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Antenas de bocina, ranuradas y reflectadas

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by

oscar andres diaz yañez

on 22 October 2012

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Transcript of Antenas de bocina, ranuradas y reflectadas

UNIVERSIDAD DE PAMPLONA RADIACION DE ANTENAS DE BOCINA
RANURADAS Y REFLECTORAS Lady Rolon Suescum
Greys Estefanía Lozano Arenas
Lisbeth Yeliza Contreras ANTENAS DE BOCINA Una bocina es una antena que consiste en una guía de onda(estructura física que guía ondas electromagnéticas.) metálica en la cual el área de la sección se va incrementando progresivamente hasta un extremo abierto, que se comporta como una apertura. ANTENAS DE BOCINA Las antenas de bocina son muy utilizadas en las bandas de frecuencia de microondas porque proporcionan:

Alta ganancia.
Baja onda estacionaria.
Ancho de banda relativamente grande.
Son relativamente fáciles de construir. CLASES DE BOCINAS a b c d e



Bocina exponencial Bocina rectangular tipo pirámide Bocina rectangular plano E Bocina rectangular plano H Bocina cónica BOCINAS RECTANGULARES Las bocinas rectangulares se alimentan con una guía rectangular que se orienta normalmente para su análisis con la cara ancha horizontal.
El modo dominante en la guía tiene el campo eléctrico vertical (plano E) y el campo magnético horizontal (plano H). Si la bocina ensancha la cara ancha de la guía sin cambiar las dimensiones de la cara estrecha se le llama Bocina Sectorial Plano H

Si la bocina sirve para ensanchar las dimensiones del plano E se llama Bocina Sectorial Plano E.

Cuando se ensanchan ambas dimensiones se habla de una Bocina Piramidal. BOCINA SECTORIAL PLANO H La bocina sectorial de la figura se alimenta desde una guía rectangular de dimensiones a y b siendo a la dimensión de la cara ancha. La apertura tiene un ancho A en el plano H y una altura b en el plano E. BOCINA SECTORIAL PLANO E Se forma ensanchando la guía en el plano E como indica la figura. BOCINA PIRAMIDAL Es la forma más común de bocina rectangular. Como muestra la figura se ensancha tanto en el plano E como en el H, lo que permite radiar haces en ambos planos. BOCINAS CONICAS Las guías de onda circulares, que propagan el modo fundamental TE
Estas antenas se pueden analizar como aperturas, suponiendo que la distribución de los campos es aproximadamente la misma que los modos de las guías rectangulares o circulares. GANANCIA DE LAS ANTENAS DE BOCINA La ganancia G de la antena de bocina depende de la relación entre la superficie de la apertura de la bocina, y la longitud de onda de trabajo se puede aumentar ensanchando la bocina misma.
De todas formas, la ganancia de las antenas de bocina de uso práctico está limitada a un máximo de alrededor de 20 dB.
Las antenas de bocina se utilizan solas, en aplicaciones en donde no se precisan ganancias elevadas, o bien en combinación con reflectores parabólicos . En este segundo caso la antena de bocina constituye el denominado alumbrador (o FEEDER), mientras que el reflector parabólico sirve para aumentar la directividad y la ganancia del conjunto. GANANCIA DE LAS ANTENAS DE BOCINA Donde:

λg = longitud de onda en la guía;
λ0 = longitud de onda en el espacio libre;
A = superficie (a x b) de la apertura de la antena de bocina. La ganancia teórica G de una antena de bocina se obtiene de la relación siguiente PATRON DE RADIACION El diagrama de radiación de una antena de bocina depende de la ganancia y de la forma de la antena misma. Al aumentar la ganancia se reduce el ancho del haz y la antena aumenta su directividad.

Como ejemplo, en la figura se muestra la forma de los lóbulos principales en los planos E y H de una antena de bocina piramidal y de dos antenas de bocina sectoriales. Obsérvese que en la antena sectorial el lóbulo principal es más angosto en el plano en donde el flanco de la boca es inferior. APLICACIONES Las bocinas se suelen utilizar para iluminar un reflector (superficie que refleja la luz o cualquier otro tipo de onda), formando lo que se denomina una antena parabólica.
También se pueden utilizar de forma aislada, como antenas de cobertura global en satélites o bien formando agrupaciones, para conformar un determinado diagrama de radiación, para conseguir una cobertura de un continente o un país.
Las bocinas pueden utilizarse para transmitir o recibir ondas en una determinada polarización. ANTENAS RANURADAS La antena de la ranura consiste en una superficie de metal, generalmente una placa plana, con un agujero o ranura corta.

