Tipos de antenas

La antena más extendida para difusión directa por satélite (DBS) es el reflector parabólico, el cual nos permite seleccionar un tamaño mínimo del mismo para la correcta recepción de la señal. El diseño de antenas para aplicaciones de satélite difiere en varios aspectos de otras aplicaciones ya que debe ser diseñada para resistir presiones térmicas y mecánicas.

Los tres tipos de antenas básicos son: Phased Array, Lentes y Reflectores. Un Phased Array requiere de N redes de alimentación para N rayos lo que lo hace pesado y complejo. Una lente es más atractiva por su funcionamiento escaneado y porque es más compacta. Sin embargo es también bastante pesada en aplicaciones de baja frecuencia. Un reflector es generalmente usado por su peso ligero y estructura simple. Como elemento de alimentación más usado y que mejor se adapta a los objetivos del diseño tenemos la bocina. En menores ocasiones pero también son utilizados las hélices, guías de ondas encadenadas, pequeños reflectores...

Phased Array

Consiste básicamente en un grupo de antenas radiando en fase. Bocinas, dipolos, hélices, espirales, parabólicas y muchos otros tipos pueden ser los elementos radiantes. Una Phased Aray para aplicaciones de satélite puede utilizarse para:

Los parámetros de diseño más importantes son:

Lentes

Las lentes se utilizan como antenas colimantes de gran ganancia. Una lente no tiene bloqueo por el alimentador, aunque es un bloqueo para la alimentación. Las reflexiones de la superficie de la lente causam pérdidas de potencia, errores en la alimentación,..

La clave de un buen diseño está en el equilibrio de los siguientes parámetros:

Reflectores

El reflector es el candidato más deseable en sistemas de antenas de satélite debido a su ligero pero, su simple estructura y un diseño más consolidado. La desventaja del reflector es que tiene un bloqueo del alimentador, lo cual acaba con la simetría rotacional y limita el rango de scan a muy pocos anchos de haz:

  • El alimentador y el amplificador convertidor situados en el foco ocupan una cierta superficie que intercepta una parte de las ondas que llegan del satélite, disminuyendo así la ganancia de la antena.
  • Las ondas difractadas por el borde del reflector y por los lóbulos parásitos aumentan el ruido térmico.

Aún así es el más utilizado porque es el más simple.

Reflector sin bloqueo: reflector asimétrico: la antena de foco desplazado (off-set) es una alternativa interesante que se encuentra en fase de rápido desarrollo, si bien resulta más cara. En ella, el reflector está formado por una parte de la parábola, de manera que el alimentador situado en el foco aparece decalado. Esta disposición elimina el efecto de enmascaramiento o de sombra que el alimentador y su soporte producen sobre las ondas incidentes que llegan del satélite, con lo que se obtiene una mejor eficacia de la antena. La principal desventaja es que se produce un nivel de polarización cruzada superior alcaso de alimentación frontal debido a la falta de simetría de la estructura. Un satélite que utiliza este tipo de antenas es el Intelsat VII, el cual posee dos grandes paraboloides en los lados este y oeste alimentados con un array en el foco.

Reflector con bloqueo: antena Cassegrain: este tipo de antenas se utiliza en aplicaciones espaciales donde se requiere gran directividad, una elevada potencia en la el transmisor y un receptor de bajo ruido. Utilizar una gran antena reflectora implica grandes distancias del receptor al foco y la imposibilidad de colocar equipos en él por lo que una solución es emplear un segundo reflector o subreflector y colocar la alimentación cerca o en el vértice del paraboloide. El foco del subreflector coincide con el del reflector principal. De todas formas el bloqueo no desaparece, el máximo bloque viene determinado por el diámetro del subreflector y por la sombra que proyecta el alimentador desde el foco sobre el paraboloide.

Un tercer tipo de antena más extendido no es parabólico, se trata de la antena plana, formada por un cierto número de dipolos cableados de forma que se obtenga un ángulo de apertura del lóbulo principal de magnitud similar a la obtenida con las antenas parabólicas.

Características de las tres antenas básicas

Antena Ventajas Desventajas
Lentes
  • No bloqueo en la alimentación
  • Mejor barrido del espacio
  • Grandes en aplicaciones de baja frecuencia
  • Erores en la apertura
Reflectores
  • Simples
  • Ligeros
  • Diseño consolidado
  • Necesario offset para evitar el bloqueo del alimentador
  • Pobre barrido del espacio
Phased Array
  • Distribución de la potencia en niveles de radiación elementales
  • Fiable
  • No tiene pérdidas de desbordamiento
  • No hay bloqueo en la apertura
  • Complejidad
  • Pesado
  • Grandes pérdidas en la red de formación del haz.

Sistemas de antenas multihaz

Una antena multihaz es la que se usa generalmente en los sistemas de antenas de satélite. Consiste en una superficie enfocada iluminada por un array de elementos alimentadores. Cada elemento ilumina a la apertura óptica y genera un haz. El ancho de haz de un rayo va determinado por el tamaño de la apertura óptica y la posición y separación angular de estos rayos está determinada por la separación entre los elementos.

Con esta configuración el satélite puede comunicarse a través de una sola antena con varias estaciones terrenas geográficamente dispersas. Además en estas estaciones terrenas se necesitan antenas menores que reducen el coste debido a que tienen la radiación focalizada hacia ellas.

Las antenas multihaz utilizan un reflector que lleva el radiador primario en el foco del mismo. La dirección del haz se puede modificar cambiando la posición de los elementos radiadores alrededor del foco. Hay que tener en cuenta el bloqueo que porducen los radiadores dispuestos en torno a éste. Es por ello mucho más útil el empleo de configuraciones offset.

Antenas TT&C

Mientras el satélite geosíncrono está siendo puesto en órbita es necesario mantener una comunicaión continua en previsión de posibles desapuntamientos o desplazamientos del mismo. Para ésto es necesario que la antena sea omnidireccional y polarizada circularmente. Todos estos servicios de telemetría, seguimiento y telecomando, son realizados a través de un misma antena, la cual debe poseer un diagrama de radiación con la máxima zona de cobertura posible, de manera que el servicio no quede interrumpido, independientemente de la posición del satélite o de las condiciones del enlace. La poca directividad de la antena TT&C obliga a que las potencias transmitidas desde la estación terrena, para el servicio de telecomando, y por el satélite, para el de telemetría y seguimiento, tengan que ser relativamente elevadas.

Existen diferentes tipos de antenas TT&C: