ES2948938T3 - Transductor ortomodal de banda ancha - Google Patents

Abstract

La invención se refiere a un transductor ortomodo y a una cadena de transmisión satelital que comprende el transductor ortomodo, para transmitir una primera señal y una segunda señal en modos de propagación ortogonal. El transductor comprende: - una guía de ondas principal (501, 601) de sección cuadrada o rectangular, - dos puertos guiados (510, 520) que tienen por un lado un extremo libre a través del cual se inyecta o recupera respectivamente la primera señal y el segundo señal, y por otro lado dos brazos conectados a la guía de ondas principal. Cada acceso guiado comprende un empalme (512, 522, 602) configurado para conectar el extremo libre con los dos brazos del acceso guiado, los dos brazos (513, 514 , 523, 524, 610, 611) de cada acceso guiado conectado a la guía de ondas principal en dos ubicaciones descentradas en uno o más lados de la guía de ondas principal simétricamente con respecto a un eje de simetría de la guía de ondas principal.

Description

DESCRIPCIÓN

Transductor ortomodal de banda ancha

Campo técnico

La invención se sitúa en el campo de las transmisiones por microondas, y se refiere más particularmente a un transductor ortomodal utilizado para transmitir dos señales en polarizaciones ortogonales.

Aunque la solución propuesta es particularmente útil en el campo de las fuentes de antenas, y en particular las antenas de satélite, no se limita a estas aplicaciones, y el transductor ortomodal según la invención también se puede utilizar para otros dispositivos, como para la producción de filtros de microondas o duplexores.

Técnica anterior

Para maximizar su eficiencia espectral, los sistemas de transmisión por satélite generalmente utilizan diversidad de polarización, que consiste en transmitir en la misma banda de frecuencia dos señales polarizadas ortogonalmente (por ejemplo, una polarización vertical y una polarización horizontal, o una polarización circular derecha y una polarización circular izquierda). Cuando las polarizaciones entre las dos señales son perfectamente ortogonales, las señales se pueden recuperar de forma independiente, lo que permite transmitir o recibir dos señales simultáneamente en la misma banda de frecuencia, o bien transmitir y recibir simultáneamente en la misma banda de frecuencia, a partir de una sola antena.

En el caso teórico, el desacoplamiento entre las dos señales es infinito, lo que permite separarlas perfectamente. En la práctica, las asimetrías en los equipos de transmisión crean una esquina en los campos eléctricos. En este caso, un subcomponente de cada polarización se fusiona con la polarización cruzada, lo que conduce a fenómenos de acoplamiento entre las señales. Por lo tanto, el experto en la materia se asegura de que las dos señales polarizadas ortogonalmente se transmitan con el mayor desacoplamiento posible.

Los transductores ortomodales, o duplexores de señal (más conocidos como Transductor de modo ortogonal o TMO) son dispositivos pertenecientes a la cadena de alimentación de una antena, en particular una antena de satélite. La figura 1a representa muy esquemáticamente una cadena de transmisión para una antena. Incluye una fuente, generalmente una corneta 101, a través de la cual se transmiten/reciben las señales del satélite, y un transductor ortomodal 102, en forma de guía de ondas a través del cual se inyectan/extraen dos señales S¹ y S² 103 y 104. El transductor ortomodal está configurado para combinar o separar las dos señales aplicándoles una polarización ortogonal. Según el modo de realización, otras señales asociadas con otras bandas de frecuencia pueden inyectarse/extraerse del transductor 102.

Muchos satélites de telecomunicaciones están equipados con conjuntos de antenas, compuestos por una gran cantidad de cadenas de transmisión como la que se representa en la figura 1a, lo que permite lograr una cobertura geográfica por medio de haces. La figura 1b representa muy esquemáticamente los componentes de un conjunto de antenas. Comprende una pluralidad de fuentes 111 a 116, cada una asociada a uno o más paquetes. Un transductor ortomodal 121 a 126 está asociado a cada fuente, permitiendo así la transmisión de dos señales polarizadas ortogonalmente en el haz o haces en cuestión, generalmente una señal en transmisión y una señal en recepción. Las dimensiones y la forma de las guías de ondas que componen el transductor ortomodal se seleccionan en función de la frecuencia de las señales transmitidas, para permitir la propagación de ondas electromagnéticas en modos eléctricos transversales controlados.

Los conjuntos de antenas a bordo de los satélites pueden comprender varias decenas de cadenas de transmisión y, por tanto, otros tantos transductores ortomodales. El tamaño y el peso de estos dispositivos son, por tanto, factores muy importantes en el diseño de antenas de satélite.

En el resto de la descripción, y con el fin de simplificar la comprensión de los fenómenos físicos que se aplican, las explicaciones se dan considerando el caso de aplicación de dos señales inyectadas en el transductor ortomodal para ser polarizadas ortogonalmente y luego combinadas y emitidas por la fuente de la antena del satélite. Sin embargo, la invención se aplica de forma idéntica en el caso de dos señales de polarizaciones ortogonales recibidas desde la fuente de la antena del satélite, y transmitidas y separadas por el transductor ortomodal, o en el caso de que se emita una señal y se reciba la otra.