Una antena consiste en una ranura de metal la superficie, por lo general una placa plana, con un agujero o la ranura de corte.

La forma y el tamaño de la ranura, así como la frecuencia de conducción, determinar el patrón de distribución de la radiación. CARACTERISTICAS 1.Las antenas de ranura están asociadas a las líneas de transmisión cerradas: coaxiales, guías de onda, líneas de tri-placas, etc.

2.Están formadas por una ranura sobre uno de los planos conductores que cierren la línea.

3.Se sitúan de forma que corten las líneas de corriente del modo principal y tienen una longitud próxima a media longitud de onda. VENTAJAS La principal ventaja de las antenas ranuradas es que la perdida de energía es prácticamente nula, por lo que son ideales para transmitir la energía a la frecuencia a la trabajamos, cosa que ninguna otra antena puede realizar. Las ventajas principales de una antena de la ranura son su tamaño, simplicidad del diseño, robustez, y adaptación conveniente Demás su polaridad HORIZONTAL nos provee de una menor saturación, debido a que la mayoría de antenas son de polarización VERTICAL. DESVENTAJAS Las antenas de ranura proveen poca ganancia, y no cuentan con alta direccionalidad, como evidencian sus patrones de radiación y similitud al de los dipolos. ANTENAS RANURADAS (GUIA DE ONDA RANURADA) APLICACIONES Normalmente se utiliza para formar agrupaciones de antenas, ya sea lineal o plana, producidas sobre la misma estructura de línea de transmisión.

Una de las antenas más utilizadas en sistemas de radar de microondas es la guía de onda ranurada.

Algunas aplicaciones de la antena ranurada son las IEEE802.11 x WirelessLANs
enlaces terrestres de alta velocidad
Aplicaciones de radar y Navegación ANTENAS RANURADAS (GUIA DE ONDA RANURADA) Se utilizan en las frecuencias de 2a 24GHz.

Las ranuras son tomadas como dipolos debido al principio
de Babinet, por lo tanto la antena ranurada es considerada
como un arreglo de antenas. la polarización es Horizontal.

Las antenas ranuradas pueden ser Omnidireccionales
o Direccionales GUIA DE ONDA Patrón de Radiación de una antena Ranurada
Omnidireccional: Guía de onda es cualquier estructura física que guía ondas electromagnéticas.

Por lo general se utilizan tubos de un material de sección rectangular, circular o elíptica, en los cuales la energía electromagnética es conducida principalmente a lo largo de la guía y limitada en sus fronteras.

Su uso es especialmente en el caso de las señales cuyas longitudes de ondas son del orden de centímetros(microondas)

La transmisión de señales por guías de onda reduce la disipación de energía Los modos de propagación dependen de la longitud de onda, de la polarización y de las dimensiones de la guía.

El modo longitudinal de una guía de onda es un tipo particular de onda estacionaria formado por ondas confinadas en la cavidad.

Los modos transversales se clasifican en tipos distintos:
Modo TE (Transversal eléctrico), la componente del campo eléctrico en la dirección de propagaciones nula.

Modo TM (Transversal magnético),la componente del campo magnético en la dirección de propagaciones nula.

Modo TEM (Transversal electromagnético), la componente tanto del campo eléctrico como del magnético en la dirección de propagación es nula. Las dimensiones X,Y,Z de una guía de onda rectangular CALCULOS DE LA ANTENA RANURADA CALCULOS DEL DISEÑO ANTENAS REFLECTORAS
REFLECTOR PARABÓLICO
En recepción, la onda plana que incide según el eje es reflejada por el espejo reflector para concentrar la potencia recibida en un alimentador.

En transmisión, el haz esférico y poco directivo que emerge del alimentador se refleja en la superficie produciendo un haz colimado, y por tanto una excitación de apertura en forma de onda plana, con una alta directividad. TECNICAS PARA EL ANALISIS DE ANTENAS REFLECTORAS GO (Óptica Geométrica)
PO (Óptica Física)
GTD (Teoría Geométrica de la Difracción)
PTD (Teoría Física de la Difracción) ÓPTICA GEOMÉTRICA LEYES DE SNELL Derivadas del Principio de Fermat para incidencia sobre un plano.

