ANTENAS UHF Y MICROONDAS

I. INTRODUCCIONLas antenas utilizadas para UHF (0.3 a 3 GHz) y Microondas (1 a100 GHz), tienen que ser altamente directivas. Una antena tieneuna ganancia aparente porque concentra la potencia irradiada enun haz angosto en lugar de enviarlos en forma uniforme en todaslas direcciones, y el ancho de haz se reduce con los incrementosen la ganancia de la antena.Las antenas de microondas casi siempre tienen anchos de haz demedia potencia. Un ancho de haz angosto minimiza los efectos dela interferencia de fuentes externas y antenas adyacentes. Sinembargo, para transmisión de líneas de vista, como las utilizadascon los radios de microondas, un ancho de haz angosto imponevarias limitaciones, como la estabilidad mecánica y eldesvanecimiento, que pueden producir problemas en la alineaciónde la antena. [1]

II. ANTENA PARA MICROONDAS

La antena utilizada generalmente en las microondas es la de tipoparabólico. El tamaño típico es de un diámetro de unos 3 metros.La antena es fijada rígidamente, y transmite un haz estrecho quedebe estar perfectamente enfocado hacia la antena receptora.Estas antenas de microondas se deben ubicar a una alturaconsiderable sobre el nivel del suelo, con el fin de conseguirmayores separaciones posibles entre ellas y poder superarposibles obstáculos. Sin obstáculos intermedios la distanciamáxima entre antenas es de aproximadamente 150 km, conantenas repetidoras, claro está que esta distancia se puedeextender, si se aprovecha la característica de curvatura de latierra, por medio de la cual las microondas se desvían o refractanen la atmósfera terrestre. [2]

A. TIPOS DE ANTENAS PARA MICROONDASUna de las características que presentan este tipo de antenas esque deben ser muy direccionales, su ganancia es consideradaaparente debido a que se debe concentrar la potencia irradiada enun haz delgado para ser transmitido de igual forma en todasdirecciones. Para el caso de antenas de microondas, es comúnencontrar aberturas de haz a mitad de potencia inferiores a ungrado.Las antenas de microondas presentan tres característicasimportantes: la eficiencia direccional, acoplamiento espalda conespalda y acoplamiento lado a lado.

➘ La eficiencia direccional o relación de frente a espaldaconsiste en la relación de ganancia máxima en direccióndelantera con respecto a la ganancia máxima en direccióntrasera; este valor puede ser inferior a 20 dB y esfundamental para el momento de su diseño.

Estas Antenas son similar a laque utilizan las Emisoras

Comerciales de frecuenciasmoduladas de radio.

➘ En el caso de los acoplamientos de lado a lado yespalda con espalda, indican las perdidas poracoplamiento entre antenas se expresan en dB. Serecomienda que las pérdidas por acoplamiento sean altaspara evitar que una señal de transmisión de una antenainterfiera con una señal de recepción de otra antena. [3]

Las antenas de microondas deben ser muy direccionales debenenfocar su energía en un haz angosto el cual se puede dirigir haciauna antena receptora prácticamente a línea vista, permiteaumentar varias veces la magnitud de la potencia irradiada acomparación de otro tipo de antenas en donde el tipo más comúnde antena tanto para transmisión como para recepción es elreflector parabólico.

1. ANTENA DE REFLECTOR PARABÓLICO

Son antenas capaces de proporcionar ganancias y directividadde radiación extremadamente altas usadas comúnmente paraenlaces de radio y satélite. Está constituida por dos elementosprincipales: un reflector parabólico y un mecanismo dealimentación. Este mecanismo de alimentación comúnmente esun dipolo o una red de dipolos en donde se irradian las ondaselectromagnéticas hacia el reflector el cual es el encargado deconcentrar y direccionar todas las ondas individuales enfasadasentre sí.

Antena y refAntenas y reflectores parabólicos

a. REFLECTORES PARABÓLICOS

El reflector parabólico es probablemente el componente másbásico para una antena parabólica. Los reflectores

parabólicos se asemejan a la forma de un plato; por lo tanto,a veces se les llama antenas parabólicas de plato. Paracomprender como funciona un reflector parabólico, esnecesario primero comprender la geometría de unaparábola.Una parábola es una curva en el plano que se describe

matemáticamente como y✝a x2 , y se define como el lugar

geométrico de un punto que se mueve en forma tal que a sudistancia a otro punto (llamado foco), sumada a su distanciaa una recta (llamada directriz) es una longitud constante. Lafigura 3.19 muestra la geometría de una parábola cuyo focoestá en el punto F y cuyo eje es la recta XY.

