Calculo de la antena parabolica

La ganancia es un término empleado para expresar cuánto de las señales interceptadas por el plato son concentradas en el alimentador, y depende de tres factores: El tamaño del plato, la frecuencia de las señales a recibir y la exactitud geométrica de la superficie reflectora.

A medida que se hace más grande el área de reflexión útil del plato, se intercepta más radiación del satélite, por lo que la ganancia aumenta. Al duplicar la superficie de la antena se duplica también la ganancia. Por ejemplo. Un plato de 6 metros presenta 44%más ganancia que uno de 5 metros, porque el área se incrementa con el cuadrado del diámetro (5metros X5metros=25, comparador con 6 metros X6metros=36).

La ganancia aumenta con la frecuencia, puesto que las microondas de mayor frecuencia se comportan como rayos de luz que se pueden enfocar en líneas rectas hacia la sonda receptora en el alimentador. Las ondas de baja frecuencia tienden a dispersarse por el espacio . Por tal razón las transmisiones que se hacen en la banda de los 12GHz ( conocida como banda Ku) se pueden captar con platos más pequeños que los requeridos cuando las señales modulan portadoras del orden de los 3,7 a 6,2 GHz (banda C).

Para calcular la ganancia de una antena, lo primero que debemos conocer es su área de apertura y la longitud de onda de las señales que se desea recibir relativamente bien.

El área de apertura es:

Donde R es el radio del plato que forma la antena, y es igual al diámetro/2.

La longitud de onda, designada con la letra griega λ, se obtiene de dividir 300 por la frecuencia (λ=300/frecuencia). La frecuencia de la banda C se extiende desde3,7GHz hasta 4,2GHz, lo cual quiere decir que el ancho de banda es 0,5GHz, puesto que 1 GigaHz es igual 1000MHz, resulta que la banda C tiene un ancho de 500MHz, la longitud de onda con aplicación práctica en antenas se calcula para la mitad del rango, o sea para 3,95GHz (3950MHz).

Entonces, λ=300

/f=300/3950MHz λ=0,075 metros=7,5 centímetros

Dado que la fórmula de la ganancia para una antena parabólica es:

Donde π es un número constante (igual a 3,1416), A es el área de apertura y E es la eficiencia de la antena. Por lo general, se asume que dicha eficiencia es del 60%, o sea 60/100, igual a 0,60.

Como ejemplo para una antena de 5 metros de diámetro (radio =2,50metros), la ganancia se puede calcular así:

Asumiendo una eficiencia del 60%, aplicamos la fórmula para la ganancia, así:

Ganancia = 10 log 26318

Ganancia= 44,2 dB

Cálculo de antena tipo yagui

Esta imágenes muestran los cálculos de una antena tipo yagui.

Polarización de antenas

La polarización de una antena es la polarización de la onda radiada por dicha antena en una dirección dada.

La polarización de una onda es la figura geométrica determinada por el extremo del vector que representa al campo eléctrico en función del tiempo, en una posición dada. Para ondas con variación sinusoidal dicha figura es en general una elipse. Hay una serie de casos particulares.

Si la figura trazada es una recta, la onda se denomina linealmente polarizada, si es un círculo circularmente polarizada.

El sentido de giro del campo eléctrico, para una onda que se aleja del observador, determina si la onda está polarizada circularmente a derechas o a izquierda. Si el sentido de giro coincide con las agujas del reloj, la polarización es circular a derechas. Si el sentido de giro es contrario a las agujas del reloj, la polarización es circular a izquierdas. El mismo convenio aplica a las ondas con polarización elíptica.

Se define la relación axial de una onda polarizada elípticamente, como la relación entre los ejes mayor y menor de la elipse de polarización. La relación axial toma valores comprendidos entre 1 e infinito.

Los campos se pueden representar en notación fasorial. Para determinar la variación temporal es suficiente con determinar el valor real de cada una de las componentes. Los ejemplos que se citan a continuación son para  ondas planas que se propagan en la dirección del eje z.

Las expresiones siguientes representan campos con polarización lineal:

Las expresiones siguientes representan campos con polarización circular, la primera a izquierdas y la segunda a derechas

Finalmente los siguientes ejemplos corresponden a polarizaciones elípticas

Se produce una polarización lineal cuando las fases de dos componentes ortogonales del campo eléctrico difieren un múltiplo entero de p radianes. Se produce polarización circular cuando las amplitudes son iguales y la diferencia de fase entre las componentes es p/2 o 3p/2. La polarización es elíptica en los demás casos.

