Antena de ranura

Antena de radar marino tragaperras de banda X en barco, 8-12 GHz. La antena irradia un estrecho rayo vertical en forma de ventilador de microondas, escaneando toda la superficie de agua de 360° alrededor del barco con cada rotación.

Sección transversal de antena marina similar con parte de radome de plástico eliminado, mostrando ranuras en guía de onda.

Una antena de ranura consiste en una superficie metálica, generalmente una placa plana, con uno o más orificios o ranuras cortadas. Cuando la placa funciona como antena mediante una corriente de radiofrecuencia aplicada, la ranura irradia ondas electromagnéticas de forma similar a una antena dipolo. La forma y el tamaño de la ranura, así como la frecuencia de conducción, determinan el patrón de radiación. Las antenas de ranura se utilizan generalmente en frecuencias UHF y microondas en las que las longitudes de onda son lo suficientemente pequeñas como para que la placa y la ranura sean convenientemente pequeñas. En estas frecuencias, las ondas de radio suelen ser conducidas por una guía de ondas y la antena consta de ranuras en la guía de ondas; esto se llama antena de guía de ondas ranurada. Múltiples ranuras actúan como un conjunto de antenas directivas y pueden emitir un haz de microondas estrecho en forma de abanico. Se utilizan en fuentes de microondas de laboratorio estándar utilizadas para investigación, antenas transmisoras de televisión UHF, antenas de misiles y aviones, antenas sectoriales para estaciones base celulares y, en particular, antenas de radar marino. Las principales ventajas de una antena de ranura son su tamaño, simplicidad de diseño y adaptación conveniente a la producción en masa utilizando tecnología de guía de ondas o placa de PC.

Estructura

Como lo demostró H. G. Booker en 1946, según el principio de Babinet en óptica, una ranura en una placa metálica o guía de ondas tiene el mismo patrón de radiación que una antena de varilla impulsada cuya varilla tiene la misma forma que la ranura, con la excepción de que las direcciones del campo eléctrico y del campo magnético están intercambiadas; la antena es un dipolo magnético en lugar de un dipolo eléctrico; el campo magnético es paralelo al eje longitudinal de la ranura y el campo eléctrico es perpendicular. Por tanto, el patrón de radiación de una ranura se puede calcular mediante las mismas ecuaciones bien conocidas que se utilizan para antenas de elementos de varilla como el dipolo. Las ondas están polarizadas linealmente perpendicularmente al eje de la ranura. Las ranuras de hasta una longitud de onda tienen un único lóbulo principal con radiación máxima perpendicular a la superficie.

Las antenas que constan de múltiples ranuras paralelas en una guía de ondas son antenas de matriz ampliamente utilizadas. Tienen un patrón de radiación similar al correspondiente conjunto lineal de antenas dipolo, con la excepción de que la ranura sólo puede irradiar hacia el espacio en un lado de la superficie de la guía de ondas, 180° del espacio circundante. Hay dos tipos muy utilizados:

Antena de guía de onda ranurada longitudinal

El eje de las ranuras es paralelo al eje de la guía de onda. Esto tiene un patrón de radiación similar a una antena de dipolo collineal, y generalmente se monta verticalmente. El patrón de radiación es casi omnidireccional en el plano horizontal perpendicular a la antena sobre el azimut de 180° delante de la ranura, pero estrecho en el plano vertical, con la ganancia vertical aumentando aproximadamente 3 dB con cada duplicación del número de ranuras. La radiación se polariza horizontalmente. Se utiliza para antenas de transmisión omnidireccional vertical para estaciones de televisión UHF. Para la radiodifusión, una guía de onda cilíndrica o semicircular se utiliza a veces con varias columnas de ranuras cortadas en diferentes lados para dar un patrón de radiación omnidireccional 360°.

Antena tragaperras transversal tragaperras

Las ranuras son casi perpendiculares al eje de la guía de onda, pero se asientan en un ángulo pequeño, con ranuras alternas segados en ángulos opuestos. Esto irradia un patrón de dipolo en el plano perpendicular a la antena, y un haz muy agudo en el plano de la antena. Su mayor uso es para antenas de radar marino de microondas. La antena se monta horizontalmente en una unidad mecánica que gira la antena alrededor de un eje vertical, escaneando el haz vertical en forma de abanico de la antena 360° alrededor de la superficie de agua que rodea la nave hacia el horizonte con cada revolución. La amplia extensión vertical de la viga asegura que incluso en mal tiempo cuando el barco y el eje de la antena se están meceando sobre un ángulo ancho por ondas el rayo de radar no perderá la superficie.

Historia

La antena de ranura fue inventada en 1938 por Alan Blumlein, mientras trabajaba para EMI. Lo inventó para producir un tipo práctico de antena para la transmisión de televisión VHF que tuviera polarización horizontal, un patrón de radiación horizontal omnidireccional y un patrón de radiación vertical estrecho.

Antes de su uso en radares de búsqueda de superficie, estos sistemas utilizaban un reflector de segmento parabólico o "antena de queso". La antena de guía de ondas ranurada fue el resultado de una investigación colaborativa sobre radares realizada por la Universidad McGill y el Consejo Nacional de Investigación de Canadá durante la Segunda Guerra Mundial. Los co-inventores, W.H. Watson y E.W. Guptill de McGill, obtuvieron una patente estadounidense para el dispositivo, descrito como una "antena directiva para microondas", en 1951.

Otros usos

En una aplicación relacionada, las llamadas guías de ondas con fugas también se utilizan para determinar las posiciones de los vagones en determinadas aplicaciones de tránsito rápido. Se utilizan principalmente para determinar la posición precisa del tren cuando se detiene en una estación, de modo que las posiciones de las puertas se alineen correctamente con los puntos de cola en el andén o con un segundo juego de puertas de seguridad, en caso de que existan. .