerdo con la presente invención. Por ejemplo, pueden preverse
una pluralidad de líneas ranuradas concéntricas conjuntamente con
partes de brazo con dos piezas de cortocircuito, una pieza de
cortocircuito para cada línea ranurada. Además, si están previstas
dos o más líneas ranuradas, pueden estar situadas en lados
diferentes del sustrato, con las partes de brazo asociadas
invertidas en relación con el sustrato de manera consecuente.
Además, la posición de las microbandas 10, 110 de salida podría
modificarse, para conseguir longitudes de trayectoria diferentes,
permitiendo así un desplazamiento de
fase.
fase.
En la figura 4 se muestra otro desfasador de la
presente invención, asignándose a los elementos similares a los
mostrados en las figuras 1 y 2 números de referencia similares. El
desfasador comprende una primera parte 12 de brazo y una segunda
parte 26 de brazo, dispuestas a cada lado de un sustrato 2, con la
misma configuración descrita en relación con las figuras 1 y 2
anteriores. Pero la línea ranurada 208 formada en una capa de metal
montada en el sustrato es en espiral. El término "espiral"
significa, en este caso, que la línea ranurada no está situada a
una distancia radial constante del punto de pivote.
El uso de una línea ranurada espiral, en lugar
de circular, modifica el desfase comunicado merced a una rotación
determinada. En otros términos, el cambio de longitud de trayectoria
ya no tiene una correspondencia lineal con la magnitud de la
rotación de las partes de brazo en relación con el sustrato. La
conformación exacta de la línea ranurada espiral puede
seleccionarse, entonces, con el fin de comunicar el perfil de
desfase deseado para una rotación lineal de las partes de brazo.
Una configuración particularmente útil, especialmente en el campo
de radares de agrupación en fase, consiste en la provisión de una
línea ranurada en la que la fase comunicada por el dispositivo
varíe sinusoidalmente con el ángulo de rotación de las partes de
brazo.
Numerosas configuraciones de línea ranurada
alternativas podrían ser concebidas fácilmente por los expertos en
la técnica para la realización práctica de numerosas características
de variación de fase. De esta manera, puede verse que un
dispositivo de la presente invención es más flexible y proporciona
un control de fase mejorado en relación con los dispositivos de
desfase de la técnica anterior descritos en lo que antecede.
Debe señalarse que aunque los dispositivos de la
presente invención han sido descritos con capas de dieléctrico,
podría fabricarse un desfasador, también, usando partes de metal
separadas mediante espacios libres. En otros términos, podría
usarse aire (con \varepsilon_{r} \approx 1) como material
dieléctrico para separar los componentes de metal. Los expertos en
la técnica reconocerán los beneficios de una disposición de este
tipo; por ejemplo, los bajos costes de fabricación de componentes a
base de metal (por ejemplo, de hojalata).
En la figura 5 se muestra una agrupación de
desfasadores del tipo descrito en lo que antecede en relación con
las figuras 1 y 2. Un primer desfasador 250, un segundo desfasador
252 y un tercer desfasador 254 están dispuestos en torno a un árbol
común 256. El árbol común 256 está acoplado, mecánicamente, con la
primera y la segunda partes de brazo de cada uno de los
desfasadores primero segundo y tercero, y sirve, también, para
acoplar las espigas de entrada de los tres desfasadores con un
conductor 258 de entrada de radiación común.
En uso, la radiación transmitida a cada uno de
los desfasadores es emitida, después de la aplicación de cualquier
desfase merced al desfasador asociado, a través de los conductores
260, 262 y 264 de salida. La rotación del árbol común 256 modifica
el desfase aplicado por cada uno de los desfasadores. Aunque la
rotación del árbol 256 produce el mismo valor de rotación de brazo
en cada desfasador, el desfase aplicado a cada señal de salida no
es necesariamente idéntico. Por ejemplo, podría seleccionarse el
desplazamiento de cada desfasador antes de su unión con el
árbol.
Además, el diseño de cada desfasador podría ser
diferente, de manera que cierta rotación del árbol produzca un
cambio diferente en la fase aplicada por cada desfasador. Por
ejemplo, los radios de las líneas ranuradas podrían ser diferentes
en cada dispositivo de desfase. Alternativamente, podrían preverse
líneas ranuradas espirales en cada desfasador para conseguir el
cambio de fase deseado en respuesta a la rotación de la parte de
brazo.