Geometría de una parábola

b. ANCHO DE HAZ DE UNA ANTENA PARABÓLICALa radiación tridimensional procedente de un reflectorparabólico tiene un lóbulo principal que se asemeja a laforma de un puro grueso en la dirección XY. La aberturaaproximada de haz de -3 dB para una antena parabólica, engrados, es:

En donde:

Para grandes alcances, el reflector parabólico es el másutilizado porque permite obtener ganancias de hasta 30 dB acostos razonables. El reflector puede ser una lámina solida operforada, y mientras que las perforaciones no excedan de unadécima parte de la longitud de onda, su efecto en lasprestaciones eléctricas de la antena no será notable, siendo laresistencia al viento significativamente menor. En algunoscasos el reflector se fabrica con una malla o con una grilla dealambre. Comercialmente hay varios fabricantes que producenestas antenas y se consiguen a veces de segunda mano aprecios muy atractivos. Como la frecuencia de operacióndepende solamente del elemento activo o alimentador,reflectores utilizados para aplicaciones satelitales a frecuenciasmás altas pueden perfectamente ser utilizadas a otrasfrecuencias dotándolos del alimentador adecuado. Las antenasparabólicas son las más preferidas para enlaces a largadistancia, especialmente en frecuencias microondas.

c. EFICIENCIA DE UNA ANTENA PARABÓLICA

En el caso de un reflector parabólico, la reflactancia de lasuperficie del plato no es perfecta. Esto quiere decir, que unapequeña parte de la señal irradiada es absorbida por el platoadicionalmente la energía cercana a las orillas del plato no serefleja.

Un valor aproximado de la cantidad de energía que se puedeirradiar esta entre el 50 y el 75% de la señal irradiada por lafuente. Debido a estas pérdidas comúnmente se considera quela eficiencia de una antena parabólica es de un 55 %.

d. GANANCIA DE POTENCIA DE UNA ANTENA PARABÓLICA

La ganancia de potencia de una antena parabólica esinversamente proporcional a la longitud de onda elevado alcuadrado por lo cual el área del plato o reflector. Esteparámetro juega un factor importante a la hora de diseñarantenas parabólicas, el cual depende directamente de lalongitud de onda. La expresión matemática para calcular laganancia de una antena transmisora es:

Como se considera que la eficiencia de una antena de este tipo,normalmente es del 55%, la anterior expresión se reduce

En la que C es la velocidad de propagación 3x108m✏ s . En

forma de decibelios:

Endonde:

Existe un término importante en los reflectores parabólicosdenominado área de captura, la cual es considerada el área realdel reflector encargada de recibir o captura la mayor parte laenergía electromagnética y puede ser calculada según lasiguiente expresión:

Como base de lo anterior, la ganancia de potencia para unaantena parabólica receptora será:

[4]

e. MECANISMOS DE ALIMENTACIÓN DE LA ANTENAPARABÓLICA

El mecanismo de alimentación de una antena parabólicarealmente irradia la energía electromagnética y, por lo tanto se

le suele llamar la antena principal. El mecanismo dealimentación es de mayor importancia porque su función esirradiar la energía hacia el reflector. Un mecanismo dealimentación ideal debe dirigir toda la energía hacia el reflectorparabólico y no tener efecto de sombra, en la práctica eso esimposible de realizar, aunque si se tiene cuidado al diseñar elmecanismo de alimentación, la mayor parte de la energía sepuede radiar en la dirección correcta, y se puede minimizar elefecto de sombra.

Existen tres tipos principales de mecanismo de alimentaciónpara antenas parabólicas:

1. ALIMENTACIÓN CENTRALLa figura muestra un diagrama de un reflectorparaboloide alimentado en el centro, con un reflectoresférico adicional. La antena primaria se coloca en el foco.La energía irradiada hacia el reflector se refleja haciafuera, en forma de un haz concentrado. Sin embargo, laenergía que no refleja el paraboloide se reparte en todasdirecciones, y tiene la tendencia a perturbar ladistribución general de la radiación. El reflector esféricoredirige esas emisiones, hacia atrás, hacia el reflectorparabólico, donde se vuelven a reflejar en la direccióncorrecta.

2. ALIMENTACIÓN DE CORNETAEn la figura se muestra un diagrama para un reflectorparabólico utilizando alimentación de corneta. La antenaprincipal es una pequeña antena de corneta en lugar de

un simple dipolo o tabla dedipolo. La corneta es solo unaporción de material de guíade onda que se coloca en elfoco y radia un patrón algodireccional hacia el reflectorparabólico.

3. ALIMENTACIÓNCASSEGRAINEsta alimentación lleva elnombre en honor a un astrónomo del siglo XVIII, en dondeevoluciono directamente los telescopios ópticosastronómicos. La principal fuente de radiación se localizaen o justo detrás de una pequeña abertura en el vérticede la parábola, en lugar del foco. La antena principal seapunta a un pequeño reflector secundario (subreflectorCassegrain) localizado entre el vértice y el foco. [5]

III.

REFERENCIAS:

❖ [1] Wayne Tomasi. “Sistemas de ComunicacionesElectrónicas”. Cap. X. pág. 402. “Atenas UHF y Microondas”

❖ [2] Wayne Tomasi. “Sistemas de ComunicacionesElectrónicas”. Cap. X. pág. 403. “Atenas UHF y Microondas”

❖ [3] “Tipos de Antenas para Microondas”http://datateca.unad.edu.co/contenidos/208019/MODULO%20ANTENAS%20Y%20PROPAGACION-2011/leccin_39_antenas_de_uhf_y_microondas.html

❖ [4] Wayne Tomasi. “Sistemas de ComunicacionesElectrónicas”. Cap. X. pág. 404. “Atenas UHF y Microondas”

❖ [5] Wayne Tomasi. “Sistemas de ComunicacionesElectrónicas”. Cap. X. pág. 408. “Atenas UHF y Microondas”