DE PAJARITA

DESCRIPCIÓN OBJETO DE LA INVENCIÓN

Es objeto de la invención un girador de polarización de ondas electromagnéticas que presenta una multiplicidad de secciones que tienen cada una de ellas forma de pajarita estando girada la sección en forma de pajarita de cada sección con relación a la contigua.

Caracteriza a la presente invención la especial configuración y diseño de la sección en forma de pajari- ta que presenta cada una de las pajaritas, asi como el ángulo de giro que presentan cada sección con objeto de conseguir un girador de polarización que presenta una máxima compacidad, una minima longitud y una adaptación de la onda electromagnética mejor de lo que viene con- siguiéndose hasta el momento.

Por lo tanto, la presente invención se circunscribe dentro del ámbito de los giradores de polarización para guias de ondas.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Son numerosos los intentos de conseguir giradores de polarización de ondas electromagnéticas.

Algunos como los comercializados por la empresa FLANN, son giradores que se fabrican a partir de guias de ondas que han sido giradas de un modo preciso a la vez que mantienen las dimensiones de la guia de onda. Este modo de conseguir giradores de polarización presenta varios inconvenientes, por un lado, inconvenientes derivados del propio proceso de fabricación, ya que se debe someter a la guia de ondas a elevadas temperaturas para poder ser retorcida, esto produce estrés en el material lo que obliga a analizar de nuevo el material, por otro lado no se logra una reducción de las dimensiones del girador.

Un análisis de giro por torsión de una guia de ondas, se realiza en el articulo "An Analysis of a Hy- brid-Mode in a Twisted Rectangular Waveguide" (Hatsuo Yabe, Yasuto Mushiake) publicado en IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, VoI MTT-32, no 1, Ja- nuary 1984.

Otra solución conocida para lograr el giro de polarización con objeto de evitar los anteriores incon- venientes se describen en el siguiente articulo: "Design of Compact Waveguide Twists" de (Pedro I. Alonso-Juaris- ti, Jaime Esteban y Jesús Maria Rebollar publicado en IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, VoI 45, no 5, May 1997. En este articulo el girador de polarización se basa en una sucesión alternada de guias de onda sección rectangular y circular, donde las guias de onda de sección rectangular se disponen sucesivamente giradas con objeto de lograr el giro total. Si bien se consigue evitar algunos de los problemas enunciados en la primera solución propuesta, no resuelve el problema de la compacidad, y además, el procedimiento de fabricación no es nada favorable.

En el articulo "FuIl Wave Design of Broad-Band Compact Waveguide Step-Twists" (Massimo Baralis, Ricardo Tascone, Osear Antonio Peverini, Giusseppe virone, Renato Orta) publicado en IEEE Microwave and Wireless Compo- nents Letters, VoI 15, no 2, February 2005, se describe un girador de polarización formado por una sucesión de secciones o elementos que presentan una sección rectangular, disponiéndose una sección con relación a la consecutiva girada. Si bien se logra una cierta compacidad no se logra una adaptación mejor de 40 dB en toda la banda útil de la guia.

Otra solución conocida en el estado de la técnica es la descrita en la patente US 6879221 Bl, en la que se describe un girador de polarización que proporciona una rotación ortogonal donde ambas guias de onda se dis- ponen de manera ortogonal respecto de un transformador acoplándose en éste mediante una sección más reducida. Esta solución propuesta además de no ser compacta, solamente es válida para rotaciones de giros ortogonales, y las prestaciones de adaptación conseguidas tienen un an- cho de banda muy pequeño en comparación con la presente invención .

En el articulo titulado "Polarization Rotator- Analysis and Design" (Rafal Lech, Jerzy Mazur, publicado en la 14th Conference on Microwave Techniques, COMITÉ 2008, April 2008) se describe un nuevo análisis de un polarizador compuesto de secciones de superficies selectivas en frecuencia. El análisis se conduce considerando el polarizador como una conexión en cascada de varias capas elementales que está compuestas de unas matrices periódicas lineales de hilos metálicos.

Finalmente el articulo "Compact 90° Twist formed by a Double-Corner-cut Square Waveguide Section" (Anato- üy, Kirilenko, Dimitriy Y.Kulik, and Leonid A. Rud) pu- blicado en IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, VoI 56, no JuIy 2008, muestra un girador de guías de ondas rectangulares donde la sección encargada del giro está formada por una sección cuadrada que pre- senta dos cortes en dos de sus esquinas cuadradas. Si bien se logra una cierta compacidad, solamente se logra un giro de 90°, y no se logra una adaptación mejor que la conseguida hasta el momento.

