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Curiosidade

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A origem do nome Antena

Para comunicaes sem fio, o transmissor deve ser conectado a umcomponente que irradie a frequncia de rdio sobre condies desejadas, e dolado da recepo outro componente que capture esta irradiao nas mesmascondies. Estes componentes irradiando so chamadas ANTENAS.

A palavra antena tem origem latina e significa uma vara muito flexvel. Aantena no uma inveno humana, mas foi usada por milhes de anos porlagostas, camares e numerosos insetos como sensor no formato de uma varaflexvel.

Foi o fsico russo Popov quem iniciou o uso desta palavra para a sua invenode um detector de tempestades atmosfricas; aps isto, todos os fsicos utilizandoa equao de Maxwell adotaram esta expresso.

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Antena definida pelo dicionrio Aurlio como:

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Parte de um transmissor cujo potencial varia rapidamente, irradiando para o

espao ondas eletromagnticas.Parte de um receptor de ondas de rdio ou de ondas eletromagnticas quecapta a energia eletromagntica, introduzindo-a no aparelho sob forma deimpulsos eltricos.

Estrutura metlica, fio ou conjunto de fios com as funes indicadas acima.

A definio oficial do IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) muito simples:

Um meio para irradiar ou receber ondas de rdio.

Apesar da simplicidade contida nas definies descritas acima, o ramo da

cincia que estuda as antenas bastante complexo, pois depende de muitamatemtica e fsica aplicada. Ao contrrio de outras reas da cincia, as antenasnem sempre possuem conceitos intuitivos ou facilmente visualizados. Em geral,qualquer demonstrao de projetos de antenas necessita de muitos clculosmatemticos, bem como conceitos de eletromagnetismo.

Assim sendo, o objetivo deste curso mostrar os parmetros que definem asantenas de forma a fornecer subsdios para especificar e entender as antenasnormalmente utilizadas. Os tpicos de tipos de antenas mais comuns e projetosbsicos so suficientes para discutir, acompanhar testes, avaliar e construirantenas mais simples.

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A antena de rdio uma estrutura que atua como elemento de transio entre

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uma onda guiada e um espao aberto. Segundo a definio oficial, mostrada

anteriormente, a antena um elemento empregado para a irradiao ou arecepo das ondas eletromagnticas.

Aantena transmissora, ligada ao transmissor, utilizada para a transformaoda energia gerada no sistema eletrnico em ondas eletromagnticas irradiadas.

Aantena receptoratem o objetivo de captar a onda eletromagntica do espaoe encaminha-la ao sistema de recepo, para o processamento adequado do sinal.

Na prtica, as antenas podem assumir as mais variadas formas, desdeconfiguraes bem simples, como os monopolos, os dipolos curtos, os dipolos demeia-onda, as antenas espirais, etc., passando pelas redes lineares, as redesplanares, as redes volumtricas, at as antenas de caractersticas especiais, de

elevado ganho ou de grande largura de faixa, de grande rejeio de sinaisesprios e assim por diante. As propriedades desejadas para uma antenadependem do sistema na qual ser empregada.

Uma antena para radiodifuso, por exemplo, deve irradiar, em princpio,igualmente em todas as direes no plano horizontal. Desta maneira, a mensagempoder atingir a maior quantidade de pontos possvel, correspondendo a umairradiao omnidirecionalno plano horizontal.

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Por outro lado, para uma comunicao com visada direta, a antena deve dirigira onda irradiada apenas na direo desejada, ou o mais prximo possvel desta.Estas duas situaes so conseguidas, respectivamente, com uma antena debaixadiretividadee umaelevada diretividadee mostram como as exigncias podem seras mais diversas, dependendo da finalidade da antena. Uma antena paraaplicaes em radar, por exemplo, construda com o objetivo de concentrar aenergia irradiada em um feixe bem estreito, orientado para uma determinadadireo do espao, para a localizao de objetos mveis ou fixos. Essa mesmaantena utilizada para receber de volta a onda refletida pelo alvo, chamada eco,eencaminha-la ao receptor. Deve possuir grande capacidade de discriminao daposio do objeto no espao, identificando com rigor a sua correta localizao.

Uma antena produz uma onda eletromagntica no espao sempre que forsubmetida a uma corrente eltrica varivel no tempo. Da teoria eletromagnticabsica sabe-se que uma corrente varivel no tempo d origem a um campomagntico no tempo (fenmeno conhecido como alei de Ampre). Este campo,por sua vez, variando no tempo, dar origem a um campo eltrico, tambmvarivel no tempo. Este fato corresponde conhecida lei da Faraday. A partirdeste ponto, graas aos trabalhos de Maxwell e Hertz, comprovou-se que ocampo eltrico varivel no tempo dar origem a um campo magntico tambmvariando no tempo. A situao retorna ao ponto anterior, onde o campo magnticoinduzir, novamente, o campo eltrico e assim sucessivamente. Desta maneira, aose excitar um condutor qualquer com uma corrente varivel no tempo, resultarem sucessivos campos eltricos e magnticos que se induzem mutuamente. Estes

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,eletromagntica.

