Campo de la invención

La presente invención se refiere de manera general al campo de las antenas, y en concreto se refiere a una antena que funciona a doble frecuencia para transmisión y recepción.

Antecedentes de la invención

En los últimos años, se está extendiendo el uso de la tecnología de guiaondas de hueco de cresta (RGW, "Ridge Gap Waveguide") y guiaondas de hueco de surco (GGW, "Groove Gap Waveguide") . Aunque este tipo de tecnología reciente presenta una serie de ventajas con respecto a técnicas anteriores, sigue presentando inconvenientes que sería deseable superar.

Por ejemplo, el uso de una red de distribución con guiaondas de cresta (RGW) no resulta suficientemente compacta ya que requiere varias filas de pines alrededor para aislar una rama de la red de otra contigua, lo cual conlleva redes cuyas cavidades están muy separadas. Esta separación entre cavidades (mayor que λ ₀ ) introduce lóbulos de difracción en el diagrama de radiación de la antena. Peiye Liu et al. "Design of a double layer cavity backed slot array antenna in gap waveguide technology", en International symposium on antennas and propagation (ISAP), octubre de 2016, proponen una solución a este problema repartiendo la red de distribución en varias capas, con una primera red de distribución más sencilla y una red de acoplo intermedia. Sin embargo, la gran desventaja de esta solución es la necesidad de usar varias capas, lo que aumenta la complejidad, el grosor e introduce problemas de sellado eléctrico.

Por otro lado, una red de distribución con guiaondas de surco tampoco es posible. Estas redes de distribución introducen un desfase de 180° en cada divisor, por lo que la simetría no es posible. Una vez más, este problema puede solucionarse añadiendo un brazo extra para corregir este desfase. Sin embargo, dado que no se trata de una red simétrica, puede haber problemas a la hora de alimentar en paralelo y de manera uniforme todas las cavidades.

Sería por tanto deseable disponer de una antena más compacta, que presente en una única capa la red de distribución y las cavidades radiantes, siendo por tanto más ligera y preferiblemente más económica que las conocidas en el estado de la técnica.

Sumario de la invención

Para solucionar los problemas de la técnica anterior, la presente invención da a conocer una antena de frecuencia dual para transmisión (Tx) y recepción (Rx) , que comprende:

- una red de distribución de señal constituida por una cama de pines que permite la distribución de señales a través de la misma a dos bandas de frecuencia;

- una pluralidad de cavidades coaxiales hasta las que llega dicha red de distribución de señal, en la que una parte de dicha pluralidad de cavidades coaxiales son cavidades de banda de frecuencia baja (cavidades Rx) y otra parte de dicha pluralidad de cavidades coaxiales son cavidades de banda de frecuencia alta (cavidades Tx) ; y

- una capa radiante dispuesta encima de la red de distribución, presentando la capa una pluralidad de aperturas radiantes, estando cada apertura radiante situada encima de una cavidad correspondiente para la transmisión o recepción de una señal a la banda de frecuencia correspondiente a la cavidad dada. En las reivindicaciones dependientes y en la siguiente descripción se presentan características preferidas adicionales que pueden comprender una o varias realizaciones especificas de la presente invención.

Breve descripción de las figuras

La presente invención se entenderá mejor con referencia a los siguientes dibujos que ilustran una realización preferida de la invención, proporcionados a modo de ejemplo, y que no deben interpretarse como limitativos de la invención de ninguna manera:

La figura 1 muestra una vista esquemática desde arriba de la red de distribución de señal según la realización preferida de la presente invención.

La figura 2 es una vista en perspectiva de una celda unidad que muestra las cavidades Rx y Tx de la antena según la realización preferida de la presente invención.

Las figuras 3A y 3B son vistas en perspectiva que muestran las dimensiones más relevantes de las cavidades Rx y Tx, respectivamente.

La figura 4 es una vista desde arriba de la antena según una realización preferida de la presente invención.

La figura 5 es una vista desde arriba de la antena según otra realización preferida de la presente invención.

La figura 6 es una vista en sección transversal de la antena mostrada en la figura 5.

Descripción detallada de las realizaciones preferidas

Tal como se mencionó anteriormente, la antena según la presente invención comprende una red de distribución de señal, una pluralidad de cavidades coaxiales compuesta por cavidades de banda de frecuencia baja (10) (también denominadas a lo largo del presente documento cavidades Rx) y cavidades de banda de frecuencia alta (12) (también denominadas a lo largo del presente documento cavidades Tx) , y una capa radiante (14) dispuesta encima de la red de distribución .

Según la realización preferida de la presente invención, la pluralidad de cavidades coaxiales está compuesta por una primera mitad de cavidades de banda de frecuencia baja (10) (cavidades Rx) y por una segunda mitad de cavidades de banda de frecuencia alta (12) (cavidades Tx) .

