Diseño de componentes de banda W para el desarrollo de un sensor multifocal

Abstract

RESUMEN: En el presente documento se describe el proyecto técnico para el diseño, la fabricación y la medida de un sensor multifocal para trabajar en la banda W. La idea del sensor multifocal se basa hechos ya conocidos, como es la estabilidad de respuesta que presentan los reflectores de Fresnel ante grandes desviaciones en el posicionado del alimentador respecto a la posición teórica de diseño del foco del reflector. Se trata de un prototipo con el que seremos capaces de recibir señal en condiciones similares en cuanto a niveles de amplitud, desde diferentes puntos y según diferentes líneas de visión, y así, utilizar esta particularidad para elaborar una imagen en un futuro. Disponiendo de varios receptores entorno a un reflector de Fresnel, se puede recibir en cada uno de ellos y de manera independiente, una información en amplitud y fase, con la que se podría elaborar una primera visión de baja resolución. Dicho sensor multifocal va a constar de un reflector Fresnel alimentado mediante una antena tipo bocina rectangular. Los receptores también van a ser una serie de tres bocinas rectangulares. El reflector Fresnel se plantea para trabajar a 95 GHz. Las antenas se diseñan para trabajar en la Banda W (75-110 GHz). El diseño se lleva a cabo mediante el programa de simulación en 3D CST Microwave Studio. Los reflectores de regiones zonales de Fresnel son bien conocidos desde hace muchos años, y pueden ser considerados como una alternativa potencial a los sistemas clásicos de focalización de señales, basados en el uso de reflectores parabólicos. A lo largo del proyecto se estudiarán las ventajas y desventajas que plantean estos sistemas reflectores. Un reflector Fresnel es una estructura metálica en la cual hay impresos diferentes anillos concéntricos planos a distintos niveles (nuestro reflector consta únicamente de 2 niveles). Mediante CST Microwave Studio se simula un reflector Fresnel iluminado con campo lejano en diferentes ángulos y se obtienen los diagramas de radiación en campo lejano entre 90-100 GHz. También se recogen datos de ganancia para dichas frecuencias. Para finalizar con la parte simulación, se obtienen los patrones de radiación en 3D, lo que permite visualizar de una forma más sencilla los datos obtenidos. Una vez hecho esto, se diseñará un prototipo de un sensor multifocal en el cual se llevarán cabo diferentes medidas en el laboratorio para, como primera meta demostrar que este prototipo funciona realmente como un sensor multifocal. Con los datos obtenidos se podrá hacer una aproximación de las pérdidas en campo cercano que se dan entre la antena receptora y el reflector Fresnel y las pérdidas en campo lejano entre la antena emisora y el reflector Fresnel.

ABSTRACT: The multifocal sensor idea is based in a well known fact how is the good stability in the response of Fresnel reflectors to large feeder position deviations regarding to theoretical focus reflector position This is a prototype that will be able to receive signals in similar conditions in terms of amplitude levels, from different locations and under different paths, and thus use this feature to produce an image. With several receivers around a Fresnel reflector, amplitude and phase field information can be received independently in each of them, and thus a first low-resolution image could be developed in a future. The multifocal sensor components will be a Fresnel reflector and four rectangular horns, one of them will be the feeder, and the receivers will be the others. The Reflector is designed to work at 95 GHz. The horns are developed to work in W-band (75-110 GHz). The design has been performed in the 3D commercial software CST Microwave Studio. Fresnel zones region reflectors has been widely studied over the years and can be considered as a potential alternative for classical signal target systems, based on parabolic reflectors. In this thesis, the advantages and disadvantages of these systems reflectors will be studied. A Fresnel reflector is a metallic structure with several plane concentric rings at different levels (2 levels in our case). Using CST microwave studio, a Fresnel reflector is illuminated in far field conditions at different angles, obtaining the far field radiations diagrams in frequency range (90-100 GHz). The above simulation allows us to estimate the gain multifocal sensor values at different interesting frequencies. As la last simulation step, three dimensional radiations patters are obtained, allowing a more clarify data visualization. Finally, an experimental multifocal sensor prototype will be designed and used with two different purposes. First of all, to show that this prototype actually works as a multifocal sensor and then, to obtain near-field losses that occur between the receiving antenna and the reflector Fresnel and far-field losses that occur between the transmitting antenna and the Fresnel reflector.