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Conceito Bsico de uma Antena

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Uma antena pode ser classificada como uma estrutura metlica associada auma regio de transio entre uma onda guiada e uma onda no espao livre, e/ouvice versa. Ou seja, uma antena um transdutor de ondas que se propagam emmeios confinados , tais como cabo coaxiais, guias de onda, linhas bifilares,enfim/, linhas de transmisso e a propagao no espao livre, que possui comomeio de propagao o ar ou o vcuo.

Uma maneira simples de representar uma antena, uma linha de transmissocom sua extremidade em aberto. A figura do slide acima ilustra um geradorconectado a dois fios, e assim, formando uma linha de transmisso AB. Supondoque existe um casamento entre o transmissor e a linha, a onda guiada em ummeio confinado at atingir o ponto B onde os fios se separam gradualmente ecom isto espalham a energia at ento guiada. Quando os fios j estiveremseparados de muitos comprimentos de onda, a onda guiada transforma-se emonda irradiada no espao livre. Esta regio de transio pode ser consideradauma antena.

Percebe-se que a definio de antenas aqui mostrada bastante simples.Entretanto existem provas matemticas, muito mais complexas, que comprovamcomo uma antena irradia. Basicamente as formulaes matemticas foramelaboradas por Maxwell, e so ilustradas a seguir.

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E ua es de Maxwell

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x E = -jH Jm

x H = (+ j)E + J

.H =m

.E =

Onde:

E campo eltrico;

H campo magntico;

J densidade da corrente eltrica;

Jm corrente magntica fictcia;

-densidade de carga eltrica;

-condutividade do meio;

-permissividade eltrica do meio;

- permeabilidade magntica do meio

-frequncia angular (2f);

f - frequncia.

)scartesianascoordenada(azx

ayx

axx

+

+

=

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1822 Michael Faraday (1791 1867)

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Atravs da lei da induo que relaciona a fora eletromotriz ao magnetismo,

foi mostrado por Faraday, que sinais eltricos podiam ser transmitidos semcontato fsico direto, ou seja, atravs da induo a fora eletromotriz podia sertransmitida por um meio magntico.

1864 James Clerk Maxwell (1831 1879)

Foi ento demonstrado por Maxwell que a eletricidade e o magnetismoestavam relacionados, sendo que ele deduziu matematicamente a existncia daonda eletromagntica. Pode-se dizer sem nenhum exagero que Maxwell o paido eletromagnetismo, pois somente aps este estudo foram possveis os primeiroseventos prticos nas reas de propagao e antenas propriamente ditas.

1883 Heinrich Rudolf Hertz (1857 1894)

Utilizando a teoria estabelecida por Maxwell, Hertz mostrou pela primeira vezque era possvel irradiar a onda eletromagntica atravs do ar, dando incio aocaminho do desenvolvimento das antenas e recebendo o ttulo do fundador dateoria das antenas.

1895 Alexander Stepanovich Popov (1859 1905)

Popov, desenvolveu e utilizou uma vareta metlica para transmitir e receber auma distncia de 1000 metros as ondas geradas pelo oscilador de Hertz (hoje essavareta chamada de dipolo simples). Deve-se notar que Edson tambm realizouessa experincia provavelmente antes de Popov.

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1901 Guglielmo Marconi (1874 1937)

Nesta poca, utilizando os estudos de diversos pesquisadores como: Hertz,

Popov, Heaviside, Appleton e outros, Marconi obteve sucesso na primeiratransmisso transatlntica, apesar da baixa eficincia do sistema construdo.Estava ento inventado o rdio. (A inveno do rdio tambm reivindicadapelos russos que atribuem a Popov esse feito).

Dois anos antes da experincia de Marconi, o padre brasileiro Roberto Landellde Moura j efetuara a primeira transmisso de sinais de rdio. Com o seuinvento, sons musicais foram transmitidos a uma distncia de oito quilmetros(Avenida Paulista Alto de Santana em So Paulo), sendo que em 1901 obteveregistro de patente do invento nos EUA.

As patentes nmeros 771.917, 775.337 e 775.846 tratavam de trs inventos

originais, ou seja, Transmissor de Ondas, Telgrafo sem Fio e Telefone semFios. Por falta de apoio oficial, o padre Landell perdeu seus direitos paraMarconi.

Deste ponto at o incio da I Grande Guerra, muitos trabalhos foram feitos,entretanto de forma lenta, sendo que os pesquisadores a seguir se destacaram....

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1897 H.E. Pocklington com o trabalho:Electrical oscillations on wires.

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1898 M. Abraham com os trabalhos: Oscilaes em um prolato

esferoidal e Clculo eletromagntico irradiado por um dipolo de meia onda.1898 Andr Blondel (1863 1938)

Mostrou os efeitos do solo em uma antena vertical, fato at hoje largamenteutilizado em antenas de baixa frequncia.

1904 F. Hack

Utilizando o trabalho de Abraham, Hack conseguiu traar os campos ao redordas antenas retilneas de meio comprimento de onda.

No perodo entre as duas grandes guerras, houve um avano significativo naengenharia de antenas, devido a necessidade de maior eficincia de forma geral.