Los transductores ortomodales tienen un núcleo central cuadrado configurado para permitir la transmisión de una primera señal según un modo de propagación TE10, en el que el campo eléctrico de la señal es lineal y vertical, y de una segunda señal según un modo de propagación TE01, en el que el campo eléctrico de la señal es lineal y horizontal. Luego, las dos señales se polarizan ortogonalmente y se pueden transmitir simultáneamente. El núcleo central puede ser rectangular para la propagación de señales en distintas bandas de frecuencia. Asimismo, las señales pueden transmitirse según polarizaciones circulares asociando, por ejemplo, un acoplador al transductor ortomodal, de manera que cada señal se transmite por un lado según un primer modo y por otro lado de forma retardada y desfasada según un segundo modo. El campo eléctrico resultante entonces gira, lo que crea una señal polarizada circularmente.

Se conocen del estado de la técnica varias estructuras diferentes de transductores ortomodales, como por ejemplo, el documento GB2054974 A.

La figura 2a muestra una vista tridimensional de un transductor ortomodal de dos ramas, que es el tipo de transductor ortomodal más simple, más compacto, más económico y, por tanto, el más extendido. Está compuesto por una guía de ondas principal 201 que se extiende a lo largo de un eje longitudinal zz'. La guía de ondas está adaptada a la propagación de los dos modos electromagnéticos fundamentales en la banda de frecuencia considerada. En la práctica, las dos señales están en la misma banda de frecuencia, y este resultado se consigue utilizando una guía de ondas de sección cuadrada cuyo tamaño está dimensionado con respecto a la frecuencia mínima de la banda de frecuencias considerada, pero la guía de ondas puede adoptar cualquier forma que permita la propagación de las dos señales en los modos deseados.

La guía de ondas principal está conectada por un primer lado a lo largo de su eje longitudinal zz' a una fuente, elemento radiante que realiza la adaptación entre la guía de ondas y el espacio libre. La guía de ondas principal 201 está conectada a dos accesos guiados 202 y 203 a través de los cuales se inyectan las dos señales a transmitir. Las uniones entre los accesos guiados y la guía de ondas principal se realizan al mismo nivel de la guía de ondas principal, en un plano xy ortogonal al eje zz', a través de ranuras practicadas en medio de paredes ortogonales de la guía principal, que tiene el efecto de que las señales inyectadas por los dos accesos guiados se combinan según polarizaciones ortogonales en la guía de ondas principal antes de transmitirse a la fuente (y a la inversa, permite extraer en cada uno de los accesos señales polarizadas ortogonalmente). La parte trasera de la guía de ondas principal 201 a lo largo del eje longitudinal zz' se puede conectar, por ejemplo, a otros accesos para inyectar señales en una banda de frecuencia separada.

La figura 2b describe el principio de polarización de señales en una guía de ondas con dos ramas, según una vista en sección en el plano xy. La primera señal, que debe polarizarse verticalmente, se inyecta en el primer acceso guiado 202. Las flechas continuas dan la dirección del campo eléctrico de la primera señal, perpendicular a la dirección de propagación de la onda electromagnética. En la guía de ondas principal 201, la primera señal se propaga según el modo de propagación fundamental TE10, correspondiente a una polarización vertical. La segunda señal, que debe polarizarse horizontalmente, se inyecta en el segundo acceso guiado 203. Las flechas punteadas dan la dirección del campo eléctrico de la segunda señal, perpendicular a la dirección de propagación de la onda electromagnética. En la guía de ondas principal 201, la segunda señal se propaga según el modo de propagación fundamental TE01, correspondiente a la polarización horizontal. Dentro de la guía de ondas principal 201, las dos señales se propagan según modos de propagación ortogonales.

Como se representa en la figura 2c, se puede asociar un transductor ortomodal de dos ramas con un acoplador de 90° para polarizar circularmente las dos señales. El acoplador de 90° 210 está conectado al acceso guiado 202 y al acceso guiado 203 por dos extremos. La señal que se debe transmitir según una polarización, por ejemplo la polarización LHCP (siglas en inglés de Left Hand Circular Polarisation, o polarización circular izquierda), se inyecta en el extremo 211 del acoplador. Entonces se encuentra presentado en el acceso guiado 202, y de manera retrasada y desfasada en 90° en el acceso guiado 203. De la misma manera, la señal que se debe transmitir según la polarización cruzada, en este caso la polarización RHCP (siglas en inglés de Right Hand Circular Polarisation, o polarización circular derecha), se inyecta en el extremo 212 del acoplador. Entonces se presenta en el acceso guiado 203, y en una versión retrasada y desfasada en 90° en el acceso guiado 202. Los retrasos y desfases aplicados tienen el efecto de rotar el campo eléctrico y, por lo tanto, de polarizar circularmente las señales.

La figura 2d representa el campo eléctrico de la señal inyectada en el acceso guiado 203 de un transductor ortomodal de dos ramas, en una vista en sección en el plano xy ortogonal a zz' en la unión entre los accesos guiados y la guía principal 201. Los niveles de gris representan la intensidad y, las flechas, la dirección del campo eléctrico.

La señal inyectada por el acceso guiado 203 se propaga dentro de la guía de ondas principal 201 según el modo de propagación TE01, es decir, es lineal y horizontal. Dentro de la guía de ondas principal, los campos eléctricos no están perfectamente alineados. Estas ligeras distorsiones están ligadas a la sensibilidad del campo eléctrico a las asimetrías presentes en un acceso centrado, y tienen el efecto de producir fenómenos de acoplamiento entre las dos señales polarizadas ortogonalmente.

