ES2964938T3 - Antena de onda de fuga en tecnología AFSIW - Google Patents

Abstract

Antena de onda con fugas de estructura AFSIW que comprende una capa de sustrato superior (51) y una capa de sustrato inferior (31) intercalando una capa intermedia (32) que comprende una abertura longitudinal (323) de longitud L que define una onda guía y cuyo ancho W1 está delimitado por Dos paredes laterales conductoras. Las caras internas de las paredes laterales conductoras están revestidas con una capa de material dieléctrico de espesor w(z). La capa superior (51) tiene una ranura radiante longitudinal (52) de ancho Wf (z) orientada hacia la abertura longitudinal (323) de la capa intermedia. El espesor w(z) del recubrimiento dieléctrico varía a lo largo del eje longitudinal z según una ley dada, definida para obtener variaciones a lo largo del eje z de la amplitud Alfa(z) y la fase Beta(z) de la onda de fuga. de la guía. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Antena de onda de fuga en tecnología AFSIW

Campo de la invención

La invención se refiere al campo general de las antenas de microondas utilizadas en radares y telecomunicaciones. Se refiere más concretamente al campo de las antenas de red o antenas de ondas de fuga.

Antecedentes de la invención - estado de la técnica

Las antenas de ondas de fuga (en inglés, leaky wave antena) en tecnología de guía de ondas metálica están ampliamente descritas en la literatura. La figura 1 muestra una breve ilustración del principio de realización de dicha antena 10 mediante guías de ondas ranuradas 11.

Sin embargo, estas antenas son difíciles y caras de fabricar debido a los problemas de ensamblaje y precisión de realización.

Para reducir los costes de fabricación y obtener antenas con ondas de fuga integradas, también es conocido el uso de la tecnología de guía de ondas integrada en el sustrato (en inglés, SIW, por Substrate Integrated Waveguide). La figura 2 muestra una ilustración de la estructura de una antena de este tipo.

Las antenas de ranuras radiantes producidas utilizando esta tecnología tienen la ventaja sobre otras tecnologías de ser compactas, ligeras y fáciles de fabricar. Pueden montarse ventajosamente en equipos para los que los requisitos de peso y espacio son primordiales.

Sin embargo, las antenas de ranuras fabricadas con esta tecnología tienen la conocida desventaja de presentar elevadas pérdidas dieléctricas. En consecuencia, para compensar estas pérdidas, las funciones de amplificación asociadas a la antena tienen que ser sobredimensionadas, lo que se traduce en un aumento del peso global del sistema asociado a la antena, de modo que la ganancia en peso conseguida utilizando una antena plana se ve reducida por el aumento de peso causado por la necesidad de implementar medios para compensar las pérdidas dieléctricas. Además, el sobredimensionamiento de las funciones de amplificación provoca un aumento del consumo de energía del sistema.

En consecuencia, existe actualmente la necesidad de encontrar una solución para producir antenas planas de ondas de fuga con pérdidas dieléctricas mejoradas (es decir, reducidas) en comparación con las antenas de tecnología plana existentes, particularmente en la tecnología SIW.

Recientemente ha surgido la tecnología de guía de ondas integrada en sustrato hueco (en inglés, AFSIW, por Air-Filled Substrate Integrated Waveguide). Permite fabricar líneas de transmisión guiadas (es decir, guías de ondas) con mejores prestaciones que las líneas de transmisión integradas en un sustrato de tipo SIW. En este caso, podemos hablar de guías de ondas AFSIW. El documento del estado de la técnica VAN DEN BRANDE QUINTEN ET AL: " Coupled Half-Mode Cavity-Backed Slot Antenna for IR-UWB in Air-Filled SIW Technology",2018 IEEE APS, 8 de julio de 2018 divulga una antena formada en AFSIW que comprende ranuras.

Presentación de la invención

Un objetivo de la invención es proporcionar una solución al problema de encontrar una solución que permita el diseño y la fabricación de antenas de sustrato capaces de conciliar el rendimiento operativo en términos de diagrama de radiación y limitación de pérdidas dieléctricas.

