ANTENAS DE UHF Y DE

MICROONDAS

• Las antenas para UHF (0.3 a 3GHz) y para microondas (1 a 100GHz) devén ser muy direccionales. Una antena tiene ganancia aparente porque concentra la potencia que emite en un haz delgado, más que enviarlo por igual en todas direcciones: además, la abertura del haz disminuye al aumentar la ganancia de la antena. La relación entre el área, la ganancia y el ancho de banda de la antena se ve en la siguiente fig. 3-17

• Toda la energía electromagnética emitida por una antena de microondas no se irradia en la dirección del lóbulo (haz) principal; algo de ellas se concentran en los lóbulos menores, llamados lóbulos lateras, que pueden ser fuentes de interferencias hacia o desde otras trayectorias de señal de microondas. La fig. 10-32 muestra la relación entre el haz principal y los lóbulos laterales, para una antena normal de microondas, como puede ser un reflector parabólico.

• Las antenas de microondas tienen tres características importantes, que son la eficiencia direccional, acoplamiento lado a lado y acoplamiento espalda con espalda. La eficiencia direccional, o relación de frente a espalda de una antena, se define como la relación de su ganancia máxima en dirección delantera entre su ganancia máxima en dirección trasera. La eficiencia direccional de una antena en una instalación puede ser menor 20dB o más, que su valor aislado o de espacio libre.

• En forma típica, las potencias de salida de transmisor tienen una intensidad de 60dB o más que las potencias de recepción; en consecuencia, las pérdidas de acoplamiento deben ser altas, para evitar que una señal de transmisión de una antena interfiera con una señal de recepción de otra antena.

REFLECTORES PARABÓLICOS• Es probable que el reflector parabólico sea el componente

más fundamental de una antena parabólica. Los reflectores parabólicos se asemejan en forma a un plato o a una fuente, y en consecuencia se llama a veces antenas de plato parabólico o simplemente antenas de plato. Para comprender cómo funciona un reflector parabólico es necesario primero comprender la geometría de una parábola. Una parábola es una curva en el plano que se describe matemáticamente como y = ax2 , y se define como el lugar geométrico de un punto que se mueve en forma tal que a su distancia a otro punto (llamado foco), sumada a su distancia a una recta (llamada directriz) es una longitud constante. La figura 3.19 muestra la geometría de una parábola cuyo foco está en el punto F y cuyo eje es la recta XY.

Para la parábola que se ve en la figura 3.19 existen las siguientes relaciones.FA+AA'=FB+BB'=FC+CC'=k y además FX = distancia focal de la parábola (metros)k = una constante para una parábola dada (metros)WZ= longitud de la directriz (metros)

ABERTURA DE UN HAZ DE UNA ANTENA PARABÓLICA

• La radiación tridimensional procedente de un reflector parabólico tiene un lóbulo principal que se asemeja a la forma de un puro grueso en la dirección XY. La abertura aproximada de haz de -3dB para una antena parabólica, en grados, es:

Siendo la abertura del haz (grados) entre ceros de la gráfica de radiación. Las ecuaciones 10-23a,10-23b, y 10-24 son exactas cuando se usan con antenas de grandes aberturas (es decir, aberturas de haz angostas).

Alimentación central. • La figura 10-35 muestra un diagrama de un

reflector paraboloide alimentado en el centro, con un reflector esférico adicional. La antena primaria se coloca en el foco. La energía irradiada hacia el reflector se refleja hacia fuera, en forma de un haz concentrado. Sin embargo, la energía que no refleja el paraboloide se reparte en todas direcciones, y tiene la tendencia a perturbar la distribución general de la radiación. El reflector esférico redirige esas emisiones, hacia atrás, hacia el reflector parabólico, donde se vuelven a reflejar en la dirección correcta.

Alimentación cónica o de bocina

• Con un mecanismo de alimentación por bocina, la antena primaria es una antena pequeña cónica, o de embudo, y no un dipolo simple o una red de dipolos. La bocina no es más que un material abocardado de guía de ondas, que se coloca en el foco e irradia una distribución algo direccional, hacia el reflector parabólico. Cuando un campo electromagnético que se propaga llega a la boca del cuerno, continúa propagándose en la misma dirección general, pero de acuerdo con el principio de Huygens, se reparte en dirección lateral y al final, el frente de onda se hace esférico.

Alimentación de Cassegrain.

