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Ganancia de la antena del reflector parabólico

Ganancia de la antena del reflector parabólico

La ganancia es uno de los factores clave asociados con la antena reflectora parabólica.

El alto nivel de ganancia es una de las principales razones por las que se utilizan antenas reflectoras parabólicas.

De hecho, la ganancia de la antena del reflector parabólico puede ser tan alta como de 30 a 40 dB. Estas cifras de ganancia no son fáciles de lograr utilizando otras formas de antena.

En las frecuencias de microondas en las que se utilizan normalmente estas antenas, son capaces de producir niveles muy altos de ganancia y ofrecen una estructura muy cómoda y robusta que es capaz de soportar los rigores del uso externo. Por el contrario, muchos otros tipos de diseño de antenas no son factibles en estas frecuencias.

La única característica común de todos estos ejemplos es la ganancia de la antena parabólica o la ganancia del plato parabólico. Si bien las antenas más grandes tienen mayores niveles de ganancia de antena parabólica, el rendimiento de todas estas antenas es de suma importancia.

Factores que afectan la ganancia de la antena del reflector parabólico

Hay varios factores que afectan la ganancia de la antena parabólica. Estos factores incluyen lo siguiente:

  • Diámetro de la superficie reflectante Cuanto mayor sea el diámetro de la superficie reflectante de la antena, mayor será la ganancia del reflector parabólico.
  • Longitud de onda operativa: La ganancia de la antena del reflector parabólico depende del tamaño del reflector en términos de longitudes de onda. Por lo tanto, si se usa el mismo reflector en dos frecuencias diferentes, la ganancia será diferente. Es inversamente proporcional a la longitud de onda utilizada.
  • Eficiencia de la antena: La eficiencia de la antena tiene un efecto significativo en la ganancia total del reflector parabólico. Las cifras típicas están entre el 50 y el 70%. La eficiencia varía como resultado de varios factores diferentes que se detallan a continuación.

Ganancia de la antena del reflector parabólico

La ganancia de la antena parabólica se puede calcular fácilmente a partir del conocimiento del diámetro de la superficie reflectante, la longitud de onda de la señal y un conocimiento o estimación de la eficiencia de la antena.

La ganancia de la antena del reflector parabólico se calcula como la ganancia sobre una fuente isotrópica, es decir, en relación con una fuente que irradia por igual en todas las direcciones. Esta es una fuente teórica que se utiliza como punto de referencia con el que se comparan la mayoría de las antenas. La ganancia se cotiza de esta manera se denota como dBi.

La fórmula estándar para la ganancia de la antena del reflector parabólico es:

GRAMO=10Iniciar sesión10k(πreλ)2

Dónde:
G es la ganancia sobre una fuente isotrópica en dB
k es el factor de eficiencia, que generalmente está entre el 50% y el 60%, es decir, de 0,5 a 0,6
D es el diámetro del reflector parabólico en metros
λ es la longitud de onda de la señal en metros

De esto se puede ver que se pueden lograr ganancias muy grandes si se utilizan reflectores suficientemente grandes. Sin embargo, cuando la antena tiene una ganancia muy grande, el ancho del haz también es muy pequeño y la antena requiere un control muy cuidadoso sobre su posición. En los sistemas profesionales se utilizan servosistemas eléctricos para proporcionar un posicionamiento muy preciso.

Puede verse que la ganancia del reflector parabólico puede ser del orden de 50 dB para antenas que tienen un diámetro de reflector de cien longitudes de onda o más. Si bien las antenas de este tamaño no serían factibles para muchos diseños de antenas como la Yagi y muchos otros, el reflector parabólico puede hacerse muy grande en comparación con la longitud de onda y, por lo tanto, puede alcanzar estos enormes niveles de ganancia. Los tamaños más normales para estas antenas son algunas longitudes de onda, pero aún pueden proporcionar niveles muy altos de ganancia.

Reflector parabólico gana eficiencia

En la fórmula de ganancia general de la antena, se incluye un factor de eficiencia. Normalmente, esto puede estar entre el 50 y el 70% dependiendo de la antena real.