Por lo tanto, expuestas los diferentes giradores de polarización conocidos hasta el momento es objeto de la presente invención desarrollar un girador de polarización de acuerdo a las características de la reivindicación primera, que permita una mejora de adaptación de 40 dB en toda la banda útil de la guía, que presente una máxima compacidad y mínima longitud en la dirección longitudinal, con una reducida masa y volumen y muy sencilla de fabricar.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

El objeto de la invención del girador de polarización, tal y como ya ha sido expuesto es un girador que permite una adaptación mejor de 40 dB en toda la banda útil de la guía, que presenta una máxima compacidad y mínima longitud en la dirección longitudinal.

Además de los objetivos señalados, se busca que el girador sea compacto en la dirección transversal, no superando los "flanges" convencionales, que también sea fácil de mecanizar y sea robusto, que se pueda integrar fácilmente en subsistemas complejos como Ortomodos, codos mixtos E-H y estructuras de encaminamiento, que permita una fabricación barata con una muy elevada repeti- tividad, presentando poca masa y volumen, que presente una flexibilidad en la elección del número de secciones para cumplimiento de las especificaciones bien de adaptación bien de ancho de banda, donde además el grado de giro puede ser mayor o menor de 90° según se desee y donde el girador no quede exclusivamente limitado a secciones de guias de ondas rectangulares iguales a la entrada como a la salida, pudiendo ser diferentes la sección de guias de onda de la entrada y la salida.

Para lograr dichos fines se propone un girador de polarización con múltiples secciones que presenta cada sección un vaciado en forma de pajarita.

Cada vaciado en forma de pajarita realizado en cada sección presenta dos planos de simetría, uno según un eje longitudinal que discurre según la dimensión mayor de la pajarita, y otro plano de simetría transversal que discurre según un eje transversal al anterior. Cada vaciado en forma de pajarita está definido por una serie de parámetros que permiten la construcción precisa de dichos vaciados.

El girador puede estar conformado por un número variable de secciones, todas ellas con un vaciado con forma de pajarita que presentan la misma forma geométrica, es decir, presentan los mismos parámetros constructivos .

El eje longitudinal de cada uno de los vaciados en forma de pajarita de cada sección presenta un ángulo con relación al eje de las guias de onda de entrada y salida .

Asi en el caso de querer conformar un girador de 90° con dos secciones con sendos vaciados en forma de pajarita, ambos vaciados presentan las mismas características constructivas y el eje longitudinal de cada vaciado presenta un ángulo θ.con relación al eje de la guia de entrada y de la guia de salida respectivamente, ejes que lógicamente son transversales al buscar un girador de 90°.

En el caso de que fueran tres las secciones empleadas para conformar un girador de 90°, los dos vacia- dos en forma de pajarita de las secciones extremas tienen los mismos parámetros, y presentarán sus ejes longitudinales un ángulo θ.con relación al eje de las guias de onda de entrada y salida, mientras que el vaciado en forma de pajarita de la sección central, contará con sus propios parámetros constructivos y presentará un ángulo de 45° con relación a cualquiera de los ejes de las guias de onda de la entrada o salida al ser un girador de 90°.

Asi, con objeto de uniformizar los parámetros que deben tenerse en cuenta para el diseño de un girador de 90° conformado por N secciones, las igualdades constructivas y giro de los vaciados de las pajaritas serán como a continuación se describe:

El girador cuente con un número par de secciones con vaciados en forma de pajarita.

Para i = 1,2, ... , N/2 Y todos los vaciados en forma de pajarita presentan su eje longitudinal con un ángulo B ₁ con relación a uno de los ejes de las guias de onda de entrada y sa- lida.

Por lo tanto el número de parámetros necesarios para definir un girador conformado por N secciones, siendo N un número par es de 7*N/2. • el girador cuente con un número impar de secciones con vaciados en forma de pajarita

.La ₁ ^~ LS(N- _I +I)

Para i = 1,2, ..., (N-I) /2

Y todos los vaciados en forma de pajarita presentan su eje longitudinal con un ángulo B ₁ con relación a uno de los ejes de las guias de onda de entrada y sa- lida.

Ahora bien el vaciado con forma de pajarita de la sección (N+l)/2 tiene los siguientes parámetros.

Rfl (ϊ+i) /2

Rb (N+l) /2

La (N+i) /2

Lb (N+l) /2 LC (N+l) /2 E _(N+ i) / ₂ Y se encuentra girada 45° con relación a cualquiera de los ejes de las guias de entrada y salida ya que se busca un giro de 90°.