1936 Sergei A. Schelkunoff

Sua obra Teorema das correntes equivalentes deu base para a inveno deinmeros tipos de antenas, principalmente durante a II Segunda Guerra Mundial.

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1920 1940 S. Uda, H. Yagi e outros

Realizaram muitos trabalhos na rea de redes lineares resultando em antenascomo a to difundida YAGI-UDA.

Dcada de 40

Aceleram-se os desenvolvimentos das antenas com refletores com o adventodo Radar.

Dcada de 50 J.D. Krauss

Determina os parmetros de engenharia da antena Helicoidal.

1958 D.E. Isbell

Desenvolve a antena log peridica.

Dcada de 60

Antenas at ento existentes na teoria e no conceito, ganham seudesenvolvimento graas ao uso do computador e os mtodos numricos.(Exemplo: antena off-set).

De 1960 at os dias de hoje...

O desenvolvimento da engenharia de antenas toma um rum vertiginoso, dadoo grande impulso dado pela cincia da computao.

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Nosso objetivo compreender como os parmetros das antenas podem

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quantificar de forma absoluta ou relativa a capacidade de irradiar ou receber

energia.Os principais parmetros esto relacionados com a impedncia de entrada,

com a eficincia de irradiao e uma maior capacidade de concentrar energia emdeterminada direo.

Para melhor compreenso dos parmetros ilustrados acima, conveniente quealguns comentrios sobre a antena isotrpica e sobre a correlao existente entrea frequncia e as dimenses das antenas seja feita.

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As dimenses das antenas podem variar desde as chamadas microminiatura at

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as gigantes.

De uma forma geral, existe uma razo de proporo entre o comprimento daonda eletromagntica e o tamanho da antena.

Entretanto, isso deve ser visto com cautela porque muitas antenas utilizamartifcios para melhorar a eficincia ou para concentrar energia em uma dadadireo, que literalmente invalidam essa proporcionalidade. o caso da antenaparablica que possui certa proporcionalidade com o comprimento de ondaapenas em seu alimentador, sendo o refletor funo da capacidade de concentrar aenergia em uma determinada direo. Note que neste caso estamos falando depequenos comprimentos de onda e grandes antenas.

Outro exemplo de que a regra bsica no seguida so as antenas de baixa

frequncia. Nesse caso deveriam ser utilizadas antenas de grandes dimenses,mas como a eficincia no importante, pequenas antenas podem ser utilizadas.

A idia de que frequncias altas implicam em antenas pequenas e quefrequncias baixas implicam em antenas grandes, deve ser mantida e sempre quea regra no for vlida, existiro razes ligadas aos parmetros das antenas.

Uma antena de VLF (Very Low Frequency) pode medir aproximadamente 300metros, enquanto um dipolo de microondas mede na ordem de um centmetro.

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Para o estudo de diversos parmetros das antenas importante o

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conhecimento das caractersticas de uma antena hipottica, freqentemente

utilizada como referncia, denominada antena isotrpica. (algumas vezes essaantena tambm chamada de antena unipolo).

Por definio, a antena isotrpica uma antena capaz de irradiar igualmenteem todas as direes. Considerando-se uma distncia constante do irradiadorisotrpico, a densidade de potncia sempre igual, formando assim, uma esferacom centro na antena isotrpica. Esta antena no pode ser construda na prtica,pois trata-se de uma abstrao, muito til para a anlise do comportamento deoutras antenas. Como a irradiao idntica em todas as direes, evidente quea energia irradiada distribui-se uniformemente em todas as direes, ficando nadependncia apenas da distncia radial a contar da origem. Se a antena irradia

uma potncia P e esta potncia distribuda igualmente em todas as direes, auma distncia r da origem, tem-se umadensidade de potnciauniforme.

Considerando que o irradiador isotrpico est situado na origemdas coordenadas, qualquer ponto no espao tridimensional pode ser definidocomo um vetorr,,, onde:

r - distncia do centro;

, - ngulo em relao ao eixo z;

- ngulo em relao ao eixo x.

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A impedncia de entrada de uma antena definida como sendo a

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impedncia que ela apresenta para a linha de transmisso que a conecta

fonte do sinal, como podemos observar acima. O conceito de impednciade entrada da antena em nada difere da definida para qualquer sistemaeletromagntico linear, passivo, que possua um nico par de terminais.

A impedncia de entrada depende de muitos fatores, destacando-seprincipalmente :

- caractersticas construtivas;

- forma de alimentao.

Em geral procura-se obter de uma antena a impedncia mais prximapossvel da impedncia da linha de transmisso, de forma a minimizar asperdas por reflexo; esta pode ser representada da seguinte formacomplexa :

ee jXZ += eR

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O grau de descasamento entre uma linha de transmisso e uma antena pode serexpresso basicamente de trs formas:

- pelo coeficiente de reflexo ();

- pela relao de onda estacionria (ROE);

- pela perda de retorno (PR).

