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Las antenas reflectoras se caracterizan por utilizar un espejo reflector metlico para concentrar la radiacin poco directiva de un pequeo alimentador en un haz de alta directividad.

6.1 Introduccin

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-Como instrumento ptico es conocido desde la antigedad y usado en Astronoma.

-Hertz, en sus experimentos, emple un reflector de tipo cilindro parablico.

-En Radioastronoma es la antena ms comnmente usada desde la dcada de los 30

-Durante la segunda guerra mundial cobra gran empuje como antena de microondas para radar y comunicaciones, por su capacidad de producir haces muy directivos o conformados.

-En enlaces de microondas es usada desde mediados del siglo XX por su alta directividad.

-En la aplicacin de Comunicaciones Va Satlite se han producido los avances tecnolgicos ms importantes: antenas de haz conformado (multialimentadas o de superficie conformada), antenas reconfigurables, antenas desplegables, antenas inflables, etc.

-El reflector ms usado es el parablico ya que transforma la onda esfrica procedente del alimentador en una onda plana.

-Los reflectores hiperblicos transforman una onda esfrica incidente sobre los mismos en otra onda esfrica, por lo que son utilizados como alimentadores secundarios.

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La parbola se define como el lugar geomtrico de los puntos que equidistan de un punto denominado foco y de la directriz o generatriz.

6.2 Geometra

Por tanto, si en el foco hay una fuente puntual (f>>), la fase del campo sobre la apertura es constante. Se demuestra adems que los rayos reflejados en el reflector son paralelos.

El parmetro f/D determina el aspecto de la antena y algunas de sus caractersticas radioelctricas. Un valor reducido equivale a un reflector con gran curvatura, mientras que valores superiores a 1 suponen que el reflector est ms cerca de un plano.

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El valor f/D=1/8 supone que el foco se encuentra en el interior del volumen limitado por el paraboloide y la superficie de la apertura. Este poda ser un ejemplo para el diseo de faros de coche (bombilla poco directiva). Si el radiador a situar en el foco fuera directivo, por ejemplo una bocina, se aprovechara de forma muy poco eficiente la superficie del reflector, y adems la gran curvatura supondra radiacin de las dos polarizaciones, debidas a las corrientes inducidas.

Para f/D=1/4 el foco se sita en la misma superficie de la apertura. El camino recorrido por las ondas esfricas es f en la zona central y 2f en el extremo del reflector. Por lo tanto existe una diferencia de 6 dBen la iluminacin por el efecto de la propagacin. Si se situara una apertura elemental en el foco se tendra una diferencia adicional de otros 6 dB por el efecto del diagrama.

Para f/D=1/2 ya se requiere una cierta directividad en la antena a situar en el foco, dado que si se situara una antena isotrpica, ms de la mitad de la potencia se estara radiando en zonas no deseadas.

Los valores de f/D=1 o superiores hacen que el reflector sea muy plano, y seran necesarias antenas muy directivas en el foco y estructuras de soporte apropiadas. La mayor parte de los reflectores parablicos utilizados en la recepcin de seales de satlite utilizan valores de f/D comprendidos entre 0.25 y 0.5, con valores tpicos de 0.4

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6.3 Tipos

Paraboloide de revolucin centrado

Paraboloide de revolucin offset.

El alimentador no obstruye la onda reflejada.

Aunque el alimentador sea simtrico, la distribucin de apertura no lo ser, lo que determina algunas de las propiedades elctricas de la antena.

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Antena Cassegrain centrada

El alimentador utiliza un haz ms estrecho para iluminar un paraboloide a travs de un subreflector hiperblico. Existe un paraboloide equivalente con mayor distancia focal

Antena Gregoriana centrada

Subreflector elptico. Como en el caso anterior existe un paraboloide equivalente con mayor distancia focal.

Tambin existen Cassegrain y Gregoriano offset

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La ganancia de la antena reflectora viene dada por la frmula de directividad de una apertura plana:

Para reflectores de apertura circular (lo habitual):

6.4 Ganancia

La eficiencia de la antena (e) es producto de varios factores, vamos a citar los principales.

6.4.1 Eficiencia de iluminacin

Son las prdidas de ganancia relacionadas con la iluminacin no uniforme de la apertura. Pueden ser por no uniformidad de amplitud o de fase.

6.4.2 Eficiencia de Desbordamiento (Spillover)

La eficiencia de desbordamiento (spillover) se define como la relacin entre la potencia radiada por el alimentador situado en el foco que llega al reflector, y la potencia total radiada por el mismo.

total

reflectors

PPe

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El ngulo mximo que capta la parbola depende de la relacin distancia focal/dimetro.

En la grfica se comparan tres casos de f/2a para una ranura como alimentador. Se observa claramente que la eficiencia de desbordamiento es mayor para valores reducidos de dicha relacin.

La eficiencia de desbordamiento tambin depende del diagrama de la antena situada en el foco. La eficiencia ser mayor si la antena es ms directiva.

A medida que la iluminacin del borde crece aumenta la eficiencia de iluminacin pero disminuye la eficiencia de spillover. El punto ptimo del nivel de iluminacin en el borde, para el producto de las eficiencias de spillover y de iluminacin, se sita tpicamente en torno a -10, -12 dB (nivel de iluminacin en el borde respecto al nivel en el centro). Para ese valor elproducto de las eficiencias es 0.8 aprox.

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6.4.3 Eficiencia de Bloqueo

La Directividad puede disminuir debido al efecto de sombra del alimentador o del subreflector.

La eficiencia de bloqueo se define como la relacin entre las directividades o las reas efectivas de la antena con bloqueo y sin bloqueo.

En el caso de aperturas circulares de radio a con distribucin uniforme el rea efectiva es:

Si se bloquea en el centro una zona de radio b, la nueva rea efectiva ser:

)2( Da

La eficiencia de bloqueo ser:

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6.4.4 Eficiencia por Contrapolar

Las corrientes en el reflector tienen una orientacin variable. El diagrama tiene componentes copolar y de polarizacin cruzada. Se define la eficiencia de polarizacin como la relacin entre la potencia radiada en la polarizacin copolar y la potencia total radiada en las dos polarizaciones.

Debido a la simetra la contrapolar es nula en la direccin de mxima ganancia copolar y los mximos estn cerca de los nulos.

En los sistemas centrados el reflector no introduce componente contrapolar y esta eficiencia mide las caractersticas del alimentador

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Las configuraciones centradas presentan mayor simetra que las offset, por lo que tienen menos polarizacin cruzada. Por el contrario, presentan mayores problemas de bloqueo de apertura y desadaptacin por la onda reflejada hacia el alimentador.

Los reflectores offset presentan alta contrapolar con polarizacin lineal, y ligera desviacin del haz con polarizacin circular.

Los reflectores dobles offset pueden corregir los problemas de polarizacin.

Los reflectores dobles frente a los sencillos utilizan alimentadores ms directivos y tienen menor spillover. Adems su temperatura de ruido suele ser menor. La alimentacin es ms sencilla al poder alimentarse desde la parte posterior.

6.5 Comparacin Tipos

6.4.5 Eficiencia Total

La eficiencia total ser el producto de todas las eficiencias

Para un diseo correctamente realizado la eficiencia total que se suele obtener es:

Reflector simple centrado: 60%. Sistema Cassegrain centrado: 65 al 70%. Sistema Offset: 70 al 75%. Sistema doble con superficies conformadas para mxima ganancia: 85 a 90%.