Con este fin, el objeto de la invención es una antena de onda de fuga producida utilizando la tecnología de guía de ondas integrada en sustrato hueco (en inglés, AFSIW, por Air-Filled Substrate Integrated Waveguide) que comprende tres capas de sustrato dieléctrico, dos capas de sustrato, una capa superior y una capa inferior, intercalando una capa intermedia que a su vez tiene una abertura longitudinal de longitudLque define una guía de ondas cuyas paredes superior e inferior están formadas por los planos conductores que recubren las capas superior e inferior y cuya anchuraWiestá delimitada por dos paredes laterales conductoras.

Según la invención, las caras interiores de las paredes laterales conductoras están revestidas con una capa de material dieléctrico de espesorw(z).La capa superior de la estructura tiene una abertura que forma una ranura radiante longitudinal de anchuraWf(z) situada frente a la abertura longitudinal realizada en la capa intermedia.

El espesorw (z) del revestimiento de material dieléctrico dispuesto en la cara interior de cada una de las paredes laterales varía a lo largo del eje longitudinal z según una ley dada, definida para obtener variaciones a lo largo del eje z de la amplitud Alpha(z) y de la fase Beta(z) de la onda de fuga de la guía, permitiendo producir una antena que tiene el diagrama de radiación deseado.

Según diversas disposiciones, la antena según la invención puede tener varias de las siguientes características técnicas complementarias, cada una de las cuales puede considerarse por separado o en combinación.

Según una característica particular, la ley de variación w(z) del espesor del sustrato dieléctrico que bordea la cara interior de cada una de las paredes laterales de la cavidad de la guía AFSIW es una ley lineal.

Según otra característica, los espesores de sustrato dieléctrico que bordean la cara interior de cada una de las paredes laterales de la cavidad guía AFSIW siguen la misma ley de variaciónw(z).

Según otra característica, el espesor del sustrato dieléctrico que bordea la cara interior de una de las paredes laterales de la cavidad de la guía AFSIW sigue una ley de variación linealw(z) , manteniéndose constante o incluso nulo el espesor del sustrato dieléctrico que bordea la cara interior de la otra pared lateral de la guía AFSIW.

Según otra característica, el eje medio de la ranura radiante dista del eje medio de la cavidad guía una distancia dadadque es cero o distinta de cero.

Según otra característica, la distanciad(z) que separa el eje medio de la ranura radiante del eje medio de la cavidad guía varía según una leyd(z) a lo largo del eje longitudinalzde la antena.

La distancia que separa el eje medio de la ranura radiante del eje medio de la cavidad guía se toma a lo largo de un eje perpendicular al eje z y perpendicular a un eje de apilamiento de las tres capas de sustrato dieléctrico.

Según otra característica, la ranura radiante es una ranura rectangular de anchura constanteWf.

Según otra característica, la ranura radiante es una ranura cuya anchura Wf(z) varía a lo largo del eje longitudinal z de la guía.

Según otra característica, la anchura totalWide la guía a lo largo del eje longitudinal z de la antena está definida como una función Wi(z).

Según otra característica, la abertura longitudinal de la capa intermedia que forma la cavidad de la guía de ondas está delimitada por los planos conductores que recubren las capas inferior y superior y por dos paredes conductoras formadas cada una por una fila de Vías en contacto eléctrico con dichos planos conductores y que forman las paredes laterales conductoras de dicha guía de ondas, cada una de dichas filas de Vías está dispuesta de manera que forma una de las paredes laterales de la guía, estando la cara interior de la pared así formada revestida con una capa de material dieléctrico de espesor w(z).

Según otra característica, la abertura longitudinal de la capa intermedia que forma la cavidad de la guía de ondas está delimitada por los planos conductores que recubren las capas inferior y superior y por dos paredes conductoras que forman las paredes laterales de dicha guía de ondas; una de las dos paredes consiste en una fila de Vías en contacto eléctrico con dichos planos conductores, estando dispuesta dicha fila de Vías de modo que la cara interior de la pared así formada está revestida con una capa de material dieléctrico de espesor w(z).

El dispositivo según la invención, que utiliza la tecnología emergente de guía de ondas AFSIW, permite ventajosamente producir antenas de onda de fuga con dimensiones, peso y coste mejorados en comparación con las antenas existentes, en particular las antenas de guía de ondas ranuradas tradicionales, utilizando técnicas de fabricación simples y robustas, manteniendo al mismo tiempo un buen rendimiento.