Además, una pequeña parte de la señal inyectada por el acceso 203 se propaga en el acceso guiado 202. El campo eléctrico es siempre perpendicular al soporte, y este gira al entrar en el acceso guiado 202. Los residuos de la señal transmitida en el acceso 203 se encuentran entonces en el acceso guiado 202 con la misma polarización que la señal transmitida en este acceso (lineal vertical), que está en el origen de fenómenos de acoplamiento parásito adicionales. Por esta razón, el desacoplamiento logrado generalmente con un transductor ortomodal de dos ramas es del orden de -20 dB. Este nivel de desacoplamiento puede resultar demasiado bajo para un cierto número de aplicaciones, como por ejemplo para antenas de satélite, donde las pérdidas vinculadas al desacoplamiento resultan en una degradación del balance del enlace y por lo tanto de las velocidades alcanzables.

Una forma conocida de mejorar el desacoplamiento entre los canales de un transductor ortomodal con dos accesos guiados se describe en la patente EP 2.202.839 B1 y se muestra en la figura 2e, en vista en sección, para señales polarizadas circularmente. El dispositivo comprende un acoplador con ramas desequilibradas 231 que permite transmitir cada una de las señales en proporciones controladas en los accesos guiados 202 y 203 de un transductor ortomodal de dos ramas, y guías de onda cortocircuitadas (en inglés stub) 232 y 233 configuradas para filtrar señales. Los coeficientes de división del acoplador 231 se ajustan de modo que una parte de la polarización de la señal inyectada en un canal se inyecte en el otro canal, con una sincronización de fase muy precisa que permite cancelar la parte de energía parásita vinculada a un desacoplamiento deficiente. Esta operación está gestionada por la actuación sobre las guías de ondas cortocircuitadas de los filtros 232 y 233 del canal de transmisión que permiten, además del rechazo de la banda de recepción, la cuadratura de fase de la componente cruzada con respecto a la componente principal.

Esta solución permite alcanzar altos niveles de desacoplamiento, pero es complejo de implementar y engorroso.

En la figura 2f se muestra otra forma de mejorar el desacoplamiento de un transductor ortomodal de dos accesos. Los accesos siempre se inyectan ortogonalmente sobre la guía de ondas 201, pero están desplazados en el eje zz' de la fuente. Esta guía de ondas permite alcanzar altos niveles de desacoplamiento, de aproximadamente -50 dB, pero es engorroso.

También se conoce del estado de la técnica de los transductores ortomodales de cuatro ramas, lo que permite conseguir mayores desacoplamientos que los de dos ramas. Dicho transductor ortomodal se muestra en la figura 3a. Está compuesto por una guía de ondas principal 301 que se extiende longitudinalmente a lo largo de un eje zz' y está conectada a dos pares de guías de ondas (302/304 y 303/305) que constituyen accesos a través de los cuales se inyectan las dos señales a transmitir. Las dos guías de ondas del mismo par se colocan frente a frente en el mismo plano ortogonal al eje zz'. Las dos guías de ondas del otro par están conectadas a los otros dos lados de la guía de ondas principal.

La figura 3b describe el principio de polarización de la señal en un transductor ortomodal de cuatro ramas.

La señal que debe polarizarse verticalmente se inyecta en la guía de ondas principal 301 desde los accesos guiados 303 y 305, opuestos con respecto a la guía de ondas principal 301. Las señales inyectadas desde los dos accesos guiados son idénticas, sincronizadas, en fase y tienen el mismo nivel de potencia. Luego se recombinan constructivamente en la guía de ondas principal y la señal se propaga según el modo TE10. Asimismo, la segunda señal, que debe polarizarse horizontalmente, se inyecta sincrónicamente y en fase sobre la guía de ondas principal 301 desde los accesos guiados 304 y 306, opuestos con respecto a la guía de ondas principal 301. Una vez más, las dos señales inyectadas se recombinan de manera constructiva y la señal se propaga en la guía de ondas principal en el modo de propagación TE01.

La simetría del transductor ortomodal de cuatro ramas hace que las líneas del campo eléctrico sean más rectas que en un transductor de dos ramas.

Como en la guía de ondas de dos accesos, parte de la señal inyectada desde el acceso guiado 303 se encuentra en el acceso guiado 302 con un campo eléctrico 310 girado 90°, y por tanto polarizado horizontalmente. Asimismo, parte de la señal inyectada desde el acceso guiado 305 se encuentra en el acceso guiado 302 con un campo eléctrico 311 girado 90°, y por tanto polarizado horizontalmente. Las señales se inyectan en fase desde los accesos guiados 303 y 305, y el campo eléctrico 310 y el campo eléctrico 311 de los residuos de estas señales transmitidas en la guía 302 se encuentran entonces en oposición de fase (180°). Su recombinación se realiza de manera destructiva, desapareciendo los residuos de las señales inyectadas por los accesos guiados 303 y 305 que se encuentran en el acceso guiado 302. El principio es el mismo en cada una de las guías de ondas 302 a 305.

Las propiedades de simetría de los transductores ortomodales de cuatro ramas permiten obtener un campo eléctrico perfectamente lineal, y la polarización cruzada se desvanece naturalmente en los accesos cruzados. Generalmente presentan altos niveles de desacoplamiento, alrededor de -40 dB.

Sin embargo, generar dos señales idénticas y en fase para cada polarización transfiere la complejidad aguas arriba ya que entonces es necesario duplicar la generación de las señales, y las señales transmitidas a un par de acceso tienen que ser perfectamente idénticas y sincronizadas. Además, el transductor ortomodal que tiene cuatro accesos independientes no es óptimo en términos de compacidad.

