Antena Parabólica. Investigación y Diseño.

La antena parabólica es un tipo de antena que se caracteriza por llevar un reflector parabólico, cuya superficie es en realidad un paraboloide de revolución. Las antenas parabólicas pueden ser transmisoras, receptoras o full duplex, llamadas así cuando pueden trasmitir y recibir simultáneamente. Suelen ser utilizadas a frecuencias altas y tienen una ganancia elevada.

En las antenas parabólicas transmisoras, la así llamada parábola refleja las ondas electromagnéticas generadas por un dispositivo radiante que se encuentra ubicado en el foco del paraboloide. Los frentes de onda inicialmente esféricos que emite ese dispositivo se convierten en frentes de onda planos al reflejarse en dicha superficie, produciendo ondas más coherentes que otro tipo de antenas.

En las antenas receptoras el reflector parabólico se encarga de concentrar en su foco, donde se encuentra un detector, los rayos paralelos de las ondas incidentes.

Las antenas parabólicas suelen ser utilizadas a frecuencias altas y tienen una ganancia elevada.Las antenas parabólicas son en esencia una superficie metálica que sirve de reflector y un elemento radiante situado en su foco. El reflector puede estar construid de diferentes materiales:

- Una superficie metálica, generalmente aluminio para reducir peso.

- Fibra con un baño de una sustancia metálica por su cara cóncava. Se suele utilizar en parábolas de gran tamaño para reducir peso.

- Malla metálica que puede ser galvanizada o acerada.

Principio de Reflector en una Antena Parabólica

Un reflector es una superficie que refleja la luz o cualquier otro tipo de onda.

En muchos casos, como el de las antenas parabólicas o algunos espejos concentradores de luz, las superficies reflectoras tienen la forma de una parábola, o más precisamente de un paraboloide de revolución; y por ello cumplen con su principal propiedad: que todos los haces que chocan en ellas se reflejan en un punto en común, llamado foco.

Sistemas que Utilizan Antenas Parabólicas

Satélites de Comunicaciones

Los satélites artificiales de comunicaciones son un medio muy apto para emitir señales de radio en zonas amplias o poco desarrolladas, ya que pueden utilizarse como enormes antenas suspendidas del cielo. Se suelen utilizar frecuencias elevadas en el rango de los GHz; además, la elevada direccionalidad de antenas utilizadas permite "alumbrar" zonas concretas de la Tierra. El primer satélite de comunicaciones, el Telstar 1, se puso en órbita en 1962. La primera transmisión de televisión vía satélite se llevó a cabo en 1964.

Tipos de Instalación de Antenas Parabólicas para la Recepción de Televisión Vía Satelite

Individual: Direct to Home (DTH).

• DTH es sinónimo de televisión Direct-To-Home. DTH se define como la recepción de programas vía satélite con un plato de personal en una casa individual
• DTH elimina la necesidad de que el operador de cable local y pone a la emisora en contacto directo con el consumidor. Sólo los operadores de cable pueden recibir programas vía satélite y que luego los distribuyen a los hogares individuales.
• Una red de DTH consiste en un centro de emisión, los satélites, decodificadores, multiplexores, moduladores y receptores de DTH.
• Un proveedor de servicios DTH tiene que arrendar transponedores en banda Ku del satélite. El codificador convierte las señales de audio, vídeo y datos en el formato digital y el multiplexor combina estas señales. En el usuario final, habrá una pequeña antena parabólica y set-top boxes para decodificar y ver numerosos canales. En el extremo del usuario, los platos de recepción pueden ser tan pequeños como 45 cm de diámetro.
• DTH es una transmisión codificada que se dirige a los consumidores directamente a través de un satélite. Transmisión 
• DTH se recibe directamente por el consumidor a su fin a través de la pequeña antena parabólica. Un set-top box, a diferencia de la conexión del cable regular, decodifica la transmisión encriptado.

Colectiva: Satellite Master Antenna Television (SMATV)

Se refiere a la transmisión de programas de televisión a una antena maestra por satélite instalado en la parte superior de un edificio de apartamentos, un hotel, o en otro lugar central desde donde atiende a un grupo privado de los espectadores. La transmisión generalmente se hace en la banda C a 1,5 o 2 platos metros.