O coeficiente de reflexo () definido como:

A relao de onda estacionria (ROE):

onde :

oL

oL

incid

reflet

ZZ

ZZ

V

V

+

==

+=1

1ROE

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Finalmente, a perda por retorno pode ser calculada atravs da relao entre apotncia incidente e a potncia refletida:

=

log20log10 ==reflet

incid

P

PPR

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O diagrama de irradiao de uma antena uma de suas caractersticas mais

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importantes, pois a partir deste diagrama se consegue extrair uma grande

quantidade de informao. importante salientar uma propriedade das antenas conhecida

como Teorema da reciprocidade, que o seguinte:

Para uma dada frequncia, ou faixa de frequncias constante, asantenas se comportam igualmente tanto na transmisso quanto na recepo. Istosignifica que os diagramas de irradiao, impedncia e outros parmetros soiguais nas duas situaes. Nota-se que certos parmetros possuem restries deordem construtiva (ex. normalmente uma antena de recepo no suportapotncias elevadas quando usada como transmissora).

Em princpio, o diagrama de irradiao uma maneira de

visualizar e medir a densidade de potncia irradiada pela antenas nas diversasdirees existentes, e fundamentalmente um grfico em trs dimenses.Somente de posse do diagrama de irradiao que realmente se consegueanalisar como uma determinada antena irradia.

Para o levantamento deste diagrama supe-se a antena localizadana origem de um sistema de coordenadas esfricas. A seguir, mede-se a grandezaa ser representada sobre a superfcie de uma esfera hipottica, a uma distnciaconstante r. Os valores medidos so transportados para um grfico emcoordenadas retangulares ou polares. Conforme a grandeza representada pode-seter um diagrama das formas apresentadas na folha seguinte:

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(a) de campo irradiado

(b) de potncia irradiada

(c) de intensidade de irradiao

(d) de fase da onda irradiada

Em geral, o diagrama de intensidade de irradiao mais comumenteencontrado. Como este parmetro e a potncia irradiada so proporcionais aoquadrado do campo irradiado, conhecendo-se o diagrama de intensidade deirradiao, obtm-se imediatamente os diagramas de campo e potncia.

A antena mais simples j considerada a antena isotrpica, cuja intensidade deirradiao independente de e , o que no acontece com a maioria dasantenas. Desta maneira, o diagrama tridimensional dessa antena tem o formatoesfrico, como vimos anteriormente.

Entretanto, em termos prticos muito difcil se representar o

diagrama de irradiao em trs dimenses, e por esta razo, na prtica utiliza-se odiagrama em duas dimenses, ilustrando tantos planos (cortes) quantos foremnecessrios para definir a antena.

Na prtica, comum se representar as projees horizontal evertical do diagrama, que constituem o diagrama de irradiao no planohorizontal (= constante) e no plano vertical (= constante). No caso da antenaisotrpica, estas projees so circulares. Utiliza-se normalmente dois tipos derepresentao:

-

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,

-retangular (x,y).

Ambos diagramas representam a mesma grandeza, entretanto cadarepresentao possui seu uso em termos prticos. O diagrama polar mais tilpara visualizao do comportamento da antena como um todo, e, por outro lado,no apresenta preciso para extrair dados,principalmente quando a antena possuicaractersticas de irradiao muito direcionais.

Os exemplos a seguir ilustram a potencialidade dos diagramas de irradiao:

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Sendo a intensidade de campo igual em todas as direes, nota-se que no

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diagrama de trs dimenses forma-se uma esfera perfeita. Neste caso,

qualquer plano de corte ser igual, representados na figura acima.Os diagramas de irradiao da antena isotrpica acima so definidos como:

a) Diagrama retangular;

b) Diagrama polar;

c) Diagrama tridimensional.

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Embora a antena isotrpica seja til como elemento de referncia ela no pode

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ser realizada na prtica. Mesmo a mais simples de todas as antenas possui

propriedades direcionais que lhes obrigam a irradiar mais energia emdeterminadas direes. So mostrados acima, diagramas de irradiao de antenasanisotrpicas e alguns diagramas tpicos

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O objetivo deste exemplo ilustrar a correlao entre o diagrama polar, figura

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de cima, e o diagrama retangular, figura de baixo, da mesma antena e no mesmo

plano (corte).Nota-se que fcil a localizao de pontos de nulo no diagrama retangular,

porm causa distores visuais anlogas s que acontecem nos mapas deprojeo MERCATOR, principalmente nas regies polares. Entretanto asinformaes contidas so mantidas.

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Como a antena real tende a concentrar a energia mais em uma direo do que

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em outra, torna-se importante introduzir o conceito de diretividade para esta

antena. Por definio, afuno diretividadeD(,) a relao entre a intensidadede irradiao na direo (,) e a intensidade de irradiao mdia. A intensidadede irradiao mdia corresponde ao valor obtido se a antena irradiasse igualmenteem todas as direes. Ou seja, a intensidade de irradiao da antena isotrpica.

Este parmetro muito importante porque d um informao quantitativasobre a eficincia da antena em concentrar a energia irradiada em uma certadireo.