Descripción de las figuras

Las características y ventajas de la invención se apreciarán mejor a partir de la siguiente descripción, que se basa en las figuras adjuntas que ilustran la invención:

La figura 1, ya comentada, representa esquemáticamente la estructura de antenas en red con guías de ranuras según el estado de la técnica;

La figura 2, ya comentada, representa esquemáticamente una estructura plana conocida del tipo SIW;

La figura 3A muestra una vista lateral esquemática de la estructura estándar de tres capas de una guía de ondas realizada en tecnología AFSIW (es decir, Air-Filled Substrate Integrated Waveguide, según la terminología anglosajona).

La figura 3B muestra una vista esquemática en sección transversal de la estructura estándar de tres capas de una guía de ondas realizada en tecnología AFSIW (es decir, Air-Filled Substrate Integrated Waveguide, según la terminología anglosajona;

La figura 4A muestra una vista lateral esquemática de la estructura típica de una antena de ondas de fuga de tecnología AFSIW según la invención;

La figura 4B muestra una vista esquemática en sección transversal de la estructura típica de una antena de ondas de fuga de tecnología AFSIW según la invención;

La figura 5 muestra esquemáticamente, en vista desde arriba, la tercera capa de sustrato que forma la estructura AFSIW de la antena según la invención, en una realización particular;

La figura 6 muestra esquemáticamente una vista desde arriba de la segunda capa de sustrato que forma la estructura AFSIW de la antena según la invención, en la realización particular mostrada en la figura 5 ;

La figura 7 muestra ejemplos de diagramas de radiación, proyectados en el plano yz; diagramas obtenidos mediante una antena según la invención.

Descripción detallada

La tecnología de guía de ondas integrada en sustrato hueco, o tecnología AFSIW (por Air-Filled Substrate Integrated Waveguide) según la terminología anglosajona, una tecnología de reciente desarrollo, se ha utilizado recientemente para producir líneas de transmisión guiadas en sustrato. En el resto de este texto, dicha estructura se denomina "guía de ondas AFSIW".

Ventajosamente, esta tecnología permite obtener líneas de transmisión guiadas con prestaciones mejoradas, en particular en términos de pérdida dieléctrica, en comparación con las estructuras de tecnología SIW utilizadas hasta ahora, estructuras ilustradas en la Figura 2.

En comparación con las estructuras de tipo guía de ondas metálicas, ilustradas en la Figura 1, dichas líneas de transmisión también presentan características ventajosas en términos de peso y requisitos de espacio.

Desde el punto de vista tecnológico, la antena de onda de fuga según la invención se basa en la tecnología de producción de guías de onda AFSIW.

Como se muestra en las Figuras 3A y 3B, vista lateral y, respectivamente, vista en sección transversal respectivamente, la estructura de una guía de onda AFSIW comprende tres capas de sustrato dieléctrico, una capa de sustrato intermedia (capa n° 2) que tiene un rebaje longitudinal central 32, de longitudLy anchura W2, intercalada entre una capa de sustrato inferior 31 (capa n° 1) y una capa de sustrato superior 33 (capa n° 3); las capas de sustrato n° 1 y n° 3 cierran las paredes superior e inferior (lados largos) de la guía de ondas.

Las tres capas de sustrato dieléctrico están apiladas a lo largo de un eje y.

En una estructura AFSIW convencional, las capas n°1 y n°3 tienen una estructura idéntica que consiste en un sustrato dieléctrico cuyas superficies interior y exterior están recubiertas de planos metalizados (planos conductores), planos 311 y 313 para la capa n°1 y 331 y 333 para la capa n°3 respectivamente.

El rebaje longitudinal central 323, que constituye la cavidad guía, está bordeado lateralmente por dos filas de Vías conductoras 322, que atraviesan la capa de sustrato dieléctrico y garantizan la continuidad eléctrica entre los planos conductores internos de las capas superior e inferior. Estas filas de Vías forman las paredes laterales (lados cortos) de la guía de ondas.

Según la invención, cada una de dichas filas de Vías está dispuesta de manera que forma una capa de material dieléctrico de espesorw(z)que bordea la cara interior de la pared lateral de la guía definida por la fila de Vías en cuestión; de manera que la guía de ondas AFSIW así formada tiene las paredes laterales (lados cortos) revestidas con una capa de sustrato dieléctrico de espesor w(z).

