Cuando vamos subiendo en frecuencia, las dimensiones eléctricas de las antenas aumentan y sus formas empiezan a diferir de las geometrías lineales. Encontramos estructuras cuya misión es el confinamiento y la conformación de la radiación de una fuente primaria hasta conseguir frentes de onda capaces de generar diagramas secundarios de directividades elevadas y formas de diagrama específicas. En ellas, el responsable de la formación del diagrama de la antena no es ya la fuente primaria, sino la distribución de campos eléctricos y magnéticos en el frente de onda presente en la apertura de salida de la antena al espacio libre, conformados por el conjunto de toda la estructura.
La utilización como radiadores de las bocas de guía monomodo, rectangulares y circulares, permite alcanzar directividades moderadas, pero presentan una desadaptación en la boca de la guía. Para mejorar su directividad y adaptación tenemos que aumentar sus dimensiones eléctricas, asegurando que la estructura siga siendo monomodo; para ello el agrandamiento tiene que hacerse gradualmente, en forma de bocina.
Las bocinas son estructuras radiantes muy utilizadas, y las derivadas de la guía rectangular son principalmente de tres tipos. La bocina de plano E se obtiene abriendo las placas anchas, las perpendiculares al campo eléctrico en la guía, manteniendo la anchura de la guía a. La bocina de plano H abre las placas estrechas, que son perpendiculares al campo magnético, manteniendo la altura b de la guía. La piramidal abre simultáneamente los dos pares de placas.
Al igual que las anteriores, abriendo guía circulares se generan bocinas cónicas. La distribución de campos más habitual es la del modo dominante TE11 con un error de fase debido al abocinamiento, cuyo valor máximo resulta ser
s = d²m / 8llc
donde dm es el parámetro de la boca y lc la longitud de la bocina.
Una variación de la bocina cónica de paredes lisas es la bocina cónica de paredes corrugadas, como la que muestra la figura. El efecto de las corrugaciones en las paredes es el de modificar la distribución de campos, en especial en el plano E, convirtiendo la distribución uniforme original en una cosenoidal. Las líneas de campo también se modifican, y quedan prácticamente paralelas a la dirección de polarización. En la figura se muestran los campos del modo dominante HE11 de la bocina corrugada y las del modo TE11 de la bocina lisa; puede observarse la mayor pureza de polarización de la primera. La finalidad de este tipo de bocinas es conseguir diagramas más simétricos con niveles de polarización cruzada más bajos.
Ref: Antenas. Angel Cardama, Alfaomega, Edición 2000. Páginas 243-253
Una ranura es un corte en un conductor metálico que se alimenta conectado en sus bordes una línea de transmisión bifilar o coaxial, o bien mediante una cavidad.
Otras ranuras habituales son una espira magnética, que se realiza por alimentación a partir de un coaxial, y las ranuras alimentadas por una cavidad. También se utilizan extensamente como radiadores (en VHF y UHF) ranuras axiales sobre cilindros circulares conductores, que producen polarización horizontal y, situando adecuadamente varias ranuras colineales, se obtiene un diagrama con un haz vertical estrecho y omnidireccional en el plano horizontal.
Ref: Antenas. Angel Cardama, Alfaomega, Edición 2000. Páginas 253-258
Las antenas impresas consisten en un parche metálico dispuesto sobre un sustrato dieléctrico colocado encima de un plano metálico. El parche es habitualmente de forma rectangular o circular y de dimensiones del orden de media longitud de onda. Es posible, asimismo, construir agrupaciones de parches combinando líneas y radiadores impresos.
Ref: Antenas. Angel Cardama, Alfaomega, Edición 2000. Páginas 258-259
A medida que subimos en frecuencia es posible ir consiguiendo elevadas dimensiones eléctricas de las antenas, y por lo tanto, directividades importantes. Aumentar la directividad significa disponer de geometrías capaces de focalizar la energía en regiones angulares cada vez menores. Ésta es la finalidad que se persigue con las distintas formas de reflector y de lente: concentrar la radiación de fuentes primarias, en general poco directivas, en una determinada dirección o región del espacio . Los reflectores y las lentes se colocan en frente de un radiador primario (dipolo, boca de guía, bocina ), para convertir las ondas cilíndricas o esféricas en ondas planas , concentrando la radiación en una dirección del espacio y obtener así directividades elevadas.
Una de las formas más simples de concentrar la radiación de una fuente primaria es mediante reflectores dieléctricos. Su estudio se realiza mediante la teoría de imágenes, que permite analizar diedros reflectores con ß=180º/n, donde n es un entero. Una configuración usual es el reflector en ángulo de 90º, que puede analizarse mediante tres imágenes; también son habituales reflectores de 60º, que dan origen a 5 imágenes.
Un reflector plano presenta, en general, una ganancia muy reducida y se requieren grandes superficies y ángulos reducidos para conseguir directividades apreciables. Una configuración que permite obtener directividades elevadas utiliza un reflector parabólico como superficie reflectante. El principio de su funcionamiento, heredado de la óptica, consiste en focalizar la potencia incidente en el reflector sobre una fuente primaria situada en su foco.
Ref: Antenas. Angel Cardama, Alfaomega, Edición 2000. Páginas 261-278
Hasta ahora se ha supuesto una superficie perfectamente parabólica. Las desviaciones de esta forma producirán básicamente, errores de fase en la apertura, que significarán una pérdida de eficiencia y la aparición de una radiación difusa parásita. Un estudio de los efectos de la rugosidad de la superficie realizado por Ruze establece que para un error cuadrático medio de la superficie s, la pérdida de directividad puede expresarse como
DD=-4.3(4 p s / l) ² (dB)
Valores habituales de la tolerancia son errores de pico de l /16 en aplicaciones comerciales y de l /32 en aplicaciones profesionales. Para un error de pico de (error cuadrático medio de l /45) se tiene una pérdida de directividad de 0.3dB.