– El Rayo Incidente, el Rayo Reflejado (Refractado) y la normal a la superficie en el punto de reflexión están en el mismo plano.
– Reflexión: El ángulo de incidencia y de reflexión son iguales.
– Refracción: La relación entre los senos de los ángulos de incidencia y refracción es proporcional a los índices de refracción.
– Vectorialmente: OPTICA FISICA Y TEORIA FISICA DE LA DIFRACCION Se calculan las corrientes inducidas sobre las superficies metálicas iluminadas por el campo incidente bajo las condiciones:
– Conductor perfecto
– Radio de curvatura infinito TEORIA FISICA DE LA DIFRACCION
Fue introducida en la década de los 50.Es una metodología
que permite aproximar el valor del campo dispersado por un
cuerpo de forma arbitraria. TEORÍA GEOMÉTRICA DE LA DIFRACCIÓN Postula el campo dispersado como la suma de:
– Campos de Óptica Geométrica: Rayo directo y Reflejado
– Campos Difractados por aristas y bordes.

La principal desventaja es que los platos grandes son difíciles de montar y están predispuestos a sufrir los efectos del viento. Los platos de más de un metro generalmente están hechos de material sólido. El efecto del viento se incrementa rápidamente con el tamaño del plato y se convierte en un problema severo, la antena parabolica es mas fragil al disturbio fisico y mecanico.
Para grandes alcances, el reflector parabólico es el mas utilizado porque permite obtener ganancias de hasta 30 dB a costos razonables.

El reflector puede ser una lamina solida o perforada.

En algunos casos el reflector se fabrica con una malla o con una grilla de alambre.

Las antenas reflectores son utilizados para aplicaciones satelitales, a frecuencias mas altas pueden ser utilizados a otras frecuencias dotándolos del alimentador adecuad.
Las antenas basadas en reflectores parabólicos pueden construirse para tener una ganancia y una directividad tan grande como sea requerido.
DESVENTA VENTAJAS DESVENTAJAS REFLECTOR PARABOLICO CENTRADO Intersección del paraboloide de revolución con un cono de eje
ψ0 y ángulo ψs,la apertura es circular.

Diámetro :D
Altura offset: C
Angulo offset: ψ0
Semiangulo subtenido: ψs
Sistema de referencia alimentador:
Xf,Yf,Zf. REFLECTOR PARABOLICO DESCENTRADO La radiación contra polar inherente a la configuración offset se puede eliminar utilizando reflectores de rejilla, que solamente reflejan el campo paralelo a los hilos conductores. Con estas configuraciones se consiguen niveles de pico por debajo de -35 dB. REFLECTORES DE REJILLA En las bandas de UHF, L y S se utilizan a veces reflectores parabólicos centrados construídos a base de tubos para reducir su coste y su resistencia al viento. Reflectores de rejilla (tubos) Los sistemas Cassegrain se utilizan normalmente cuando la ganancia deseada es alta (>45 dBi),para baja ganancia , las pérdidas asociadas al bloqueo del subreflector se hacen muy importantes. También pueden dar problemas los lóbulos de spillover directo del alimentador y pueden aparecer problemas de bloqueo del alimentador. SISTEMA CASSEGRAIN CENTRADO Para una posición del alimentador se puede reducir el diámetro del subreflector agrandando la apertura del alimentador hasta que:
df=ds

Cuando el alimentador está situado en las proximidades del vértice del paraboloide (f=2c=F), la condición de iluminación de máxima ganancia (a -10 dB) se traduce en: SISTEMA CASSEGRAIN CENTRADO
CONDICIÓN DE MÍNIMO BLOQUEO SISTEMA GREGORIANO CENTRADO GANANCIA DE LAS ANTENAS REFLECTORAS La ganancia se puede calcular como:




La Eficiencia Total (εtotal) es el producto de varias eficiencias parciales:

– Rendimiento de Radiación
– Eficiencia de Iluminación .
– Eficiencia de Spillover.
– Eficiencia por Contrapolar.
– Eficiencia por Error en la Superficie.
– Eficiencia por Bloqueo.
– Pérdidas por Desplazamientos del Alimentador. La ganancia de una antena reflectora de apertura circular
se obtiene como:



Para un diseño correctamente realizado la eficiencia total:

– Reflector simple centrado: 60%.
– Sistema Cassegrain centrado: 65 al 70%.
– Sistema Offset: 70 al 75%.
– Sistema doble con superficies conformadas para máxima
ganancia: 85 a 90%. GANANCIAS TIPICAS DIRECTIVIDAD
Todas las antenas tienen un diagrama de radiación que les es particular. Este diagrama, es la forma y dirección del ángulo sólido con el que se manifiesta la radiación en el espacio. DIAGRAMA DE RADIACION Reflectores Cilíndrico Parabólicos:

Diagrama apropiado para aplicaciones Radar. Utiliza un alimentador lineal dispuesto a lo largo de la línea focal. La configuración más habitual es de tipo descentrado para evitar el bloqueo del alimentador.
OTRAS CONFIGURACIONES RADOMOS GRACIAS
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