Tipos de arreglo en antenas

 

En comunicaciones satelitales de órbita baja es muy importante garantizar el seguimiento de los
diferentes satélites LEO(Neri Vela, Rodolfo,2003), (Gibson, D Jerry,1997) en el transcurso de su
orbita, durante el intervalo de tiempo que dura el avistamiento. Esto es llevado a cavo por una estación
terrena determinada, la cual debe poder realizar el optimo enlace entre el satélite y la estación misma a
partir de una ubicación muy precisa del lóbulo de radiación ubicado en el espacio, coincidiendo a

plenitud con el punto en el cual se encuentra ubicado el satélite. Esto se logra diseñando unos sistemas
de seguimiento que brinden una alta directiviad y un ángulo de apuntamiento preciso.
Es sabido que es posible lograr arreglos de antenas que entreguen muy diversos patrones de
radiación(Krauss J. D,1985),(Balanis, Constantine A,1982), sin embargo la dificultad radica en
determinar cual es el tipo de arreglo que garantiza las mejores condiciones de seguimiento. Estas
condiciones redundan en la capacidad de las agrupaciones para modificar el diagrama de radiación de
la antena principal, que puede aprovecharse para sintetizar un diagrama de radiación que este dentro de
las especificaciones de directividad y apuntamiento de haz principal necesario para un radio enlace.



ANTENA PRINCIPAL

En sistemas de comunicaciones satelitales de órbita baja utilizados por los radioaficionados, es común
utilizar antenas tipo Yagui-Uda en las estaciones terrenas. Sin embargo, la solución planteada en el
presente trabajo hace uso de una antena tipo córner reflector debido a la sencillez de su modelo y a que

los análisis realizados sobre agrupaciones mas complejas pueden ser fácilmente adaptados en términos
de antenas tipo Yagui-Uda1 o helicoidal cuyas directividades y lóbulos principales pueden llegar a ser
similares bajo diferentes parámetros.
Una de las formas mas simple de concentrar la radiación de una fuente primaria es mediante
reflectores diedricos(Balanis, Constantine A,1982), cuyo estudio se realiza mediante la teoría de
imágenes de tal manera que para un ángulo de reflector de 900 y utilizando como fuente primaria un
dipolo de λ / 2 se puede lograr un diagrama de radiación como el mostrado en la figura1, cuya
descripción analítica.

ARREGLO LINEAL UNIFORME

La descripción analítica para un arreglo lineal uniforme como el mostrado en la figura 2, en el cual la
antena principal es del tipo corner reflector esta dada por

Ecuación 2: Campo eléctrico ( )E θ ,φ alc para un arreglo lineal uniforme, cuya antena principal es
del tipo corner reflector, donde d x es la distancia entre antenas en longitud de onda, M es el
numero de antenas,β x es el desfase entre las corrientes de cada antena en relación al centro del
arreglo, ( )E θ ,φ c es el campo eléctrico producido por la antena principal y λ
2π k = .
Al desarrollar simulaciones con este tipo de arreglos se observa que puede varia su ángulo de lóbulo
principal, tan solo en el eje en el que esta ubicado el arreglo, además, el NPLS disminuye a medida que
este se aleja de la dirección del campo de la antena principal ocasionando que suceda lo mismo con la
directividad del arreglo.

ARREGLO PLANAR

Debido a la necesidad de tener una antena capaz de desplazar su lóbulo principal con la mayor
cantidad de grados de libertad, para poder seguir cualquier orbita realizada por un satélite, es necesario
considerar arreglos que estén acordes con esta característica, uno de estos es el del tipo planar
 cuya descripción analítica esta dada en
la ecuación 3; también se puede ver su distribución espacial en ésta figura.

Este tipo de arreglos presenta una mayor libertad en cuanto al desplazamiento de lóbulo principal en
comparación con el arreglo lineal, sin embrago aún se presenta una disminución en su NPLS a medida
que este se aleja de la dirección en la que se encuentra el campo producido por la antena principal, por
lo tanto se ha decidido, probar con la misma distribución espacial del arreglo, pero no solo variando las
fases de la corriente ( ) x y β ,β de entrada en la antena, sino variando también sus amplitudes, utilizando
el método llamado síntesis de Chebychev.

Para realizar este tipo de síntesis se trabajo tanto con la transformada Dolph, como con la transformada
Riblet(Krauss J. D,1985),(Balanis, Constantine A,1982) teniendo en cuenta en juntos casos
diferentes NPLS como parámetro de diseño y se observo que los lóbulos secundarios en juntos casos
disminuyeron, sin embargo en todos los casos se genero un lóbulo trasero simétrico al lóbulo principal
después de un determinado ángulo de desplazamiento (como se puede ver en la figura 4), que en
general debe ser producido por el tipo de distribución espacial de esta forma de arreglo.
La expresión analítica de la transformada Dolph y de la transformada Riblet se muestra en las
ecuaciones 5 y 6, junto con los polinomios generales para cada factor de arreglo(FA).



ARREGLO CIRCULAR

Otra opción de distribución espacial es la del tipo circular(Suares, et al, 2003), (Suares, et al, 2004),
(Balanis, Constantine A,1982),( Lozano, et al, 2002) en la cual todas las antenas están ubicadas a
una distancia r del centro; es de aclarar que en este apartado también se utiliza el principio de
multiplicación de parámetros y como antena principal una del tipo corner reflector, en este tipo de
agrupación la expresión analítica para el campo eléctrico esta dada por la ecuación 8 y en la figura 5 se
puede ver la ubicación de cada antena sobre el arreglo.
Este tipo de agrupación presenta en las simulaciones un mejor desempeño cuando lo comparamos los
arreglos mencionados en los apartados anteriores, ya que no presenta lóbulos traseros simétricos, los
cuales no son deseables para una comunicación satelital, sin embargo el ángulo de desplazamiento de
lóbulo principal es reducido En la tabla dos se pueden ver los datos obtenidos.