Antena Escrito por André - Labre-AL

Antena
Escrito por André
Antenas
A antena é um dispositivo passivo que emite ou recebe energia eletromagnéticas irradiada. Em comunicações
radioelétricas é um dispositivo fundamental.
Alcance de uma Antena
O alcance de um transmissor nas gamas de freqüências de VHF e superiores depende da altura da antena
transmissora e da antena receptora, para além do diâmetro da terra. A formula seguinte é válida para o alcance
visual não levando em conta o fenômeno da refração.
S = 3,6 x (?H x ?h)
S alcance em quilômetros (km)
H altura da antena transmissora em metros (m)
h altura da antena receptora em metros (m)
Tipos de Antenas
Antena Isotrópica
Uma antena isotrópica pode ser considerada como
um elemento puntiforme, cuja potência irradiada
(ou recebida) é a mesma em todas as direções
Na prática não existe. É apenas um modelo
matemático para comparação com antenas reais.
Pode ser simulada de forma aproximada por uma
combinação de dipolos de meia onda.
As antenas reais não são isotrópicas, isto é, a
potência irradiada (ou recebida) varia de acordo
com a orientação considerando-se um espectro
tridimensional, isto é, no espaço. Algumas
antenas, na prática, irradiam de forma quase
uniforme num determinado plano.
Dipolo Meia Onda
É uma antena básica, formada por dois condutores
retilíneos, cada com 1/4 do comprimento de onda
da radiação de comprimento em relação à
freqüência a ser emitida ou recebida
No vácuo, a relação entre o comprimento de onda
e a freqüência é dada por: ?=VL/f
onde:
VL=Velocidade da Luz 300.000
f=Freqüência em hertz
?=Comprimento de onda em metro
A velocidade de propagação nos condutores é
menor, na prática, o comprimento da antena é 95%
do valor calculado pela fórmula anterior.
A figura B dá uma idéia da variação de tensão e de
corrente (em valores absolutos) ao longo do dipolo.
No centro a corrente é máxima e a tensão é
mínima. Isso permite deduzir que o dipolo é
equivalente a um circuito ressonante RLC série
(figura C).
Na ressonância, as reatâncias indutiva e capacitiva
anulam-se, portanto, a impedância é puramente
resistiva. Para dipolos de meia onda, a impedância
na freqüência de ressonância é aproximadamente
72 ohms
Dipolo Fechado
Pode-se considerar como dois dipolos de meia
onda em paralelo. Nesta situação, a impedância é
2
multiplicada por 2 =(4). Portanto, Z = 4 x 72 = 288
ohms. É um valor bastante próximo da
impedância dos fios paralelos de 300 ohms e, por
isso, são bastante usados em sinais de VHF,
como TV. Se fossem 3, a impedância seria
3
multiplicada por 2 =(8).
Quarto de Onda
Muito utilizada em comunicações móveis, tem um
funcionamento omnidirecional no plano horizontal.
O elemento excitador é um condutor vertical
retilíneo de comprimento igual a 1/4 do
comprimento de onda do sinal, que liga ao
condutor central do cabo coaxial. Os elementos
auxiliares fazem um plano de terra horizontal e as
ondas refletidas interagem com a incidente,
resultando em uma distribuição uniforme no plano
horizontal. A impedância característica está na
faixa dos 36 ohms. Notar que as hastes que
formam o plano terra podem ser dispensadas
quando um já existe, como o teto de um
automóvel.
Quarto de Onda Não Múltipla
Se o comprimento do elemento exitador da antena
não é múltiplo de 1/4 do comprimento de onda do
sinal, ela não será ressonante, ou seja, não terá o
melhor desempenho.
Uma antena de 5/8 do comprimento de onda tem
uma reatância capacitiva. Um indutor L é colocado
na base com uma reatância indutiva igual, em
valor absoluto, as duas anulam-se e o conjunto
torna-se ressonante na frequência do sinal.
Antena Yagi
É formada por um dipolo de meia onda como
elemento excitador, um refletor e um ou mais
diretores.
