Antenas reflectora parabólica
Las antenas reflectoras parabólicas proporcionan una ganancia y una directividad extremadamente altas para las radios de micro ondas y el enlace de comunicaciones por satélite. Una antena parabólica se compone de dos partes principales: un reflector parabólico y el elemento activo llamado mecanismo de alimentación. En esencia, el mecanismo de alimentación aloja la antena principal (por lo general un dipolo o una tabla de dipolo), que irradia ondas electromagnéticas hacia el reflector. El reflector es un dispositivo pasivo que sólo refleja la energía irradiada por el mecanismo de alimentación en una emisión concentrada altamente direccional donde las ondas individuales están todas en fase entre sí (frentes de onda en fase).
Reflectores parabólicos: El reflector parabólico es probablemente el componente más básico para una antena parabólica. Los reflectores parabólicos se asemejan a la forma de un plato; por tanto, a veces se les llama antenas parabólicas de plato, antenas de plato. Para poder comprender cómo funciona un reflector parabólico, es necesario saber la geometría de una parábola. Una parábola es una curva plana que se expresa matemáticamente como y se define como el lugar geométrico de un punto que se mueve de tal forma que su distancia de otro punto (llamado foco) agregado a su distancia de un línea recta (llamada directriz) es de longitud constante es de longitud constante. La figura 2 muestra la geometría de una parábola cuyo foco está en el punto F y cuyo eje está en la línea XY.
(una longitud constante)
y FX= longitud de foco da la parábola(metros)
k = una constante para una parábola determinada (metros)
WZ= longitud de la directriz (metros)
La relación de la longitud focal al diámetro de la boca de la parábola (FX/WZ) se llama la relación de apertura o solo apertura de la parábola; el mismo termina se utiliza para describir los lentes de las cámaras. Un reflector parabólico se obtiene cuando la parábola se gira alrededor del eje XY. El plato de superficie curva que resulta se llama una parabólica. El reflector que se encuentra detrás del foco de una lámpara de mano o de las luces de un automóvil tiene forma parabólica para concentrar la luz en una dirección en particular.
Una antena parabólica consiste de un reflector parabólico iluminado con energía de microondas irradiada por un sistema de alimentación localizado en el punto focal. Si se irradia energía electromagnética hacia el reflector parabólico desde el foco, todas las ondas las ondas irradiadas viajarán la misma distancia para cuando lleguen a la directriz, sin importar desde que punto de la parábola se hayan reflejado. Por tanto, todas las ondas irradiadas hacia la parábola desde el foco estarán en fase cuando lleguen a la directriz (línea WZ). En consecuencia, la radiación se concentra a lo largo del eje XY, y ocurre la cancelación en todas las direcciones.
Un reflector parabólico utilizado para recibir energía electromagnética exhibe exactamente el mismo comportamiento. Por tanto, una antena parabólica el principio de reciprocidad y funcionalidad igual de bien que una antena receptora para las ondas que llegan de la dirección XY (normal a la directriz). Los haces recibidos de todas las otras direcciones se cancelan en ese punto.
No es necesario que el plato tenga una superficie metálica sólida para reflejar eficazmente o recibir las señales. La superficie puede ser una malla y todavía reflejar o recibir o recibir casi tanta energía como una superficie sólida, siempre y cuando el ancho de las aberturas sea menos a 0,1 de longitud de onda. (ver figura 3). Utilizar una malla también son más fáciles de ajustar, los afecta menos el aires, y en general proporcionan una estructura mucho más estable.
Figura 3: Antena rejilla UHF
Ancho del haz de la antena parabólica. La radiación tridimensional de un reflector parabólico tiene un lóbulo principal que se asemeja a la forma de un cigarro grueso en dirección XY. El ancho de haz aproximado de -3 dB para una parabólica en grados se da como:
Eficiencia de la antena parabólica (?)
En un reflector parabólico, el reflejo de la superficie del plato no es perfecto. Por tanto, una pequeña porción de la señal irradiada desde el mecanismo de alimentación se absorbe en la superficie del plato. Además, la energía cerca de la orilla del plato no se refleja si no más bien se reflectará del otro lado de la orilla del plato. Esto se llama derrame o fuga. Debido a imperfecciones dimensionales, sólo el 50% al 75% aproximadamente de la energía emitida desde el mecanismo de alimentación refleja realmente la parabólica. Además, en una antena real, mecanismo de alimentación no es una fuente puntual; ocupa un área finita en frente del reflector y en realidad tapa una pequeña área en el centro del palto y causa un área sombreada en frente de la antena que es incapaz de recoger o enfocar energía. Estas imperfecciones contribuyen a una eficiencia típica de sólo aproximadamente el 55%( ?=0,55). O sea, sólo el 55% de la energía irradiada por el mecanismo de alimentación en realidad s propaga hacia delante en una haz concentrado.
Ganancia de potencia de la antena parabólica. Para una antena parabólica transmisora, la ganancia de potencia es aproximadamente de:
Para una antena parabólica receptora, la superficie del reflector nuevamente no está completamente iluminada, reduciendo efectivamente el área de captura y siempre es menor que la verdadera área de la boca. El área de captura se puede calcular comparando la potencia recibida con la densidad de potencia de la señal que está recibiendo. El área de captura se expresa matemáticamente como:
Ac: área de captura (metros cuadrados);
A: área real (metros cuadrados);
K: una constante que depende del tipo de la antena utilizada y de la configuración (aproximadamente 0,65 para una parabólica alimentada por un dipolo de media onda).
Por lo tanto la ganancia de potencia de una antena parabólica es:
El patrón de radiación es típico para la antena parabólica transmisora como para la receptora. La ganancia de potencia dentro del lóbulo principal es aproximadamente de 75dB más que en la dirección hacia atrás y casi 65 dB más que la ganancia máxima del lóbulo lateral.
Hablamos de la EIRP (Effective Isotropically Radiated Power),es la Potencia Efectiva Radiada Isotrópica, siendo el producto de la potencia radiada multiplicada por la ganancia de la antena transmisora o, en decibeles:
Bibliográficas
2003 Tomassi. Comunicaciones Electrónicas
Autor:
Prof. Edgardo Faletti
(2009)