Tiras AMC/PEC en guía de placas paralelas

Introducción

Un concepto de antena muy parecido a las biplaca metálicas paralelas con propagación por frente de onda plano es la agrupación de guías rectangulares paralelas. De manera precisa estas antenas no son de placas paralelas como tal, ya que consisten realmente en un array de guías rectangulares monomodo TE10, a las que se les añade en su capa

superior los elementos radiantes. Dichas antenas son aquellas en las que en cada uno de los puntos de muestreo del frente plano se sitúan guías físicas que distribuyen la potencia a los elementos radiantes (guías de radiación). En este caso tendremos N guías rectangulares en las que se ha generado un modo TE10 en cada una. El modo de alimentar estas

guías físicas puede ser muy parecido a los utilizados para el caso de las antenas de placas paralelas rectangulares. Sin embargo, cuando se añade un substrato para implementar dichos elementos radiantes, éste se suele apoyar sobre las paredes verticales de las guías. Por ello, existe una comunicación física entre ellas que hay que resolver. Existen varias maneras de solucionar esta problemática entre las guías físicas rectangulares. Una primera posibilidad, es que se resuelva el problema generando las paredes verticales mediante vías metalizadas separadas a una distancia sucientemente pequeña. El problema de dicha estructura es que es bastante complicada de fabricar, porque la posición y la distancia entre las vías metalizadas son muy críticas. El incumplimiento de dichas distancias provoca efectos de reexiones indeseadas en el interior de las guías.

Una segunda posibilidad es la que propuso Ando et al. que consiste en la introdu- cción de una nueva forma de excitación en la guía biplaca, abandonando la metodología tradicional de generación de un modo TEM en la apertura de la guía sustituyéndola por un modo TEN 0 excitado por una guía de alimentación con N ranuras en la cara superior.

Dicha guía situada en la cara inferior de la guía biplaca excita el modo apropriado que se propagará por la guía de placas paralelas. Por lo tanto si se analiza el campo que se genera dentro de la guía de placas paralelas se puede ver que el modo TEN 0 puede analizarse

como N modos TE10 adyacentes con fase opuesta. En la zona frontera entre dichos

modos adyacentes el campo eléctrico se anula. Es por ello que se genera un cortocircuito "virtual" que delimita los modos TE10 adyacentes individuales. De esta manera podemos

xxxvi entender que la guía de placas paralelas se compone de N guías rectangulares virtuales en las que se propaga un modo TE10. Dichas guías virtuales tienen la desventaja de

acoplarse entre ellas, en la zona frontera entre dichos modos adyacentes el campo eléctrico debería anularse. Por lo tanto, el cortocircuito "virtual" que delimita los modos TE10

adyacentes individuales no es perfecto y existe acoplamiento entre las guías "virtuales", lo que perjudica a la generación del campo creado dentro de la guía de propagación.

A comienzos de los años 90 se han presentado las supercies "soft" y "hard", una terminología derivada de la acústica, con características de "STOP" y "GO" de la propa- gación de ondas electromagnéticas respectivamente, para todas las polarizaciones. Re- cientemente, varias investigaciones se han dedicado a las supercies periódicas planas utilizadas para generar nuevas condiciones de contorno equivalentes y de propiedades de propagación de estructuras de guiado de ondas. Estos estudios han estimulado varias aplicaciones en el rango de las microondas y antenas. Últimamente, algunos trabajos han demostrado que se pueden conseguir estas características de "STOP" y "GO" de ondas utilizando tiras AMC/PEC orientadas para conseguir guiar ecientemente la propagación de las ondas electromagnéticas. Así mismo, para acentuar la generación de condiciones de contorno equivalentes, como por ejemplo guías virtuales, lo que se propone es el uso de EBG con comportamiento de conductor magnético articial, alternándose con tiras de conductor eléctrico perfecto en la placa inferior de la guía biplaca. Su nalidad es la de controlar, marcar y guiar de manera eciente el camino de propagación de las distin- tas guías virtuales en la guía biplaca y evitar efectos de acoplamiento indeseados entre ellas, consiguiendo generar un cortocircuito "virtual" que delimita perfectamente los mo- dos TE10 adyacentes individuales para mejorar las prestaciones de las antenas de placas

paralelas.

Resultados

El interés fundamental de utilizar tiras AMC/PEC reside en la posibilidad de imitar el funcionamiento de una guía rectangular utilizando simplemente una estructura plana de este tipo, siempre que esta estructura se encuentre en una guía de placas paralelas. Las tiras de metal central (PEC) corresponderán a las caras inferior y superior de la guía rectangular equivalente, mientras que las tiras de conductor magnético articial (AMC) deberán propiciar la caída de campo eléctrico normal al plano, es decir, comportarse como paredes metálicas verticales. Con una sucesión de estructuras como la anterior ob-

xxxvii tendremos una sucesión de guías virtuales, una a continuación de la otra, sin más que haber denido un plano con sucesiones AMC/PEC. Para la comprobación de la estruc- tura descrita realizamos simulaciones con estructuras de tiras ideales (PMC/PEC) y tiras reales (AMC/PEC). Se han construido prototipos de tiras reales AMC/PEC utilizando la estructura EBG como AMC descrita en el apartado anterior. Los resultados obtenidos son bastantes convincentes en cuanto al comportamiento de propagación de la onda en las estructuras de tiras AMC/PEC, tanto con tiras PMC ideales como con tiras AMC reales. Se observa que la distribución de campo es la de un modo TE10 en la banda de 12 GHz.

Los resultados de simulación han sido validados experimentalmente. Se ha mostrado el efecto de guiado de onda, favoreciendo la propagación sobre la zona PEC e impidiéndolo en las zonas AMC. Los prototipos que se han construido mantienen las dimensiones uti- lizadas en la fase de simulación; de este modo situamos la estructura en la guía biplaca y excitamos en el centro de la línea PEC con una sonda coaxial. Los resultados obtenidos son muy prometedores en cuanto al comportamiento de la tira AMC/PEC/AMC. El efecto de guiado y de control de la onda en la tira PEC se conrma, y el efecto de las tiras AMC como paredes "virtuales" también. Con el n de comprobar la validez de las ideas propuestas se muestra la nalidad de estas tiras AMC/PEC/AMC, que es la de marcar claramente el camino de propagación de las distintas guías virtuales y evitar el acoplamiento entre ellas. De este modo controlamos y guiamos ecientemente la propa- gación de ondas electromagnéticas en el interior de la guía biplaca de manera que se puedan mejorar las características de radiación de las antenas planas. Como aplicación práctica se ha construido una antena plana de ranuras con estructura AMC/PEC/AMC como estructura de guiado. Los resultados obtenidos muestran que esta estructura es factible en este tipo de antenas. Para más información sobre los resultados obtenidos se puede consultar el capítulo correspondiente.

I.3 Lente plana zurda como excitación de antenas de