El espesor de la capa de sustrato dieléctrico se mide a lo largo de un eje x perpendicular al eje y y al eje z a lo largo del cual se alarga la guía de ondas.

La guía de ondas AFSIW así formada tiene una anchuraWi=W2+2w.

Según la invención, la anchura totalWise determina para permitir la propagación de ondas a la frecuencia de funcionamiento deseada.

Las Vías 322 también se disponen generalmente de modo que el espesorw(z) del sustrato que bordea las paredes laterales de la guía sea lo más pequeño posible para minimizar las pérdidas dieléctricas en la guía.

La estructura de guía de ondas AFSIW considerada preferentemente en el contexto de la antena según la invención es una estructura conforme a las Figuras 3A y 3B. Ventajosamente, tal estructura permite modificar las propiedades de la onda que se propaga en el interior de la guía así formada.

No obstante, cabe señalar que es posible, mediante la técnica AFSIW, construir estructuras de guía de ondas que no tengan dieléctrico en sus paredes laterales, en particular metalizando continuamente estas paredes.

En este caso, una estructura equivalente a la estructura de las figuras 3A y 3B puede sin embargo preverse, en el marco de la invención, colocando en la cavidad 323 de la guía en cada una de las paredes laterales (lados cortos) de la guía una capa de material dieléctrico de espesorw (z) que permita, como en el caso anterior, modificar las propiedades de la onda que se propaga en el interior de la guía formada.

Las Figuras 4A y 4B, que son una vista de perfil y una vista en sección transversal respectivamente, muestran esquemáticamente la estructura de antena según la invención, según una realización en la que las paredes laterales (lados cortos) de la guía AFSIW se realizan utilizando Vías.

En general, la estructura de la antena según la invención comprende, a diferencia de una estructura de guía de ondas AFSIW, una capa de sustrato superior 51 (capa n° 3) que tiene al menos una ranura longitudinal 52 (orientada según el eje z) situada frente a la cavidad 323 de la capa de sustrato media 32 (capa n° 2).

Esta ranura, de anchuraWf,que atraviesa la capa superior del sustrato, comunica la cavidad guía 323 con el medio exterior.

Para permitir la radiación de una onda de fuga, la ranura longitudinal 52 tiene típicamente una longitud, a lo largo del eje z, mayor o igual a dos veces la longitud de onda operativa de la antena, es decir, la longitud de onda de la onda radiada.

La ranura está situada con respecto a la cavidad de forma que sea radiante, es decir, que irradie la onda que se propaga en la guía.

A tal fin, el eje medio 53 de la ranura 52 se posiciona ventajosamente con respecto al eje medio 41 de la cavidad guía 323 para irradiar la onda que se propaga en la guía.

En la realización no limitante mostrada en las Figuras 4A y 4B, la ranura longitudinal 52 está dispuesta de forma que su eje medio 53 está desplazado una distanciaddesde el eje medio 41 de la cavidad guía 323.

La distancia d es la distancia que separa, en la dirección x, el eje mediano 53 de la ranura 52 del eje mediano 41 de la cavidad 41.

La distancia d es distinta de cero en la realización mostrada en las Figuras 4A y 4B.

La ranura longitudinal 52 así formada permite producir, a partir de una guía AFSIW, una guía de ranura capaz de radiar la onda que se propaga en ella.

Alternativamente, la distancia d es cero. Esto puede, por ejemplo, ser el caso en una realización particular en la que los espesores de material dieléctrico dispuestos en las dos paredes laterales de la cavidad 323 son diferentes. Según la invención, los diferentes parámetros de dimensionamiento de la cavidad guía 323, en particular las anchuras W 1 y w(z), y los de dimensionamiento de la ranura radiante 52, en particular la anchura Wf, se definen para producir una antena cuyo diagrama de radiación tiene una dirección, una apertura y un nivel de lóbulos laterales deseados. En otras palabras, estos parámetros dimensionales se determinan para obtener leyes dadas de variación de la fase Beta(z) y de la amplitud Alpha(z) de la onda de fuga de la guía AFSIW a lo largo del eje longitudinal z de la antena según la invención; la variación de la fase y de la amplitud a lo largo del eje z de la onda de fuga de la guía AFSIW determina el diagrama de radiación obtenido.

