Draft:Bocina

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Clarification activity	Antenas
Author(s)	Adrià Espí Escrihuela
Creation date	4 ene 2026
Status	🟢 Necesita mejoras
Reviews	Rev.1

Observaciones de revisión: Este artículo requiere las mejoras indicadas a continuación: Conexión con la clarificación conceptual existente: Garantizar una articulación explícita con otros artículos de clarificación conceptual vinculados al área de antenas, radiación, propagación y microondas, situando adecuadamente el artículo dentro del marco global de la colección glossaLAB.edu. Revisión y adecuación bibliográfica: Sustituir referencias inadecuadas o superficiales por fuentes fundamentales y específicas sobre antenas de bocina (p. ej., Cardama et al. 2002, que se ha empleado para sustituir la inicialmente aportada que era incorrecta por no servir de justificación de lo enunciado), asegurando además que las afirmaciones del texto se correspondan fielmente con lo sostenido por dichas fuentes. Corrección y fundamentación de expresiones matemáticas: Revisar las fórmulas presentadas, en particular la relacionada con el área efectiva, garantizando su corrección conceptual y coherencia con las definiciones estándar empleadas en teoría de antenas. Tratamiento riguroso de la polarización: Corregir la afirmación relativa a la polarización en bocinas circulares, incorporando la posibilidad de polarización circular o dual en función del tipo de alimentación y destacando este aspecto como una de sus ventajas estructurales. Derivación desde ecuaciones de campo y radiación: Fundamentar las características de las antenas de bocina a partir de las ecuaciones de campo y radiación, cuyo desarrollo es abordable y clarificador, utilizando manuales de referencia como guía metodológica. Acompañar dichas derivaciones con representaciones gráficas representativas. Replanteamiento del código incluido: Sustituir el código actual por planteamientos funcionales que, a partir de parámetros de entrada, devuelvan magnitudes relevantes, definiendo y justificando previamente todas las relaciones empleadas para que el código contribuya realmente a la clarificación teórica. Homogeneización formal y editorial: Revisar de forma global el artículo para asegurar coherencia entre texto, ecuaciones, referencias y enlaces, de acuerdo con los criterios editoriales de la colección glossaLAB.edu.

Definición

La antena de bocina (en inglés horn antenna) es una antena de apertura formada por la expansión gradual de una guía de ondas metálica con el objetivo de mejorar la adaptación de impedancias entre la guía y el espacio libre, reduciendo las reflexiones y aumentando la directividad. Las bocinas se emplean principalmente en la región de microondas, tanto como antenas radiantes finales como elementos alimentadores (feeds) de reflectores parabólicos y lentes.^[1]

Principio de funcionamiento

Una guía de ondas abierta abruptamente al espacio libre presenta una fuerte desadaptación de impedancias, lo que provoca reflexiones significativas y una radiación poco controlada. La bocina soluciona este problema mediante una transición progresiva de la sección transversal de la guía, permitiendo que el frente de onda se adapte gradualmente a la impedancia del espacio libre y se reduzca el coeficiente de reflexión.^[1]^[2]

Desde el punto de vista electromagnético, la bocina actúa como una antena de apertura, donde el campo radiado se determina principalmente por la distribución de campo eléctrico y magnético sobre el plano de apertura. Esta distribución suele aproximarse a la del modo fundamental de la guía en guías rectangulares), modulada por la geometría de la expansión.

Desde el punto de vista electromagnético, la bocina actúa como una antena de apertura, donde el campo radiado se determina principalmente por la distribución de campo eléctrico y magnético sobre el plano de apertura. Esta distribución suele aproximarse a la del modo fundamental de la guía ( $T E_{10}$ en guías rectangulares), modulada por la geometría de la expansión.^[1]^[3]

Tipos de bocina

Las bocinas se clasifican según la forma de su expansión geométrica:

Bocina sectorial: expansión solo en el plano E o en el plano H.

Bocina piramidal: expansión simultánea en ambos planos (la más común)

Bocina cónica: expansión axial simétrica, normalmente alimentada por guía circular.

Bocina corrugada: incorpora ranuras para mejorar simetría del patrón y pureza de polarización.

