Fundamentos Radar

Antena de bocina

El antena de bocina o radiador de bocina en general un dispositivo que realiza una transición entre las ondas propagándose en una línea de transmisión, generalmente una guía de onda, y ondas propagándose en un medio ilimitado como el espacio libre. Son construidas en una variedad de formas con el propósito de controlar una o más de las propiedades fundamentales: ganancia, patrón de radiación E impedancia. La forma recuerda más o menos a la salida de sonido de un instrumento de viento, por ejemplo un cuerno de caza. Esta construcción en forma de embudo desemboca en una guía de ondas. Los radiadores de bocina se utilizan como antenas autónomas o como radiadores primarios para alimentar una antena reflectora, por ejemplo, una antena parabólica. La gama de frecuencias posible para este tipo de antena sólo está limitada por las dimensiones mecánicas y comienza aproximadamente en la gama UHF y actualmente está abierta hacia arriba.

Guía de ondas

Onda conducida

antena de bocina

Ampliación de la
guía de ondas

Onda espacial

Figura 2: Líneas de campo eléctrico en una guía de ondas, transición de onda conducida a onda espacial

Guía de ondas

Onda conducida

antena de bocina

Ampliación de la
guía de ondas

Onda espacial

Figura 2: Líneas de campo eléctrico en una guía de ondas, transición de onda conducida a onda espacial

Guía de ondas

Onda conducida

Radiador
de bocina

Ampliación de la
guía de ondas

Onda espacial

Figura 2: Líneas de campo eléctrico en una guía de ondas, transición de onda conducida a onda espacial

Función de un antena de bocina

Por supuesto, una guía de ondas puede dejarse simplemente abierta en un extremo para permitir que la onda electromagnética irradie al espacio libre. Sin embargo, dado que la impedancia característica del aire tiene un valor diferente al de la guía de ondas, se producirán reflexiones perjudiciales en este punto debido al desajuste. Por lo tanto, las dimensiones mecánicas de la guía de ondas se amplían en el punto de salida deseado de la onda electromagnética para lograr una transición gradual. La longitud de esta zona debe ser mucho mayor que la longitud de onda. La apertura del antena de bocina debe ser como mínimo el doble de las dimensiones de la guía de ondas. La abertura de la bocina se denomina apertura y se considera el área radiante A.

Propiedades

Los radiadores de bocina tienen buenas características direccionales, que dependen del diseño. Cuanto más largas sean las dimensiones geométricas del antena de bocina , mejor será la directividad y, en consecuencia, mayor será la ganancia. Las ganancias de antena razonables con un antena de bocina están en el rango de 20 a 23 dB. Un aumento adicional significa que cada duplicación de la longitud del radiador de la bocina aportaría una ganancia adicional de 3 dB. En algún momento, las dimensiones geométricas del antena de bocina se vuelven muy difíciles de manejar. Entonces es mejor instalar el radiador de la bocina delante de un reflector de enfoque. Los radiadores de bocina tienen pérdidas relativamente bajas, por lo que la directividad y la ganancia son aproximadamente iguales.

Como es habitual en los radiadores de apertura, la directividad y la ganancia de la antena aumentan con el incremento del área de apertura y pueden calcularse aproximadamente con la siguiente fórmula:

Diferentes diseños

La abertura del antena de bocina suele estar sellada con un material dieléctrico (por ejemplo, poliestireno expandido no higroscópico). Si se produce una sobrepresión en el sistema de guía de ondas, se utilizan materiales cerámicos o vidrio de cuarzo como selladores.

Bocina piramidal

Las formas básicas teóricas de un antena de bocina son la apertura sólo en el plano E y la apertura sólo en el plano H. Sin embargo, estas formas básicas („bocina sectorial en el plano E o bocina sectorial en el plano H“) no han podido establecerse en la práctica. Por lo general, se utiliza un antena de bocina que se abre tanto en el plano E como en el plano H (véase la imagen 1). Este antena de bocina se denomina entonces antena de bocina piramidal. El grado de apertura puede variar, lo que da lugar a patrones de antena asimétricos. El ancho de banda de este tipo es de aproximadamente media octava.

Bocina exponencial

Un antena de bocina exponencial es un antena de bocina cuya sección transversal de la abertura se describe mediante una función exponencial. Esto da lugar a una transición suave de la impedancia desde el valor dentro de la guía de ondas hasta el valor en el espacio libre. En el mejor de los casos, la reflexión es muy baja debido a este diseño y la mayor parte de la energía se irradia.

Los radiadores de bocina exponencial pueden tener una forma básica rectangular (piramidal) o redonda (cónica).

Bocina con doble cresta excitada

El antena de bocina con doble cresta excitada (o bocina „Dual Ridge“) es un tipo especial de antena de bocina . En el centro del lado superior E inferior „a“ hay crestas metálicas que se abren exponencialmente hacia fuera. Una variante plana del radiador de cresta es la antena de ranura de apertura progresiva (antena Vivaldi).

Bocina cónicos

Los radiadores de bocina cónicos tienen un diseño redondo y suelen estar conectados a guías de ondas redondas. Al igual que la forma piramidal, están abiertas tanto en el plano E como en el H.

Bocina corrugados

Los radiadores de bocina corrugados y cónicos de diseño ancho tienen un ángulo de haz casi constante y uniforme en los planos E y H. Las ranuras giradas de λ/4 de profundidad pueden mejorar la simetría del diagrama y la pureza de la polarización. Las características especiales de esta antena son la alta atenuación del lóbulo lateral y las bajas pérdidas internas. El diseño estrecho da lugar a un patrón de radiación uniforme dependiente de la frecuencia y también del plano E y H. El ancho de banda de esta antena es de una octava. Debido a la simetría circular, estos radiadores de bocina pueden utilizarse para todo tipo de polarización.

Los radiadores de bocina corrugados se utilizan principalmente en la tecnología de recepción de satélites.

Bocina TEM

Un antena de bocina TEM (del inglés: Transverse Electro-Magnetic Horn) es un tipo especial de antena de bocina . Consiste en una combinación de dos superficies metálicas que se aproximan a la forma de un embudo exponencial y están aisladas eléctricamente entre sí. Esta forma se utiliza principalmente como antena de prueba de banda muy ancha para microondas, donde no es importante tener una gran directividad, sino tener características de antena uniformes en un rango de frecuencias muy grande.