De manera alternativa, los accesos guiados utilizados para inyectar una señal dada se pueden recombinar de dos en dos, procurando que los trayectos hasta cada punto de inyección tengan la misma longitud para que las señales se inyecten simultáneamente y en fase. Los circuitos de recombinación son entonces complejos, especialmente porque los dos accesos guiados están entrelazados y requieren una gran cantidad de elementos de conexión elementales, aumentando así la dispersión. Al final, el rendimiento obtenido es limitado y las pérdidas óhmicas son altas, para un dispositivo voluminoso y pesado.

Por lo tanto, un objeto de la invención es describir un transductor ortomodal que tenga un alto nivel de desacoplamiento, que sea simple de implementar y compacto.

Sumario de la invención

A tal efecto, la presente invención describe un transductor ortomodal, para transmitir una primera señal y una segunda señal en modos de propagación ortogonal. El transductor ortomodal comprende:

- una guía de ondas principal de sección cuadrada o rectangular,

- dos accesos guiados que tienen por un lado un extremo libre a través del cual se inyectan o recuperan respectivamente la primera señal y la segunda señal, y por otro lado dos brazos conectados a la guía de ondas principal.

Cada acceso guiado incluye una unión configurada para conectar el extremo libre a los dos brazos del acceso guiado, con los dos brazos de cada acceso guiado que están conectados a la guía de ondas principal en dos ubicaciones desplazadas en uno o más lados de la guía de ondas principal, simétricamente con respecto a un eje de simetría de la guía de ondas principal.

Ventajosamente, la conexión entre la guía de ondas principal y los dos brazos de un acceso guiado comprende las dos esquinas del mismo lado de la guía de ondas principal.

Según la realización del transductor ortomodal de acuerdo con la invención, la unión de cada acceso guiado está configurada para que las señales transmitidas por los dos brazos de un acceso guiado estén en fase o en oposición de fase según su modo de propagación en la guía de ondas principal.

Ventajosamente, los dos brazos del mismo acceso guiado son de dimensiones sustancialmente idénticas.

Ventajosamente, los accesos guiados están dispuestos simétricamente con respecto a un eje de simetría de la guía de ondas principal.

En una realización del transductor ortomodal descrito, cada acceso guiado comprende una unión particular seleccionada entre una unión en T en el plano E y una unión en T en el plano H, y dos brazos particulares.

En un modo de realización alternativo, los dos accesos guiados comprenden la misma unión en forma de unión en T mágica, cuyos puertos laterales están conectados a un par de brazos comunes, y la primera y la segunda señal se transmiten por dos puertos separados de la unión en T mágica.

La invención descrita también se refiere a un dispositivo que permite transmitir las señales según polarizaciones circulares ortogonales. Comprende:

- un transductor ortomodal como se ha descrito anteriormente, y

- un acoplador de 90° conectado a los extremos libres de los accesos guiados del transductor ortomodal para polarizar circularmente la primera y la segunda señal.

Por último, la invención se refiere a una cadena de transmisión para una antena de satélite que comprende una fuente conectada a un transductor ortomodal como se describe anteriormente, o un dispositivo como se describe anteriormente para la transmisión de señales según polarizaciones circulares ortogonales.

Breve descripción de las figuras

La invención se comprenderá mejor y otras características, detalles y ventajas quedarán más claros con la siguiente descripción, dada con carácter no limitativo, y gracias a las figuras adjuntas que siguen, aportadas a modo de ejemplo, entre las cuales:

• la figura 1a representa muy esquemáticamente una cadena de transmisión para una antena, por ejemplo una antena de satélite,

• la figura 1b representa muy esquemáticamente los componentes de un conjunto de antenas a bordo de un satélite, • la figura 2a muestra una vista tridimensional de un transductor ortomodal de dos ramas según el estado de la técnica,

• la figura 2b describe el principio de polarización de señales en una guía de ondas con dos ramas,

la figura 2c muestra un conjunto para polarizar circularmente y combinar señales en un transductor ortomodal de dos ramas,

la figura 2d representa el campo eléctrico de la señal inyectada en el acceso guiado 203 de un transductor ortomodal de dos ramas,

la figura 2e muestra un montaje para mejorar el desacoplamiento de un transductor ortomodal de dos ramas, la figura 2f muestra un transductor ortomodal de dos ramas desplazadas,

la figura 3a muestra una vista tridimensional de un transductor ortomodal de cuatro ramas según el estado de la técnica,

la figura 3b describe el principio de polarización de la señal en un transductor ortomodal de cuatro ramas, la figura 4a representa aproximadamente el campo eléctrico en la esquina de una guía de ondas de sección cuadrada o rectangular,

la figura 4b muestra esquemáticamente los principios físicos que se aplican al inyectar una señal a través de dos accesos ubicados en los bordes de un lado de la guía de ondas principal,

la figura 4c muestra una configuración para inyectar una señal descentrada en los lados de una guía de ondas, la figura 4d muestra una configuración para inyectar una señal descentrada en los lados de una guía de ondas, la figura 4e muestra una configuración para inyectar una señal descentrada en los lados de una guía de ondas, la figura 5a muestra una realización de un transductor ortomodal de dos ramas según la invención,

la figura 5b muestra el campo eléctrico de la señal inyectada en el acceso 510 de un transductor ortomodal de dos ramas según una realización de la invención,

la figura 5c es una representación tridimensional de un transductor ortomodal según una realización de la invención,

la figura 5d distingue las diferentes partes de un transductor ortomodal según una realización de la invención para la fabricación por fresado,

la figura 6a muestra una realización de un transductor ortomodal de dos ramas según la invención,

la figura 6b distingue las diferentes partes de un transductor ortomodal según una realización de la invención para la fabricación por fresado.