El entendido en la materia entenderá que pueden existir otros tipos de distribuciones en los que haya más cavidades Rx que cavidades Tx o viceversa, en función de las necesidades .

En la figura 1 puede apreciarse una red de distribución de señal según la realización preferida de la presente invención. La red de distribución de señal está constituida por una cama de pines (16) y permite la distribución de señales a través de la misma a dos bandas de frecuencia. En la realización mostrada en la figura 1, la red de distribución de señal está compuesta por una combinación de guiaondas de cresta (18) (RGW, mostradas en negro) y guiaondas de surco (20) (GGW, mostradas en gris) .

La red de distribución es un elemento clave en la antena según la realización preferida. En este caso, se desea disponer de una antena que funcione a una banda de frecuencia de recepción (Rx) de 19,7 GHz a 21,2 GHz y a una banda de frecuencia de transmisión (Tx) de 29,5 GHz a 31 GHz, por lo que la separación entre las dos bandas es de más del 40%. En la actualidad resulta imposible disponer de una red adaptada a todo ese ancho de banda. Sin embargo, no es necesario adaptar la red para funcionar a todo el ancho de banda (de 19,7 GHz a 31 GHz) . Lo que propone la invención es una red de distribución adaptada para funcionar a las dos bandas de frecuencia seleccionadas.

Para ello, se diseña una cama de pines (16) con una banda prohibida de desde 18 GHz hasta 40 GHz. Es decir, en ausencia de surcos o crestas la cama de pines impide cualquier propagación dentro de dicho intervalo de frecuencias .

Después de eso se diseñan transiciones entre guiaondas de cresta (18) y guiaondas de surco (20) obteniendo una red de distribución de señal tal como la mostrada en la figura 1. De este modo se obtiene una red de distribución bi-banda que puede funcionar a las dos bandas de frecuencia seleccionadas mencionadas anteriormente.

A continuación se introducen las cavidades coaxiales en la red de distribución de señal mencionada anteriormente. Tal como ya se mencionó, la pluralidad de cavidades coaxiales está compuesta por cavidades Rx y cavidades Tx . Ambos tipos de cavidades se producen reduciendo la altura de uno de los pines de la cama de pines (16), de modo que se confina el campo magnético alrededor del mismo. La diferencia entre ambos tipos de cavidades son sus dimensiones, ya que estas dependen de la frecuencia de trabajo.

En la figura 2 se muestra una celda unidad en la que se aprecian dos cavidades Rx (arriba izquierda y abajo derecha) y dos cavidades Tx (arriba derecha y abajo izquierda) . Como puede apreciarse en la figura 2, las cavidades Rx son más profundas, ya que presentan un rebaje con respecto a la base de la cama de pines (16) . Por su parte, las cavidades Tx son menos profundas ya que presentan un resalte con respecto a la base de la cama de pines (16) .

Además, según la realización preferida mostrada en la figura 2, las cavidades de banda de frecuencia Rx y las cavidades de banda de frecuencia Tx están dispuestas de manera alternante entre si (véanse también las figuras 4 y 5) .

El entendido en la materia entenderá que pueden existir otros tipos de distribuciones en los que las cavidades de banda de frecuencia Rx y las cavidades de banda de frecuencia Tx no estén dispuestas de manera alternante entre si.

En las siguientes tablas 1 y 2 se presentan las dimensiones principales de las cavidades Rx y Tx según la realización preferida de la presente invención, que también pueden apreciarse en las figuras 3A y 3B, respectivamente. El entendido en la materia entenderá que estas dimensiones permiten que la antena funcione a unas bandas de frecuencia determinadas (banda de frecuencia de recepción (Rx) de 19,7 GHz a 21,2 GHz y a una banda de frecuencia de transmisión (Tx) de 29,5 GHz a 31 GHz), y que la configuración de las cavidades y sus dimensiones son escalables en el caso de necesitar que la antena funcione a otras frecuencias.

Tabla 1: Dimensiones de las cavidades Rx

Elemento Valor

Lado de pin 1 mm

Longitud de cavidad 5 mm

Anchura de cavidad 3 mm

Altura de base de cavidad a capa 3,88 mm radiante

Altura de pin central 2,18 mm

Tabla 2: Dimensiones de las cavidades Tx

Elemento Valor

Lado de pin 1 mm

Longitud de cavidad 5 mm

Anchura de cavidad 3 mm

Altura de base de cavidad a capa 2,45 mm radiante

Altura de pin central 1,15 mm Como puede observarse, las dimensiones en la que están enmarcadas ambas cavidades son idénticas ya que comparten una misma cama de pines (16) (mismo periodo de pin a pin, mismo lado del pin y misma altura de pin) . La única diferencia es la altura de esa cavidad con respecto a la capa radiante (14) . Por la propia definición de las guiaondas de hueco, se conoce que la cavidad resuena si la altura entre la base de dicha cavidad y la capa radiante (14) es de λ/4. Dicha λ es diferente dependiendo de la frecuencia, por lo que la única diferencia entre ambas cavidades es su altura. En el caso de la cavidad Rx, la altura es de 3,88 mm (λ ~ 20 GHz) y en el caso de la TX 2,45 mm (λ - 30 GHz) .