Na figura acima procuramos ilustrar essa comparao, atravs de um exemplosimples. A primeira fonte de luz uma fonte isotrpica que irradia uma potncia(Po) em todas as direes, e conseqentemente, seu diagrama de irradiao em

qualquer plano circular, conforme pode ser vista na prxima figura. A segundafonte de luz uma lanterna, que irradia uma intensidade de luz mxima nadireo 4, ao passo que nenhuma luz na direo 0. Por esse motivo seu diagramade irradiao diferente da fonte isotrpica, uma vez que ele representa umadistribuio de energia com concentrao em uma dada direo. importanteobservar ainda que a rea limitada pelos dois diagramas de irradiao soabsolutamente iguais, o que significa que a potncia total irradiada exatamentea mesma.

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A diferena fundamental que na direo 4 a fonte isotrpica irradia uma

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potncia P0< P1da lanterna e na direo 0 a lanterna no irradia potncia alguma

e a fonte isotrpica irradia a mesma potncia P0.Assim a diretividade fica :

0

1

log10P

PD=

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Para nos aproximarmos de uma antena real, a funo matemtica sen2, pode

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representar o po o curto.

A diretividade pra este caso D=1,5.Nota-se que neste caso existe irradiao para duas direes opostas, logo nos

dois lados a diretividade a mesma, pois existem dois mximos.

Nos clculos e resultados de engenharia mais comum que a diretividade sejaapresentada na forma de decibis, calculada pela seguinte expresso:

D(dB) = 10 log D

A tabela acima apresenta os valores de diretividade com os seuscorrespondentes valores calculados em decibis.

O ganho relacionado com a diretividade apenas por uma constante:

G =r. DOnde r o fator que representa a eficincia de irradiao da antena, ou seja,

a influncia das perdas hmicas dos materiais utilizados na fabricao e ocasamento de impedncia com o gerador.

Logo a diretividade igual ao ganho quando a eficincia de 100%.

Geralmente o ganho ou diretividade so expressos em dB e as unidades maisusadas so as seguintes:

dBi (em relao antena isotrpica)

dBd (em relao ao dipolo de meia onda)

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A diretividade de uma antena baseada apenas n formato do diagrama de

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irradiao, no sendo consideradas nem a potncia de entrada e nem as perdas da

antena. Em geral, parte da potncia fornecida antena dissipada sob a forma decalor nos condutores e no dieltrico, alm de eventuais perdas por reflexo,causadas pelo descasamento entre a antena e a linha de transmisso. Logo,irradiada uma parte menor do que a potncia de entrada. Para analisar odesempenho da antena com relao s perdas define-se a eficincia deirradiao, , pela relao entre a potncia irradiada e a potncia de entrada daantena. Isto ,

onde Pr a potncia irradiada, PL a potncia perdida na antena e Pe a potnciade entrada. A intensidade de irradiao mxima proporcional potnciairradiada. Desta forma, a eficincia de irradiao pode representar a relao entrea intensidade de irradiao mxima da antena real e a intensidade de irradiaomxima se a antena no tivesse nenhuma perda.

Le PP +==

r

rr

P

PP

m

m

P

P'=

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O ganho de potncia de uma antena, simbolizado por G, definido pela

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relao entre a mxima intensidade de irradiao da antena sob teste e a

intensidade de irradiao mxima de uma antena de referncia, com igualpotncia de entrada.

onde Pmr a intensidade mxima da antena de referncia. Esta antena dereferncia normalmente o dipolo de meia-onda ou a antena isotrpica. Nesteltimo caso, costuma-se simbolizar o ganho por Goou Gi, dado por

Como a eficincia da antena :

mr

m

P

PG

'=

i

m

i

P

PG

'=

m

m

P

P'=

1Equao

2Equao

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Fazendo (2) em (1):

Que relaciona a diretividade com o ganho da antena. comum apresentar oganho em decibel como

O conceito de ganho de grande importncia no estudo e no dimensionamentode antenas. Em uma antena ideal, sem perdas, o ganho Go igual diretividade.Como nas antenas reais k menor que a unidade, h necessidade de seestabelecer a diferena entre G

i e D. Observa-se, entretanto, que ambos

parmetros referem-se maior ou menor capacidade da antena concentrar aenergia irradiada em determinadas direes preferenciais.

Geralmente o ganho ou a diretividade so expressos em dB e as unidades maisusadas so as seguintes:

dBi - em relao a antena isotrpica

dBd - em relao ao dipolo de meia onda

DP

PG

i

m

i ..

==

GdBG log10)( =

30

A seguinte relao permite calcular o ganho da antena se tivermos o ganhomedido em relao ao dipolo de meia-onda (dipodo de meia onda possuidiretividade de 1,64) ou se tivermos o ganho medido em relao antenaisotrpica.

( ) ( ) ( )dBdBiGdBdG 1520

,=

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A abertura de feixe, tambm denominada largura de feixe ou ngulo de

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abertura do feixe, corresponde ao ngulo formado pelas retas que saem da origem

do diagrama de irradiao e passam pelos pontos de meia potncia do lbuloprincipal. Quando a escala usada a logartmica, esse ngulo medido onde airradiao cai 3 dB (metade) em relao mxima intensidade de irradiao.