Se utilizan referencias idénticas en figuras diferentes cuando los elementos designados son idénticos.

Descripción detallada

Si tienen un buen rendimiento de desacoplamiento, los transductores ortomodales de cuatro ramas del estado de la técnica son complejos de implementar y voluminosos. Por lo tanto, la invención está naturalmente orientada hacia los transductores ortomodales de dos ramas.

Se basa en las propiedades del campo electromagnético, que está orientado perpendicularmente a las paredes metálicas de la guía de ondas.

La figura 4a representa aproximadamente la dirección del campo eléctrico en la esquina de una guía de ondas 401 de sección cuadrada o rectangular. El campo electromagnético es siempre perpendicular al soporte, y en la esquina de la guía de ondas, está inclinado según la distancia a las dos paredes.

La invención propone inyectar las señales no por accesos centrados a los lados de la cavidad de la guía de ondas principal del transductor ortomodal, sino por accesos descentrados situados en los bordes de uno o más lados de esta guía de ondas principal. Con un único punto de inyección descentrado, el modo de propagación en la guía de ondas no está controlado ya que no es seguro que el campo eléctrico en la guía de ondas sea perfectamente lineal y esté orientado en la dirección deseada. La invención propone inyectar cada señal no por uno, sino por dos accesos descentrados en uno o más lados de la guía de ondas principal, y simétricamente con respecto a un eje de simetría de la guía de ondas principal. La figura 4b muestra esquemáticamente los principios físicos que se aplican al inyectar una señal a través de dos accesos ubicados en los bordes de un mismo lado de la guía de ondas principal.

La figura 4b toma el ejemplo de la inyección de una primera señal en la guía de ondas principal 401 de un transductor ortomodal a través de un acceso guiado 410, con el objetivo de que esta señal se propague según el modo TE10 (lineal vertical). Las flechas continuas representan la orientación del campo eléctrico. La señal inyectada en el acceso guiado 410 se separa en dos señales de la misma potencia por una unión 411 que actúa como medio de separación de señales. La unión está conectada a dos brazos 412 y 413 de la misma longitud. La unión puede ser, por ejemplo, una T de microondas en el plano E, que divide la señal en dos señales en fase opuesta y de la misma potencia. Los brazos de cada acceso están conectados a la guía de ondas principal 401 por dos ranuras descentradas ubicadas en los extremos del borde derecho de la guía de ondas principal 401, simétricamente con respecto al eje xx'. Los campos eléctricos aplicados de esta manera en las esquinas de la guía de ondas principal (representadas por las flechas continuas) no son verticales en las esquinas. Sin embargo, la recombinación vectorial de estas dos inyecciones da el campo eléctrico deseado, en este caso un campo eléctrico perfectamente polarizado verticalmente.

La unión 411 también puede ser una unión en T en el plano H, que divide la señal en dos señales en fase y de la misma potencia. En este caso, el campo eléctrico de las señales (representado por las flechas discontinuas) a la salida de la unión 411 está en fase. La señal en la guía de ondas principal 401, resultante de la combinación vectorial de las señales inyectadas por los brazos 412 y 413, se polariza entonces horizontalmente (modo TE01, lineales horizontales). Por lo tanto, el tipo de unión se selecciona según el modo de propagación buscado en la guía de ondas principal.

Al inyectar la misma señal, en fase o en oposición de fase, a través de dos accesos descentrados y simétricos en la guía de ondas principal de un transductor ortomodal, por lo tanto, es posible "forzar" el modo de propagación de la onda electromagnética. En el ejemplo de la figura 4b, donde los brazos 412 y 413 del acceso guiado 410 están posicionados en las esquinas de una pared vertical de la guía de ondas principal 401, la unión 411 separa la señal en dos señales en oposición de fase para polarizar la señal verticalmente, o dos señales en fase para polarizarla horizontalmente.

El uso de brazos de las mismas dimensiones (misma longitud, misma anchura y misma altura) permite inyectar la señal en la guía de ondas principal de forma sincronizada y con el mismo nivel de potencia. Una forma sencilla de obtener brazos de la misma longitud consiste en disponer todo el acceso guiado simétricamente respecto al eje de simetría xx' de la guía de ondas principal 401.

La disposición descrita en la figura 4b no es la única posible para un acceso guiado de dos brazos en un transductor ortomodal según la invención. Las figuras 4c, 4d y 4e describen otras configuraciones que permiten inyectar una señal descentrada a los lados de la guía de ondas principal 401.

En la figura 4c, la unión 421 es una T en el plano E, que genera dos señales en oposición de fase en los dos brazos 422 y 423, que inyectan las señales en las dos esquinas de un lado horizontal de la guía de ondas principal 401, simétricamente con respecto al eje yy'. Por consiguiente, el modo de propagación en la guía de ondas principal es el modo TE01, es decir, una polarización lineal horizontal. Utilizando una unión 421 configurada para generar señales en fase, como una unión en T en el plano H, el modo de propagación obtenido es el modo TE10, es decir, una polarización lineal vertical.