Por último, la antena según la presente invención comprende una capa radiante (14) dispuesta encima de la red de distribución. La capa radiante presenta una pluralidad de aperturas radiantes (22, 24), estando cada apertura radiante situada encima de una cavidad (10, 12) correspondiente para la transmisión o recepción de una señal a la banda de frecuencia correspondiente a la cavidad dada.

En la figura 4 puede verse una capa radiante (14) según la realización preferida de la presente invención. En este caso, la capa radiante presenta aperturas radiantes de mayor tamaño (22) dispuestas sobre las cavidades de banda de frecuencia Rx y aperturas radiantes de menor tamaño (24) dispuestas sobre las cavidades de banda de frecuencia Tx .

Tal como puede apreciarse en esta figura, las cavidades Rx y las cavidades Tx se encuentran dispuestas de manera alternante entre si. Gracias a esta disposición, la distancia entre el centro de una apertura radiante (22, 24) hasta el centro de la siguiente apertura (22, 24) de igual tamaño es de 24 mm en la dirección longitudinal y de 12 mm en la dirección transversal.

Por otro lado se tiene:

- λο a la frecuencia Rx (20, 45 GHz) = 14,7 rom

- λο a la frecuencia Tx (30 GHz) = 10 rom.

Por tanto, las aperturas radiantes de mayor tamaño (22)

(aperturas radiantes Rx) están situadas a una distancia de 0,816·λο en el eje Y, y de 1,63·λο en el eje X. Esto es no resulta critico ya que el propio diagrama de radiación de la apertura, al tener un nulo en esa dirección, suprime lo suficiente los lóbulos de difracción que aparecerían en ese corte .

Sin embargo, en el caso de las aperturas radiantes de menor tamaño (24) (aperturas radiantes Tx) puede surgir un problema. En este caso, la distancia entre aperturas radiantes Tx es de 1,2 · λο en el eje Y, y de 2 , 4 · λο en el eje X. Tal como puede apreciarse, si no se introduce ninguna variación en este diseño los lóbulos de difracción en el eje X serán muy notables.

En la figura 5 se muestra una solución a este problema. En primer lugar se disponen las aperturas radiantes (22, 24) en forma de bocinas. De este modo se obtiene una mayor directividad de cada apertura radiante y por tanto se reducen los mencionados lóbulos. En segundo lugar, se dispone sobre cada apertura radiante de menor tamaño (24) (aperturas radiantes Tx) una capa de metal (26) (por ejemplo, de cobre) que presenta a su vez ranuras (28), preferiblemente cuatro ranuras (28) . De este modo se reducen los lóbulos de difracción que aparecerían en los cortes diagonales (Θ = ±63°) .

En la figura 6 se muestra una sección transversal de la antena de la figura 5. En esta figura puede apreciarse mejor la diferencia de altura entre las cavidades de recepción (Rx) y de transmisión (Tx) . También se aprecia la forma de bocinas de las distintas aperturas radiantes (22, 24) asi como la capa de metal (26) dispuesta sobre las aperturas Tx .

A parte de la solución mostrada en las figuras 5 y 6, también pueden aplicarse otras soluciones para disminuir los lóbulos de difracción en el eje X, como por ejemplo mediante el uso de superestratos , lentes planas encima de las aperturas radiantes.

Por tanto, la presente invención da a conocer una antena que no solo puede recibir y transmitir la señal simultáneamente, sino que además lo hace utilizando guiaondas de hueco (GW, Gap Waveguide) , lo cual supone una gran solución por su versatilidad para el ensamblado y sus grandes posibilidades a partir de la banda de milimétricas. Además, esta tecnología presenta una serie de ventajas intrínsecas, tales como fácil ensamblado, bajas pérdidas, etc.

Así, algunas de las ventajas que puede suponer la presente antena con respecto a la técnica anterior son la reducción de costes de fabricación y la obtención de una antena de bajo perfil, ligera y más compacta.

Aunque se ha descrito la presente invención con referencia a algunas realizaciones preferidas de la misma, el experto en la técnica apreciará que pueden implementarse variaciones y modificaciones a dichas realizaciones sin por ello apartarse del alcance de protección definido por las siguientes reivindicaciones.