Por lo tanto el número de parámetros necesarios para definir un girador conformado por N secciones, siendo N un número impar es de 7* [ (N+l) /2] -1

Gracias a la disposición consecutiva de varias secciones con vaciados en forma de pajarita no solamente se pueden conseguir giradores de 90°, sino de cualquier tipo de ángulo D entre la entrada y la salida.

En el caso de que el girador esté conformado por dos secciones con vaciados en forma de pajarita, ambos vaciados presentan los mismos parámetros constructivos Ra, Rb, La, Lb, Lc, E y se encuentran giradas un ángulo D. con relación a los ejes de las guias de onda de la en- trada y la salida respectivamente.

En el caso de que el girador cuente con tres secciones con vaciados en forma de pajarita, los parámetros de los vaciados en forma de pajarita de las seccio- nes extremas presentan los mismos parámetros constructivos, Ra, Rb, La, Lb, Lc, E, encontrándose giradas cada una de ellas un ángulo θ.con relación a los ejes de las guias de entrada y salida respectivamente, mientras que el vaciado de la sección central presenta sus propios parámetros y se encuentra girada la mitad del giro que se busca conseguir o β/2 con relación a cualquiera de los ejes de las guias de onda de entrada y salida.

La generalización para giradores de β° conforma- dos por N secciones, dependiendo de si N es par o impar es exactamente igual que la realizada anteriormente solamente con la diferencia de que en vez de hablar de ángulos B ₁ y 45° para la sección central en caso de que N sea impar, se hablará de ángulos β _x y adicionalmente de β/2 para la sección central en caso de que N sea impar.

EXPLICACIÓN DE LAS FIGURAS

Para complementar la descripción que seguidamente se va a realizar y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de sus características, se acompaña a la presente memoria descriptiva, de un juego de planos en cuyas figuras, de forma ilustrativa y no limitativa, se representan los detalles más significativos de la invención.

Las figuras 1, 2 y 3 representan un girador de 90° conformado por una única sección, donde la figura 1 es una representación en perspectiva, mientras que la figura 2 es una vista frontal, y la figura 3 es una re- presentación de la relación del vaciado en forma de pajarita con relación las guias de ondas.

Las figuras 4 y 5 muestran una vista en perspectiva y una vista en planta con una sección que tiene un vaciado en forma de pajarita.

Las figuras 6, 7 y 8 representan un girador de 90° conformado por dos secciones, donde la figura 6 es una representación en perspectiva, mientras que la figu- ra 7 es una vista lateral, y la figura 8 es una representación de la relación del vaciado en forma de pajarita con relación las guias de ondas.

Las figuras 9 y 10 representan una vista en perspectiva de las dos secciones agrupadas y una vista en planta donde se detalla cómo queda uno de los vaciados en forma de pajarita con relación al otro.

Las figuras 11, 12 y 13 muestran un girador de 90° conformado por tres secciones que tienen sendos vaciados en forma de pajarita.

La figura 14, muestra una representación en planta de las tres secciones donde se aprecia cómo que- dan dispuestos un vaciado con relación a otro.

Las figuras 15, 16 y 17 muestran un girador de β° con dos secciones con sendos vaciados en forma de pa- j arita .

La figura 18 muestra en detalle el ángulo que presentan los ejes longitudinales de los vaciados en forma de pajarita con relación los ejes de las guias de onda de entrada y salida, en el caso de un girador de β° con dos secciones.

Las figuras 19, 20 y 21 muestran un girador de D° conformado por tres secciones que tienen sus respectivos vaciados con forma de pajarita

La figura 22, muestra el ángulo que presentan los ejes longitudinales de los vaciados con forma de pajarita con relación a los ejes de las guias de onda de entrada y salida en el caso de un girador de β° con tres secciones.

Las figuras 23 y 24 muestran una vista en perspectiva y en planta de una sección de las empleadas en el girador de polarización donde se observan una serie de perforaciones para alineamiento y fijación. Las figuras 25 y 26, muestran una vista en perspectiva y en planta de un conjunto de dos secciones agrupadas .

REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN

A la vista de las figuras se describe seguidamente un modo de realización preferente de la invención propuesta.

La invención de girador de polarización con varias secciones en forma de pajarita, como ya ha expuesto consiste en la disposición adyacente de al menos dos secciones paralelepipédicas de un determinado espesor sobre las cuales hay realizadas unos vaciados de acuerdo a unos parámetros constructivos, y presentando el eje longitudinal de cada uno de los vaciados en forma de pajarita un determinado ángulo de inclinación con relación a los ejes de las guias de onda de entrada y salida.

Asi en la figura 4 se puede observar la forma constructiva que presenta una sección (1), que como ya se ha dicho presenta una configuración paralelepipédica con un vaciado (2) en forma de pajarita.