Cualquier onda se puede descomponer en dos polarizaciones lineales ortogonales, sin más que proyectar el campo eléctrico sobre vectores unitarios orientados según dichas direcciones. Aplicando el mismo principio, cualquier onda se puede descomponer en dos ondas polarizadas circularmente a derechas o izquierdas.

Por ejemplo la siguiente expresión representa una onda polarizada elípticamente a derechas, con relación axial  3.

 

 Se puede descomponer en dos ondas polarizadas linealmente de amplitudes 3 y –1, o bien en dos ondas porlarizadas circularmente a derechas e izquierdas

 Resolviendo el siguiente sistema de ecuaciones se determinan los valores de A y B

Parámetros de Antenas

Las antenas se caracterizan por una serie de parámetros que son los siguientes:

DIAGRAMA DE RADIACIÓN

Es la representación gráfica de las características de radiación de una antena, en función de la dirección. Atendiendo al diagrama de radiación podemos hacer una clasificación general de los tipos de antena y podemos definir la directividad de la antena (antena isotrópica, antena directiva, antena bidireccional, antena omnidireccional). Dentro de los diagramas de radiación podemos definir diagrama copolar aquel que representa la radiación de la antena con la polaridad deseada y contrapolar al diagrama de radiación con polaridad contraria a la que ya tiene.

Los parámetros más importantes del diagrama de radiación son:

* Dirección de apuntamiento: es la de máxima radiación. Directividad y ganancia.

* Lóbulo Principal: Es el margen angular en torno a la dirección de máxima radiación.

* Lóbulo secundario: Son el resto de máximos relativos, de valor inferior al principal.

* Ancho de haz: Es el margen angular de direcciones en las que el diagrama de radiación de un haz toma un  valor de 3dB por debajo del máximo. Es decir, la dirección en la que la potencia radiada se reduce a la mitad.

* Relación de lóbulo principal a secundario (SLL): Es el cociente en dB entre el valor máximo del lóbulo principal y el valor máximo del lóbulo secundario.

* Relación delante-atrás (FBR): Es el cociente en dB entre el valor de máxima radiación y el de la misma  dirección y sentido opuesto.

ANCHO DE BANDA:

El ancho de banda de la antena se define como el rango de frecuencias sobre las cuales la operación de la antena es "satisfactoria". Esto, por lo general se toma entre los puntos de media potencia, pero a veces se refiere a las variaciones en la impedancia de entrada de la antena. DIRECTIVIDAD:

 La Directividad (D) de una antena se define como la relación entre la intensidad de radiación de una antena en la dirección del máximo y la intensidad de radiación de una antena isotrópica que radia con la misma potencia total.

GANANCIA:

La ganancia de una antena se define como la relación entre la densidad de potencia radiada en una dirección, a una distancia y la densidad de potencia que radiaría a la misma distancia una antena isotrópica con la misma potencia entregada.

EFICIENCIA:

Relación entre la potencia radiada y la potencia entregada a la antena. También se puede definir como la relación entre ganancia y directividad.

ANCHURA DE HAZ :

Es un parámetro de radiación, ligado al diagrama de radiación. Se puede definir el ancho de haz a -3dB, que es el intervalo angular en el que la densidad de potencia radiada es igual a la mitad de la potencia máxima (en la dirección principal de radiación). También se puede definir el ancho de haz entre ceros, que es el intervalo angular del haz principal del diagrama de radiación, entre los dos ceros adyacentes al máximo.

IMPEDANCIA DE ENTRADA:

Es la impedancia de la antena en sus terminales. Es la relación entre la tensión y la corriente de entrada. La impedancia es un número complejo. La parte real de la impedancia se denomina Resistencia de Antena y la parte imaginaria es la Reactancia. La resistencia de antena es la suma de la resistencia de radiación y la resistencia de pérdidas. Las antenas se denominan resonantes cuando se anula su reactancia de entrada.

POLARIZACIÓN:

Las antenas crean campos electromagnéticos radiados. Se define la polarización electromagnética en una determinada dirección, como la figura geométrica que traza el extremo del vector campo eléctrico a una cierta distancia de la antena, al variar el tiempo. La polarización puede ser lineal, circular y elíptica. La polarización lineal puede tomar distintas orientaciones (horizontal, vertical, +45º, -45º). Las polarizaciones circular o elíptica pueden ser a derechas o izquierdas (dextrógiras o levógiras), según el sentido de giro del campo (observado alejándose desde la antena).

