Diseño, simulación y medición de una antena lente binaria de zonas de Fresnel

Abstract

A principios del siglo XIX Agustín Fresnel, basándose en el fenómeno de difracción de la radiación al pasar a través de una abertura, publicó un trabajo en frecuencias ópticas en el que definió el concepto de zonas que alternadamente producen interferencia constructiva e interferencia destructiva en el punto de recepción, hoy conocidas como zonas de Fresnel. A partir de sus enunciados fue posible diseñar antenas planas de zonas de Fresnel (Fresnel Zone Plate, FZP por sus siglas en inglés) que fueron empleados en varias aplicaciones en un amplio rango del espectro. Sin embargo, recién en los últimos años ha habido un interés renovado en este tipo de diseño para aplicaciones en las bandas de microondas y hasta los Teraherz, donde ofrecen atractivas ventajas sobre las antenas lentes y antenas parabólicas tradicionales, entre las que se incluyen simplicidad de construcción, espesor muy reducido, peso ligero y bajo costo. La antena FZP más difundida es la antena lente plana de zonas de Fresnel circular binaria (Circular Fresnel Zone Plate Lens, CFZPL por sus siglas en ingés) que consiste en zonas anulares concéntricas que alternan zonas transparentes con zonas opacas (material conductor). La lente FZP actúa como una rejilla de difracción. El radio, el ancho y la separación entre anillos permite igualar caminos eléctricos hacia un punto focal dado. La característica distintiva es su propiedad multifocal, debido a su naturaleza difractiva. Los anillos opacos de material conductor coinciden con las zonas alternas de fase igual a 180° en la superficie de la apertura de la antena. Éstos bloquean las ondas electromagnéticas (EM) de la fuente, colocadas en el foco de la lente, que están desfasadas 180° en relación con el centro de la apertura. Las ondas EM que iluminan las regiones transparentes se difractan y se combinan para colimar un haz en el campo lejano.