Diseño de un polarizador para un alimentador de antena en banda Ka en guía de onda rectangular

Abstract

Este documento expone un estudio detallado sobre el diseño de polarizadores en guía de onda rectangular, orientados a su uso en alimentadores de antena. Para ello, inicialmente expondremos la necesidad de estos dispositivos en la actualidad y se definirá brevemente la funcionalidad de un polarizador. A continuación, pasaremos a estudiar las técnicas que nos permitirán generar una polarización circular que finalmente alimentará a una antena. Teniendo claros los conceptos base, se realizará un primer diseño de polarizador, operativo en una única banda de frecuencias, con el objetivo de poner en práctica las técnicas explicadas y comprobar su validez. Para lograrlo se harán las primeras estimaciones con el modelo circuital equivalente del polarizador, y una vez tengamos un diseño funcional, se realizará una simulación full-wave en la cual pasaremos a considerar todos los efectos electromagnéticos que el modelo circuital no tiene en cuenta. Para asegurarnos de que los resultados obtenidos con la simulación full-wave son correctos, estos serán llevados a cabo mediante el software comercial CST Microwave Studio y mediante un software propietario que emplea la técnica de Mode-Matching. Ya confirmadas las técnicas de diseño y la validez de los resultados obtenidos, se pasará a realizar un segundo polarizador en banda Ka siguiendo unas especificaciones de diseño reales. Más concretamente se diseñará un polarizador de doble banda, dispositivo típico utilizado en comunicaciones por satélite. En este diseño optimizaremos las dimensiones del dispositivo con el objetivo de conseguir un polarizador lo más pequeño posible (en términos de longitud) y operativo en el mayor rango de frecuencias. En ambos casos se realizará un estudio de sensibilidad que nos permitirá conocer la máxima variabilidad que podrá sufrir el polarizador diseñado si se llevara a cabo su construcción.The aim of this project is to design a rectangular waveguide polarizer for an antenna feed system. For this purpose, the first step is to carry out an investigation about the current situation of polarizers, explaining what they are, their serviceability and the different design technics that can be found nowadays, as well as introducing general concepts of circular polarization. Having developed these ideas, a first design will be implemented. This polarizer will only work in a single frequency band and would not be optimized, as the purpose of this design will be to try out all theoretical principles just exposed. In order to achieve that, firstly an equivalent circuit model analysis will be done. At the time we have reached a working design, it will be appraised by a full-wave analysis in which all electromagnetic phenomena ignored by the circuit model will be considered. To ensure that the full-wave simulation results are correct, this simulation will be held by CST Microwave Studio commercial software and by a proprietary software based on Mode-Matching technic. Once the reliability of the design technics has been proved, a Ka-band polarizer with real implementation specifications will be finally designed. More specifically, we will focus on the design of a dual-band polarizer, a typical device in satellite communications where a frequency band (the lowest) is commonly used as the download link and another band (the highest) is used as the upload link. This design will be fully optimized in terms of both length and performance. Finally, in each case a sensitivity analysis will be carried out in order to predict the maximum variability these designs could end up having if its construction would be accomplished