Antenas de Apertura

Antenas de apertura
Especialidad : Ingeniería Electrónica

Curso : Antenas
Grupo : 01L
Profesor : Vallejos Laos Jaime Alberto
Integrantes : Córdoba Espíritu Giomar Jorge
Enriquez Caballero Edwin Miller
Rojas Arroyo Kalib Aarom
Soto Contreras Nataly Ines
Taboada Gambini William Abel
Tello Vargas Alejandro Joel
2020
ANTENAS DE APERTURA
1.- Marco teórico

Las antenas de apertura son aquellas que utilizan superficies o aperturas para
direccionar el haz electromangético de forma que concentran la emisión y recepción
de su sistema radiante en una dirección.
La más conocida y utilizada es la antena parabólica, tanto en enlaces de radio
terrestres como de satélite.
La ganancia de dichas antenas estará relacionada con la superficie de la parábola, a
mayor tamaño mayor alineación del haz tendremos y por lo tanto mayor ganancia en
una menor apertura angular.
El elemento radiante es el alimentador, el cual puede iluminar en forma directa a la
parábola o en forma indirecta mediante un subreflector, dependiendo del diseño de la
misma. El alimentador está generalmente ubicado en el foco de la parábola. El
alimentador, en sí mismo, también es una antena de apertura (se denominan antenas
de bocina) que puede utilizarse sin reflector, cuando el objetivo es una cobertura más
amplia, por ejemplo, cuando se pretende cubrir la totalidad de la superficie de la tierra
desde un satélite en órbita geoestacionaria.
Hay varios tipos de antenas de apertura, como la antena de bocina, la antena
parabólica, la antena parabólica del Radar Doppler y superficies reflectoras en general.
2.- Descripción general de las antenas de apertura:
2.1.- Bocinas
Son las antenas de apertura más simples.
Una antena de bocina consiste en una guía de onda metálica en la cual el área de la
sección se va incrementando progresivamente hasta un extremo abierto, que se
comporta como una apertura.
Características:
Son muy direccionales y de alta ganancia, de 10 a 20 dBi o más.
Tienen un gran ancho de banda
Se usa cuando se trabaja a frecuencias de UFH hasta los Gigahercios.
Tiene bajas pérdidas
La bocina piramidal que trabajan por polarización lineal
Las bocinas cónicas que trabajan o bien con polarización circular o la lineal.
En muchas ocasiones se alimentan con guías de onda, es decir cuando se tiene que
transmitir a altas frecuencias y tener pocas pérdidas, en lugar de usar cables se usan
guías de onda
Bocinas cónicas:
Este tipo de bocinas son alimentadas por las guías de onda circulares, que propagan el
modo fundamental TE11.
Estas antenas se pueden analizar suponiendo que la distribución de los campos es
aproximadamente la misma que los modos de las guías rectangulares o circulares.
La distribución de los campos en una bocina cónica tiene la misma forma que el modo
fundamental de la guía, y al igual que en las bocinas piramidales aparece un error
cuadrático de fase debido a la diferencia de caminos recorridos por las ondas.
Según el modo de propagación transmitido se clasifican como:
Bocinas de modo dominante:
Se sintoniza al modo predominante de la guía de onda circular, el modo TE11.
Bocinas multimodo:
Se sintoniza al modo de propagación TE11 de la onda que se propaga por la
guía de onda, junto al modo TM11 que es el siguiente modo de propagación.
Bocinas corrugadas (o híbridas):
Se ajustan a un modo híbrido (HE11), con lo que se consigue un ancho de haz amplio y
simétrico gracias a lo cual el reflector se alimenta uniformemente. Además, con este
tipo de bocinas se consigue una polarización más pura.
Bocinas piramidales:
Las bocinas piramidales son la prolongación natural de una guía de onda rectangular
de dimensiones a x 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.
Se supone que en la guía de entrada se propaga el modo fundamental TE10.
Características:
Este tipo de bocinas permite obtener diagramas directivos en ambos planos,
controlando el ancho de haz de forma independiente.
Las bocinas piramidales de bajo error de fase son (s,t<0.15) suelen ser muy largas y
poseen eficiencias de apertura del orden de 0.8
Aplicación:
Las bocinas se suelen utilizar para iluminar un reflector, formando lo que se denomina
una antena parabólica.
Las bocinas pueden utilizarse para transmitir o recibir ondas de una determinada
polarización. Para transmitir o recibir simultáneamente en más de una polarización es
necesario utilizar un dispositivo en guía de onda denominado ortomodo.
2.2.- Parabólicas
La antena parabólica, es la encargada de recibir la señal del satélite. Las ondas,
que inciden en la superficie de la antena, dentro de un ángulo determinado, se reflejan
e inciden nuevamente en un punto denominado Foco (a excepción de la antena plana).
Allí, se colocará el detector correspondiente.
La orientación y el montaje de una antena parabólica, depende del tipo
concreto de antena, aunque el cálculo de los parámetros para su orientación es muy
similar, los conceptos son iguales en todos los tipos.
Tipos de antena
Antena parabólica de Foco Primario
La superficie de la antena es un paraboloide de revolución, que el fabricante, calcula y
fabrica para obtener un rendimiento alto, el mayor posible.
Este tipo de antena, se utiliza principalmente en instalaciones colectivas.
Todas las ondas que inciden paralelamente al eje principal se reflejan y van a parar al
Foco. Este, está centrado en el paraboloide.
Este tipo de parabólica, tiene un rendimiento de aprox. el 60% (el resto de la
señal incidente se pierde, debido a la sombra del propio foco).
Antena parabólica offset
El foco está descentrado, situándose en un brazo por debajo del reflector, con
lo cual no proyecta sombra sobre el mismo. Debido a esto, el rendimiento es algo
mayor que en la antena de Foco Primario, llegando a ser de un 70% o algo más, siendo
su tamaño menor (no excede de 90 cm. de diámetro).
Las ondas que llegan a la antena de Foco Primario, se reflejan y se dirigen al
Foco, pero bastante de ellas se pierden. Por el contrario, la gran mayoría de las ondas
que inciden sobre la antena de offset, son reflejadas y recogidas por el Foco.
Antena parabólica casengrain / gregorian