El árbol 256 podría ser hecho rotar a mano, o
podrían usarse medios de rotación mecánicos, tales como un motor
eléctrico, que permitan la rotación necesaria. Los medios de
rotación mecánicos pueden cumplir, también, otra función; por
ejemplo, pueden usarse, también, para hacer rotar una antena de
agrupación en fase. Los medios de rotación mecánicos podrían
controlarse mediante un procesador (por ejemplo, un ordenador) para
producir los desfases requeridos en respuesta a ciertos criterios
programados de antemano o mediante un bucle de realimentación de
control. Por ejemplo, un bucle de realimentación de control podría
modificar constantemente los desfases, con el fin de maximizar la
calidad o la potencia de las señales recibidas, o, alternativamente,
podrían realizarse controles periódicos de calidad de señal (por
ejemplo cada 5-10 minutos) y realizarse los ajustes
apropiados.
Aunque la agrupación mostrada en la figura 5
muestra un control de rotación común, debe señalarse que pueden
preverse medios de rotación separados para cada desfasador. Ello
proporcionaría medios de ajuste de control de fase verdaderamente
independientes para cada desfasador de la agrupación. Tal control de
fase independiente es particularmente ventajoso para compensar los
efectos de acoplamiento entre elementos que puedan producir lóbulos
laterales indeseados en los haces de recepción o transmisión.
En la figura 6 se muestra una antena de
agrupación en fase de tres elementos. La antena comprende tres
elementos 280a-280c de antena de transceptor, y
líneas asociadas 282a-282c para alimentar dichos
elementos de antena de transceptor. Puede usarse una agrupación de
desfasadores del tipo descrito en la figura 5 para alimentar los
tres elementos de antena de transceptor.
La aplicación de desfases apropiados mediante la
agrupación de desfasadores permite inclinaciones hacia arriba o
hacia abajo de los haces de transmisión y/o recepción.
El desfasador puede ofrecerse separadamente o
puede estar montado de modo enterizo en el panel de la antena. La
antena de agrupación en fase puede usarse, por ejemplo, en una red
de área local inalámbrica (WLAN) o como receptor de un sistema de
difusión digital (DBS). Típicamente, tales sistemas de comunicación
funcionan en torno a la zona de 12 GHz.
Aunque en lo que antecede se han descrito
dispositivos desfasadores giratorios y medios de movimiento
adecuados, el dispositivo podría estar previsto de modo diferente.
Por ejemplo, podría comprender un mecanismo de deslizamiento o de
carriles.
Claims (25)
1. Un dispositivo desfasador, que comprende un
sustrato que define una guía de ondas de línea ranurada con un
primero y un segundo extremos y acoplada, operativamente, con una
guía de ondas de microbanda y una pieza de cortocircuito, pudiendo
ser desplazadas la guía de ondas de microbanda y la pieza de
cortocircuito a lo largo de la guía de ondas de línea ranurada con
el fin de modificar la distancia entre el primer extremo de la
línea ranurada y la intersección de la guía de ondas de línea
ranurada con la guía de ondas de microbanda, mientras que se
mantiene una separación sustancialmente constante entre la guía de
ondas de microbanda y la pieza de cortocircuito.
2. Un dispositivo según la reivindicación 1, en
el que la separación sustancialmente constante entre la guía de
ondas de microbanda y la pieza de cortocircuito es sustancialmente
igual a un cuarto de la longitud de onda efectiva de la radiación
transmitida por el dispositivo.
3. Un dispositivo según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que una primera parte de brazo
monta la guía de ondas de microbanda y dicha primera parte de brazo
está montada de modo movible en el sustrato.
4. Un dispositivo según la reivindicación 3, en
el que la primera parte de brazo comprende una capa de material
dieléctrico en la que está montada la guía de ondas de
microbanda.
5. Un dispositivo según la reivindicación 4, en
el que la capa de material dieléctrico está situada entre el
sustrato y la guía de ondas de microbanda.
6. Un dispositivo según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que la pieza de cortocircuito
está prevista en una segunda parte de brazo montada de modo movible
en el sustrato.
