Diseño de redes de alimentación corporativas de bajas pérdidas en tecnologías Groove Gap Waveguide y Ridge Gap Waveguide para agrupaciones de antenas de doble banda orientadas a aplicaciones SatCom

Abstract

Este Trabajo de Fin de Máster se centra en el estudio y diseño de redes de distribución corporativas basadas en las tecnologías Groove Gap Waveguide y Ridge Gap Waveguide, para agrupaciones de antenas de doble banda (18-20 GHz y 28-30 GHz) orientadas a comunicaciones por satélite.
La constante evolución de los sistemas de comunicaciones por satélite durante los últimos años, unida a la creciente demanda de una mayor capacidad (throughput), hace necesario explotar bandas de frecuencia cada vez más altas (Ku, Ka). Las guías de onda convencionales o líneas impresas no son adecuadas cuando se requiere trabajar en frecuencias muy altas, ya que en el caso de las líneas impresas las pérdidas son altas y en las guías de onda es difícil conseguir un buen contacto eléctrico entre las diferentes piezas. Asegurar un buen contacto eléctrico requiere de equipos de muy alta precisión, lo que encarece sustancialmente el coste, y en caso de no conseguirse un contacto eléctrico perfecto, se produce una fuente de pérdidas en la guía con efectos muy notables.
La tecnología Gap Waveguide se presenta como una alternativa a las guías de onda rectangulares clásicas, ya que no se requiere de contacto eléctrico entre metales, que son la principal fuente de pérdidas y comportamientos indeseados en las bandas de trabajo que se plantean en este proyecto. Entre los diferentes tipos de tecnología Gap Waveguide, la tecnología Groove Gap Waveguide es la que presenta menores pérdidas y ofrece un comportamiento muy similar al de una guía rectangular convencional. Por su parte, la tecnología Ridge Gap Waveguide permite obtener un mayor ancho de banda monomodo y es una opción para alimentar los elementos radiantes de la antena.
En primer lugar, se ha diseñado una red de distribución por banda, en su versión en guía convencional en plano E, de una entrada y ocho salidas. Se han optimizado cada uno de los niveles de división, sin establecer restricciones en cuanto a separación entre puertas de salida, y posteriormente se han trasladado y optimizado los diseños a su versión en gap waveguide siguiendo el mismo procedimiento. Con el fin de conformar una estructura lo más compacta posible, se han combinado la tecnología Groove Gap Waveguide (GGW) en plano E y la tecnología Ridge Gap Waveguide (RGW), obteniendo unas prestaciones muy similares a su versión en guía convencional.
Seguidamente, se han compactado las redes lo máximo posible con el fin de comprobar cómo afecta la generación de modos de orden superior a la estructura, verificando que las prestaciones de la red no se degradan. Por último, se ha hecho un estudio de tolerancias y se han diseñado varios prototipos que puedan ser fabricados mediante mecanizado CNC o impresión 3D / DMLS, con el fin de poder comprobar qué técnica se adecúa más a este tipo de aplicaciones.