Uno de los inconvenientes del alimentador frontal, especialmente en el caso Cassegrain por la mayor superficie del subreflector, es el bloqueo que se produce el alimentador o el subreflector. La presencia de una superficie opaca en la apertura crea un agujero en la iluminación que disminuye la directividad y aumenta el nivel de los lóbulos secundarios.
Un efecto asociado con el bloqueo es la aparición de una potencia reflejada en el alimentador. Al encontrarse éste en el frente de onda del paraboloide, intercepta parte de la energía reflejada, y se produce en él una desadaptación. El campo incidente sobre el vértice del reflector, que es el que luego viaja hasta el centro de la apertura, vale
|Ei| = ( hPrDf/4p)½ *1/f
La radiación posterior del alimentador puede interferir constructivamente o destructivamente con la radiación proveniente del reflector. Esto produce una modulación del diagrama cuya importancia depende de la relación entre las dos amplitudes. Para un valor D de la directividad del paraboloide y un valor Dfp de la directividad del alimentador en la dirección posterior, la pérdida de directividad en el caso más desfavorable viene dada por
DD = 20 log (1 - (Dfp/D)½) (dB)
Uno de los efectos que se deben considerar a la hora de evaluar el rendimiento de una antena, es que se produzca sobre el reflector una lámina de agua, hielo o nieve. La más importante de las tres, por las pérdidas que comporta, es el agua.
La situación se agrava cuando la lámina alcanza un grosor de lef/4 (1 mm a 10 Ghz; 0.7 mm a 15 Ghz; 0.4 mm a 30 Ghz).
La eficiencia total de una antena de reflector parabólico puede alcanzar valores entre 0.75 y 0.85 en el caso ideal. Cuando se toman en consideración los efectos anteriores este valor puede descender hasta 0.7 en buenos diseños, estando típicamente en torno a 0.6.
Ref: Antenas. Angel Cardama, Alfaomega, Edición 2000. Páginas 279-281
El ángulo de error para recibir adecuadamente el satélite es muy pequeño,
del orden de 0,2º. Por ese motivo, para recibir la señal correctamente,
hay que mover un poco la antena hasta encontrar el satélite con el máximo
nivel de señal.
Para la orientación de una antena, hay que tener en cuenta la situación
geográfica del lugar de recepción y la situación del satélite.
El Ecuador divide la Tierra en el hemisferio Norte y el hemisferio Sur,
y el meridiano de Greenwich divide la Tierra en Este y Oeste.
Las divisiones paralelas al Ecuador se denominan Paralelos, y el ángulo
considerado se llama Latitud, bien Norte o bien Sur, según sea del
hemisferio Norte o del hemisferio Sur.
Las divisiones alrededor de Greenwich se denominan Meridianos, y el ángulo
considerado se llama Longitud, bien Este o bien Oeste.
El Acimut (o azimut) es el ángulo horizontal al que hay que girar la antena, desde el polo Norte terrestre hasta encontrar el satélite. A veces se indica este ángulo con relación al polo Sur.
Para los reflectores simétricos, el alimentador ideal sería aquel que produjera una distribución en la apertura que fuera constante en amplitud y fase y que no radiara fuera del sector angular cubierto por el reflector. En este caso, el diagrama de amplitud del alimentador debería ser inversamente proporcional al cos²q' (atenuación de la onda esférica).
Es la forma más sencilla de alimentador, y consiste en una guía o bocina propagando el modo fundamental. El ejemplo más significativo es la guía y bocina circulares con el modo TE11.
El término híbrido describe los modos que tienen componente de campo eléctrico y simultáneamente de campo magnético en la dirección de propagación. Las dos estructuras básicas que los soportan son las superficies corrugadas y los conos dieléctricos.
Estas estructuras permiten tener eficiencias elevadas, debido a la simetría del diagrama y, por tanto, de la iluminación del reflector, con niveles de polarización cruzada bajos.
Ref: Antenas. Angel Cardama, Alfaomega, Edición 2000. Páginas 281-283
Un procedimiento distinto para, a partir de fuentes puntuales, lograr grandes superficies radiantes con campos en fase consiste en hacer viajar la radiación por un medio que iguale caminos eléctricos y produzca un frente de onda plano a partir de uno esférico. Esta estructura no es más que una lente en el sentido clásico de óptica.
En lentes de microondas es conveniente eliminar el máximo posible de material (una lente de 1 metro de radio puede llegar a pesar una Tm ), y una forma de conseguirlo es eliminando de forma escalonada cilindros de material de grosor D, tal que la diferencia de caminos eléctricos en cada escalón sea un número entero de longitudes de onda.
Para generar múltiples haces o barrer una región del espacio se emplean lentes multifocales. Si se utilizan guías de onda para fabricar la lente surge el problema de la dispersión y, en consecuencia, de la estrechez de banda ya comentada. Para que resulte una lente de banda ancha ha de construirse de forma que los retardos de grupo sean idénticos para todos los rayos; para ello han de utilizarse en la lente líneas de transmisión TEM.
Una configuración distinta a las anteriores, que utiliza para enfocar un medio heterogéneo, es decir, con n dependiendo de la distancia es la lente de Luneburg. Consiste en una esfera cuyo índice varía parabólicamente con el radio y tiene la propiedad de enfocar para cualquier punto situado en su superficie. Una fuente esférica en un punto de su superficie produce una onda plana al otro lado, en la dirección del diámetro que pasa por el alimentador, y a la inversa en recepción.
Ref: Antenas. Angel Cardama, Alfaomega, Edición 2000. Páginas 286-291