Dicho vaciado (2) presenta dos ejes de simetria, uno con relación a un plano que pasa por un eje longitudinal (4) según la dimensión mayor de dicho vaciado, y otro plano de simetria que pasa por un eje transversal (5) al anterior. El vaciado (2) asimilado a una forma de pajarita, es una forma de aproximación y no tiene carácter limitativo, siendo simplemente una forma de identificación de la forma a la que se asemeja. Dicho vaciado (2) podria definirse en términos de dos rombos o lóbulos alineados por uno de sus vértices o extremos y dispuestos dichos vértices o extremos de manera superpuesta.

En la figura 5 se pueden observar los parámetros que sirven para la construcción de los vaciados (2), contando con los siguientes parámetros, Ra, Rb, La, Lb, Lc y el espesor E.

Los parámetros constructivos no son limitativos, pudiéndose emplear otros parámetros constructivos, lo verdaderamente relevante de la invención es la forma general aproximada en forma de pajarita que presenta el vaciado y que tiene dos ejes de simetria y que mediante ensayos ha permitido lograr un girador de adaptación me- jor de 40 dB, con una máxima compacidad y minima longitud.

Asi en las figuras 1 a 3, se ha representado un girador de 90° conformado por una única sección, habién- dose representado el contorno (3) del vaciado (2), ya que a efectos electromagnéticos lo esencialmente relevante es la forma del contorno (3) del vaciado (2) .

Si bien la forma de realización con una única sección que presente un vaciado con forma de pajarita pudiera ser una posible forma constructiva no se logra que presente una adaptación mejor de 40 dB, por lo que se hace necesario el empleo de al menos dos secciones dispuestas de manera adyacente.

Asi en las figuras 6, 7 y 8 se muestra cómo seria un girador de 90° conformado por dos secciones, habiéndose representado los contornos (3a) y (3b) de cada uno de los vaciados realizados en cada una de las sec- ciones, para una mejor visualización y compresión del efecto producido.

En la figura 9, se observa cómo se disponen las dos secciones (1) de manera adyacente por su cara mayor, presentando cada una de ellas sus respectivos vaciados (2a) y (2b) que presentan forma de mariposa.

En la figura 10 se observa cómo el eje longitudinal (4a) del vaciado (2a) presenta un ángulo D con re- lación al eje (6.1) de la guia de ondas de entrada (6), mientras que el vaciado (2b), su eje longitudinal (4b) presenta un ángulo D con relación al eje (7.1) de la guia de ondas de salida (7) .

En las figuras 11 a 13 se puede observar la construcción de un girador de 90° conformado por tres secciones, que no han sido representadas, habiéndose representado únicamente los contornos (3a) , (3b) y (3c) de cada uno de los vaciados realizados en cada una de las secciones, cada uno de dichos vaciados presentará unos parámetros constructivos y una inclinación con relación al eje de las guias de entrada y salida.

Asi, en la figura 14 se observa que el vaciado (2a) su eje longitudinal (4a) presenta un ángulo D con relación al eje (6.1) de la guia de entrada, mientras que el vaciado (2c) también su eje longitudinal (4c) presenta un ángulo θ con relación esta vez al eje (7.1) de la guia de salida, mientras que el vaciado (2b) de la sección intermedia presenta un ángulo de 45° con relación a cualquiera de los ejes de las guias de entrada y salida (6) ó (7) ya que son perpendiculares entre si.

Por lo tanto, para un girador conformado por tres secciones los parámetros constructivos que precisa- riamos serían: los correspondientes a los vaciados (2a) y (2c) de las secciones extremas que serian los mismos parámetros, esto es:

E ₁ = E ₃

Donde ambos vaciados (2a) y (2c) se encuentran girados un ángulo θ con relación al eje respectivo de la guia de ondas a la que están adheridos. y los parámetros correspondientes al vaciado (2b) de la sección intermedia, es decir: Ra ₂ ,Rb ₂ ,La ₂ , Lb ₂ ,Lc ₂ ,E ₂ formando un ángulo de 45° con relación a cual- quiera de los ejes de las guias de onda de entrada y salida.

En el caso de que se quiera generalizar cómo seria constructivamente un girador de 90° con un número N de secciones, analizando cómo serian entre si las características constructivas de los vaciados en forma de pajarita de las secciones, y el número total de parámetros necesarios para su diseños, distinguiríamos entre si el número de secciones es par o impar: • girador de 90° con un número N par de secciones con vaciados en forma de pajarita . La ₁ ⁼ La(N-iti)

Para i = 1,2, ..., N/2

Y todos los vaciados en forma de pajarita presentan su eje longitudinal con un ángulo B ₁ con relación a uno de los ejes de las guias de onda de entrada y salida.

