• Author / Uploaded
• Dennis Tck

• Categories
• Antena (Radio)
• Electrónica
• Electromagnetismo
• Ciencia
• Ingeniería

Citation preview

FITXA DE LA SESSIÓ Duración: 1 hora Dedicación: 1 hora ½

OBJETIVOS Presentar una modificación de la antena basada en la boca de guía, la bocina. Introducir un nuevo tipo de antena: el reflector. El objetivo es entender cómo con la teoría de rayos se puede analizar de forma muy simple este nuevo radiador. El último objetivo es relacionar los conceptos del tema de agrupaciones con los que hemos analizado aquí.

CONTENIDOS Descripción cualitativa de las bocinas. Comparemos prestaciones en cuanto a directividad de la antena boca de guía de la sesión anterior con varios tipos de bocina: bocina de plano E, plano H y piramidal. Acabamos la sesión con una introducción a las antenas tipo reflector.

En la sesión anterior se han visto las características de radiación de una boca de guía. Además se ha particularizado para una iluminación: la del modo fundamental en una guía rectangular (TE10). Hemos estudiado que la directividad de una apertura depende de su área efectiva que está ligada con el área física de la misma. Si queremos aumentar la directividad, podríamos pensar en aumentar el área física de la apertura. El inconveniente que esto presenta es que la frecuencia de resonancia depende de las medidas de la apertura. Entonces, la pregunta es: ¿podemos aumentar la directividad manteniendo la misma frecuencia de resonancia? Es decir; ¿podemos tener una guía en la que el modo fundamental por ejemplo esté a la frecuencia deseada y que además podamos aumentar la directividad de forma arbitraria? La respuesta la tenemos en las antenas tipo bocina. La Fig. 226 muestra bocinas de tipo rectangular.

E H

Botzina piramidal

Botzina del pla H

Botzina del pla E

Fig. 226 Bocina plano E, plano H y piramidal. Pla E (H) indica que la longitud larga coincide con el plano E (H).

285

Por lo tanto, es posible aumentar la directividad manteniendo la frecuencia del modo deseado aplicando el concepto de bocina. La tabla 12 compara la directividad que se puede lograr en función de las dimensiones eléctricas de la apertura. Antena

Directividad

10.2

boca de guía

a b 2

a b

bocina plano E

8

bocina plano H

7.9

bocina piramidal

6.4

2

a b 2

a b 2

Tabla 12 Comparación de las directividades para una apertura de guía y bocinas. Las dimensiones a y b están referidas a la Fig. 226: a y b son las medidas de la apertura. La bocina piramidal permite aumentar el área física y por lo tanto la directividad de manera considerable respecto la boca de guía.

Fig. 227 Antenas con perfil gaussiano que operan a 60GHz. Este diseño ha sido utilizado en el Hispasat 1C y 1D. Las antenas con corrugaciones aquí presentadas permiten reducir las medidas de la bocina en un 40% manteniendo las prestaciones electromagnéticas. Gentileza de los profesores Carlos del Río y Jorge Teniente de la Universidad Pública de Navarra.

Ejemplo: se conecta una bocina piramidal de medidas 10x15cm2 a una boca de guía de medidas 2x3cm2. Calcula el aumento de directividad. De la tabla anterior se tiene que: Incremento=Directividad bocina piramidal/directividad boca de guía=12dB. Las herramientas analíticas para calcular las características de radiación de las bocinas no se estudian en este curso. De todos modos, el principio es muy similar al presentado para la boca de guía, es decir, si se conoce el campo iluminador en la

286

boca, se pueden calcular los parámetros radioeléctricos aplicando el teorema de equivalencia. Aunque hemos visto de forma cualitativa las bocinas rectangulares, también encontramos circulares y otras modificaciones sobre las rectangulares/circulares para mejorar directividad, pureza de polarización etc. como las bocinas corrugadas. Debido a su ancho de banda, las bocinas se suelen utilizar como sondas en medida de antenas.

Fig. 228 Bocinas ultraligeras fabricadas gracias a una técnica de esponjas metalizadas. Izquierda: Bocina de doble haz que opera a 6 GHz, 10 dB de ganancia. Peso total 72 gr. (bocinas más conector). Derecha: prototipo de bocina de un solo haz con el conector directamente soldado sobre la esponja. Gentileza del Prof. Jean-Pierre Daniel de la empresa Advanten, Rennes France.

Las antenas de bocina son elementos muy empleados en sistemas de medida puesto que es un elemento directivo (>10dB) y que presenta anchos de banda considerables ( 150%). En muchos sistemas de medida de antenas, la bocina se utiliza como elemento que recibe/radia la energía del/hacia el dispositivo bajo prueba (Fig. 229). Si su ancho de banda fuese estrecho, sería poco práctica ya que se debería tener diversas bocinas para diferentes márgenes frecuenciales.

Fig. 229 Las bocinas son antenas a menudo utilizadas en sistemas de medida debido a su ancho de banda (ej.: 800MHz-6GHz) y directividad ( 12dB). Sistema de medida en cámara anecoica con bocina y sonda de campo eléctrico gentileza de Ernest Cid de la Empresa WaveControl, Barcelona.

287

Fig. 230 Jagadish Chunder Bose (1858-1937), físico indio precursor de la antena de bocina [13] utilizada aún hoy en día en muchos sistemas de medida con las mejoras y versiones que desarrollan los investigadores.

Se ha visto que para el caso de las bocinas es posible incrementar la directividad aumentando el tamaño de la apertura a pesar de su limitación ya que el perfil de amplitud/fase deja de ser uniforme. Es justamente el objetivo de un reflector conseguir directividades elevadas salvando el problema de comportamiento de la bocina. Una antena reflector consta de dos partes: el alimentador y el reflector en sí. El alimentador suele ser una bocina como las señaladas anteriormente, aunque también podría ser un dipolo. El reflector es la superficie que confina la radiación por obtener una directividad mucho más elevada que la del alimentador. Aunque puede haber diferentes tipos de reflectores (diédricos, esféricos), es el parabólico el más habitual. La Fig. 231 muestra la configuración básica de un reflector parabólico.

Fig. 231 Configuración básica de un reflector tipo parabólico.

Se puede entender el principio en el que se basa este tipo de antenas de la siguiente manera: en el foco del reflector parabólico tenemos el alimentador; éste radia hacia el reflector. Dado el perfil parabólico, todos los caminos que van desde el alimentador a la apertura (Fig. 232) tienen la misma longitud. Considerando que la fuente en el alimentador sea isotrópica, se puede aproximar la amplitud del campo en el plano de

288