La eficiencia de ganancia de la antena del reflector parabólico depende de una variedad de factores. Todos estos se multiplican juntos para dar la eficiencia general.

k=kr kt ks kmetro

  • Eficiencia de radiación, kr: La eficiencia de la radiación se denota como kr encima. Está gobernado por las pérdidas resistivas u óhmicas dentro de la antena. Está controlado por la eficiencia de radiación del elemento de la antena que irradia la energía de RF. Para la mayoría de las antenas, esto es alto y cercano a la unidad. Por lo tanto, la eficiencia de la radiación no tiene un efecto importante en la ganancia de la antena del reflector parabólico y normalmente se ignora.
  • Eficiencia de desbordamiento ks: La eficiencia de desbordamiento se denota como Kansas encima. Cualquier energía que se derrame sobre el borde de la superficie del reflector reducirá la eficiencia y, por lo tanto, la ganancia de la antena del reflector parabólico. En el caso ideal, la superficie del reflector debe estar igualmente iluminada y completamente y ninguna debe derramarse por el borde. En el caso real, esto no es viable y se produce una reducción de la eficiencia y, por tanto, se experimenta la ganancia de la antena.
  • Eficiencia del cono de apertura kt: La eficiencia del cono de apertura se denota como kt encima. Afecta la ganancia de la antena porque todo el reflector parabólico debe estar correctamente iluminado para lograr la ganancia óptima. Si partes de la superficie no se iluminan de manera óptima por la energía radiada por el radiador, la ganancia del reflector parabólico se reducirá. El rendimiento óptimo se logra cuando el centro está iluminado un poco más que los bordes.
  • Error de superficie: Para proporcionar los niveles más altos de ganancia de antena reflectora parabólica, la superficie debe seguir el contorno parabólico con la mayor precisión posible. Las desviaciones de esto resultarán en una pobre precisión de reflexión. Sin embargo, es posible utilizar una gasa para el reflector para reducir el peso y la resistencia al viento siempre que los orificios de la gasa o malla sean pequeños en comparación con la longitud de onda. La anchura de las ranuras u orificios de la malla metálica reflectante debe ser inferior a λ / 10.
  • Bloqueo de apertura: La estructura física de la alimentación y otros elementos de la antena a menudo enmascaran parte del reflector. Esto naturalmente reduce la eficiencia y por lo tanto la ganancia de la antena. Este factor debe incluirse en el cálculo de la ganancia de la antena.
  • Polarización cruzada: Como ocurre con cualquier otra antena, la polarización de las señales transmitidas y recibidas debe coincidir, de lo contrario hay una pérdida igual al seno del ángulo entre las polarizaciones, asumiendo una polarización lineal.
  • Alimentación de un solo punto: El punto focal del reflector es un solo punto. Sin embargo, todas las antenas tienen un tamaño finito y, por lo tanto, esto significará que la antena se extiende fuera del punto focal del reflector. Cuanto mayor sea el elemento radiante con respecto a la superficie reflectante, mayor será el problema y mayor impacto tendrá en la ganancia de la antena.

El termino km se utiliza para indicar los diversos elementos de eficiencia diversos que a menudo son más difíciles de determinar. Estos incluyen los debidos al esfuerzo de la superficie, la polarización cruzada, el bloqueo de la apertura y la alimentación de un solo punto.

Cálculo del ancho de haz de la antena parabólica

A medida que aumenta la ganancia de la antena parabólica, o de cualquier antena, disminuye el ancho del haz.

Normalmente, el ancho del haz se define como los puntos donde la potencia cae a la mitad del máximo, es decir, los puntos de -3dB en un diagrama polar de patrón de radiación.

Es posible estimar el ancho del haz con una precisión razonable de la siguiente fórmula.

Dónde:
G es la ganancia sobre una fuente isotrópica en dB
D es el diámetro del reflector parabólico
λ es la longitud de onda de la señal

Todas las dimensiones deben estar en las mismas unidades para que el cálculo sea correcto, p. Ej. tanto en diámetro como en longitud de onda en metros, o ambos en pies, etc.

Optimización de la ganancia de la antena parabólica

Para proporcionar la iluminación óptima de la superficie reflectante, el nivel de iluminación debe ser mayor en el centro que en los lados. Se puede demostrar que la situación óptima ocurre cuando el centro es alrededor de 10 a 11 dB mayor que la iluminación en el borde. Los niveles más bajos de iluminación de los bordes dan como resultado niveles más bajos de lóbulos laterales.

La antena de superficie reflectante forma una parte importante de todo el sistema. En muchos aspectos, no es tan crítico como podría pensarse al principio. A menudo se puede utilizar una malla de alambre. Siempre que el paso de la malla sea pequeño en comparación con una longitud de onda, las señales de radio lo verán como una superficie continua. Si se utiliza una malla, la resistencia al viento se reducirá y esto proporciona importantes ventajas mecánicas.

La antena reflectora parabólica es capaz de proporcionar un nivel significativo de ganancia que se puede aprovechar, especialmente para frecuencias de microondas en las que el tamaño de la antena para un nivel de ganancia dado se vuelve muy manejable.

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