Na
transmissão,
a
interação
eletromagnética entre os elementos produz
múltiplas irradiações do sinal, na direção dos
diretores, com significativo ganho do total
irradiado. Na recepção, a malha formada pelos
diretores e refletor reforça o sinal. Devido à
simetria e igualdade de impedâncias, não há
corrente entre elementos e um suporte condutor
pode ser usado. Apenas o dipolo deve ser isolado.
A impedância é baixa, em geral menor que 50
ohms. Para aumentar a impedância é usado um
dipolo fechado conforme. Dependendo do número
de diretores, o ganho pode ser alto. Valores
típicos vão de 7 a 15 dB.
Apresenta uma largura de banda estreita, o que
pode ser vantajoso para algumas aplicações e
limitadora$ para outras. Embora possa ser usada
para transmissão, não é adequada para altas
potências devido ao efeito corona entre os
elementos.
Diretividade de uma Antena
A relação entre o campo irradiado pela antena na direção de máxima irradiação e o campo que seria gerado por
uma antena isotrópica que recebe a mesma potência. A diretividade de uma antena define a sua capacidade de
concentrar energia numa determinada direção.
EMax
D=
EISO
Lei de Friis
A lei de Friis relaciona a potência transmitida por uma antena para outra nas condições ideais.
Dadas duas antenas, a razão da potência recebida pela antena de recepção, Pr sobre a potência da antena de
transmissão Pt , onde Gr é o ganho da antena de recepção e Gt o ganho da antena de transmissão
Os ganhos das antenas são medidos em relação a antenas isotrópicas (unidades lineares não em decibéis), com o
comprimento de onda e a distância nas mesmas unidades.
Ganho de uma Antena
Ao contrário dos amplificadores, as antenas são elementos passivos, não amplificam sinais. O ganho de uma
antena expressa a relação com uma antena de referência.
O ganho pode swr entendido como o resultado da diretivdiade menos as perdas
G=nD
G- Ganho
n- Eficiência
D= Diretividade
A eficiência de uma antena no seu projeto eletromagnético relaciona todos os elementos integrantes (cabos de
transmissão, defasamento de impedâncias, perdas dielétricas) normalmente está na faixa entre os 90 e 95%.
Na figura a curva aproximada da potência irradiada por um dipolo de meia onda. Um vetor traçado do centro do
dipolo até um ponto qualquer da curva representa a potência irradiada na direção do vetor. Assim, a potência
máxima irradiada é dada pelo vetor P (ou o oposto de 180°, na outra parte da curva).
Considere agora uma antena isotrópica conforme tópico anterior, na mesma posição do dipolo e alimentada com a
mesma potência da linha de transmissão. Ela irradia uma potência máxima Pi, que é a mesma para todas as
direções. Então, o ganho do dipolo de meia onda tendo como referência a antena isotrópica é dado pela relação
ente essas potências, expressa em decibéis.
Portanto, ganho = 10 log (P/Pi).
E o valor encontrado é simbolizado por dBi, para indicar a antena isotrópica como referência . Uma antena
isotrópica tem ganho de 0 dBi. Um dipolo de meia onda apresenta um ganho de 2,14 dBi. Alguns fabricantes de
antenas indicam o ganho tendo como referência o dipolo de meia onda. Assim, para efeito de comparação, é
importante saber a referência, pois há uma diferença de 2,14 dB entre as duas.
Polaridade da radiação
O ângulo que a antena faz com o plano horizontal determina a orientação dos campos elétrico e magnéticos
irradiados, os quais são perpendiculares entre si.
Para maior eficiência do conjunto transmissor e receptor, as antenas de ambos devem ter a mesma polarização.
Impedância de uma linha para antena
A impedância Zo de uma linha para a antena (coaxial por exemplo), pode ser calculada pela seguinte equação:
Zo=120 ln (2 S ) / D
Largura de Banda
A Largura de banda é o intervalo de frequência na qual a antena deve funcionar de forma satisfatória para a sua
aplicação
Calculo da potência efectiva irradiada ERP
A potência ERP e a potência é realmente irradiada pela antena.
ERP=PT(dB) + GT(dB)- p(dB)
PT-Potência em dB do transmissor.
GT-Ganho em dBi da antena
p(dB)- Perda por atenuação no cabo coaxial
Fonte: CLUBE DE RADIOAMADORES DA SERRA DA MANTIQUEIRA