Así, la invención consiste principalmente en determinar la dirección, la apertura y el nivel de los lóbulos laterales del diagrama de antena AFSIW que se desea producir, actuando sobre estos parámetros Alfa(z) y Beta(z).

La siguiente descripción expone diversas realizaciones de la invención, según las cuales se actúa sobre uno o más parámetros dimensionales que definen la guía de ondas AFSIW con ranura radiante que constituye la antena según la invención, a fin de obtener el diagrama de radiación deseado, variando a lo largo del eje z la fase Beta(z) y la amplitud Alpha(z) de la onda que atraviesa la guía de ondas.

Las figuras 5 y 6 ilustran una realización particular tomada como ejemplo no limitativo del alcance de la invención. Muestran respectivamente una vista superior de la capa de sustrato intermedia 32 (capa n° 2) que forma la cavidad guía 323 y una vista superior de la capa de sustrato superior 51 (capa n° 3), capas que forman la estructura AFSIW de la antena según la invención.

Para obtener una antena AFSIW según la invención con un diagrama de radiación que tenga las características deseadas (ganancia, directividad y nivel de lóbulos laterales en particular), es posible en particular ajustar los parámetros siguientes:

• La longitud de la antenaL,que permite ajustar la ganancia de la antena y la apertura angular de su diagrama de radiación, obteniéndose una mayor ganancia y una menor apertura angular con una antena y una ranura radiante más largas;

• La anchura,W1,de la línea AFSIW, que determina la anchura total de la guía de ondas;

• El parW2y w determina la frecuencia de corte del modo fundamental de la guía de ondas. Puede ser necesario reducirW2al aumentar w para mantener la misma frecuencia de corte del modo fundamental;

• La anchura, Wf, de la ranura 52 en la capa superior del sustrato 51 (capa n° 2);

• La distancia d entre el eje longitudinal 53 de la ranura 52 y el eje longitudinal 41 de la cavidad 323.

Sin embargo, en el caso del dispositivo según la invención, la fase y la amplitud de la onda que se propaga en la cavidad guía de ondas 323 por unidad de longitud se controlan principalmente variando el valorwdel espesor del sustrato dieléctrico que bordea las paredes laterales de la cavidad guía de ondas 323 a lo largo del eje longitudinalz, definiéndose así el valorwdel espesor del sustrato dieléctrico como una funciónw(z).

Ventajosamente, el grosor w del sustrato dieléctrico que bordea las paredes laterales de la cavidad guía se varía frente a la ranura radiante a lo largo del eje z.

Esta acción de control permite ventajosamente controlar los valores de los parámetros Alfa(z) y Beta(z) que determinan los parámetros que definen el diagrama de radiación de la antena.

Variar el espesor del sustrato que bordea las paredes laterales de la cavidad 323 permite ventajosamente variar la fase por unidad de longitud de la onda que se propaga dentro de la cavidad 323 del dispositivo, la variación de fase de la onda que se propaga a lo largo de la cavidad 323 orientada hacia la ranura radiante 52 determina la orientación del diagrama de radiación.

Dependiendo de la realización en cuestión, la anchura w puede variar de diferentes maneras, dependiendo del diagrama de antena deseado.

En una primera realización, la anchura w del sustrato dieléctrico que bordea las paredes laterales de la cavidad 323 que forma la guía AFSIW varía idénticamente para cada una de las paredes laterales.

Alternativamente, de acuerdo con otra realización, el espesor w del sustrato dieléctrico puede variar de acuerdo con diferentes leyeswi(z)yW2(z)a lo largo del eje longitudinal de la cavidad 323. En particular, el espesor w del sustrato dieléctrico puede permanecer constante (wi(z)=cte.) en una pared lateral de la cavidad 323 y variar según una ley de variación dada W2(z) I en la otra pared lateral de la cavidad.

Las Figuras 5 y 6 muestran un primer ejemplo sencillo en el que los parámetros que definen el diagrama de radiación se controlan exclusivamente variando simplemente el valorwdel espesor del sustrato a lo largo del eje z.

La estructura de la capa intermedia 32 (capa n° 2) es aquí perfectamente simétrica con respecto al centro de simetría de la cavidad 323 de la guía de ranura AFSlW según la invención.