Este tipo de antena es similar a la de Foco Primario, sólo que tiene dos
reflectores: el mayor, apunta al lugar de recepción, y las ondas al chocar, se reflejan y
van al Foco donde está situado el reflector menor, llamado subreflector, de tipo
hiperbólico.
La constitución de la antena Gregorian es idéntica, con la salvedad de que el
subreflector es elíptico.
2.3.- Combinación Bocina-Parábola.

3.- Diagramas de radiación de las antenas de apertura.
Las antenas con dimensiones pequeñas comparadas con la (dipolos, monopolos,
espiras) se analizan a partir de la distribución de corrientes.
Cuando las antenas miden varias longitudes de onda(microondas) y en superficies
curvadas metálicas es difícil obtener el vector de radiación.
 Conocemos el campo en la apertura, pero buscamos el campo radiado.

 Para ello, sustituimos el campo en la apertura por una corriente.
 A partir de esa corriente, obtenemos el potencial vector,
 y a partir de este, obtenemos el campo radiado.
Eapertura→ Eapertura=Intensidad → Potencial Vector → Eradiado

EJEMPLO DE BOCINA DE BANDA X
DIAGRMA DE BOCINA
La aproximación de aperturas solo es válida en un cono de unos 30° alrededor del
máximo.
Diagrma simulado en 3D
CAMPOS DE APERTURA
La difracción en los bordes produce una onda estacionaria (rizado en la amplitud del
campo) cuyo máximo de radiación está en ± 56 (diferencia entre el campo aproximado
y el real).
Además de los arrays, para con seguir haces directivos tipo pincel en las bandas de
UHF y superiores, se utilizan habitualmente antenas de apertura: bocinas y reflectores
 Las antenas de apertura emiten ondas EM a través de una abertura (apertura).

