Diseño de red de alimentación con taper de amplitud y topología corporativa para antena en guía de onda

El presente documento trata sobre el diseño y simulación de una red de alimentación corporativa para ser utilizada en una agrupación de 8x8 elementos radiantes operativa en banda Ku de frecuencias, además, la red de alimentación tendrá un reparto de potencia desigual para lograr taper de amplitud donde los elementos centrales reciben más potencia que los elementos externos con vistas a reducir el nivel de lóbulos secundarios en el diagrama de radiación de la antena completa. La red de alimentación planteada podría tener aplicación en sistemas de comunicación 5G, donde las frecuencias de operación demandan el uso de tecnología de guía de onda y las características del sistema requieren exigentes diagramas de radiación. El diseño de dicha red de alimentación ha sido realizado de forma incremental, realizando primeramente las uniones más sencillas hasta conseguir el diseño de la red completa. Inicialmente se han calculado los repartos de potencia en la red de alimentación y de todas las uniones intermedias. Con los repartos de potencia una vez calculados se comenzó el diseño de las uniones T, las cuales son divisores de potencia con dos puertos de salida. A partir de los diseños realizados para las uniones T, se diseñaron las uniones H, divisores de potencia con cuatro puertos de salida, en las cuales se estudió que la distancia entre elementos radiantes que efectuaba un compromiso entre el diagrama de radiación y las especificaciones de diseño era de 1.7𝜆0. Además, en todas las uniones se hace necesario añadir discontinuidades para lograr los repartos de potencia deseados, lo cual tiene varios efectos, entre ellos, un desajuste de fases entre las salidas de la unión y desadaptaciones debido a la proximidad de dichas discontinuidades. Sin embargo, estas discontinuidades y la proximidad entre ellas se hace necesaria puesto que una separación exagerada entre las salidas implicaría un diagrama de radiación degenerado. Con ello, se diseñaron las uniones 2H, y el bloque I (un cuarto del total de la red de alimentación) del mismo modo que se diseñaron los demás tipos de uniones, es decir, optimizando las dimensiones y la separación entre las discontinuidades. Además, se diseñó una transición de entrada, la cual es la encarga de convertir las dimensiones de guía de onda utilizadas en la red a las dimensiones de guía de onda estándar. Tras finalizar todos estos diseños se simuló la red de alimentación completa con dos tipos de uniones a la entrada de la misma y ambos resultados obtenidos han sido satisfactorios ya que se han conseguido los repartos de potencia esperados en cada puerto además del ancho de banda en adaptación
This document is about the process of design and simulation of a corporate power network to be used in a grouping of radiant elements 8x8 operative in Ku band of frequencies, in addition, the power grid will have an uneven power distribution to achieve amplitude taper where the central elements receive more power than the external elements in order to reduce the level of secondary lobes in the radiation diagram of the complete antenna. The raised power network could have application in 5G communication systems, where operating frequencies demand the use of waveguide technology and the characteristics of the system require demanding radiation diagrams. The design of this feed network has been made incrementally, performing the simplest joints first to get the complete network design. Power distributions were initially calculated in the feed network and all intermediate junction. With the power distributions once calculated, the design of the T-joints was started, which are power dividers with two output ports. From the designs realized for the T-joints, the H-junctions, power dividers with four output ports were designed, in which it was studied that the distance between radiant elements that made a compromise between the radiation diagram and the specifications of design was 1.7𝜆0. In fact, at all junctions it is necessary to add the discontinuities to achieve the desired power distributions, which has several effects, including a phase mismatch between the junction outputs and mismatches due to the proximity of said discontinuities. However, these discontinuities and proximity between them become necessary since an exaggerated separation between the outputs would imply a degenerate radiation pattern. In this way, the 2H, and the I-block (one quarter of the total feed network) were designed in the same way as the other types of joints were designed, that is, optimizing the dimensions and spacing between the discontinuities. In addition, an input transition was designed, which is responsible for converting the waveguide dimensions used in the network to the standard waveguide dimensions. After completing all of these designs, the complete power grid was simulated with two types of junctions at the entrance of the same, and both results have been satisfactory since the expected power distributions have been achieved in each port besides the adaptive bandwidth.