• Esta alimentación recibe el apellido de un astrónomo del siglo XVIII 18. La figura 19 muestra la geometría básica de un mecanismo de alimentación de Cassegrain. La fuente de radiación primaria está en o justo atrás de una pequeña apertura en el vértice del paraboloide, y no en el foco. La antena primaria se apunta hacia un pequeño reflector secundario (el subreflector Cassegrain) que está entre el vértice y el foco. Los rayos emitidos por la antena primaria se reflejan en el subreflector de Cassegrain y a continuación eliminan el reflector parabólico principal, como si se hubiera originado en el foco. Los rayos son colimados (se obtiene un haz de rayos paralelos a partir de un haz luminoso) por el reflector parabólico de la misma forma que en los mecanismos de alimentación central y por bocina.

Antena de cuerno cónico • Consiste en un cono que se trunca en un tramo

circular de guía de ondas como se ve en la figura 10-38. A su vez, la guía de ondas conecta a la antena con el transmisor o con el receptor. Si el cuerno mismo se usa como antena, el ángulo del cono θ que a veces se llama ángulo de conicidad sea de unos 50º. En este caso, la longitud del cono truncado determina la ganancia de la antena. Cuando se usa un cuerno cónico como mecanismo de alimentación de un plato parabólico, el ángulo de conicidad y la longitud se ajustan para obtener la iluminación óptima del reflector. También hay antenas de cuerno piramidales.

Antenas cónicas.- (a) cuerno cónico.- (b)cuerno piramidal

Velocidad de fase y velocidad de grupo

• La velocidad de fase es la velocidad aparente de una fase determinada de la onda, por ejemplo, su cresta, o punto de máxima intensidad de campo eléctrico. La velocidad de fase es aquella con la que cambia de fase una onda, en dirección paralela a una superficie conductora que pueden ser las paredes de una guía de ondas. Se determina midiendo la longitud de una onda de determinada frecuencia y a continuación sustituyéndola en la siguiente fórmula.

La velocidad de grupo

• Es la velocidad de un grupo de ondas, es decir, de un pulso. La velocidad de grupo es aquella con la que se propagan las señales de información de cualquier tipo. También, es la velocidad con la que se propaga la energía. Se puede medir determinando el tiempo necesario para que un pulso se propague por determinada longitud de la guía de ondas. Las velocidades de grupo y de fase tienen el mismo valor en el espacio libre y en las líneas de transmisión de hilos paralelos. Sin embargo, si se miden esas dos velocidades con la misma frecuencia en una guía de ondas, se encontrará que, en general, las dos velocidades no son las mismas. En ciertas frecuencias serán casi iguales, y en otras pueden ser muy distintas.

• La velocidad de fase siempre es igual o mayor que la velocidad de grupo, y su producto es igual al cuadrado de la velocidad de propagación en el espacio libre. Así,

ACOPLAMIENTO DE LA LÍNEA DE TRANSMISIÓN • Acoplamiento de la línea de transmisión a la guía

de ondas. La fig. 10-44 muestra varias formas en que se pueden unir una guía de ondas y una línea de transmisión. Los acopladores que se ven se pueden usar como lanzadores de onda en el extremo de entrada de una guía de ondas, o como receptores de onda en el extremo de carga de la guía. Las dimensiones representadas por λ0/4 y λg/4 son aproximadas. En la práctica se ajustan en forma experimental para tener los mejores resultados.

OTROS TIPOS DE GUIAS DE ONDAGuía de onda circular

• Las guías de onda rectangulares son, con mucho, las más comunes; sin embargo, en radar y en aplicaciones de microondas se usan guías de onda circulares, cuando es necesario o hay ventajas al propagar ondas polarizadas vertical y horizontal mente por la misma guía. La fig. 10-45 muestra dos tramos de guía de onda circular, unidas por una junta rotativa.

  El comportamiento de las ondas electromagnéticas en las guías de onda circulares es igual que en las rectangulares. Sin embargo, debido a la distinta geometría, algunos de los cálculos se hacen en una forma un poco distinta.

Guía de onda flexible

• La fig. 10-47 muestra un tramo de una guía de ondas rectangular flexible. Consiste de bandas en espiral, de latón o de cobre. El exterior se cubre con un recubrimiento dieléctrico suave, con frecuencia de hule, para mantener hermética la guía de onda al aire y al agua. En los sistemas de microondas se usan tramos cortos de guía de onda flexible, cuando se interconectan varios transmisores y receptores con una unidad compleja de combinación o de separación. También, se usan mucho las guías de onda flexibles en los equipos de prueba de microondas.

Guía de onda rígida

• La fig. 10-46 muestra dos clases de guía de onda rígida. Esta clase de guías es más costosa en su fabricación que las rectangulares normales; sin embargo, permite también el funcionamiento a menores frecuencias, para determinado tamaño. En consecuencia, es posible tener menores dimensiones generales de guía de ondas cuando son con entrantes. Esta característica, combinada con su mayor costo, limita su utilidad a aplicaciones especializadas.