En la figura 4d, los dos brazos están conectados a accesos descentrados ubicados en dos lados opuestos de la guía de ondas principal 401. Los accesos son siempre simétricos con respecto al eje xx'. El campo eléctrico evoluciona como en la figura 4b, en modo TE10, aunque los puntos de inyección de los brazos 432 y 433 en la guía de ondas principal son diferentes a los de los brazos 412 y 413 de la figura 4b. Mediante el uso de una unión en T en el plano H en lugar de una unión en T en el plano E, la señal se polariza horizontalmente (modo TE01).

En la figura 4e, los dos brazos están conectados al mismo lado horizontal de la guía de ondas principal 401, y están desplazados simétricamente con respecto al eje yy' pero sin abarcar las esquinas. El campo eléctrico evoluciona de la misma manera que en la figura 4c, aunque la disposición de los brazos y su posicionamiento en relación con las esquinas de la guía de ondas principal difieren.

Los brazos de un acceso guiado por lo tanto no necesariamente se unen a la guía de ondas principal 401 en una de sus esquinas, siempre que los puntos de inyección en la guía de ondas principal sean simétricos con respecto a un eje de simetría de la guía de ondas principal 401, de manera que la combinación de las señales inyectadas desde los dos brazos genera un campo eléctrico perfectamente rectilíneo. Sin embargo, la proximidad de las esquinas mejora el rendimiento del transductor ortomodal según la invención, porque las ranuras de unión entre los brazos de acceso y la guía de ondas central crean un acoplamiento magnético (campo H), y su posicionamiento en las esquinas optimiza la eficacia de este acoplamiento.

La figura 5a representa una realización de un transductor ortomodal de dos ramas según la invención. El transductor está configurado para emitir una primera señal en polarización lineal vertical y una segunda señal en polarización lineal horizontal.

Incluye una guía de ondas principal 501, de sección cuadrada, pero la invención se aplicaría de la misma manera para una guía de ondas de sección rectangular, en el caso de dos señales inyectadas que operen en diferentes bandas de frecuencia. La guía de ondas principal 501 se extiende a lo largo de un eje zz' en el que se puede encontrar, por ejemplo, una fuente para un sistema de antena. Es adecuado para la propagación de señales según los dos modos fundamentales TE10 y TE01 en la banda o bandas de frecuencia consideradas. La figura 5a muestra el transductor ortomodal en una vista transversal en las intersecciones con los accesos guiados, a lo largo de un plano xy ortogonal al eje zz' en el que se extiende la guía de ondas principal 501.

Un primer acceso guiado 510 está configurado para inyectar la primera señal en la guía de ondas principal 501. Comprende una guía de ondas 511 que tiene un extremo libre por donde se inyecta la señal a transmitir en polarización vertical, una unión 512 configurada para dividir la primera señal en dos señales idénticas, de la misma potencia, y en oposición de fase, como una unión en T en el plano E, y dos brazos 513 y 514, conectados por un lado a la unión 512 y por otro lado al mismo lado de la guía de ondas principal de manera descentrada y simétrica con respecto a su eje xx'. Los elementos que constituyen el acceso guiado 510 están dimensionados para permitir la propagación de la primera señal (cuyo campo electromagnético está representado por flechas continuas en la figura) según un modo fundamental en la banda de frecuencia considerada. Se pueden conectar con la guía de ondas principal 501 a través de iris que realizan la adaptación de impedancia. La combinación vectorial de los campos eléctricos de las señales inyectadas por los dos brazos 513 y 514 en la guía de ondas 501 forma el modo de propagación de la señal en la guía de ondas, es decir en este caso el modo TE10, correspondiente a una polarización lineal vertical.

Idénticamente, un segundo acceso guiado 520 está configurado para inyectar la segunda señal en la guía de ondas principal 501, al mismo nivel que el primer acceso guiado. Incluye una guía de ondas 521, a través de la cual se inyecta la señal, conectada a una unión 522, configurada para dividir la segunda señal en dos señales idénticas, de la misma potencia y en oposición de fase. Las dos salidas de la unión 522 conducen a los brazos 523 y 524. Los dos brazos están respectivamente conectados a los bordes del mismo lado de la guía de ondas principal, simétricamente con respecto a su eje de simetría yy'. El lado de la guía de ondas seleccionado en este caso es el lado ortogonal al que se conectan los brazos del primer acceso guiado. Sin embargo, en el transductor ortomodal según la invención, se podría haber seleccionado cualquier otro lado ya que la polarización final de la señal es función de la combinación de las posiciones en las que los dos brazos inyectan la señal y del tipo de unión seleccionado. Los elementos que constituyen el acceso guiado 520 están dimensionados para permitir la propagación de la segunda señal (cuyo campo electromagnético está representado por flechas discontinuas en la figura) según un modo fundamental en la banda de frecuencia considerada. Pueden conectarse con la guía de ondas principal 501 a través de ranuras provistas de iris para la adaptación de impedancia. La combinación vectorial de los campos eléctricos de las señales inyectadas por los dos brazos 523 y 524 permite formar el modo de propagación de la señal en la guía de ondas, en este caso el modo TE01 correspondiente a una polarización lineal horizontal.

El transductor ortomodal según la invención permite por lo tanto, a partir de dos accesos 510 y 520, combinar dos señales con las polarizaciones cruzadas deseadas en la guía de ondas principal 501.