La ranura radiante 52 formada en la capa superior de sustrato 51 tiene la forma de una ranura rectangular de longitud L y anchuraWfque tiene un valor constante a lo largo del eje longitudinal z.

En ejemplo de realización considerado, la ranura 52 atraviesa la capa 3 del sustrato y sus paredes laterales, que se forman en el espesor del sustrato, también se metalizan mediante procesos de metalización de PCB.

Sin embargo, según una realización alternativa, la ranura se graba en las superficies metalizadas que forman las caras externas de la capa de sustrato n° 3, consistiendo entonces las paredes laterales de la ranura en Vías metalizadas que atraviesan el espesor del sustrato.

La distancia,d,del eje de simetría 53 de la ranura 52 con respecto al eje de simetría 41 de la cavidad 323 también tiene un valor constante a lo largo del eje longitudinal z.

En lo que respecta a la capa de sustrato intermedio 32 (capa n° 2), la anchura totalWide la cavidad 323 de la guía, la anchura entre las dos filas de Vías que bordean la cavidad en la realización ilustrada por las Figuras 4A, 4B, 5 y 6, se mantiene constante, al menos en toda la longitud de la cavidad 323 de la capa de sustrato intermedio 32 que da a la ranura radiante 52.

Además, como se muestra en la Figura 6, el espesor w del sustrato dieléctrico que bordea las paredes laterales de la cavidad 323 varía idénticamente, para cada una de las paredes laterales, según una ley de variación w(z).

Esta ley de variación puede ser una ley lineal simple como se muestra en la figura 6. Dicha ley de variación permite formar un diagrama de radiación en la dirección deseada, un diagrama de radiación como los, 71 y 72, mostrados en una representación 2D (bidimensional) en la Figura 7.

En el ejemplo ilustrado por las Figuras 5 y 6, la antena producida es simétrica en la dirección x (mismo valor w de espesor del material dieléctrico que bordea las caras laterales de la cavidad 323 de la guía) y en la direcciónz(tiene un plano de simetría 42), con dos puertos de acceso que permiten radiar o recibir ondas en dos patrones de radiación orientados en dos direcciones que forman ángulos opuestos9y -9con respecto al plano vertical que pasa por el eje de simetría 53 de la ranura radiante 52.

Sin embargo, es posible diseñar una antena con un único puerto y, por tanto, una única dirección de propagación. Se puede implementar una topología no simétrica con un único puerto de alimentación, terminando la guía con una carga.

Cabe señalar que, según la invención, la ley de variación w(z) considerada puede ser más compleja que una simple ley lineal, en particular para reducir el nivel de los lóbulos secundarios del diagrama de radiación producido.

En el ejemplo ilustrado por las figuras 5 y 6, la ranura radiante 52 tiene una forma rectangular de longitud L con una anchura constanteWfsobre toda la longitud L. Sin embargo, es posible, dentro del alcance de la invención, prever otro modo de realización de la invención: la ranura radiante puede no tener una forma rectangular.

En particular, una forma no rectangular permite obtener un diagrama de radiación con características específicas. Por ejemplo, utilizando una ranura en forma de "ojo", podemos limitar la energía radiada (es decir, la ganancia de la antena) en los extremos de la ranura y maximizar la energía radiada en el centro de la misma. La anchura de la ranura 52 se define entonces en función de la posición consideradaWf(z) a lo largo de la ranura 52. De este modo, podemos lograr una buena ponderación espacial de la ley de iluminancia (es decir, del diagrama de radiación) y obtener un diagrama de radiación con lóbulos secundarios reducidos.

Además, en el ejemplo ilustrado por las Figuras 5 y 6, la distancia d entre el eje central 53 de la ranura 52 y el eje central 41 de la cavidad 323 de la línea AFSIW permanece constante a lo largo de toda la longitud L de la antena, la fase y la amplitud de la onda que se propaga en la cavidad guía 323 por unidad de longitud se controlan variando el valor w del espesor del sustrato que bordea las paredes laterales de la cavidad guía 323 a lo largo del eje longitudinalz,según una funciónw(z).

