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

220 Pages·2015·6.08 MB·Spanish

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE MADRID

ESCUELA POLITÉCNICA SUPERIOR

PROYECTO FIN DE CARRERA

DISEÑO DE ANTENAS EN GUÍA DE ONDA CON
CONTROL DE ALIMENTACIÓN MEDIANTE TORNILLOS
DE SINTONÍA

Javier Hernández Ortega

Mayo 2015

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

AUTOR: Javier Hernández Ortega
TUTOR: Pablo Sánchez Olivares
PONENTE: José Luis Masa Campos

Grupo de Radiofrecuencia, Circuitos, Antenas y Sistemas
Dpto. de Tecnología Electrónica y de las Comunicaciones
Escuela Politécnica Superior
Universidad Autónoma de Madrid
Mayo de 2015

Resumen

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.

Palabras Clave

Guía de onda, antena, ranura, acoplo, parámetros S, adaptación, diagrama de
radiación, sintonía, tornillo, array lineal, red de alimentación, error de fabricación, sustrato,
reflexión.

Abstract

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.
Key Words

Waveguide, antenna slot, coupling, S parameters, adaptation, radiation pattern,
tuning, screw, linear array, feeding network, manufacturing error, substrate, reflection.

Agradecimientos

En primer lugar me gustaría decir que he tenido mucha suerte de poder contar con
un tutor como Pablo Sánchez Olivares ya que es una persona de una edad muy cercana a la
mía, con grandísimos conocimientos y que hace poco tiempo que ha pasado por este
mismo proceso. Su guía en este proyecto ha sido perfecta y durante los momentos de duda
siempre ha sabido como orientarme y animarme. Muchísimas gracias por todo.

También quiero agradecerle a toda la gente que ha acompañado mi paso por
RFCAS el hecho de que hayan creado siempre un ambiente muy animado, ayudando a
sobrellevar horas y horas de simulaciones y medidas. Mucha suerte a todos.

En especial quiero mencionar el hecho de que José Luis Masa se esforzara por
hacerme ver lo interesante que puede llegar a ser un proyecto de estas características. Sin
él, probablemente no habría realizado el PFC en RFCAS y me hubiera perdido muchas
experiencias que ahora me parecen esenciales en mi vida.

No quiero olvidarme de darles las gracias a todos y cada uno de los compañeros de
clase, en especial a Rubén J., con los que he sufrido y disfrutado mucho durante estos años.

Fuera de la universidad también he tenido muchos apoyos, como mis amigos, que
siempre han estado disponibles para pasar el rato y aclarar un poco las ideas. Sin los
momentos pasados con ellos hubiera sido mucho más difícil llegar hasta aquí.

Mi familia ha sido una pieza vital en esta época de mi vida. Sé que ellos han puesto
mucho esfuerzo para que yo pudiera dedicarme a estudiar sin pensar en nada más. Espero
que estéis muy orgullosos de lo que hemos conseguido.

El último lugar de estos agradecimientos está reservado a la persona más
importante de mi vida durante todo este tiempo y con la que actualmente comparto mi día a
día. Si hay alguien más feliz que yo por haber conseguido llegar hasta este momento
seguro que es ella. Gracias Alba, te quiero.