La figura 5b muestra el campo eléctrico de la señal inyectada en el acceso 510 de un transductor ortomodal de dos ramas según una realización de la invención, en una vista en sección en el plano xy en la intersección entre los accesos guiados y la guía principal 501. La longitud y dirección de las flechas representan la intensidad y dirección del campo eléctrico.

El campo eléctrico en el acceso 510 evoluciona de manera que la combinación vectorial de la señal inyectada en fase a través de los brazos 513 y 514 se propaga en la guía de ondas principal según el modo TE10, es decir, polarizado verticalmente. Se observa que el campo eléctrico está orientado con mucha más precisión que en un transductor ortomodal de dos accesos que se muestra en la figura 2d, debido a la simetría de los accesos de dos ramas: el desacoplamiento entre las polarizaciones es por tanto mayor.

Parte de la energía inyectada desde el acceso guiado 510 se propaga en los brazos 523 y 524 del acceso guiado 520, donde el campo eléctrico gira para orientarse horizontalmente. La unión en fase 522 (unión en T en el plano E) actúa entonces como un medio para combinar las señales en oposición de fase. La posición de los dos brazos es simétrica con respecto al eje de simetría yy' de la guía de ondas principal 501, y las señales transmitidas en los dos brazos son idénticas y de la misma potencia. La orientación del campo eléctrico significa que están en oposición de fase (180°) en el acceso 521. Por consiguiente, se anulan entre sí, y los residuos de la señal emitida por el acceso guiado 510 y recibida en la unión 522 desaparecen naturalmente en la guía de ondas 521. Por lo tanto, hay pocos o ningún efecto de acoplamiento debido a los residuos de una señal en el acceso guiado de la señal de polarización cruzada.

El fenómeno es el mismo en la otra dirección, donde se encuentran residuos de la señal emitida por el acceso 520 en oposición de fase en los brazos 513 y 514. Su recombinación por la unión 511 en oposición de fase hace que la señal polarizada horizontalmente se desvanezca. Por lo tanto, tampoco hay o hay pocos efectos de acoplamiento en este sentido.

Gracias a las propiedades de simetría de los accesos descentrados, el transductor ortomodal según la invención representado en la figura 5a permite mejorar en algunos dB las prestaciones de desacoplamiento con respecto a los transductores ortomodales de dos brazos como el representado en la figura 2a, generando campos eléctricos perfectamente lineales y bloqueando por construcción la propagación de la señal de un acceso guiado al otro. Además, este transductor ortomodal es de banda más ancha que los transductores ortomodales de dos ramas del estado de la técnica debido a que sus propiedades de simetría hacen que construya alineaciones de polarización siempre bien orientadas, independientemente de la banda de frecuencia considerada. Este no es el caso de los transductores ortomodales de dos brazos, que no son simétricos y, por lo tanto, deben optimizarse para una banda de frecuencia determinada.

La figura 5c es una representación tridimensional de un transductor ortomodal según una realización de la invención. En este caso encontramos la guía de ondas principal 501, a la que se conecta un primer acceso 510, para la inyección de la señal transmitida según una polarización, y un segundo acceso 520, para la inyección de la señal transmitida según la polarización cruzada.

Este dispositivo tiene la ventaja de ser particularmente simple y de ocupar un volumen reducido en casi un 75 % con respecto a los transductores ortomodales de cuatro ramas conectadas dos a dos como el de la figura 3a, que es uno de los fines que persigue la invención. Esta compacidad es importante, en particular para la producción de conjuntos de antenas que involucran un gran número de transductores ortomodales dispuestos en una malla restringida. La disminución de masa es en las mismas proporciones, que también es muy apreciada para la realización de conjuntos de antenas integradas en la carga útil de los satélites.

Otra ventaja del transductor ortomodal según la invención es que el fondo de la cavidad del transductor ortomodal (la parte posterior de la guía de ondas principal según el eje zz') permanece libre. Por lo tanto, es posible agregar otros accesos que permitan procesar las polarizaciones de las señales transmitidas en otra banda de frecuencia, o una carga que haga el papel de terminación de la guía de ondas principal.

Aunque el transductor ortomodal según la invención, donde cada uno de los accesos comprende un par de brazos separados, permite polarizar señales según polarizaciones lineales ortogonales, se puede asociar a un acoplador para polarizar circularmente las señales, de manera comparable a lo que se hace con transductores ortomodales de dos ramas conocidos en el estado de la técnica como el representado en la figura 2c.

Por último, la producción del transductor ortomodal según la invención puede contemplarse en fabricación aditiva (impresión tridimensional metálica) a un coste reducido o en una técnica de fresado, en solo tres partes 531, 532 y 533 que se muestran en la figura 5d, con la parte 533 que representa un escalón que permite la adaptación del transductor ortomodal a la fuente de la antena.

En la figura 6a se da otra realización de un transductor ortomodal según la invención. Esta realización todavía implica una guía de ondas principal 601, pero los accesos guiados de las dos señales con polarizaciones cruzadas son inyectados por el mismo par de brazos.

Para esto, el transductor ortomodal comprende un dispositivo conocido por el experto en la materia, denominada unión en T mágica (en inglés magic T). Una unión en T mágica es un componente de microondas tridimensional de cuatro puertos: dos puertos laterales, un puerto de suma y un puerto de diferencia. Realiza conjuntamente la función de unión en T en el plano E y en el plano H, y los puertos laterales y el puerto de suma forman la T en el plano H, y los puertos laterales y el puerto de diferencia forman la T en el plano E.

