ANTENAS PARABÓLICAS Atualizada em 10/11/2010 ILUMINAÇÃO DE ANTENAS Reprodução do excelente artigo do site BANDA KU http://www.bandaku.com.br/tecnologia_feeders.html LNBF Off Set em Antenas Focal Point SISTEMAS DE ILUMINAÇÃO DE ANTENAS Uma antena de recepção de sinais de satélite é geralmente de conformação parabólica, simétrica ou assimétrica, ou de conformação esférica, como detalhado na seção correspondente. Vamos aqui tratar dos sistemas de iluminação, ou dos dispositivos que são colocados no foco da antena, ou no foco do sub-refletor, para iluminação do sinal, na transmissão, ou coleta, na recepção. Uma antena parabólica pode ser iluminada por um dispositivo, a que chamamos iluminador ou alimentador, colocado no foco geométrico da parábola (Ponto Focal, Focal Point ou Prime Focus). Esse dispositivo tem vários estágios: a corneta, o guia de ondas e a porta de RF. Além desses estágios, o iluminador possui partes que respondem pela sua polarização, para permitir que os sinais possam ser selecionados no destino, conforme a polarização com que trafegam. É usual encontrar-se um sistema de amplificação de baixo ruído acoplado diretamente à porta de RF do guia de onda, para melhor aproveitamento do sinal, sem maiores perdas e com menos interferências. O guia de ondas é o estágio que fica entre a corneta e a porta de RF. Ele pode ser de seção cilíndrica ou retangular, geralmente lisa e, às vezes, espelhada. As dimensões seccionais do guia de ondas são definidas para cada faixa de freqüência e normalizadas pela EIA e pela JAN, para o modo dominante TE10. Essas dimensões vão determinar a freqüência de corte do guia de ondas. Por esta razão, para cada banda em que estejamos trabalhando, temos um guia de ondas de uma determinada secção. As cornetas podem ser cônicas (Figura 04-1), trapezoidais ou aneladas (de anéis escalares - (Figura 04-2). As aneladas são aquelas que se constituem de anéis concêntricos, de diâmetro escalonado, muito comuns nos sistemas de TV via satélite de uso residencial. Sua concepção é atribuída à Chaparral e quase tornou padrão comercial para as instalações de TV residenciais da Banda C, com aplicação, também, na Banda Ku. As cornetas cônicas e as trapezoidais são mais utilizadas nos sistemas profissionais e, sobretudo, naqueles em que se usa a sub-reflexão. Essas cornetas podem ser, ainda, lisas ou corrugadas (Figura 02). Tanto os sistemas residenciais, como os sistemas comerciais, podem utilizar de corrugação, nas cornetas. Na Figura 01, temos um sistema de iluminação para antena ponto focal, operando na Banda Ku. O sistema está desmontado e é constituído de um amplificador/conversor em bloco de baixo ruído (LNB), possuindo uma porta de RF de flange circular C-120, sendo visível a sonda de captação e uma placa de polarização. A figura mostra, ainda, um guia de ondas cortado para a frequência central da faixa da Banda Ku, juntamente com um conjunto de anéis escalares solidários que se encaixa no guia e ondas e pode ser ajustado, para casamento do centro de fase do guia com o foco da antena. As portas de RF podem ter flanges circulares ou flanges retangulares, de dimensão e furação normalizada. Quando os guias de onda são cilíndricos e deve ser acoplados a dispositivos com por de RF retangular, existe uma zona de transição de cilindro para retângulo, no guia de onda. Os iluminadores dispõem de elementos ou de sondas de polarização para seleção do sinal de polarização desejada. Esses elementos de polarização podem ser móveis ou fixos. Os móveis são acionados por pequeno motor e os fixos são chaveados eletronicamente para desempenharem uma ou outra polarização no sistema de alimentação ou iluminação. Como elemento de polarização circular, nesses guias de onda são introduzidas placas dielétricas, de característica apolar. O material mais tecnicamente utilizado é o polifluortetraetileno, conhecido sob o nome comercial de Teflon. Pinos ajustáveis são também usuais, como elementos de polarização, nos guias de ondas.
