Diseño de antenas en guía de onda con control de alimentación mediante tornillos de sintonía

Abstract

En este Proyecto Fin de Carrera se ha llevado a cabo el diseño y caracterización de antenas en guía de onda con control de alimentación mediante tornillos de sintonía. La banda de frecuencias sobre la que se ha trabajado y se han medido los resultados es el comienzo de la banda Ku (11 - 12 GHz). Los elementos radiantes que han conformado el array de antenas son ranuras rectangulares posicionadas en la cara superior de la guía rectangular. En el diseño de arrays de antenas se requiere un control muy preciso de la cantidad de potencia que debe radiar cada elemento de manera individual. Normalmente se diseñan este tipo de antenas sin tener en cuenta los acoplos mutuos entre elementos, lo cual hace que existan diferencias significativas entre el diagrama de radiación obtenido y el teórico. Así mismo, se pueden producir errores en el proceso de fabricación como consecuencia de la naturaleza falible de los métodos empleados. El método de control de alimentación desarrollado tiene como función principal compensar estos efectos indeseables e inevitables en el diseño de agrupaciones de antenas. Esto se consigue mediante la modificación de la cantidad de potencia que radia cada elemento introduciendo unos tornillos a través de la base de la guía de onda que los alimenta. De esta forma se podrá diseñar el array sin tener en cuenta los acoplos mutuos ni las pequeñas imprecisiones en la fabricación, lo cual facilitará mucho este proceso. Como objetivo adicional de este proyecto se ha intentado conseguir una variación amplia de los parámetros de alimentación y/o fase de la agrupación utilizando la misma tecnología de tornillos de sintonía, para así poder obtener una antena con muchos posibles diagramas de radiación que se pueda adaptar al funcionamiento deseado en cada momento. El diseño, fabricación y medida del array lineal ha sido llevado en su mayor parte en las instalaciones del grupo RFCAS de la Escuela Politécnica Superior, exceptuando algunas piezas que han sido fabricadas a encargo en un taller externo.

This project deals with the design and characterization of slotted waveguide antenna arrays with feeding control through tuning screws. The frequency band in which we have worked and measured the results is the beginning of the Ku band (11-12 GHz). The radiant elements that form the antenna array are rectangular slots positioned on the top face of the rectangular waveguide. In the antenna arrays design it is necessary to have a very accurate control of the amount of power that any individual element has to radiate. Normally, this kind of antennas are designed without taking into account the mutual coupling effects, making some significant differences appear between the theoretical and the real radiation patterns. At the same time, there could be errors in the manufacturing process because of the instruments used therein. The feeding control method that has been developed has as its main function to compensate the undesirable and unavoidable effects in the antenna arrays design. It is achieved through the modification of the amount of power that any individual element of the array radiates, introducing some screws into the waveguide that feed the antenna. In this way, it would be possible to design the array without taking into account neither the mutual couplings nor the manufacturing inaccuracies, which will make the process easier. As an additional goal of this project, it has been attempted to achieve a wide variation of the feeding and phase array parameters using the screw tuning technology. In this manner, it would be possible to have a very adaptable antenna array. The antenna array design, manufacturing and measuring process has been made almost completely at the RFCAS facilities in Escuela Politecnica Superior, except some pieces that have been made at an external workshop.