El primer acceso a la guía de ondas principal está formado por una guía de ondas 603 que tiene un extremo libre a través del cual se inyecta la primera señal y se conecta al puerto de diferencia de la unión en T mágica. Los dos puertos laterales de la unión en T mágica están conectados a dos brazos 610 y 611, ellos mismos conectados a la guía de ondas principal 601 por accesos descentrados colocados en los bordes del mismo lado de la guía de ondas principal, simétricamente con respecto a su eje de simetría yy'.

El segundo acceso a la guía de ondas principal está formado por una guía de ondas 604 que tiene un extremo libre a través del cual se inyecta la segunda señal y se conecta al puerto de suma de la unión en T mágica. Los brazos de este acceso son los brazos 610 y 611 conectados a los puertos laterales de la unión en T mágica, como en el primer acceso.

El uso de una unión en T mágica permite poder compartir los brazos entre los dos accesos guiados en polarizaciones ortogonales. El posicionamiento de los accesos permite obtener modos de propagación ortogonales en la guía de ondas principal 601 con campos eléctricos perfectamente formados. Por último, la disposición y estructura de los accesos, asociados a la unión en T mágica, permiten evitar los efectos de acoplamiento entre las dos señales con polarizaciones cruzadas.

La guía de ondas según el modo de realización presentado en la figura 6a permite obtener niveles muy elevados de desacoplamiento, alrededor de -70 dB, con un dispositivo extremadamente compacto. En comparación con las realizaciones presentadas anteriormente, sin embargo, opera en una banda de frecuencia reducida, dada por la banda operativa de la unión en T mágica.

Su realización es muy sencilla ya que puede generarse por fabricación aditiva, o por fresado requiriendo únicamente el montaje de dos piezas. La figura 6b representa las dos partes 621 y 622 necesarias para la realización por fresado de un transductor ortomodal según la invención.

Las realizaciones presentadas anteriormente para un transductor ortomodal según la invención permiten combinar señales en polarizaciones ortogonales de una manera simple, compacta y muy eficiente.

El transductor ortomodal según la invención se ha descrito en el caso de aplicación de la inyección de dos señales desde los extremos libres de los accesos guiados a la guía de ondas principal. Sin embargo, la invención se aplica de forma idéntica a la extracción de señales desde la guía de ondas principal a los dos accesos guiados. En este caso, las uniones en T actúan como medios para combinar las señales recibidas por los brazos desde la guía de ondas principal. La invención también se aplica del mismo modo para la inyección de una primera señal y la extracción simultánea de una segunda señal en polarización cruzada.

Claims (9)

REIVINDICACIONES

1. Transductor ortomodal, para transmitir una primera señal y una segunda señal en modos de propagación ortogonal, que comprende

- una guía de ondas principal (501,601) de sección cuadrada o rectangular, y caracterizada por que comprende - dos accesos guiados (510, 520) que tienen por un lado un extremo libre a través del cual se inyectan o recuperan respectivamente la primera señal y la segunda señal, y por otro lado dos brazos conectados a la guía de ondas principal,

y en el que cada acceso guiado incluye una unión (512, 522, 602) configurada para conectar el extremo libre con los dos brazos del acceso guiado, con los dos brazos (513, 514, 523, 524, 610, 611) de cada acceso guiado que están conectados a la guía de ondas principal en dos ubicaciones desplazadas en uno o más lados de la guía de ondas principal, siendo las dos ubicaciones simétricas con respecto a un eje de simetría de la guía de ondas principal.

2. Transductor ortomodal según la reivindicación 1, en el que la conexión entre la guía de ondas principal y los dos brazos de un acceso guiado comprende las dos esquinas del mismo lado de la guía de ondas principal.

3. Transductor ortomodal según una de las reivindicaciones anteriores, en el que la unión (512, 522, 602) de cada acceso guiado está configurada para que las señales transmitidas por el par de brazos de un acceso guiado estén en fase o en oposición de fase según su modo de propagación en la guía de ondas principal.

4. Transductor ortomodal según una de las reivindicaciones anteriores, en el que los dos brazos del mismo acceso guiado son de dimensiones sustancialmente idénticas.

5. Transductor ortomodal según una de las reivindicaciones anteriores, en el que los accesos guiados están dispuestos simétricamente con respecto a un eje de simetría de la guía de ondas principal.

6. Transductor ortomodal según una de las reivindicaciones anteriores, en el que cada acceso guiado comprende una unión particular (512, 522) seleccionada entre una unión en T en el plano E y una unión en T en el plano H, y dos brazos particulares (513, 514, 523, 524).

7. Transductor ortomodal según una de las reivindicaciones 1 a 5, en el que los dos accesos guiados comprenden una misma unión (602) en forma de unión en T mágica, cuyos puertos laterales están conectados a un par de brazos comunes (610, 611), y la primera y la segunda señal se transmiten por dos puertos separados (603, 604) de la unión en T mágica.

8. Dispositivo que comprende:

- un transductor ortomodal (102) según una de las reivindicaciones 1 a 7, y

- un acoplador de 90° (210) conectado a los extremos libres de los accesos guiados del transductor ortomodal para polarizar circularmente la primera y la segunda señal.

9. Cadena de transmisión para antena de satélite que comprende una fuente (101) conectada a un transductor ortomodal (102) según una de las reivindicaciones 1 a 7 o a un dispositivo según la reivindicación 8.