Antenas Parabólicas: Rendimiento y Relaciones D/f

• Rendimiento

Se define como rendimiento de una antena parabólica a la relación entre la cantidad de energía incidente en el reflector y la concentrada en el foco. El rendimiento está determinado, fundamentalmente, por el alimentador (iluminador) y por las desviaciones mecánicas que pueda sufrir el reflector con relación a una parábola perfecta. Desviaciones de unos pocos milímetros son importantes en el rendimiento, por lo que para asegurar una buena ganancia y rendimiento es preferible que los reflectores se fabriquen de una sola pieza y con una desviación máxima de la curvatura de 1 mm. El rendimiento no se calcula teóricamente dado que el tipo de superficie del plato o la mala colocación del alimentador o la simple suciedad acumulada son algunos de los muchos factores que influirán negativamente en el rendimiento de la antena. Se considera aceptable un rendimiento comprendido entre el 50% y el 65%, ya que un rendimiento mayor provoca la aparición de lóbulos secundarios que interferirán con el principal (esto quiere decir que de cada 2 miliwat de señal que llega al reflector, al alimentador sólo le llega 1 miliwat. [4].

• Relaciones D/f

Para lograr un rendimiento alto, es necesario que el perfil del reflector se acerque lo máximo posible a la parábola. Para que esto se cumpla debe existir una relación exacta entre el diámetro, el foco y la profundidad del reflector parabólico, pues estos tres parámetros están estrechamente relacionados entre sí. Cualquier variación en uno de ellos afecta a todos los demás. Conocido el diámetro D de la parábola, se puede calcular la distancia al foco f y la profundidad P. Para que la antena alcance un alto rendimiento, el cociente D/f debe estar comprendido entre 2,3 y 2,7. Las antenas con relaciones D/f altas requieren alimentadores especiales, mientras que las de relaciones D/f bajas presentan problemas de ruido, debido a la poca concavidad del reflector y el mínimo apantallamiento del reflector contra la superficie en que se encuentra. [7].

Referencias:

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

[7] Wireless Network – Undestand How Wireless Communications Works (Jeffrey Wheat, Randy Hiser, Jackie Tucker, Alicia Neely, Andy McCullough)

Post Relacionados

• Antenas Parabólicas: Lóbulos Principales y Secundarios (0)
• Antenas Parabólicas: Diámetro del Reflector y Ganancia (0)
• Antenas Parabólicas: Ángulo de Radiación (0)
• Antenas Parabólicas: Ancho de Banda, Relación Señal a Ruido, Factor de Potencia (0)
• Antenas Parabólicas: Análisis (0)

Antenas Parabólicas: Diámetro del Reflector y Ganancia

• Diámetro del Reflector

El diámetro del reflector de una antena parabólica (tamaño del plato) depende de dónde se lo va a colocar y del nivel de señal que se desea captar (en realidad del nivel de la señal que llega a la antena). Cuanto mayor sea el diámetro del reflector, más energía tendrá la señal que le llegará y mayor será la energía concentrada en el foco. Dicho de otra forma, cuanto mayor sea el diámetro del reflector, mayor energía se concentrará en el foco de la parabólica; lo que significa que para el mismo nivel de señal emitida por una fuente, una antena parabólica de gran tamaño tendrá más ganancia que otra de menor tamaño situada en el mismo punto geográfico. Mayor ganancia implica una mejor recepción; pero, no siempre se deben utilizar los reflectores de mayor diámetro para todos los casos, ya que a mayor tamaño más alto será el precio y mayor influencia tendrá el viento, lo que puede desajustar su orientación con respecto a la fuente de señal. [8].

• Ganancia

La ganancia de una antena parabólica indica la cantidad de señal captada que se concentra en el alimentador. La ganancia depende del diámetro del plato, de la exactitud geométrica del reflector y de la frecuencia de operación. Como se ha dicho, si el diámetro aumenta, la ganancia también, porque se concentra mayor energía en el foco. La exactitud geométrica está relacionada con la precisión con la que se ha fabricado el reflector de la antena parabólica. La antena debe ser parabólica de modo que exista uno y sólo un foco y que en él se debe colocar el alimentador. Cualquier desviación de la curva parabólica hará que toda la energía que llegue al reflector no se refleje en el foco, sino en un punto por delante o por detrás de éste, con lo cual perderemos energía. Lo propio para las irregularidades mecánicas en la superficie del reflector. Un golpe o abolladura presente en el plato hará que las señales reflejadas no se desvíen correctamente hacia el foco disminuyendo la energía electromagnética efectiva en el alimentador. Por otra parte, cuanto mayor sea la frecuencia, menor deberá ser el diámetro del reflector. Así, una señal para 5.8 GHz necesita un reflector de menor diámetro que otra señal en 2.4GHz. La ganancia del reflector se expresa en dB y se la define con respecto a una antena isotrópica (antena de longitud omnidireccional que se considera de ganancia unitaria); es decir, en relación a una antena que reciba exactamente lo mismo en todas direcciones. [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;

