Lentes

Las lentes, al igual que los reflectores son un método para conseguir grandes superficies radiantes con campos en fase. El principio de funcionamiento de las lentes consiste en hacer viajar la radiación por un medio que iguale los caminos eléctricos y produzca un frente de onda plano a partir de uno esférico. Las lentes no tienen bloqueo de la apertura por el alimentador, como ocurre en los reflectores, pero tienen pérdidas por reflexiones en las superfies y son relatívamente pesadas y voluminosas. La principal ventaja de las lentes frente a los reflectores parabólicos es que la capacidad de exploración por desplazamiento del alimentador fuera del foco es mayor.

A las frecuencias de microondas los medios naturales homogéneos siempre tienen un índice de refracción n>1, es decir, una velocidad de fase menor que la de la luz en el vacío. Esto provoca que las lentes tengan que ser convexas.Sin embargo se pueden conseguir medios artificiales en los que n<1, en concreto se utilizan guías de onda para realizar lentes cóncavas.

PARÁMETROS DE DISEÑO

Los parámetros de diseño son los siguientes :

Tipo de lentes

Las lentes más usadas en aplicaciones de satélites son las de guías de onda, TEM y dieléctricas. Las lentes de guías de onda están limitadas a anchos de banda estrechos debido a que son medios dispersivos. Las lentes TEM tienen un ancho de banda mayor, pero son más pesadas. Las lentes dieléctricas son las más pesadas de todas y de mayor ancho de banda. En altas frecuencias, donde el tamaño de las lentes es menor las lentes dieléctricas son un candidato viable. Normalmente se suelen utilizar lentes escalonadas (Zoned lenses) por ser menos pesadas y voluminosas. Las lentes dieléctricas reducen su ancho de banda al ser escalonadas, mientras que las lentes de guías de onda escalonadas mejoran su ancho de banda.

El ancho de banda para una lente de guía de onda escalonada viene dado por :

donde Kz es el número de zonas y no es el índice de refracción de la guía de onda.

El ancho de banda para una lente dieléctrica escalonada viene dado por:

Tamaño

El tamaño de una lente viene determinado por su relación foco-diámetro (f/D). El diámetro viene determinado por los requerimientos de ganancia y ancho de haz. Cuanto mayor sea la distancia focal(f), mejor capacidad de exploración por desplazamiento del alimentador.

Tolerancias de las superficies

Las deformaciones de las superficie son debidas a las tolerancias de fabricación y a los efectos térmicos en el espacio. Las desviaciones de la superficie de la lente respecto a su forma ideal puede causar pérdidas de ganancia y una degradación del diagrama de radiación. La deformación de la superficie de la lente se traduce en errores de fase del campo en la apertura. La tolerancia permisible en una primera aproximación puede ser relacionada con las máximas irregularidades de fase permisibles en la apertura formada por la lente. Si se toma un error máximo de fase de se puede demostrar que el error máximo de anchura permisible en la lente viene dado por:

Lentes Cóncavas	Lentes Convexas

En general los efectos de la deformación de la superficie en la ganancia, los lóbulos secundarios y la polarización cruzada deben ser analizados de una forma más rigurosa. El diagrama de radiación puede ser obtenido con mayor precisión integrando la distribución de campo en la apertura una vez que los detalles de los errores de fase son conocidos. Las especificaciones de las tolerancias de las superficies deben ser estudiadas en todos los casos posibles para ser contrastadas con los requerimientos del sistema.

Desadaptación en las superficies

Para diseñar una buena antena de lente es necesario adaptar la superficie de la lente para reducir los efectos de las reflexiones. Las técnicas de adaptación son las mismas utilizadas en microondas, pero adaptadas a lentes. Se utilizan tres técnicas de adaptación:

1. Adaptación con capa de cuarto de onda.
2. Transformador de impedancias con múltiples capas de cuarto de onda
3. Placas de dieléctrico artificial de cuarto de onda

La primera técnica proporciona adaptación a una sola frecuencia, mientras que las otras dos proporcionan un mayor ancho de banda. Los problemas con la primera y segunda técnica son la falta de materiales con el índice de refracción adecuado y las dificultades de fabricación. La tercera técnica requiere que la superficie del dieléctrico esté ranurada para dar el efecto equivalente de adaptación.