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Antenas parabólicas

Reflector (radiador secundario)
Excitador
(radiador primario)
Alimentación (guía de ondas)

Figura 1: Principio de una antena con reflector parabólico

Reflector (radiador secundario)
Excitador
(radiador primario)
Alimentación (guía de ondas)

Figura 1: Principio de una antena con reflector parabólico

Antenas parabólicas

La antena parabólica es una antena con un reflector especialmente curvado cuya forma de curvatura está determinada por una parábola. La energía de cada frente de onda plano que incide en paralelo al eje de la parábola se concentra en un punto focal delante del reflector. A la inversa, toda fuente de radiación radial también se refleja de forma correcta en fase a una onda plana en este punto focal.

La antena parabólica es el tipo de antena más utilizado en la tecnología del radar. La ilustración muestra la estructura de una antena parabólica „normal“ (simétrica). La fuente puntual ilumina el reflector simétrico.

El reflector redondo, una sección de un paraboloide de revolución, suele ser una construcción metálica, a menudo sólo una rejilla en un marco metálico. Los agujeros de la cuadrícula deben ser menores que λ/10. Este reflector actúa como un espejo para las ondas electromagnéticas.

Según las leyes de la óptica (y la geometría), todos los rayos paralelos al eje de la antena se reflejan en la superficie de este reflector. Estos rayos salen del radiador en forma esférica, se reflejan en el reflector con un salto de fase de 180° y se forman en un frente de onda plano donde todos los rayos son paralelos. Esto significa que los haces no tienen diferencias de trayectoria hasta cualquier plano perpendicular al eje parabólico.

El diagrama muestra una forma idealizada de un reflector de radar redondo y esta antena produce un haz muy estrecho, llamado de lápiz. Si el reflector tiene forma elíptica, se produce un haz en forma de abanico. Los radares de reconocimiento tienen patrones de antena diferentes en sentido vertical y horizontal: un haz de lápiz muy estrecho en el ángulo lateral y un patrón clásico de cosecante cuadrada en el ángulo de elevación.

Figura 2: Patrón direccional de una antena parabólica

Figura 2: Patrón direccional de una antena parabólica

Patrón direccional de una antena parabólica

Figura 2: Patrón direccional de una antena parabólica

Sin embargo, este caso ideal que se muestra en la Fig. 1 no se da en la práctica. Debido a las deficiencias de fabricación, la radiación tiene una forma más bien lobular.

Lóbulos
posteriores
Lóbulos
laterales
Lóbulo principal

Fig. 3: Diagrama de antena real de una antena parabólica en escala logarítmica, medido durante un control de calidad.

Una antena parabólica tiene un diagrama ampliamente simétrico a la rotación de alta ganancia, alta relación frontal y trasera y lóbulos laterales relativamente pequeños.

La ganancia de una antena parabólica se puede determinar con la siguiente fórmula:

(1)

  • ΘAz = ancho de medio valor en el ángulo lateral
  • ΘEl = media anchura en el ángulo de elevación

Das ist zwar nur eine Näherungsformel, reicht aber für die meisten Anwendungsfälle aus und lässt den Zusammenhang zwischen Antennengewinn und Halbwertsbreite des Antennendiagramms deutlich werden.

Lóbulos
posteriores
Lóbulos
laterales
Lóbulo principal

Fig. 3: Diagrama de antena real de una antena parabólica en escala logarítmica, medido durante un control de calidad.

Fig. 4: Diagrama de antena 3D de una antena parabólica, determinado con un programa de simulación.

Fig. 4: Diagrama de antena 3D de una antena parabólica, determinado con un programa de simulación.

Fig. 4: Diagrama de antena 3D de una antena parabólica, determinado con un programa de simulación.

Observación: Las diferencias entre la figura 2 y la 4 tienen un significado: en la figura 2 la distancia es lineal, por lo que el tamaño de los lóbulos laterales (en el rango de las milésimas del lóbulo principal) ya no es visible. En la figura 4, la distancia es logarítmica, por lo que los lóbulos laterales son fácilmente reconocibles, pero la punta del lóbulo principal está aplanada.

Antenas parabólicas de „curvatura simple“ o „doble curvatura“

Figura 5: Reflector de „curvatura simple“ y reflector de „doble curvatura“ en comparación

Figura 5: Reflector de „curvatura simple“ y reflector de „doble curvatura“ en comparación

Dependiendo del patrón de antena deseado, el reflector puede ser una simple superficie parabólica o la forma parabólica rotacional descrita anteriormente. La superficie lisa con forma de parábola simple se llama „curvatura simple“. Se utiliza en la construcción de antenas cuando:

Si una antena parabólica sólo tiene un radiador primario, o si los radiadores primarios adicionales se montan „en cruz“ y van a formar un patrón de antena diferente, entonces la antena parabólica de „doble curvatura“ es energéticamente más efectiva, ya que las señales de eco entrantes también se enfocan exactamente en el punto donde pueden ser recibidas. Con una antena parabólica de „curvatura simple“ con un solo radiador primario, parte de la energía impactaría junto al radiador primario. Por lo tanto, una antena parabólica de "curvatura única" sólo tiene sentido si, por ejemplo, toda la línea focal está ocupada por emisores para iluminar el reflector parabólico sin errores angulares (como en el radar marítimo de tipo 1022). De este modo, los inevitables lóbulos laterales del diagrama de la antena pueden al menos reducirse porque la distribución de la potencia entre los radiadores individuales puede optimizarse mejor.

En el caso del radar didáctico, se suelen utilizar radiadores primarios separados frente a un reflector común para la transmisión y la recepción por razones de coste. Con una antena parabólica de „doble curvatura“, sólo uno de los emisores primarios podría situarse en el punto focal: el otro estaría al lado. La energía fuertemente agrupada del transmisor no podría alcanzar la antena receptora en absoluto después de la reflexión. Por esta razón, los radares también tienen una sola antena parabólica de „curvatura simple“ para este caso, de modo que la antena receptora también está en su línea focal: las antenas de transmisión y recepción están dispuestas una encima de la otra en esta línea focal vertical. No es muy eficaz desde el punto de vista energético: pero el objetivo aquí no es conseguir un récord de autonomía, sino sólo demostrar el principio.