Optimización de una antena tipo bocina en el rango de 35 a 50[GHz] para aplicaciones radioastronómicas

Valeria Tapia, Nicolas Reyes, Pablo Zorzi, Patricio Mena

Departamentos de Ingeniería Eléctrica y Astronomía

Universidad de Chile

RAIG: RadioAstronomical Instrumention Group

Grupo de investigación y desarrollo creado el año 2008, que agrupa

ingenieros eléctricos, físicos y astrónomos de la universidad de Chile.

Línea de investigación orientada a modelación, diseño y desarrollo de

instrumentos para la astronomía y física espacial en frecuencias que

van desde las microondas hasta el rango óptico.

ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array)

Gigantesco y revolucionario radiotelescopio destinados a

observar longitudes de onda milimétricas y submilimétricas,constituido por 66 antenas de 7 y 12 metros de diámetro por laasociación internacional entre Europa, Norteamérica, Asia delEste y Chile, construido en el llano de Chajnantor en el desiertode Atacama.

Descripción del ProblemaReceptor banda 1 proyecto ALMA

Descripción del Problema Antena tipo bocina modelo original

Construction and Measurement of a 31.3-45 GHz Optimized Spline-

profile Horn with Corrugations, P. Zorzi, C. Granet, F. Colleoni, N. Reyes,J. Pizarro, F. P. Mena, L. Bronfman

Descripción del Problema Resultados modelo original

• Modificar las características física de laantena para permitir su construcción en unsólo bloque con corrugaciones.

• Ampliar la banda de frecuencia de operaciónde 31.3-45[GHz] a 33-52[GHz]

• Mantener el coeficiente de reflexión y lapolarización cruzada bajo -30[dB]

• Mantener constante el ancho de la cintura delhaz, para facilitar la adaptación óptica

Descripción del Problema Objetivos de la optimización

Optimización de adaptación modal Técnica de adaptación de modos

Optimización de adaptación modalMicrowave wizard MICIAN

Validación de resultados HFSSCaracterísticas del modelo

•Radio inicial de la guía de onda: 3.35 [mm]

•Radio de apertura: 15.81 [mm]

•Largo de la antena: 71.72 [mm]

•Número de corrugaciones: 31

•Ancho de la corrugación: 0.9 [mm]

•Ancho brecha entre corrugaciones: 1.22 [mm]

•Profundidad de la brecha: 2.97-1.53 [mm]

Validación de resultados HFSSCaracterísticas del modelo

• Análisis: Barrido discreto en frecuencia de 33 a

52[GHz], frecuencia central 42.5[GHz].

• Excitación: Puerto de onda, 6 modos

• Condiciones de frontera: Sólo radiación

• Campo lejano: Esfera de radiación infinita

Validación de resultados HFSSResultados copolarización y crosspolarización

-60 -40 -20 0 20 40 60-50

-45

-40

-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

angle [deg]

Gain

[dB

]

Far field patterns at 42.5 GHz

Copolar E

Copolar H

Crosspolar 45°

Crosspolar -45°

-60 -40 -20 0 20 40 60-50

-45

-40

-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

angle [deg]

Gain

[dB

]

Far field patterns at 35 GHz

Copolar E

Copolar H

Crosspolar 45°

Crosspolar -45°

-60 -40 -20 0 20 40 60-50

-45

-40

-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

angle [deg]

Gain

[dB

]

Far field patterns at 50 GHz

Copolar E

Copolar H

Crosspolar 45°

Crosspolar -45°

Validación de resultados HFSSResultados reflexiones y centro de fase

• Se logró diseñar una antena tipo bocina con las

características físicas y electromagnéticas

deseadas.

• Los resultados obtenidos con el software Microwave

wizard de Mician son consistentes con los

resultados obtenidos utilizando HFSS de Anasoft.

• El dispositivo se encuentra en fase de construcción,

por lo que deben realizarse las pruebas

experimentales que validen los resultados de

simulación.

Conclusión y trabajo futuro

Gracias