RELACIÓN DELANTE/ATRAS:

Este parámetro se define como la relación existente entre la máxima potencia radiada en una dirección geométrica y la potencia radiada en la dirección opuesta a esta.

Cuando esta relación es reflejada en una gráfico con escala en dB, el ratio F/B (Front/Back) es la diferencia en dB entre el nivel de la máxima radiación y el nivel de radiación a 180 grados. Este parámetro es especialmente útil cuando la interferencia hacia atrás es crítica en la elección de la antena que vamos a utilizar.

RESISTENCIA DE RADIACIÓN:

Cuando se le suministra potencia a una antena, parte de ella se irradia y otra parte, se convierte en calor disipándose.Cuando se habla de resistencia de radiación, se hace teniendo en cuenta que no se puede medir de forma directa.

Si se reemplaza la antena por la resistencia de radiación, esta, haría su trabajo, es decir, disiparía la misma cantidad de potencia que la irradiaría la antena.La resistencia de radiación es igual a la relación de la potencia radiada por la antena dividida por el cuadrado de la corriente en su punto de alimentación.

Rr=P/i^2

Siendo:

Rr= Resistencia de radiación (Ohms)

P = Potencia radiada por la antena (Watts)

i = Corriente de la antena en el punto de alimentación (Amperes)

El Panel Solar

Panel Solar

La energía solar una de las fuentes renovables con mayor potencial de la cual hemos aprendido a sacarle un gran provecho, muchos expertos aseguran que la era de la energía producida por el petróleo está llegando a su fin, aunque también es verdad que hay un largo camino por recorrer.

Como ya sabemos, para aprovechar la energía solar necesitamos de los paneles solares fotovoltaicos. Pero, ¿realmente cómo funcionan?

Lo primero que tenemos que saber para comprender cómo funciona un panel solar es que los paneles solares están formados de muchas celdas solares, es importante no confundir estos dos términos, una cosa es una celda solar y otra cosa es un panel solar. Las celdas solares son pequeñas células hechas de silicio cristalino y/o arseniuro de galio, que son materiales semiconductores, esto quiere decir que son materiales que pueden comportarse como conductores de electricidad o como aislante depende del estado en que se encuentren. Generalmente, los paneles solares que te vas a encontrar en el mercado están hechos con silicio.

 

Cómo Funciona un Panel Solar

La energía solar una de las fuentes renovables con mayor potencial de la cual hemos aprendido a sacarle un gran provecho, muchos expertos aseguran que la era de la energía producida por el petróleo está llegando a su fin, aunque también es verdad que hay un largo camino por recorrer.

Como ya sabemos, para aprovechar la energía solar necesitamos de los paneles solares fotovoltaicos. Pero, ¿realmente cómo funcionan?

Lo primero que tenemos que saber para comprender cómo funciona un panel solar es que los paneles solares están formados de muchas celdas solares, es importante no confundir estos dos términos, una cosa es una celda solar y otra cosa es un panel solar. Las celdas solares son pequeñas células hechas de silicio cristalino y/o arseniuro de galio, que son materiales semiconductores, esto quiere decir que son materiales que pueden comportarse como conductores de electricidad o como aislante depende del estado en que se encuentren. Generalmente, los paneles solares que te vas a encontrar en el mercado están hechos con silicio.

 

Estos dos materiales se mezclan con otros, como por ejemplo el fósforo o el boro, la idea es darle una carga positiva y una carga negativa, es así como se logra que las celdas tengan las dos cargas y puedan generar electricidad, de lo contrario no podrían generar electricidad.

Entonces, ya sabemos que una celda solar se construye con un material semiconductor al que le sobran electrones con carga negativa y otra parte se hace con un material semiconductor al que le faltan electrones con carga positiva, cuando las celdas solares se exponen a la luz del sol directamente producen corriente, la energía del sol mueve los electrones de la parte de la celda que le sobran hacia la parte de la célula que le faltan. Este movimiento de electrones es justamente la corriente eléctrica por lo tanto de esta forma ya se ha conseguido generar corriente eléctrica de un punto a otro.

Todas las celdas solares trabajando en conjunto hacen que se produzca un campo eléctrico en el panel solar y es así como los paneles solares pueden generar energía que posteriormente podemos utilizar como electricidad.