Antenas Parabólicas: Diseño

Datos:

F=5.8GHz

n=10

relación

Angulo entre el eje focal y la línea que une el foco con un extremo de la parábola es:

Distancia foco-reflector:

Fig. 3.10.1 Geometría de diseño en feko.

Fig. 3.11.1. Diagrama de radiación de la antena parabólica.

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Antenas Parabólicas: Ancho de Banda, Relación Señal a Ruido, Factor de Potencia

• Ancho de Banda

El ancho de banda de una antena parabólica indica la banda de frecuencias para las que está diseñada la antena. Por ejemplo, una antena con un ancho de banda de 10,9GHz a 12,8GHz está diseñada para captar todas las frecuencias comprendidas entre los dos límites citados, lo que implica que tiene un ancho de banda de 1,9GHz a partir de 10,9GHz. [8].

• Relación Señal/Ruido

Tanto el ruido del medio ambiente como el del espacio exterior pueden ser captados por una antena parabólica. Los fenómenos naturales, tales como tormentas, lluvia, viento excesivo, etc., originan señales de ruido de la misma forma que lo hacen ciertos fenómenos artificiales, tales como lámparas fluorescentes. No obstante, las principales fuentes de ruido, son el ruido atmosférico, el ruido galáctico procedente de las estrellas y el suelo. Si el suelo origina ruido, al reflector le llegará tanto más ruido cuanto más “desnivelado” se encuentre el suelo. En las antenas parabólicas también debe tenerse presente el ruido que la propia antena genera. Toda onda electromagnética que incida sobre la superficie del reflector es reflejada por éste, por lo que se puede decir que se convierte en emisor de nuevas ondas. Estas ondas se mezclan con la señal principal, formado una señal de ruido. Para que la recepción sea buena, es preciso que la señal “reflejada” se sume a la “incidente” y también se debe poder separar a la señal del ruido lo que implica que la relación señal/ruido (S/N) sea lo más elevada posible. [11].

• Factor de Ruido

Se define el factor de ruido (F) de una antena como la potencia mínima que debe tener la señal captada para que quede totalmente enmascarada por el ruido de la propia antena. En el caso de antenas parabólicas, para la recepción de emisiones de Wireless, en las que las potencias que llegan son muy pequeñas, es muy importante alcanzar un factor de ruido muy pequeño. En base a experimentos realizados con ayuda de software FEKO, se deduce que la mejor eficiencia en la banda de 5.8GHz se obtiene con una relación de 2.7, aunque aumenta ligeramente las dimensiones de la parábola. [9].

Referencias:

[8] Kinayman Noyan, M. I. Aksun, “Modern Microwave circuits”, Artech House Inc Boston.London, 2005;
[9] Ramesh Garg, Prakash Bhartia, Inder Bahl, Apisak Ittipiboon “Microstrip Antenna Design Handbook”, Artech House Inc Boston.London, 2001;
[11] David M. Pozar, “Microwave Engineering”, Second Edition. John Wiley & Sons, Inc. 1998.

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Antenas Parabólicas: Lóbulos Principales y Secundarios

Una antena parabólica capta la máxima energía cuando está orientada en dirección hacia su fuente y, dentro de un pequeño ángulo, se mantiene el valor de la energía captada entre el 50 y el 100% de la máxima. Fuera de dicho ángulo, el valor de la energía captada cae rápidamente. Se denomina lóbulo de radiación al “espacio” en que puede captar energía una antena sin que su ganancia caiga a más de 3dB. O sea, es la representación mediante un sistema de coordenadas polares, de la ganancia de la antena en función del ángulo que forma el eje de la misma con el satélite (figura 3.6.1). El diagrama de radiación de una antena suele presentar: [8].