 En algunos casos la abertura está perfectamente limitada por paredes
conductoras (bocinas,ranuras...)
 En otros casos(reflectores y lentes) la aperturase define como la porción de la
superficie frontal plana en la que los campos de la onda colimada por aquellos
toman valores apreciables.
 Se usan comúnmente en UHF y frecuencias superiores, ya que suganancia es
proporciona la f 2.
 Para que una antena de apertura sea eficiente y tenga alta directividad, tiene
que tener un área comparable o mayor que λ 2.
 Otra ventaja de estas antenas es su casi real impedancia de entrada y su
geometría compatible con guías de ondas.
4.- Aplicaciones terrestres y satelitales.

Sistema de antena Multihaz (MBA system)
Las antenas multihaz o sistemas MBA se utilizan generalmente en sistemas de satélite.
Este tipo de antenas están formadas por arrays de elementos alimentadores y circuitos
de control para variar la potencia variando o combinando funciones del BFN, de esta
manera se consigue generar una red o matriz de haces (BFN beam-forming network).
Cada elemento del array ilumina con una apertura óptica generando un haz, el ancho
de haz de un rayo va determinado por el tamaño de la apertura óptica y la posición. La
separación angular de los rayos está determinada por la separación entre los
elementos.
Con esta configuración, los satélites pueden comunicarse a través de una sola antena
con varias estaciones terrenas geográficamente dispersas.
Antenas bocina:
- Se pueden usar de manera individual como antenas de cobertura global en satélites o
en grupos, para conformar un determinado diagrama de radiación, para alcanzar una
mayor cobertura como la de un continente o un país.
- Las antenas de bocina se utilizan solas, en aplicaciones en donde no se precisan
ganancias elevadas, para calibrar otras antenas o bien en combinación con reflectores
parabólicos.
Antenas de reflector parabólico satelital:

Las antenas de reflector parabólico tienen su aplicación a altas frecuencias, ya que
conforme la frecuencia es pequeña, los tamaños y pesos de las lentes pueden llegar a
ser demasiado altos.
Por lo tanto, estas antenas trabajan en las bandas de frecuencia:
 Banda C
 Banda Ku
La Banda C está comprendida entre los rangos de frecuencias de entre los 3.7 y 4.2
GHz y los 5.9 hasta 6.4 GHz.
La Banda Ku está comprendida entre los rangos de frecuencias de los 12 a los 18 GHz.
Ambas bandas son utilizadas para la transmisión de televisión digital y satélites de
televisión. Un ejemplo son los satélites para las cadenas de televisión españolas:
 SES Astra
 SES S.A.
 Satmex
 Eutelsat Americas
 Intelsat
 Hispasat
Una de las diferencias entre ambas bandas es que la Banda C (en comparación con la
banda Ku) es más confiable bajo condiciones adversas, principalmente lluvia fuerte y/o
granizo. Sin embargo, la Banda C está más congestionada y son más vulnerables hacia
interferencia terrestre.
Antena parabólica de radio LT15
La antena es un reflector de alta ganancia que trabaja con los rangos del espectro
electromagnético UHF (las siglas en inglés de "frecuencia ultra alta") y SHF (siglas en
inglés de "súper alta frecuencia"). Como la radiación electromagnética de estas
frecuencias es de longitud de onda corta, las antenas más pequeñas funcionan para
enviar y recibir datos de única respuesta direccional.
Dependiendo de los ángulos deseados, los materiales usados y otras propiedades, la
forma puede variar desde las antenas de televisión muy parecidas a un plato, a formas
bien curvas como las de enormes instalaciones de radio.
La radio está ubicada en calle San Martin 371 de Concordia, Entre Ríos.
Su posición estratégica y su potencia le permiten llegar a toda la provincia y a un
amplio sector del corazón productivo del litoral y países limítrofes. De Paraná y a 450
de la ciudad de Buenos Aires, la emisora es, desde sus inicios, punto de referencia en la
radiofonía del litoral.
5.- Conclusiones.

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1.- Marco teórico

Antena parabólica casengrain / gregorian

2.3.- Combinación Bocina-Parábola.

 Conocemos el campo en la apertura, pero buscamos el campo radiado.

Eapertura→ Eapertura=Intensidad → Potencial Vector → Eradiado

 Las antenas de apertura emiten ondas EM a través de una abertura (apertura).

4.- Aplicaciones terrestres y satelitales.

Antenas de reflector parabólico satelital:

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