Algumas antenas apresentam diagramas de irradiao consistindo de vrioslbulos, todos eles com densidades mximas de potncia da mesma ordem degrandeza, mas no apresentando a mesma abertura de feixe. Neste caso, oconceito de abertura de feixe perde o significado, s devendo ser empregado paraantenas que apresentam apenas um lbulo principal. Evidentemente, quantomaior for a diretividade da antena menor ser a abertura de feixe, mostrando umaestreita relao entre o ganho e a abertura de feixe.

Algumas antenas tm abertura de feixe dependente do plano de refernciaconsiderado. Quando isto ocorrer costuma-se definir uma abertura de feixe noplano horizontal e uma no plano vertical (ou em outro plano especificado).

Um exemplo de aplicao dos ngulos de meia potncia no caso de umantena direcional com feixe estreito utilizada como elemento localizador de umafonte transmissora. Apesar do feixe estreito e com um bom apontamento, ficadifcil de determinar com preciso a direo exata do transmissor, devido caracterstica do lbulo da antena de ser plano nos pontos de mximaintensidade.

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Utiliza-se ento, os pontos de meia potncia onde a inclinao da curva grande.Logo a mdia aritmtica dos dois ngulos obtidos exatamente a direodesejada.

Um outro aspecto prtico importante deste parmetro o clculo aproximadoda diretividade pelos ngulos de meia potncia.

Considerando que toda a potncia irradiada pela antena seja transmitida poruma rea retangular angular 1.1, a diretividade dada por:

Onde 1 o ngulo de meia potncia no plano vertical (radianos) e 1 ongulo de meia potncia no plano horizontal (radianos).

Para os ngulos1e1 em graus tem-se:

11

4

.=D

0

1

0

1

41253

.=D

32

Uma melhor aproximao ainda obtida considerando que a rea de fluxo de

potncia circular e no retangular, o que reduz a rea de /4 (78%), logo:

Em antenas onde a potncia irradiada pelos lbulos secundrios no pode serdesprezada, considera-se que aproximadamente 55% da potncia irradiada fluiatravs da largura de feixe. Desse modo, a diretividade dada por:

0

1

0

1

0

1

0

1

52525441253

..== xD

0

1

0

1

29000

.=D

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Em geral todas as caractersticas de uma antena so dependentes da

33

frequncia. Por isso importante considerar-se a faixa de frequncias dentro da

qual o desempenho da antena esteja dentro das especificaes impostas paraimpedncias, diagrama de irradiao, abertura de faixa, etc... Algumas antenasdevem operar em um faixa estreita de frequncias. Outras aplicaes envolvemsistemas com grande largura de faixa, o que implica no emprego de antenasespeciais, seguindo tcnicas de projeto e construo mais sofisticadas.

A largura de faixa pode ser calculada pela diferena entre a maior e a menorfrequncia de operao:

ou pela relao entre este valor e a frequncia central da faixa,

mnmx ffBW =

%100.(%)

=

o

mnmx

f

ffBW

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Quando as antenas possuem largura de faixa muito grande, comumespecificar-se a largura de faixa pela relao entre a frequncia mxima e afrequncia mnima de operao.

escrevendo-se BWr = 10:1, BWr= 20:1, etc...

Muitas vezes a largura de faixa fixada em funo do coeficiente de ondaestacionria mximo tolerado.

mn

mx

r

f

fBW=

34

Na figura, se o valor mximo tolerado para SWR for 1.8, a antena pode operarentre f1mn e f1mx e se o SWR puder atingir 2, a antena pode operar entre f2mne f2mx.

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O desempenho de uma antena tambm pode ser expressa em termos do

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aproveitamento de sua rea fsica em relao a sua seo transversal ou rea

efetivamente ativa.Uma antena receptora coleta energia de uma onda plana incidente, se

devidamente casada, transfere essa energia para a carga. A rea efetiva deirradiao pode ser definida como a rea de uma antena ideal a qual absorve amesma potncia de uma onda plana incidente da antena em questo.

De uma maneira mais direta, a rea efetiva pode ser expressa como a poroda rea fsica da antena realmente utilizada.

Em termos de diretividade a rea efetiva da antena dada por:

DAe

.

4

2

=

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Ao aplicar um sinal a uma antena, mesmo que ela no apresente perdas,

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haver um consumo de potncia da fonte de sinal, representando a energia

irradiada sob forma de ondas eletromagnticas. Ou seja, o sistema comporta-secomo se houvesse uma resistncia absorvendo a potncia da fonte. Portanto, oefeito da irradiao o mesmo de uma resistncia equivalente dissipando amesma quantidade de potncia. Essa resistncia denominada resistncia deirradiao.Assim, se a irradiao de uma potncia P obtida pela circulao deuma corrente senoidal com valor mximo Im, a resistncia de irradiao ser:

Esse conceito aplicvel apenas s antenas para as quais a irradiao devidaa uma corrente em um nico condutor. Ainda assim, quando o comprimento daantena da ordem de grandeza do comprimento de onda ou maior, esta definiosofre algumas restries, uma vez que a corrente no constante ao longo de todaa extenso do condutor. Desta forma, necessrio especificar a posio na qual acorrente foi medida. Normalmente toma-se ou nos pontos em que a corrente mxima ou nos terminais de entrada da antena. Em alguns tipos de antena estespontos coincidem, como por exemplo no dipolo de meia-onda.