Cada tipo presenta compromisos distintos entre directividad, ancho de haz, nivel de lóbulos secundarios y complejidad constructiva.^[1]^[4]

Diagrama de radiación y directividad

El patrón de radiación de una bocina es altamente direccional, con un lóbulo principal estrecho y lóbulos secundarios relativamente bajos si el diseño es adecuado. El ancho de haz en los planos E y H depende directamente de las dimensiones de la apertura y de la longitud eléctrica de la bocina.^[1]^[2]

La directividad puede aproximarse, para una antena de apertura, mediante:

$D \approx \frac{4 π A_{eff}}{λ^{2}}$

Donde $A_{e f f}$ es el área efectiva de la apertura y $λ$ la longitud de onda. En bocinas bien diseñadas, la eficiencia de apertura suele estar entre el 50 % y el 80 %.^[1]^[3]

La polarización viene determinada por el modo de la guía alimentadora, siendo normalmente lineal.

Impedancia y ancho de banda

Las bocinas presentan una impedancia de entrada bien adaptada y un ancho de banda amplio, especialmente en comparación con antenas resonantes. Esto las hace idóneas para sistemas de medida, radar y enlaces de microondas donde se requiere estabilidad en frecuencia.^[2]^[4]

Aplicaciones

Las antenas de bocina se utilizan ampliamente como:

Antenas patrón en laboratorios y cámaras anecoicas

Alimentadores de reflectores parabólicos

Antenas de radar

Sistemas de radiometría y satélite

Su geometría sencilla, previsibilidad y buen comportamiento electromagnético las convierten en un elemento fundamental en ingeniería de microondas.^[1]^[4]

Código Matlab

% Parámetros
f = 10e9;             % Frecuencia (Hz)
c = 299792458;        % Velocidad de la luz (m/s)
lambda = c/f;         % Longitud de onda (m)

a = 0.10;             % Dimensión apertura en x (m)
b = 0.08;             % Dimensión apertura en y (m)

A = a * b;            % Área física
eta_ap = 0.65;        % Eficiencia de apertura típica
Aeff = eta_ap * A;    % Área efectiva

%% Directividad
D = 4*pi*Aeff / lambda^2;
D_dBi = 10*log10(D);

fprintf('Frecuencia = %.2f GHz\n', f/1e9);
fprintf('Apertura = %.3f x %.3f m\n', a, b);
fprintf('Directividad ≈ %.2f dBi\n', D_dBi);

% Ancho de haz aproximado
HPBW_E = 50 * lambda / a;   % grados
HPBW_H = 50 * lambda / b;   % grados

fprintf('HPBW plano E ≈ %.1f grados\n', HPBW_E);
fprintf('HPBW plano H ≈ %.1f grados\n', HPBW_H);

^[5]

Referencias

↑ ^1.0 ^1.1 ^1.2 ^1.3 ^1.4 ^1.5 ^1.6 Balanis, C. A. (2016). Antenna Theory: Analysis and Design (4th ed.). Wiley.
↑ ^2.0 ^2.1 ^2.2 Pozar, D. M. (2012). Microwave Engineering (4th ed.). Wiley.
↑ ^3.0 ^3.1 Kraus, J. D., & Marhefka, R. J. (2002). Antennas for All Applications (3rd ed.). McGraw-Hill.
↑ ^4.0 ^4.1 ^4.2 Silver, S. (Ed.). (1984). Microwave Antenna Theory and Design. IET.
↑ MathWorks. Antenna Toolbox Documentation (Horn antenna and aperture models).

[:0-1] 1.0 ^1.1 ^1.2 ^1.3 ^1.4 ^1.5 ^1.6 Balanis, C. A. (2016). Antenna Theory: Analysis and Design (4th ed.). Wiley.

[:1-2] 2.0 ^2.1 ^2.2 Pozar, D. M. (2012). Microwave Engineering (4th ed.). Wiley.

[:2-3] 3.0 ^3.1 Kraus, J. D., & Marhefka, R. J. (2002). Antennas for All Applications (3rd ed.). McGraw-Hill.

[:3-4] 4.0 ^4.1 ^4.2 Silver, S. (Ed.). (1984). Microwave Antenna Theory and Design. IET.

[5] MathWorks. Antenna Toolbox Documentation (Horn antenna and aperture models).

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