Diseño de agrupaciones de antenas alimentadas con redes corporativas en tecnología de guía de onda

Abstract

Tradicionalmente en el grupo de investigación RFCAS se han diseñado redes de alimentación de diversa índole, como son por ejemplo redes tipo serie o paralelo en tecnología microstrip o SIW. Sin embargo, para el caso de redes en tecnología de guía de onda la distribución tipo serie ha sido la más utilizada debido al ahorro de espacio que conlleva frente a la de tipo paralelo. De hecho, agrupaciones en paralelo distribuidas sobre el plano E ni siquiera han sido estudiadas. En el presente documento se ha procedido a analizar el comportamiento de distintas agrupaciones de antenas alimentadas por redes corporativas en tecnología de guía de onda. Se ha partido de la hipótesis de que el elemento unitario de las agrupaciones a estudiar se iba a comportar de manera adecuada cuando fuera replicado a lo largo de las diferentes estructuras que se han propuesto. De este modo se han podido extraer las conclusiones pertinentes sobre el comportamiento de las distintas redes diseñadas, independientemente del tipo de array que ha sido alimentado con ellas. Como elemento radiante se ha tomado uno perteneciente al grupo de investigación RFCAS ya diseñado y medido, el cual consiste en un parche circular microstrip apilado sobre una ranura rectangular microstrip para polarización lineal, que es alimentado a través de una guía de onda rectangular estándar WR-51. El diseño ha sido optimizado para la porción superior de la banda Ku del espectro radioeléctrico, de 16 a 18 GHz. Las estructuras en guía que se han propuesto han sido dos arrays lineales de 4 elementos, uno de ellos en plano H y el otro en plano E. Por lo tanto, gran parte del trabajo que se ha realizado ha tratado sobre el modelado de los distintos elementos de que se componen las redes de alimentación corporativas que alimentan dichos arrays, tales como uniones en T, en Y o codos en ambos planos. Todos los diseños planteados han sido construidos y medidos como paso posterior a la etapa de diseño. Finalmente, se ha diseñado una transición de guía de onda a conector coaxial para el caso del plano H, debido a la imposibilidad de cargar todos los puertos de la red a su impedancia característica para medirla en transmisión. Dicha transición ha sido replicada por 4 en una única pieza, lo que ha permitido caracterizar el array de elementos radiantes y la red de alimentación corporativa por separado. Con todo esto se ha realizado un estudio muy completo de los elementos de que se compone la antena plano H, y se ha verificado si el parámetro de adaptación de la citada antena se corresponde con el de la red de alimentación y el array de parches sobre ranuras medidos por separado.

Several kind of feeding networks had been conventionally designed in RFCAS research group, such as serial or parallel network based on microstrip or substrate integrated waveguide (SIW) technology. Nevertheless, waveguide technology had been mainly used in serial feeding structures design owing to their space-saving properties in comparison to parallel example. As a matter of fact, E-plane parallel arrays had been never studied at RFCAS. In the present document different array antenna configurations fed by corporate waveguide feeding networks are analyzed. As a starting point, it is assumed that the single element of all array antennas would behave appropriately when it is replicated along the different proposed structures. This way, conclusions about all designed networks had been drawn regardless of which array antenna type was being fed. The selected radiating element belongs to RFCAS and it is already designed and measured. It consists of a circular microstrip patch stacked to a microstrip slot fed by a standard WR-51 waveguide for linear polarization. Designed antenna is optimized for upper Ku band part, from 16 to 18 GHz. Proposed waveguide structures are two 4-element linear arrays, one at H-plane and E-plane respectively. Therefore, outlining both E-plane and H-plane elements such as Tjunctions, Y-junctions and bends became the major part of the developed work. All the presented designs have been manufactured and measured. Finally, a coaxial to waveguide transition has been designed for H-plane antenna due to output load matching is not physically possible. This transition is repeated 4 times in a single piece, so both array of radiating elements and corporate waveguide feeding network are accessible to be measured separately. All this leads to an exhaustive characterization of the elements which form part of the complete H-plane array antenna. Adaptation coefficient is measured from complete antenna input port. It is also estimated by joining both array of radiating elements and corporate waveguide feeding network Sparameters so this measures can be validated.