20

2

mI

PR =

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A resistncia de irradiao pode assumir valores muito baixos, desde frao de1 ohm, at centenas de ohms. Valores muito baixos so indesejveis porqueimplicam em elevadas correntes, podendo ocasionar perdas exageradas depotncia por efeito Joule, reduzindo a eficincia de irradiao. Por outro lado,quando o valor for elevado demais resulta na necessidade de grandes tenses de

entrada para obter-se a potncia irradiada desejada.Por exemplo, no caso do dipolo curto, tem-se o seguinte valor de resistncia

de irradiao:

Como esta antena caracterizada por l

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Existem antenas que apresentam o diagrama de irradiao com um lbulo

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principal bem destacado e vrios lbulos secundrios, de menor amplitude,

indicando irradiao da onda eletromagntica em outras direes.Observa-se que uma caracterstica de irradiao deste tipo indica a

possibilidade de recepo de sinais indesejveis nas direes dos lbulossecundrios. Por estas razes, uma antena diretiva deve apresentar o lbuloprincipal bem maior do que os secundrios. Comumente, costuma-se comparar airradiao (ou recepo) na direo do mximo do lbulo principal com acorrespondente na direo oposta. A este parmetro d-se o nome de relao

frente-costada antena (RFC). Dessa forma temos

Onde Pmf a potncia transmitida (ou recebida) na direo do mximo deirradiao do lbulo principal e Pmc a potncia transmitida (ou recebida) nadireo oposta.

mc

mf

p

PRFC log10=

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A polarizao de uma antena determinada pela polarizao desejada para a

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onda eletromagntica irradiada. As antenas mais simples transmitem ou recebem

ondas polarizadas linearmente. Nesta situao, obtm-se a polarizao desejadapela posio da antena em relao superfcie da terra.

A escolha do tipo de polarizao algumas vezes baseada na necessidade eoutras vezes em vantagens tcnicas de um tipo sobre o outro. Por exemplo, embaixas frequncias, at a faixa de radiodifuso em ondas mdias, praticamenteimpossvel transmitir de forma satisfatria uma onda polarizada horizontalmente.Isto porque sendo o solo condutor nesta faixa, o campo eletromagntico ficacurto-circuitado no plano horizontal resultando em uma forte atenuao do sinalna direo paralela superfcie da Terra. Desta maneira, abaixo de 2 MHz apolarizao vertical a mais freqentemente encontrada.

Nas frequncias correspondentes aos canais de televiso foi padronizada apolarizao horizontal, na maioria dos pases. Tal fato justificado pelaverificao experimental de que os rudos produzidos pelo homem (motores,mquinas, etc) interferem mais nas ondas polarizadas verticalmente.

Em comunicaes na faixa de microondas os dois tipos de polarizao soutilizados e ambos podem apresentar vantagens, conforme a aplicao.Eventualmente, em lances que incluam repetidores para reforo do sinal, arecepo feita em uma polarizao e a transmisso feita em outra, a fim dereduzir a probabilidade de interferncia do sinal transmitido sobre o recebido.

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Para certas aplicaes pode ser necessria a construo de uma antena queirradie e receba ondas polarizadas circularmente. Um exemplo importante destanecessidade para comunicaes alm da ionosfera terrestre. Sabe-se que estacamada gasosa ionizada, polarizada magneticamente pelo campo da terra, torna-se um meio anisotrpico. Como conseqncia, ocorre uma rotao na polarizaoda onda que se propaga, denominada rotao de Faraday. A rotao no plano depolarizao da onda depende da quantidade de eltrons livres (que varia do diapara a noite), da frequncia, da intensidade do campo magntico da terra, dapoca do ano, etc, etc... Assim sendo, torna-se praticamente impossvel a previsode como a onda estar polarizada ao chegar ao receptor. Este efeito pode ocorrerdesde a faixa de HF (acima de 10 MHz) at o meio da faixa de UHF (em torno de1 GHz). Se as antenas forem polarizadas para irradiarem e receberempolarizaes lineares pode at ocorre que nenhum sinal seja recebido. Istoacontecer quando a rotao de Faraday introduzir um giro de 900 na polarizao

da onda, em relao direo esperada. Evidentemente, esta uma situaoextrema que nem sempre ocorre na prtica. Todavia, na melhor das hipteses, osinal ser atenuado em relao ao que poderia ser recebido, uma vez que apenassua componente paralela antena contribuir para induo do sinal.

Assim os vrios tipos de polarizao podem ser aproveitados para separarsinais na recepo. Uma antena puramente de polarizao vertical pode atenuarondas da mesma intensidade e da mesma freqncia mas de polarizaohorizontal com 28dB ou at com 30dB, ou seja, de 630 vezes ou 1.000 vezes,

40

sendo captadas com antena circular de sentido oposto.

