O refletor parabólico OFFSET
por PY4ZBZ em 30-05-207 rev. 07-07-2022
Obs.: O conjunto refletor parabólico offset + LNBF é comumente chamado de antena offset. A antena, na verdade, está situada dentro do LNBF.
Primeiro vamos lembrar uma definição da curva chamada parábola, e que nos interessa no caso do seu uso como refletor :
Um detalhe importantíssimo é mostrado na figura seguinte.
A distancia de qualquer ponto Qn de uma frente de onda plana L, refletida na parábola em Pn até o foco F, é a MESMA, isso significa que as ondas chegam em FASE no foco e portanto se somam, donde o ganho proporcionado por um refletor parabólico:
Existem vários dispositivos que permitem concentrar raios paralelos para um determinado foco (lente de Fresnel por exemplo) mas o único que focaliza todos os raios e em fase é a parábola !
A figura seguinte representa um refletor parabólico simétrico ou parabolóide de revolução (superfície gerada por uma parábola girando em torno do seu eixo de simetria). Todos os raios paralelos ao eixo de simetria e vindo de uma fonte distante convergem em fase no foco:
Algumas propriedades importantes do refletor parabólico simétrico:
F = Distancia focal R = Raio D = Diâmetro = 2R y = x ² / 4 F
d = Profundidade = R² / 4 F = D² / 16 F tg a/2 = D / 4 F
r = 2 F / 1 + cos a r + l = 2 F l = F - y
Ganho do refletor (para eficiência de 65%) (L=comprimento de onda) :
Ganho: G (dB) = 7,7 + 20 log D / L (L e D nas mesmas unidades)
ou ainda: G (dB) = 18,2 + 20 log D (m) x F (GHz)
Largura de feixe (graus a -3dB) 2a = b = 70 L / D (L e D nas mesmas unidades)
ou ainda : 21 / FxD (F em GHz e D em metros)
Ganho em função da largura de feixe : G (dB) = 18,2 + 20 log (21 / b )
Largura de feixe em função do ganho : 2a = b = 21 / 10 (G-18,2)/20
Outro parâmetro importante do refletor é a razão F/D, que define o angulo a, mostrado na figura acima.
O alimentador (feed) colocado no foco, deve ter um F/D correspondente ao do refletor, para que a largura de feixe 2a=b do alimentador "ilumine" corretamente o refletor, nem menos (é como se o diâmetro D fosse menor), nem mais, o que causa transbordamento (spillover), e em ambos os casos, perda de ganho.
O alimentador (feed) de uma parabólica simétrica (ou front feed) tem o inconveniente de causar uma "sombra" no refletor, bloqueando os raios que passariam por ele, o que diminui o ganho.
Na foto acima o sol estava na mesma posição em azimute e elevação que o satélite para o qual ela está apontada, proporcionando assim, além da sombra radioelétrica, uma sombra ótica exatamente igual.
Para evitar essa "sombra" foi criada a antena com refletor parabólico do tipo OFFSET ou ASSIMÉTRICO. Consiste simplesmente em fazer um corte, num refletor simétrico, fora da área de sombra do alimentador, como mostra a linha vermelha na figura seguinte. O furo no vértice do refletor parabólico simétrico da foto corresponde a área de sombra.:
As figuras seguintes mostram como o refletor OFFSET é situado na parábola simétrica ORIGINAL
Como o alimentador DEVE continuar no foco, ele agora fica aparentemente do lado do refletor, mas sempre no eixo de simetria da parábola original, e, para que ele "enxergue" o refletor como um circulo, pois o feixe do alimentador tem secção transversal circular, o refletor deverá ter um formato oval, como mostra afigura seguinte:
Um parâmetro importante do refletor offset é a razão entre a altura h e a largura l do refletor, sendo que l / h = cos(a), onde a é o angulo de offset do refletor.
Ou ainda: o angulo de offset é dado por a = arccos(l/h)
O apontamento real do refletor offset é sempre paralelo ao eixo de simetria da parábola que lhe deu origem!
E está deslocado da normal, ou frente aparente, exatamente pelo angulo a.
Portanto, se o apontamento desejado para um satélite de elevação E graus, o seu apontamento aparente será de E-a graus, e o perfil de sua abertura estará inclinado em relação a horizontal de 90°- (E-a) graus !
Exemplo : um refletor offset com medidas l=60cm e h=65,7cm (designado como tendo diâmetro de 60cm, visto a partir do foco), tem um angulo de offset a de arccos(60/65,7) = 24°. Então para apontar para um satélite com 10 graus de elevação, ele aparentemente deverá apontar 10-24=-14°, ou 14° para baixo da horizontal ! Como mostra a figura seguinte:
Uma outra maneira de posicionar o braço suporte do LNBF é na parte de cima do refletor, o que facilita a instalação para baixas elevações do satélite, como mostra a figura seguinte:
Mas agora, para apontamento desejado para um satélite de elevação E graus, o seu apontamento aparente será de E+a graus, e o perfil de sua abertura estará inclinado em relação a horizontal de 90°- (E+a) graus !
A figura seguinte é um exemplo de refletor offset com o braço na parte superior, e no caso, com 10 graus de apontamento real:
Outro detalhe importante é o apontamento do iluminador, no caso o LNBF, como mostra a figura seguinte:
O LNBF deve apontar para o refletor num ponto tal que o angulo do feixe b do LNBF seja repartido simetricamente em duas vezes b/2
A figura seguinte mostra também que o apontamento do LNBF é para o ponto B, diferente do centro C do refletor, devido á sua posição assimétrica:
Na figura seguinte vemos a diferença entre o ponto de apontamento A e o centro C do refletor offset:
A foto seguinte mostra que o refletor offset, que é elíptico, é visto como um circulo pelo LNBF !
Assim como a diferença entre o ponto de apontamento do LNBF e o centro do refletor offset:
A foto seguinte também mostra (por meio de um cano de PVC), a diferença entre o apontamento e o centro do refletor offset:
O angulo de largura de feixe b do LNBF é determinado pelo formato da sua corneta (horn), e deve ser casado com o F/D do refletor. A figura seguinte mostra um corte da corneta mais o guia de onda circular típico de um LNBF:
Geralmente, o fabricante do LNBF fornece o valor de F/D dele. (Exemplo aqui)
O angulo b da largura de feixe do LNBF é dado por: b = 2 arctan(1/(2(F/D)))
Exemplos de F/D : b 0,5 : 90° 0,6 : 80° 0,7 : 71° 0,8 : 64°
O LNBF capta o sinal RF de microondas (concentrado pelo refletor) pela sua corneta e o conduz para um guia de onda circular, no final do qual se encontra uma antena de 1/4 de onda, que transforma a energia da onda eletromagnética (campo elétrico e campo magnético) em energia elétrica (tensão e corrente). Esse sinal elétrico de RF (microondas) é aplicado a um amplificador de baixo ruído e em seguida é convertido para FI, usando um misturador e um oscilador local, como mostra a figura seguinte. Não visível na parte escura do guia de onda da foto acima, está outra antena de 1/4 de onda a 90 graus da anterior, permitindo assim captar ondas com polarização V vertical ou H horizontal.
As freqüências indicadas na figura acima correspondem a parte alta da banda amador de 10 GHz, usando um oscilador local em 9750 MHz.
Veja também:
73 de Roland PY4ZBZ