7. Un dispositivo según la reivindicación 6, en
el que la segunda parte de brazo, que monta la pieza de
cortocircuito, comprende una capa de material dieléctrico.
8. Un dispositivo según la reivindicación 7, en
el que la capa de material dieléctrico está situada entre la pieza
de cortocircuito y el sustrato.
9. Un dispositivo según cualquiera de las
reivindicaciones 6 a 8 cuando dependan de la reivindicación 3, en
el que la primera y la segunda partes de brazo están montadas a
rotación en el sustrato.
10. Un dispositivo según la reivindicación 9, en
el que la primera y la segunda partes de brazo están montadas en el
sustrato a rotación en torno a un único punto de pivote.
11. Un dispositivo según las reivindicaciones 9
o 10, en el que la primera parte de brazo está situada en un primer
lado del sustrato y la segunda parte de brazo está situada en un
segundo lado del sustra-
to.
to.
12. Un dispositivo según cualquiera de las
reivindicaciones 9 a 11, en el que la guía de ondas de línea
ranurada está formada a modo de arco de radio sustancialmente
constante.
13. Un dispositivo según cualquiera de las
reivindicaciones 9 a 11, en el que la guía de ondas de línea
ranurada tiene forma de espiral.
14. Un dispositivo según cualquiera de las
reivindicaciones 9 a 13, en el que están previstos medios de
rotación mecánicos para hacer rotar la primera y la segunda partes
de brazo.
15. Un dispositivo según la reivindicación 14,
en el que los medios de rotación mecánicos comprenden un motor
eléctrico.
16. Un dispositivo según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que la pieza de cortocircuito
comprende una capa de metal.
17. Un dispositivo según la reivindicación 16,
en el que la capa de metal que forma la pieza de cortocircuito
comprende cobre.
18. Un dispositivo según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que el sustrato comprende una
capa de material dieléctrico.
19. Un dispositivo según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que el sustrato comprende una
capa de metal.
20. Un dispositivo según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que la guía de ondas de línea
ranurada está formada por una capa de cobre impresa en un sustrato
dieléctrico.
21. Un dispositivo según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que hay una guía de ondas de
microbanda adicional formada en el sustrato y acoplada,
operativamente, con el primer extremo de la guía de ondas de línea
ranurada.
22. Un dispositivo según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que los medios de control de
fase están previstos para controlar el movimiento de la guía de
ondas de microbanda y la pieza de cortocircuito, controlando así el
desfase comunicado por el dispositivo.
23. Una agrupación de desfase, que comprende una
pluralidad de dispositivos según cualquiera de las reivindicaciones
precedentes.
24. Aparato de antena de agrupación en fase, que
comprende una agrupación de desfase de acuerdo con la reivindicación
23.
25. Un dispositivo desfasador, que
comprende:
- un sustrato, que comprende una guía de ondas de línea ranurada que interacciona con un primer punto de alimentación de radiación,
- una primera parte de brazo, que comprende una guía de ondas de microbanda que interacciona con un segundo punto de alimentación de radiación y prevista, además, de modo que corte a dicha guía de ondas de línea ranurada en un primer punto de intersección de dicha línea ranurada, y
- una segunda parte de brazo, que monta una pieza de cortocircuito prevista para crear un cortocircuito en dicha línea ranurada, en un segundo punto de intersección de la misma, estando situado el primer punto de intersección de dicha línea ranurada, en la guía de ondas de línea ranurada, entre el primer punto de alimentación de radiación y el segundo punto de intersección de la línea ranurada, y estando separado el segundo punto de intersección de la línea ranurada del primer punto de intersección de la línea ranurada en una distancia de guía de ondas de línea ranurada sustancialmente igual a un cuarto de longitud de onda de la radiación transmitida por el dispositivo,
en el que la primera y la segunda
partes de brazo están montadas de modo movible en relación con el
sustrato, de modo que la ubicación del primero y el segundo puntos
de intersección de la línea ranurada pueda modificarse, mientras
que se mantiene una separación relativa sustancialmente constante
entre el primero y el segundo puntos de intersección de la línea
ranurada, modificando así la longitud de la trayectoria entre el
primero y el segundo puntos de alimentación de
radiación.
radiación.
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