• Un Maestro Satellite Antenna sistema de televisión a menudo se instala cuando el número y tipo de canales se van a controlar y se suministra a varios televisores por ejemplo en un hotel.
• Un sistema SMATV puede distribuir uno hasta treinta canales de canales Free to Air o suscripción de la línea hasta ofrecidos por TDT o el cielo. Páginas de bienvenida y estaciones de radio también se puede distribuir si es necesario.
• Una pieza única de un equipo llamado el Multibox ha sido diseñado como la solución para la toma de SMATV sistemas digitales listos y no afectadas por el cambio analógica a la digital.
• El Multibox es la solución ideal para los establecimientos de hoteles, bed & breakfast, comparten propiedades de viviendas, residencias, hospitales, escuelas y prisiones.Recibe hasta 5 canales en digital y abrigos a alta calidad las señales de televisión analógica que se alimentan por el actual sistema de distribución SMATV. Por ejemplo, los 5 del Reino Unido, los canales públicos de servicios de radiodifusión de televisión (BBC1, BBC2, ITV, CH4, CH5) esto permite que todos los televisores existentes, VCR y PVR para recibir el elegido cinco canales digitales sin la necesidad de un decodificador adicional en cada lugar de observación.
• Multibox adicional puede ser añadido a un sistema para aumentar la cantidad de canales de distribución.
• Debido a nuestro conocimiento en este campo nuestro ingeniero superior en Secure View ha hecho propuestas positivas sobre el Multibox que posteriormente han sido presentadas al equipo de desarrollo Multibox.
• Ya sea que necesite una nueva instalación o una actualización de un sistema existente en el equipo de Secure View se asegurará de que se lleve a cabo de manera eficiente y con la menor cantidad de interrupciones.
• Conjunto de dispositivos utilizados para la recepción de canales libres de TV Digital Para España suele estar compuesto por un disco de 80 cm offset, LNB universal, conectores F para cable T100 (2 unidades) y receptor para canales digitales libres (FTA).

Tipos de Antenas Parabólicas

Atendiendo a la superficie reflectora, pueden diferenciarse varios tipos de antena parabólica donde lo que varía es la posición relativa del foco respecto a la superficie reflectora, así como la forma de ésta. Los tipos más extendidos son los siguientes:

La antena parabólica de foco centrado o primario, que se caracteriza por tener el eje de simetría del reflector paraboloidal centrado respecto al foco.

La antena parabólica de foco desplazado u offset, que se caracteriza por tener el reflector parabólico desplazado respecto al foco. Son más eficientes que las parabólicas de foco centrado, porque el alimentador no hace sombra sobre la superficie reflectora.

La antena parabólica Cassegrain, que se caracteriza por llevar un segundo reflector cerca de su foco, el cual refleja la onda radiada desde el dispositivo radiante hacia el reflector en las antenas transmisoras, o refleja la onda recibida desde el reflector hacia el dispositivo detector en las antenas receptoras.

Diseño

En las antenas parabólicas se aplican las propiedades ópticas de las ondas electromagnéticas. Las propiedades geométricas de la parábola son tales que las ondas emitidas por el alimentador en el foco se reflejan por la parábola en un haz de rayos paralelos al eje de la parábola, de modo que la longitud del trayecto del foco al reflector parabólico y, después, hasta la superficie de la abertura que pasa por los bordes de la parábola, es la misma para cualquier ángulo. Por consecuencia en la abertura de la antena se tiene una superficie equifase y, teóricamente, el haz radiado es cilíndrico, si bien en la práctica esto no es completamente cierto, ya que parte de la energía se dispersa en los bordes del reflector. 

En coordenadas cartesianas la ecuación de la parábola es: 

Y, en coordenadas esféricas, con el origen de coordenadas coincidente con el foco, F: 

Donde ρ es la distancia del foco al punto de reflexión sobre la superficie parabólica y f la dis‐ tancia del vértice al foco o distancia focal. 

Según la distancia focal, las antenas pueden como clasificarse como: 

Foco largo. Cuando el foco está fuera del reflector, en cuyo caso f >D/4 y 2θmax<π. 

Foco corto: El foco está dentro del reflector de modo que fπ. 

Además de las antenas con reflector parabólico hay otros tipos similares como el reflector esférico, utilizado en radioastronomía y estaciones receptoras terrestres pequeñas, ya que el haz puede barrer el espacio moviendo el alimentador. Un ejemplo de esto es el reflector esfé‐ rico de 305 m de diámetro, usado en el radiotelescopio de Arecibo, Puerto Rico, en que el barrido del haz se realiza moviendo el alimentador.

Ganancia

La ganancia teórica de una antena parabólica de abertura circular excitada uniformemente está dada por:

En nuestra parábola usaremos las siguientes ecuaciones ya refinadas para nuestro uso.

Como

En la boca de la parabola implementaremos:

Por lo tanto

O también

Las ecuaciones se han acomodado los términos para acomodar unarelación de foco a diámetro (f/D)

Relación Foco/Diametro

La relación de foco a diámetro (f/D) debe ser

0,25 < f/D < 0,6 

Para parábolas offset se recomienda f/D= 0,6 para parábolas de foco primario (nuestro caso) se recomienda 0,9. Pero para nuestra parábola utilizaremos f/D= 0,38 que es lo usado generalmente en parabolas de banda C de foco primario.

Si tenemos como diámetro D=180, pero 0,25 < f/D < 0,6 de lo cual elegimos f/D=0,38 lo cual implica que f=0,38 * D lo que queda f=0,38*180 = 68,4 cm F f=68,4 cm lo cual seria la distancia del centro de nuestra parábola al foco. ahora reemplazando f=68,4 y c= 180 en ecuación tenemos

tenemos que C=29,6 cm lo cual es la profundidad de nuestra parábola en donde la parábola quedaría así:

Teniendo ya el diseño para poder crear el reflector de nuestra antena.