• El lóbulo principal que es el de mayor tamaño y alcanza el círculo de las coordenadas polares correspondientes a 0dB. Es decir, no presenta atenuación alguna de la señal.
• El eje del lóbulo principal coincide con el eje de la antena; es decir, que toda fuente que se encuentre en la misma dirección que el eje de la antena entrará dentro del lóbulo principal y será captado con la máxima ganancia.
• El ángulo de radiación pertenece al lóbulo principal y abarca todo el ancho del citado lóbulo con una ganancia por encima de -3dB.
• Existen lóbulos secundarios, dispuestos en ángulos distintos al del eje principal y que disminuyen de tamaño a medida que se acercan al ángulo de 180°. Los lóbulos secundarios o lóbulos laterales determinan la capacidad de una antena parabólica para captar radiaciones que le llegan de direcciones fuera de su eje. Se pueden representar los lóbulos principal y secundarios mediante un sistema de coordenadas cartesianas, en el que, el lóbulo principal ocupa la posición correspondiente al ángulo de 0°, en el centro de la abscisa y su amplitud máxima se corresponde con la ganancia de la antena, que en el ejemplo anterior era de 40dB. 3dB por debajo de la ganancia máxima; es decir, a 37dB, se traza una recta que corta el lóbulo principal en dos puntos (P y P’). Una proyección vertical de estos puntos sobre la abscisa permite determinar al ángulo de radiación de la antena. Los lóbulos secundarios tienen poca amplitud, tanto menor cuanto más se acercan al ángulo de 180° o ángulo opuesto al de orientación de la antena. Los lóbulos secundarios son una medida de la capacidad de la antena de captar señales electromagnéticas de fuentes situadas en ángulos distintos del de orientación (aunque con muchísima menor potencia). Se debe tener en cuenta que “siempre”, los lóbulos secundarios deben tener una amplitud sensiblemente menor que la del lóbulo principal, ya que de lo contrario la señal de otra fuente interferiría a la señal que se desea captar. Se dice que una buena antena es aquella en la que el lóbulo principal tiene una ganancia superior a 20dB respecto a la de los lóbulos secundarios. [9].

Fig. 3.6.1. Distribución de los lóbulos de radiación en una parabólica. [4].

Referencias

[4] Saber Electrónica – Recepción de señales vía satélite (Horacio Vallejo)

[8]Kinayman Noyan, M. I. Aksun, “Modern Microwave circuits”, Artech House Inc Boston.London, 2005;

[9]Ramesh Garg, Prakash Bhartia, Inder Bahl, Apisak Ittipiboon “Microstrip Antenna Design Handbook”, Artech House Inc Boston.London, 2001;

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Antenas Parabólicas: Ángulo de Radiación

• Ángulo de radiación

El ángulo de radiación es el ángulo dentro del cual, la señal captada por la antena se mantiene entre el 50% y el 100% de potencia, o sea, el ángulo que puede desplazarse la antena con respecto a la dirección exacta hacia la fuente hasta que la señal sufre una atenuación de 3dB. En la figura 3.5.1 se observa el caso en que una antena está apuntando en una dirección incorrecta pero que, de todos modos, la señal se recibe con el 50% (-3dB) de la potencia que arrojaría una antena apuntando correctamente. Supongamos que la ganancia de la antena es de 40dB lo que hace que, cuando está perfectamente alineada posea una ganancia de potencia de: [6].

Movemos ahora la antena, desviándola de la posición ideal un ángulo ƒ, hasta que la potencia captada por la antena descienda aproximadamente a la mitad, es decir, que la ganancia de potencia pase a ser unas 5.000 veces, lo que supone una ganancia en decibeles: GdB = 10 log 5.000 = 10 x 3,7 dB = 37dB (3dB por debajo del nivel obtenido al estar bien orientada la antena). El ángulo medido desde la posición correcta de apuntamiento hasta el máximo desplazamiento hacia “cualquier lado” donde la ganancia de la antena baja a 3dB, es lo que se denomina ángulo de radiación. De esta manera se deduce la importancia de una buena orientación de la antena, ya que la más mínima desviación supone una considerable pérdida de señal. El ángulo de radiación disminuye con el aumento de la frecuencia y con el incremento del diámetro del reflector; es decir, que cuanto mayor sea el plato y a igualdad de frecuencia, más directiva será la antena. [8].

Fig. 3.5.1. Angulo de radiación en una antena parabólica. [4].

Referencias

[4] Saber Electrónica – Recepción de señales vía satélite (Horacio Vallejo)

[6] Antenna Theory and Design (Stutsman)

[8]Kinayman Noyan, M. I. Aksun, “Modern Microwave circuits”, Artech House Inc Boston.London, 2005;

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