Por lo tanto el número de parámetros necesarios para definir un girador conformado por N secciones, siendo N un número par es de 7*N/2.

Girador de 90° que cuenta con un número N impar de secciones con vaciados en forma de pajarita

Ra ₁ = Rd( _B - _I+! )

Para i = 1,2, ..., (N-I) /2

Y todos los vaciados en forma de pajarita presentan su eje longitudinal con un ángulo B ₁ con relación a uno de los ejes de las guias de onda de entrada y salida.

Ahora bien el vaciado con forma de pajarita de la sección (N+l)/2 tiene los siguientes parámetros.

Lb (NtI) /2 LC (N+l) /2 E (N+l) /2

Y se encuentra girada 45° con relación a cualquiera de los ejes de las guias de entrada y salida ya que se busca un giro de 90°.

Por lo tanto el número de parámetros necesarios para definir un girador conformado por N secciones, siendo N un número impar es de 7* [ (N+l) /2 ] -1

En las figuras 15, 16 y 17 se observa un girador de β° conformado por dos secciones interpuestas entre la guia de entrada (6) y de salida (7), es decir, los ejes (6.1) y (7.1) de las guias de ondas de entrada (6) y de salida (7) presentan un ángulo entre si de β° . En las tres figuras se han representado los contornos (3a) y (3b) de los vaciados correspondientes de las secciones.

En la figura 18, se observa cómo quedarían dispuestos los contornos (3a) , y (3b) con relación a las guias de onda de entrada (6) y (7) respectivamente. Asi podemos observar que un primer contorno (3a) cuyo eje longitudinal (4a) presenta un ángulo θ con relación al eje (6.1) de la guia (6), mientras que el contorno (3b) su eje longitudinal (4b) presenta un ángulo θ con relación al eje (7.1) de la guia de ondas (7), presentando entre ambos ejes (6.1) y (7.1) un ángulo de β° . Los parámetros constructivos de los vaciados son los mismos, es decir solamente habria que definir, Ra, Rb, La, Lb, Lc y E, y el ángulo θ.

En las figuras 19, 20 y 21 se observa la forma constructiva de un girador de β° conformado por tres secciones que presentan unos vaciados con forma de paja- rita, habiéndose representado únicamente los contornos (3a) , (3b) y (3c) de los vaciados correspondientes, observándose la disposición que adoptan con relación a las guias de onda de entrada y salida.

En la figura 22, se observan cómo quedarían dispuestos dichos contornos. Asi encontramos que el contorno (3a), su eje longitudinal (4a) presenta un ángulo D con relación al eje (6.1) de la guia de entrada (6), mientras que el contorno (3c) correspondiente a la otra sección extrema pegada a la guia de ondas (7) presenta también su eje longitudinal (4c) un ángulo D con relación al eje (7.1) de la guia de salida (7), finalmente el contorno (3b) del vaciado de la sección intermedia presenta un ángulo D/2 con relación a cualquiera de los dos ejes (6.1), (7.1) de las guias de onda de entrada y salida .

Asi, en el caso de un girador de β° conformado por tres secciones los parámetros necesarios para definirlo son : Rb ₁ = Rb ₃ La _x = La ₃ Lb ₁ = Lb ₃ E ₁ = E ₃

Donde ambos vaciados se encuentran girados un ángulo θ con relación al eje respectivo de la guia de ondas a la que está adheridos. y los parámetros correspondientes al vaciado (2b) de la sección intermedia, es decir: Ra ₂ , Rb ₂ , La ₂ , Lb ₂ , Lc ₂ , E ₂ formando un ángulo de β/2 con relación a cual- quiera de los ejes de las guías de onda de entrada y salida.

La generalización para giradores de D° conformados por N secciones, dependiendo de si N es par o impar es exactamente igual que la realizada anteriormente solamente con la diferencia de que en vez de hablar de ángulos B ₁ y 45° para la sección central en caso de que N sea impar, se hablará de ángulos B ₁ y adicionalmente de β/2 para la sección central en caso de que N sea impar.

En las figuras 23 a 26 se muestran que las secciones (1), además de los vaciados (2) en forma de pajarita cuentan con una serie de perforaciones, donde las cua- tro perforaciones oblongas (8) de los vértices son para el paso de tornilleria de fijación, mientras que las perforaciones (9) son para facilitar la alineación de las secciones.

No altera la esencialidad de esta invención variaciones en materiales, forma, tamaño y disposición de los elementos componentes, descritos de manera no limitativa, bastando ésta para su reproducción por un experto.