As cornetas corrugadas diferenciam-se das cornetas lisas por possibilitarem a redu- ção de perdas por spillover, que são perdas associadas ao campo radiado pelo alimentador que não chega ao parabolóide e se perde, redução dos níveis de polarização cruzada, por terem alta eficiência e por possuírem simetria axial, que são características essenciais para antenas com refletores parabólicos (CLARRICOATS, 1984).
O conceito da corneta corrugada surgiu na década de 60. Esta ideia veio da necessidade de desenvolver uma antena que tivesse um diagrama de radiação simétrico para que fosse possível utilizá-la como alimentador num refletor parabólico com lóbulos secundários de baixo nível e grande eficiência nas áreas de radioastronomia e satélites de comunicação. A difração nas bordas da antena, principalmente as perpendiculares ao plano E, causavam interferência no lóbulo posterior. As difrações levaram sinais indesejáveis não somente ao lóbulo posterior, mas também aos laterais e até ao principal, porém apenas sendo significativos para regiões de baixa intensidade. Dessa forma os sulcos nas paredes de uma corneta teriam as mesmas condições de contorno para todos os planos e eliminariam a difração nas bordas da abertura.
Em 1970, Parini, Clarricoats e Olver, notaram que além da característica de diagrama de radiação simétrico, as cornetas corrugadas emitiam níveis de polarização
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cruzada muito baixos, que é essencial para antenas que utilizam a mesma faixa de frequência diversas vezes recorrendo a canais de polarizações ortogonais.
No entanto, a viabilidade das cornetas corrugadas era reduzida, pela grande massa e volume inviabilizando algumas aplicações. Apesar desses fatores, as suas propriedades eletromagnéticas foram verificadas e o interesse por estas antenas fez com que vários perfis fossem surgindo ao longo do tempo, sendo que hoje em dia as cornetas corrugadas são já um tópico muito estudado e explorado.
Esse avanço possibilitou antenas mais robustas em tamanho e massa, e com características específicas do sistema para a qual elas são projetadas.
Para uma superfície corrugada eficiente, em geral, necessita-se de 10 ou mais corrugações por comprimento de onda (SOARES; PINHO; WUENSCHE,2014).
O princípio de operação das cornetas corrugadas pode ser fisicamente explicado através da influência das paredes corrugadas no guia, e de como estas afetam a distribuição do campo no seu interior. O interior de uma corneta corrugada pode ser verificado na figura 15.
Figura 15: Interior de um guia de ondas corrugado.
Fonte:
As corrugações alteram o campo que viaja ao longo do guia, definindo o feixe, quando radiado, com uma simetria axial e baixo nível e polarização cruzada e de lóbulos laterais.
Para que seja obtido um diagrama de radiação com simetria axial, com níveis reduzidos de lóbulos secundários e baixa polarização cruzada, é necessário que a distribuição do campo na abertura da antena seja quase linear. Um campo elétrico linear jamais seria atingível com uma corneta lisa que apenas suporta modos puros, e que cria linhas de campo curvas. Para alcançar um campo aproximadamente linear na abertura será necessário utilizar cornetas corrugadas (híbridas). Uma corneta corrugada caracteriza-se por propagar modos híbridos, i. e., um modo com contribuições dos modos puros transversais T M e T E. Teoricamente, como foi demonstrado anteriormente, os modos híbridos HE1n produzidos
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Considere-se Ex a componente copolar e Ey a componente de polarização cruzada.
Assume-se que para ângulos de semiabertura inferiores a 20◦ uma corneta corrugada pode
ser vista, matematicamente, como um guia de onda corrugado. Então, o modo híbrido dominante num guia de ondas corrugado, HE11, tem na abertura os seguintes campos
elétricos, dados pelas equaçõe (SOARES, 2013): Ex = A1J0 2.4048 R r − (X − Y )kR A2J2 2.4048 R r cos(2φ) , (2.23) Ey = (X − Y ) kR A2J2 2.4048 R r sin(2φ) , (2.24) onde J0(kR) e J2(kR) são funções de Bessel de primeira espécie e de ordem 0 e 2,
respetivamente, k é a constante de propagação, A1 e A2 representam constantes e X e Y
são, respetivamente, a impedância e a admitância na região de fronteira r = R sendo as mesmas dadas pelas equações:
X = −jZφ Z0 = −j Eφ Hz Y0, (2.25) Y = −jZ0 Zz = jHφ Ez Y0, (2.26)
onde Z0 = 377Ω é a impedância do meio livre, Y0 representa a admitância no meio livre,
Zφ e Zz são componentes de impedância na direção de φ e z na região de fronteira r = R,
Eφ e Ez são componentes do campo elétrico na direção de φ e z na região de fronteira
r = R e Hφ e Hz são componentes do campo magnético na direção de φ e z na região de
fronteira r = R.
Pelas equações2.25, 2.26 concluímos que para X = Y , o campo na abertura da corneta corrugada independe de φ e Ey = 0, comprovando a emissão baixa da componente
de polarização cruzada.
A condição vista anteriormente, para que a polarização cruzada seja nula, X = Y , pode ser obtida se X e Y tiverem o mesmo valor ou se ambos forem iguais a zero. Esta segunda condição é conhecida como “condição híbrida balanceada”. É possível atingir a condição híbrida balanceada quando: existir um número suficiente de corrugações por comprimento de onda, a componente E será nula na fronteira r = R, e consequentemente X = 0. Se a largura W das corrugações for fina e tiver profundidade d ≈ λ/4, pois as corrugações agem como linhas de transmissão, onde o curto-circuito no fim é transferido para um circuito aberto na fronteira r = R, dessa forma garante-se que não haverá correntes tangenciais geradas por Hφ e assegura-se que Y = 0.
Logo, a estrutura física da corneta corrugada permite a polarização linear. Na Figura 16 a distribuição do campo na abertura de uma corneta corrugada é representada.
Uma vez que a profundidade das corrugações é da dimensão física desejada apenas à frequência central da corneta, o modo híbrido balanceado existirá apenas nessa determinada
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Figura 16: Campo elétrico na abertura de uma corneta corrugada.
frequência. Consequentemente, a polarização cruzada apenas será nula na frequência central, intensificando-se à medida que a largura de banda aumenta. No entanto, a equação2.25
sugere que a componente de polarização cruzada diminui à medida que kR aumenta. Portanto, com uma abertura maior da antena aumenta-se também a largura de banda em que os níveis de polarização cruzada se manterão abaixo de um determinado patamar.
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