Post Relacionados

• Antenas Parabólicas: Rendimiento y Relaciones D/f (0)
• Antenas Parabólicas: Lóbulos Principales y Secundarios (0)
• Antenas Parabólicas: Ángulo de Radiación (0)
• Antenas Parabólicas: Ancho de Banda, Relación Señal a Ruido, Factor de Potencia (0)
• Antenas Parabólicas: Análisis (0)

Antenas Parabólicas: Análisis

La figura 3.1 muestra la geometría de un reflector parabólico. El reflector se forma rotando la figura sobre su propio eje o moviendo esta a lo largo de su eje para formar un reflector cilíndrico. Un reflector parabólico transforma una onda esférica radiada por la alimentación ubicada en su foco, a una onda plana. Aunque la alimentación propaga una onda desde el foco, el cual reduce su amplitud, geometrías ópticas predicen que la reflexión de una onda plana se mantiene constante. La onda reflejada no mantiene a la onda plana pero la propaga porque los campos deben ser continuos a través de la frontera de reflexión del plano del haz, porque los campos pueden ser discontinuos solo a través de la frontera física. [7].

No obstante, se utiliza la teoría de apertura en el diámetro proyectado para predecir su funcionamiento. Como los rayos reflejados son paralelos, se puede ubicar el plano de apertura en cualquier lugar a lo largo del eje, pero de cierto modo cerca en el frente del reflector. Las ecuaciones para la superficie del reflector son: [7].

   Rectangulares

    Polares

Donde f es la longitud focal, D el diámetro, es la distancia desde el foco al reflector, y el ángulo de alimentación desde el eje z negativo. La profundidad del reflector desde el vértice de la parábola hasta el punto de intersección entre las rectas comprendidas por el eje focal y la línea que une los extremos de la parábola es: [7].

Fig. 3.1. Geometría de un reflector parabólico. [7].

El ángulo comprendido entre el eje focal y la línea que une el foco con un extremo de la parábola es: [7].

Con el objeto de lograr una mejor respuesta en fase entre la onda original y la reflejada por la parábola, la distancia focal tiene que ser del orden:

Para el caso específico de Wireless con estándar IEEE 802.11a se comprueba en base a los experimentos hechos por simulación en el software FEKO, que se obtiene el mejor desempeño para un n=10.

El perfil de un reflector para antena parabólica sigue la figura geométrica de una parábola (figura 3.2), ya que en ella, cualquier punto P está a igual distancia de un punto f (foco) situado en el eje x, que de un punto D situado en la perpendicular de una línea recta paralela al eje y (que se denomina directriz). En una parábola, toda línea paralela al eje x, que incida sobre un punto de ésta, se desvía hacia el foco f con un ángulo , que geométricamente se demuestra que es igual a . De esto último se deduce que si el eje x de la parábola se apunta hacia un punto del espacio, todas las radiaciones que procedan de ese punto y que sean paralelas al eje x, se desviarán hacia el foco f, concentrándose en éste tal como se grafica en la figura 3.2. El foco puede estar situado en cualquier punto del eje x, dicha ubicación provocará que la curva parabólica adquiera una forma más abierta o más cerrada. Para elegir una antena parabólica deben tenerse en cuenta una serie de características técnicas a saber:

Fig. 3.2. Perfil de un plato parabólico. [8].

• Diámetro del reflector
• Ganancia
• Rendimiento
• Relaciones directriz/foco (D/f) y foco/directriz (f/D)
• Angulo de radiación
• Lóbulos principales y secundarios de radiación
• Ancho de banda
• Relación señal/ruido
• Factor de ruido

Referencias:

[7] Wireless Network – Undestand How Wireless Communications Works (Jeffrey Wheat, Randy Hiser, Jackie Tucker, Alicia Neely, Andy McCullough)

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

Post Relacionados

• Antenas Parabólicas: Rendimiento y Relaciones D/f (0)
• Antenas Parabólicas: Lóbulos Principales y Secundarios (0)
• Antenas Parabólicas: Diseño (0)
• Antenas Parabólicas: Diámetro del Reflector y Ganancia (0)
• Antenas Parabólicas: Ángulo de Radiación (0)