Sin embargo, es posible, en el marco de la invención, prever otra realización en la que pueda obtenerse un ajuste del diagrama de radiación de la antena según la invención variando también la distancia d entre el eje medio 53 de la ranura 52 con respecto al eje medio 41 de la cavidad 323 de la línea AFSIW, definiéndose en este caso la distanciadcomo una funciónd(z) de la posición considerada a lo largo de la ranura 52.

Como se ha explicado en los párrafos precedentes, la estructura del dispositivo según la invención permite ventajosamente formar una antena de ondas de fuga en tecnología AFSIW fácil y económica de producir, cuyo diagrama de radiación puede definirse principalmente variando el espesor del sustrato dieléctrico que recubre las paredes laterales de la línea de guía de ondas formada por la estructura AFSIW a partir de la cual se desarrolla la antena según la invención, y en particular variando este espesor a lo largo de la longitud de la línea de transmisión (variación a lo largo del eje longitudinal z). La variación de la ganancia y de la fase por unidad de longitud de la onda de fuga de la guía AFSIW radiante, obtenida variando el espesor del sustrato, permite determinar las características del diagrama de radiación obtenido.

La figura 7 muestra los diagramas de radiación 71 y 72 obtenidos para dos antenas AFSIW según la invención, formadas a partir de guías AFSIW cuyas paredes laterales de cavidad 323 están revestidas con capas de sustrato cuyos espesores varían en función de z con diferentes perfiles de variación. El diagrama de radiación 72 se obtiene a partir de una cavidad cuyas paredes laterales tienen un espesor de sustratow (z) que varía a lo largo del eje longitudinal z con un gradiente de variación más pronunciado que en el caso del diagrama de radiación 71.

Puede observarse que, en este último caso, a medida que la pendiente de variación del espesorw (z) es mayor, el diagrama obtenido 72 se aproxima al plano vertical de la antena, mientras que, por el contrario, el estrechamiento del interior de la guía de ondas hará que el haz sea cada vez más paralelo al eje longitudinal de la antena.

En la parte anterior de la descripción, el dispositivo, la antena, según la invención se define por su estructura básica AFSIW y por las características dimensionales que permiten definir las distintas capas que forman la estructura AFSIW de la antena. Las características técnicas descritas son las características dimensionales preferentemente consideradas para fabricar una antena según la invención con el diagrama de radiación deseado.

Sin embargo, es posible incorporar otros parámetros dimensionales y/o estructurales a estos diversos parámetros para, en particular, tener una mayor latitud en la elección de los valores de los parámetros dimensionales que permitan obtener una estructura de antena con el diagrama de radiación deseado.

En particular, es por tanto posible, al implementar la antena según la invención, influir también en la anchura total W 1 de la guía a lo largo del eje longitudinal z de la guía (dirección de propagación de la onda) de modo que la anchura total de la guía se defina como una función Wi(z)). Esto proporciona un medio adicional de controlar la variación de la fase Beta(z) y la amplitud Alpha(z) de la onda de fuga a lo largo del eje longitudinal z de la antena.

También es posible variar la anchura de la ranura y/o la posición de su eje de simetría con respecto al de la cavidad de la guía AFSIW para disponer de un medio adicional de controlar la variación de la fase Alfa(z) y de la amplitud Beta(z) a lo largo del eje longitudinal z de la antena.

También es posible sustituir la ranura radiante continua 52 por varias ranuras pequeñas, constituyendo una red de ranuras dispuestas a lo largo del eje z de la antena orientada hacia la cavidad 323 de la guía.

Desde un punto de vista funcional, la antena AFSIW según la invención tiene la forma de un dispositivo con dos puertos de acceso, como se ilustra en las Figuras 4A y 4B, de modo que, dependiendo de cómo se utilice, puede presentar ventajosamente dos diagramas de radiación orientados en dos direcciones en ángulos opuestos con respecto a la vertical (utilización de los puertos 1 y 2) o, alternativamente, un único diagrama de radiación, estando uno de los puertos, no utilizado, terminado por una carga. 1

Claims (12)

