Antenas Espaciales

ANTENNA(HAIKU)

Amanda Gómez González

Fecha: 2013-10-01


Las antenas son elementos que hacen que toda la electrónica de la transmisión y recepción, tengan una manera de sensar , y de tal forma, logran propagar la onda electromagnética y a su vez, captarla desde lugares muy lejanos.
 
Aquí convendría saber de principio cuantos tipos de antenas hay, cómo es que se cataloga, cómo influye la frecuencia en su diseño y qué tipos de materiales se utilizan (los cuales van desde aluminio, cobre, oro, dieléctricos, lentes, etc).  
 
Asimismo, tenemos que saber, cuáles son las antenas que más se usan en los satélites, y que características tienen las que captan señales desde zonas muy profundas del universo.
 
Las Antenas son las partes de los sistemas de telecomunicación específicamente diseñadas para radiar o recibir ondas electromagnéticas.
También se pueden definir como los dispositivos que adaptan las ondas guiadas, que se transmiten por conductores o guías, a las ondas que se propagan en el espacio libre.
Los sistemas de Comunicaciones utilizan antenas para realizar enlaces punto a punto, difundir señales de televisión o radio, o bien transmitir o recibir señales en equipos portátiles
 
La teoría de las antenas surge a partir de los desarrollos matemáticos de James C. Maxwell, en 1854; posteriormente corroborados por los experimentos de Heinrich R. Hertz, en 1887, y los primeros sistemas de radiocomunicaciones de Guglielmo Marconi en 1897
 
Los primeros sistemas de comunicación eléctricos fueron la telegrafía, introducida en 1844, seguida por la telefonía, en el año 1878. En estos sistemas, las señales se enviaban a través de líneas de transmisión de dos hilos conductores, que conectaban el emisor con el receptor.
 
Antenas Espaciales
La primera comunicación transoceánica tuvo lugar en 1901, desde Cornualles a Terranova. En 1907 ya existían servicios comerciales de comunicaciones.
Desde la invención de Marconi, hasta los años 40, la tecnología de las antenas se centró en elementos radiantes de hilo, a frecuencias hasta UHF.
Inicialmente se utilizaban frecuencias de transmisión entre 50 y 100 kHz, por lo que las antenas eran pequeñas comparadas con la longitud de onda.
Tras el descubrimiento del tríodo por De Forest, se pudo empezar a trabajar a frecuencias entre 100 kHz y algunos MHz, con tamaños de antenas comparables a la longitud de onda
 
A partir de la Segunda Guerra Mundial se desarrollaron nuevos elementos radiantes (como guiaondas, bocinas, reflectores, etc).
Una contribución muy importante fue el desarrollo de los generadores de microondas (como el magnetrón y el klystron) a frecuencias superiores a 1 GHz.
En las décadas de 1960 a 1980 los avances en arquitectura y tecnología de computadores tuvieron un gran impacto en el desarrollo de la moderna teoría de antenas.
Los métodos numéricos se desarrollaron a partir de 1960 y permitieron el análisis de estructuras inabordables por métodos analíticos.
Se desarrollaron métodos asintóticos de baja frecuencia (método de los momentos,diferencias finitas)  y de alta frecuencia (teoría geométrica de la difracción GTD, teoría física de la difracción PTD)
 
En el pasado las antenas eran una parte secundaria en el diseño de un sistema, en la actualidad juegan un papel crítico.  Asimismo en la primera mitad del siglo XX se utilizaban métodos de prueba y error, mientras que en la actualidad se consigue pasar del diseño teórico al prototipo final sin necesidad de pruebas intermedias.
 
Las antenas dependen de la frecuencia en que se trabajan para su diseño, dado que la frecuencia involucra la longitud de onda λ que es = C(Velocidad de la luz) / frecuencia, Este valor va a tener una correspondencia con la forma y tamaño de las antenas y además con la ganancia de la antena.
A veces queremos antenas que reciban de una dirección muy definida, por ejemplo desde un satélite geoestacionario, por lo que se diseñaran antenas con una ganancia alta pero con un ángulo de captura muy angosto, ya que no se desea más que la señal de una dirección. No así el caso de antenas de difusión, como las transmisoras de radio o TV que nos interesa que se transmitirá a una área muy grande, por lo que, el llamado ancho de haz, deberá de ser muy ancho, aunque no tan alta la ganancia.      

