Diseñar una antena de guía de ondas relaciona banda y modo, apertura radiante, alimentación y validación. Una guía cerrada de transmisión y una antena cumplen funciones distintas. No basta con elegir cobre o imponer una anchura de 0,7λ a cualquier estructura.
Definir primero la radiación
Especifica extremos de frecuencia, polarización, direcciones, cobertura, ganancia y lóbulos. Selecciona entre extremo abierto, bocina o array de ranuras, y entre radiación directa o alimentación de reflector.
Un feed puede necesitar iluminación, spillover y centro de fase adecuados más que máxima ganancia propia. Incluye ángulos reales de uso y banda completa en los requisitos.
Modo y dimensiones de transmisión
En una guía rectangular de aire con anchura interior a y altura b, a > b, el modo dominante suele ser TE10. Su corte es fc = c/(2a); la condición f > fc equivale a a > λ0/2.
Esto indica posibilidad de propagación, no la anchura óptima universal. Revisa modos superiores y banda de uso. WR-90 mide 22,86 × 10,16 mm, con corte aproximado 6,56 GHz y banda habitual 8,2–12,4 GHz.
La longitud de onda guiada es λg = λ0/√[1−(fc/f)²]. Para WR-90 a 10 GHz vale unos 39,7 mm, distinta de los aproximadamente 30 mm libres.
Apertura, bocina o ranuras
La guía abierta radia, pero también refleja. La bocina expande la sección y su longitud y flare afectan la fase. Ampliar mucho la boca en poco espacio no asegura ganancia proporcional al área.
En un array de ranuras se ajustan longitudes, orientaciones, posiciones y acoplamientos. Importan fase de alimentación, terminación y acoplamiento mutuo, no solo cantidad de ranuras. λ/2 libre no es su separación obligatoria en todos los diseños.
Calcular una apertura inicial
G ≈ 4πηA/λ² da aproximadamente 18,3 dBi a 10 GHz para A = 0,10 × 0,08 m² y η = 0,60 supuesta. Es un ejemplo calculado, no una ganancia garantizada por esas dimensiones.
La eficiencia depende del diseño y la alimentación. Patrón y polarización necesitan verificaciones propias. Una apertura circular tampoco genera automáticamente polarización circular.
Alimentación y simulación
Define modos y planos reales del puerto de guía o transición coaxial. Una sonda coaxial necesita longitud, posición y distancia al cierre adecuadas al campo; no se copian sin verificar desde otro proyecto.
Incluye pérdidas pertinentes de metal y dieléctrico, uniones y entorno. Comprueba convergencia de malla y definición de puertos.
Optimizar solo S11 puede incumplir dirección o eficiencia. Compara adaptación, ganancia, lóbulos y polarización cruzada, además de sensibilidad a tolerancias y montaje.
Fabricación y medidas
Inspecciona superficie interna, rebabas, contactos y alineación. Ni una pureza concreta de cobre ni 0,1 dB/m son condiciones garantizadas para toda geometría. Recubrimiento y capas deben responder a conductividad, superficie y ambiente.
El VNA mide adaptación del puerto; ganancia y patrón requieren medidas radiantes. Para aperturas grandes, R ≳ 2D²/λ es una estimación habitual de campo lejano que debe revisarse junto con antena opuesta, recinto y error permitido.
Aceptación del conjunto
| Área | Verificar |
|---|---|
| RF | Banda, reflexión y planos. |
| Radiación | Ganancia, polarización, cortes y lóbulos. |
| Mecánica | Apertura, longitud, interfaz y tolerancias. |
| Operación | Potencia media y de pico, temperatura y montaje. |
Una prueba de pequeña señal no valida alta potencia ni todos los ambientes. Consulta las relaciones de guía y las estructuras de bocina y ranura como base del diseño completo.