REIVINDICACIONES

1. Antena de onda de fuga formada a partir de una estructura de guía de ondas de tipo Air-Filled Substrate Integrated Waveguide, AFSIW, (40) que comprende tres capas de sustrato dieléctrico, dos capas de sustrato, una capa superior (51) y una capa inferior (31), intercalando una capa intermedia (32) que comprende una abertura longitudinal (323) de longitudLque define una guía de ondas cuyas paredes superior e inferior están formadas por los planos conductores que recubren las capas superior (51) e inferior (31) y cuya anchuraWiestá delimitada por dos paredes laterales conductoras, estando las caras interiores de las paredes laterales conductoras revestidas por una capa de material dieléctrico de espesorw (z) ; presentando la capa superior (51) de la estructura una abertura (52) que forma una ranura radiante longitudinal de anchuraW f(z) situada frente a la abertura longitudinal (323) formada en la capa intermedia, variando el espesorw(z) del revestimiento de material dieléctrico dispuesto en la cara interior de cada una de las paredes laterales a lo largo del eje longitudinal z según una ley dada, definida para obtener variaciones a lo largo del eje z de la amplitud Alpha(z) y de la fase Beta(z) de la onda de fuga de la guía, permitiendo producir una antena que tiene el diagrama de radiación deseado (71, 72).

2. Antena según la reivindicación 1, en la que la ley de variación w(z) del espesor del sustrato dieléctrico que bordea la cara interior de cada una de las paredes laterales de la cavidad (323) de la guía AFSIW es una ley lineal.

3. Antena según una de las reivindicaciones 1 ó 2, en la que los espesores del sustrato dieléctrico que bordean la cara interna de cada una de las paredes laterales de la cavidad (323) de la guía AFSIW siguen la misma ley de variación w(z).

4. Antena según una de las reivindicaciones 1 ó 2, en la que el espesor del sustrato dieléctrico que bordea la cara interior de una de las paredes laterales de la cavidad (323) de la guía AFSIW sigue una ley de variación linealw(z) , manteniéndose constante, o incluso nulo, el espesor del sustrato dieléctrico que bordea la cara interior de la otra pared lateral de la guía AFSIW.

5. Antena según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que la abertura (52) que forma la ranura radiante longitudinal está situada frente a la abertura longitudinal (323) formada en la capa intermedia, de tal manera que el eje medio de la ranura radiante (52) dista del eje medio de la cavidad (323) una distancia d.

6. Antena según la reivindicación anterior, en la que el eje medio (53) de la ranura radiante dista del eje medio (41) de la cavidad guía una determinada distanciadtomada a lo largo de un eje perpendicular al eje z y a un eje de apilamiento de las tres capas de sustrato dieléctrico.

7. Antena según la reivindicación 5, en la que la distanciad(z) que separa el eje medio de la ranura radiante del eje medio de la cavidad guía varía a lo largo del eje longitudinalzde la antena, tomándose la distancia d(z) a lo largo de un eje perpendicular al eje z y a un eje de apilamiento de las tres capas de sustrato dieléctrico.

8. Antena según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que la ranura radiante es una ranura rectangular de anchura constanteWf.

9. Antena según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en la que la ranura radiante (52) es una ranura cuya anchura Wf(z) varía a lo largo del eje longitudinal z de la guía.

10. Antena según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la anchura totalWide la guía a lo largo del eje longitudinal z de la antena está definida como una función Wi(z).

11. Antena según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que la capa intermedia (32) incluye una abertura longitudinal (323) de longitudLy anchura W2, que forma la cavidad de la guía de ondas, delimitada por los planos conductores que recubren las capas inferior (31) y superior (51) y por dos filas de Vías (322) en contacto eléctrico con dichos planos conductores y que forman las paredes laterales de dicha guía de ondas, estando cada una de dichas filas de Vías (322) dispuesta de manera que forma una de las paredes laterales de la guía, estando la cara interior de la pared así formada revestida con una capa de material dieléctrico de espesor w(z).

12. Antena según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que la capa intermedia (32) incluye una abertura longitudinal (323) de longitudLy anchura W2, que forma la cavidad de la guía de ondas, delimitada por los planos conductores que recubren las capas inferior (31) y superior (51); estando una de las paredes laterales de dicha guía formada por una fila de Vías (322) en contacto eléctrico con dichos planos conductores, estando la otra pared lateral revestida por una capa de material conductor, estando dicha fila de Vías (322) dispuesta de modo que forma una de las paredes laterales de la guía, estando la cara interior de la pared así formada revestida por una capa de material dieléctrico de espesor w(z).