A medida que la longitud de onda se va haciendo mas chica, el área de captura de la antena va siendo muy pequeña por lo que la ganancia va siendo de inicio muy chica, y es ahí donde los diseños cambian de lo que originalmente era un dipolo, o conductor lineal, a arreglos de múltiples antenas para simular aéreas mas grandes, o se le agregan elementos pasivos como reflectores, o directores, que aumentan la ganancia.
 
Más adelante al aumentar frecuencia, las longitudes de onda van teniendo comportamientos como si fueran luz, y los diseños antes válidos para telescopios, se van aplicando a la transmisión y recepción de señales.
Es ahí donde las antenas de reflector parabólico para bandas de microondas , son prácticamente iguales a los radiotelescopios en forma.
Las antenas planas han cambiado el concepto en equipos móviles, antes los teléfonos celulares tenían una antena dipolo que radiaba en ambas direcciones y se previó que la señal que penetraba al cerebro humano podría ser dañino para la salud, ahora año 2013, las antenas del móvil no se ven porque son un impreso en la carcasa del teléfono y solo radian en la dirección contraria a la cabeza.
Muchas antenas han sido diseñadas en los últimos años, y cada vez mas éstas cumplen mejor con la forma del haz que se requieren.    

Tipos de antenas
Aplicación: Transmisora, Receptora, Transmisora y Receptora
Diseño Lineales, helicoidales, arreglos, planares, reflector  parabólico, apertura, corneta, de lente, etc.
Bandas de frecuencia  Fig. 1

 

 

Cobertura: Directivas, haces multiples, haces pincel, de Difus

La primera antena espacial fue en el satélite Sputnik, (Fig 2) Sobre la superficie exterior se conectaron las antenas, (cuatro barras de 2,39 metros a 2,90 metros) de largo tipo monopolo . Mientras el Sputnik estaba de viaje a su órbita, las antenas estaban dobladas hacia atrás contra el cuerpo del cohete, pero después de los dos primeros pasos las antenas se doblaron sobre sus lados

 

 

Mas adelante en los satélites se han utilizado antenas  de reflector parabólico, antenas de ranura como el de la banka Ku del satélite Morelos, de corneta, arreglos de cruz ( como el de la banda L del satélite Solidaridad),  ha habido cada vez mas formas de ir variando magnitud, fase y frecuencia de los arreglos de antenas y lograr en la actualidad, arreglos inteligentes que modifican el patrón de radiación sin mover la antena.  Como la huella que se muestra de la transmisión del satélite SATMEX 6, donde quedan cubiertas las zonas continentales, delimitando claramente zonas que no se quería cubrir. Fig 3.

 

 

Las antenas terrestres pueden tener diámetros muy grandes, debido a la cantidad de información que manejen, o muy pequeñas cuando solo manen canales de datos de ancho de banda angosto. Fig 4

 

 

Una antena sumamente interesante es la de la banda L del satélite Centenario que se lanzará próximamente, ya que el diseño es como de un paraguas que se despliega en órbita y logra una superficie de captura muy grande.
 
Los materiales en el espacio a diferencia de los terrestres, deben ser, muy ligeros pero resistentes para que puedan viajar en el lanzador con poco peso, pero soportar vibraciones, cambios de temperatura y radiaciones solares y del espacio exterior.
 
Finalmente, el universo de las antenas espaciales van cada vez a diseños precisos, ligeros, potentes, cubriendo exactamente lo que se desea, y captando desde tierra o desde el espacio, la información deseada.



Etiquetas: Antenas,Espacial,tecnología,transmisión,recepción,comunicación

Revista Hacia El Espacio de divulgación de la ciencia y tecnología espacial de la Agencia Espacial Mexicana.




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