Caracterización de la red combinadora/comparadora de diagramas de radiación de un sistema de seguimiento radar

Máster en Ingeniería de TelecomunicaciónEste proyecto trata sobre el diseño y simulación de una red comparadora/combinadora de un sistema radar monopulso de seguimiento en banda W (94 GHz). En estos sistemas dicha red es un elemento crítico para obtener la información angular de los blancos. Los requerimientos de la red se desprenden de aquellos necesarios en el programa SPADERadar; un programa de detección de basura espacial mediante radares de seguimiento embarcados. La tecnología sobre la cual se realiza el diseño es la guía de onda rectangular por ser idónea para este tipo de aplicaciones espaciales y de alta frecuencia. Para ello se parte de las características y geometría necesarias de la red y se explica su implementación en guía de onda en la topología conocida como plano E. A su vez, el elemento clave de la red es el dispositivo conocido como acoplador híbrido de 180°, por lo que una buena parte de los esfuerzos del trabajo se centrarán en conseguir una buena respuesta de este componente. El diseño del acoplador en guía de onda seguirá una implementación de tipo Riblet con stubs, una topología que no se encuentra en la literatura técnica. Para modelar su comportamiento se usará el Método de Elementos Finitos en 2D (FEM-2D) combinado con distintos métodos de optimización, en particular, se han usado algoritmos genéticos, todo ello implementado en MATLAB. De este modo, se han generado diversos modelos de acoplador que han ofrecido una variada respuesta. El más equilibrado es el de 7 secciones, que ofrece, fuera de la tolerancia, un error medio en el reparto de potencia de 0.15 dB, una adaptación y aislamiento por debajo de –24 dB y un error medio en el desfase relativo de 3.5° en un ancho de banda del 2.13 %. Con la familia de acopladores diseñados se ha procedido a implementar el de 7 secciones en una red comparadora en plano E para después verificar su respuesta mediante el software comercial Computer Simulated Technology (CST). Los resultados de la red completa muestran una desviación del reparto de potencia máxima de 0.32 dB respecto al valor ideal, una adaptación menor de -17 dB, un aislamiento entre puertos menor de -24 dB y un error en el desfase relativo necesario siempre por debajo de 5°, lo que constituye un resultado satisfactorio. Adicionalmente se ha realizado un estudio de los efectos de la técnica de mecanizado en este tipo de estructuras para una posible fabricación mediante una impresora 3D.This project deals with the design and simulation of a combining network for a monopulse tracking radar system working in W band (94 GHz). In these systems, the aforementioned network is a key element to obtaining the angular information of the targets. The requirements of the network come from those necessary for the SPADERadar program; a program regarding space junk detection by means of onboard tracking radar systems. The technology on which to implement the design is the rectangular waveguide for its well-known behavior for high frequency space applications. To do so, starting from the network´s geometry and characteristics, an implementation in E-plane waveguide is derived. Similarly, the key element of the network is the 180° hybrid coupler, thus, important efforts will be put on obtaining a good device response. The design of the waveguide coupler will follow a Riblet implementation with stubs, a topology not found in the technical literature. In order to extract its response, the 2D-Finite Element Method (2D-FEM) combined with several optimization methods, particularly genetic algorithms, will be used, all of which will be implemented in MATLAB. By doing this, several coupler models have been designed, showing a large variety of responses. The most balanced one is that of 7 sections, which offers a maximum power split error of 0.15 dB, an adaptation and isolation below -24 dB and a maximum relative phase error of 3.5° in a 2.13% bandwidth. After designing a whole family of couplers, the one corresponding to 7 sections has been implemented in an E-plane combining network; Computer Simulated Technology (CST) software was used to verify its response by means of FEM-3D. Results show a maximum power split deviation of 0.32 dB from the goal value, an adaptation and isolation below -17 dB and – 2 dB respectively, and a relative phase difference error lower than 5°, which constitutes a satisfactory outcome. Additionally, a study on the effects of the manufacturing technique on these devices caused by 3D printers has been conducted with a plausible fabrication in mind