Por que temos de usar diferentes alimentadores (feedhorns) para uma antena de alimentação axial Ponto Focal ou Prime Focus) e para uma antena de alimentação fora de eixo (Off Set, Assimétricas)? Não é suficiente que o alimentador esteja colocado no ponto onde ocorre o foco? Resposta: [cortesia da Swedish Microwave AB, publicada com autorização] A melhor forma de entender isto é considerar o sistema como um transmissor, ao invés de um receptor. Imagine que você coloque uma lanterna no ponto focal, apontando para a superfície da antena. Como você sabe, existem lanternas com diferentes ângulos da luz projetada pelo seu feixe luminoso. Agora, substitua a lanterna por um alimentador (feedhorn). A situação será a mesma. O ângulo do feixe de iluminação que vem do alimentador determinará de que forma a superfície da antena será iluminada. O ângulo de iluminação do alimentador deve casar-se com o ângulo necessário para iluminar a superfície da antena, como na figura A abaixo. Para alimentador focal (antenas ponto focal) esse ângulo é normalmente 120°.
Se você usar um alimentador (feedhorn) com um ângulo de iluminação de 90°, a iluminação vai se comportar como na figura B. O alimentador não é capaz de iluminar as bordas da antena. Se você inverter a situação e imaginar a alimentação como de uma recepção, ao invés de uma transmissão, o alimentador não é capaz de receber o sinal refletido que provém das bordas da antena. Isto terá o efeito de como se a antena tivesse baixa eficiência. Os ângulos de iluminação nos sistemas de alimentação não axial (Off Set - Fora do Centro) variam normalmente entre 70 - 100°, sendo mais comuns os de 90 graus.
Para antenas não axiais (Off Set) da SMW (Figura C) , consegue-se uma correta iluminação com alimentadores de ângulo de 90°.
Se você usar um alimentador focal (120°) em uma antena offset, (Figura D) a luz transmitida está toda além das bordas. Se você analisar a situação como em um sistema transmissor, toda a potência gerada para iluminar a antena é desperdiçada. De novo, você terá a antena como se tivesse baixa eficiência. Você terá a mesma baixa eficiência se você tivesse um sistema de recepção com tal iluminação. Isto pode ser difícil de entender, mas acredite - é isso que ocorre. Mas isto não é tudo o que ocorre. O sistema irá também captar o ruído vindo das redondezas para o iluminador !
Uma conclusão desta discussão é que o desempenho de uma antena é afetado pela forma como casamos o conjunto antena e iluminador, com respeito à iluminação. Antenas e LNBFs deve ser SEMPRE CASADOS ! Os iluminadores para sistemas consumidores, os de assinantes da SKY, por exemplo, são integrados com o LNB, por razões de custo, o que significa que, na maioria dos casos, existem diferentes fabricantes dos alimentadores e das antenas. Uma antena para um sistema profissional é fornecido com antena e iluminador casados para assegurar o desempenho de especificação da antena. Não é possível especificar o ganho ou a eficiência de uma antena, sem especificar que alimentador (feedhorn) se deve utilizar com a mesma. Em muitos casos se vê uma especificação de uma antena, sem o alimentador, ou especificando que alimentador deva ser usado para atingir especificado desempenho, que pode não ser atingido. |
<- Figura A - Antena Focal
Point (120º) e LNBF Focal Point (120º) - Correto
<- Figura B - Antena Focal Point
(120º) e LNBF Off
Set (90º) - ERRADO !
<- Figura C - Antena Off Set
(90º) e LNBF Off Set (90º) - Correto
<- Figura D - Antena
Off Set (90º) e LNBF Focal Point (120º) - ERRADO !