Diseño de guías de onda cuasi-ópticas para modos gaussianos de orden superior

Abstract

En este trabajo se presenta un nuevo método de diseño de guías de onda cuasi-ópticas para modos gaussianos, a frecuencias milimétricas. En concreto, se centrará en la generación de modos gaussianos de orden superior, como posibles candidatos a ser portadores de la energía a través de la línea de transmisión cuasi-óptica. Para lograrlo, se presenta un perfil de antena óptimo para la excitación de modos gaussianos de orden superior, a partir de modos de guía de onda convencional. Este perfil, además de conseguir estructuras gaussianas de alta pureza, adapta óptimamente las estructuras de guías de onda con el espacio libre. La idea de diseño es absolutamente general, por lo que puede ser aplicable a guías de onda rectangulares, ya sean corrugadas o no. El abanico de aplicaciones de este tipo de antenas es muy grande, ya que se pueden utilizar como alimentadoras de líneas de transmisión cuasi-ópticas, como alimentadores de antenas parabólicas para la emisión y/o recepción de señales via satélite, etc. En cuanto al diseño de reflectores, se comprueba la existencia, bajo ciertas condiciones (paraxialidad), de una compatibilidad total de los diseños de guías de onda cuasi-ópticas para modos de orden superior con los diseños clásicos para el modo gaussiano fundamental. Se estudian las estructuras de los modos gaussianos de orden superior, definiendo unos nuevos límites de paraxialidad para estos modos superiores. Finalemente, a modo de validación, se ha podido diseñar, construir y medir, la primera línea cuasi-óptica que utiliza un modo gaussiano de orden superior para transportar la potencia entre un generador de microondas y un aplicador o cavidad final. Se ha obtenido una buena concordancia entre los resultados de la simulación y los medidos experimentalmente.

In this work, a new design method for quasi-optical beam waveguides for gaussian modes at millimetre wave frequencies is presented. In particular, we will focus in the possibility of using higher order gaussian modes, as power carriers through the transmission line. Moreover, an optimal horn antenna profile to excite high order gaussian modes from waveguide modes is given. This profile, besides providing very high purity gaussian structures, is the optimal match between the waveguide and free space. These antennas have a wide range of applications, since they can be used as feeders of quasi-optical transmission lines or parabolic antennas for satellite communications, etc. The idea is absolutely general, as it can also be applied to rectangular waveguides, and even to corrugated or smooth waveguides. In relation with the reflector design, it is shown the compatibility between the systems designed for the fundamental gaussian mode and the higher order ones, under some specific conditions of paraxiality. In this sense, the paraxiality conditions for the higher order modes are defined. Finally, as a validation of the present work, it has been possible to design, built and measure the first quasioptical transmission line having a high order gaussian mode as power carrier. The theoretical and measured results are in good agreement.