Antena Parabólica

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.

Diseño

Su forma no alude a una cuestión estética ni a un capricho de algún fabricante, sino que responde a una cuestión meramente matemática, que concretamente usa de forma muy inteligente una propiedad de las parábolas conocida desde hace casi 2000 años.

Antes de nada, vamos a recordar qué son las parábolas. Una parábola es una cónica (curva que surge de hacer un cierto corte a un cono) que se define como el conjunto de puntos que están a la misma distancia de un punto concreto, llamado foco, y una cierta recta, llamada directriz. En la siguiente imagen podéis ver una parábola (en rojo), su foco y su directriz y la igualdad de distancias a esos dos objetos desde varios puntos de la misma:

A partir de esta definición, es fácil construir un objeto en 3D girando la parábola respecto de un eje vertical que pasa por su foco. Al hacer esto, obtenemos una superficie tridimensional denominada paraboloide:

Exacto, acabamos de crear una antena parabólica, cuyo foco es el mismo que el de la parábola que hemos girado.

¿Por qué esta forma es útil? Pues por una interesante propiedad de las parábolas que describimos a continuación:

Un punto del interior de la parábola que se mueva por una recta paralela al eje “rebotará” en la parábola y será enviado hacia el foco.

Esto significa que si mandamos señales hacia la parábola que sean paralelas al eje, éstas serán reflejadas por ella hacia el foco, independientemente de la recta que usemos.

A continuación, les mostramos una muestra animada de lo que sucede:

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Y esto es muy útil, ya que con un paraboloide que tenga un receptor de señal colocado en el foco podemos conseguir que todas las señales que reboten en el paraboloide acaben siendo enviadas a dicho receptor, sin necesidad de tener que apuntar directamente al mismo. Es decir, con un pequeño receptor obtenemos una gran recepción de señal utilizando toda la superficie del paraboloide de la forma descrita.

Por otra parte, esta propiedad también se puede usar de manera inversa. Colocamos en el foco del paraboloide un emisor de señal orientado hacia el paraboloide y emitimos dicha señal hacia la mayor parte posible de su superficie. Todas las señales “rebotarán” en la misma y se reflejará de forma paralela a su eje hacia afuera, consiguiendo así mayor emisión de señal que la que obtendríamos emitiendo solamente desde un punto. 

Tipos de Antenas Parabólicas

• Antena parabólica de foco centrado o primaria: Se caracteriza porque su eje de simetría del reflector paraboloidal está centrado en relación con el foco.

• Antena parabólica de foco desplazado u offset: Es una antena que se caracteriza por contar con un reflector parabólico desplazado en relación con el foco. Son mucho más eficientes que las de foco centrado, ya que en este caso el alimentador no hace sombra en la superficie reflectora.

• Antena parabólica Cassegrain: Cuenta con un segundo reflector muy cerca de su foco, el cual puede reflejar la onda radiada a partir del dispositivo radiante hacia el reflector en las antenas transmisoras o en su defecto refleja la onda que se recibe desde el reflector hacia un dispositivo detector en las antenas receptoras.

Tamaño de una antena parabólica

En relación con su tamaño, en la mayoría de los casos se encuentra entre los 60 cm y los 120 cm de diámetro, una cifra que se puede ver modificada de acuerdo con la señal que es emitida por el satélite y al grado de intensidad que se busca.

Hay que recordar que entre mayor sea el diámetro, mayor será la calidad de la imagen al final, aunque claro, también hay que considerar que existen otros factores que pueden modificar esta relación.

El cálculo del diámetro a utilizar para la captación de un satélite, va en función del PIRE del satélite y de la figura de ruido del conversor LNB empleado. En función del diseño de la antena y fabricante, los rendimientos pueden diferir ligeramente de un modelo a otro de antena con el mismo tamaño. De igual modo, es importante observar bien las especificaciones del LNB, ya que a veces hacen referencia al menor valor obtenido del espectro de frecuencias y no a su valor medio, lo cual podría también variar el rendimiento.

Es preciso consultar las especificaciones del satélite deseado, y según la localización geográfica obtener el PIRE correspondiente: 

Cálculos

Siendo:

• P: profundidad de la parabola, en metros
• D: diametro de la antena, en metros
• f: foco de la antena parabolica, en metros

Las fórmulas que necesitamos para el cálculo son las siguientes:

distancia focal: f = (D^2 / 16 P)

angulo iluminacion: alfa = 2 * ARCTAN (D/2 / f-P)

Un ejemplo práctico:

Tenemos una antena grillada de 2.4 metros Century master para banda C.

D = 2.4 mts (diámetro)

P = 0.38 mts ()

Calculamos la distancia focal f:

f= (2.4)^2 / 16 * 0.38 = 5.76 / 6.08 = 0.947368...

f= 0.95 mts

Entonces:

f/D = 0.95 / 2.4 = 0.3947 = 0.395

Este último dato nos sirve para sintonizar el lnbf de banda C en 0.40 mirando las marcas en el cuerpo del mismo.

Ahora calculamos el angulo de iluminación. Conocemos dos lados del triangulo y podemos fácilmente conocer así el ángulo. Luego se multiplica por dos porque calculamos el ángulo de media parabólica.

alfa= 2 * ARCTAN ( (2.4 / 2) / (0.95 - 0.38) =

alfa= 2 * ARCTAN (1.2 / 0.57) = 2 * ARCTAN (2.105263) = 129.1845°