Estas peculiaridades da polarizao esto sendo aproveitadas emtelecomunicaes com grande freqncia. No servio MMDS, os canaisadjacentes tm polarizao linear cruzada entre si, para evitar desperdcio deespectro com canais de guarda destinados proteo contra interfernciasmtuas.

Nos satlites de TV, o mesmo canal pode ser aproveitado duas vezes,aumentando o aproveitamento da faixa retransmitida pelo satlite. Na televisoterrena, transmisso de televiso com antena de polarizao circular permite aatenuao das reflexes (fantasmas) com 28dB a 30dB, desde que as antenasreceptoras sejam tambm de polarizao circular. Os satlites de rbita baixa quegiram ao redor de seus eixos para evitar aquecimento unilateral, tambmtransmitem com polarizao circular para que seu sinal no varie em funo desua rotao nas antenas terrenas, como seria o caso com polarizao linear.

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Diz-se que a antena possui polarizao linear quando a onda irradiada tem

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polarizao linear. Para os sistemas usuais costuma-se identificar a polarizao

linear horizontal e a polarizao linear vertical. Para comunicaes terrestres apolarizao linear vertical terrestre indica que o campo eltrico irradiado normal a superfcie da terra. A polarizao linear horizontal indica que o campoeltrico paralelo superfcie da terra.

Para comunicaes especiais considera-se polarizao horizontal quando ocampo eltrico estiver paralelo a linha do Equador e considera-se polarizaovertical quando o campo eltrico estiver paralelo ao eixo polar.

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usada em alguns sistemas de comunicaes, como em radiodifuso FM,

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sistemas de satlites e outros.

possvel irradiar com polarizao circular direita e esquerda. Nestescasos, o campo eltrico resultante apresenta campo eltrico constante e direovarivel, com a extremidade do vetor e (ou h) movendo-se sobre umacircunferncia de crculo.

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Para essa polarizao segue o mesmo comentrio feito no slide anterior, pois a

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polarizao elptica o caso geral da polarizao circular.

Nas antenas polarizadas circularmente existe ainda o efeito da razo axial, queconsiste na desigualdade entre os dois eixos da elipse que forma a rotao dapolarizao.

O ideal a razo axial igual a 1 ou 0 dB, o que significa que no h perdas pordespolarizao no sistema. Devido s deformaes das antenas, na prtica, arazo axial sempre pode ser medida e causa perdas que variam de acordo com aantena.

.

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A polarizao extremamente importante na definio de uma antena, pois

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polarizaes cruzadas entre antenas inviabilizam a transmisso ou recepo de

sinais.Isso significa que se a antena transmissora est em polarizao vertical, a

receptora tambm deve estar , para otimizar a recepo. Teoricamente,polarizaes ortogonais so incompatveis, ou seja, a antena literalmente nofunciona.

Na prtica ocorre a chamada polarizao cruzada para polarizaes lineares,que consiste no nvel de polarizao ortogonal que excitado de formaindesejvel devido as deformidades construtivas da antena.

Esse parmetro de extrema importncia em alguns sistemas, podendo essevazamento de polarizao causar srias interferncias nas comunicaes.

No caso da polarizao circular, a polarizao cruzada ocorre entre aspolarizaes direita e esquerda.

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A quantidade e a variedade dos tipos de antenas extremamente grande. O

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objetivo mostrar as principais geometrias e suas caractersticas bsicas. Em

geral, a classificao das antenas feita a partir dos seus parmetros bsicos jdefinidos previamente, de forma que pode-se enquadra-las em mais de umacategoria.

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Os dipolos e monopolos so as mais simples e comuns das antenas existentes,

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mesmo porque, a engenharia de antenas nasceu com o dipolo de Hertz.

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Dipolo curto, tambm conhecido comodipolo de Hertztalvez seja a estrutura

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mais simples e mais importante sob o ponto de vista da teoria de antenas. O nome

dipolo curto dado devido ele apresentar pequeno comprimento em relao aocomprimento de onda, sendo no maior que 0,1.

Caractersticas:

Resistncia de irradiao:

onde: o comprimento do dipolo

o comprimento de onda

Diagramas de irradiao:Omnidirecional no plano horizontal, forma de um no plano vertical e de um toride de revoluo em forma tridimensional.

Largura de feixe:90

Diretividade:1,5 ou 1,74 dBi

2

2

790

l=Rr

l

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Observa-se que no corte horizontal o diagrama omnidirecional (plano

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perpendicular ao eixo do dipolo), ou seja, irradia igualmente em todas as

direes e no corte vertical forma um 8 como vemos acima. Em termostridimensional forma um toride de revoluo.

Devido sua caracterstica no ressonante o dipolo curto em geral uma antenade baixa eficincia. Para seu uso adequado usualmente so feitos elaboradoscircuitos de casamento de impedncia pra compensar o fator mencionado.

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O dipolo de meia onda uma das antenas lineares mais largamente difundidas

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na prtica, em face s suas caractersticas de irradiao, impedncia de entrada e

facilidade de construo e excitao.Diagrama de irradiao: Comportamento semelhante ao

dipolo curto.

Largura de Feixe:78(pouco menor do que dipolo curto)

Diretividade:1,64 ou 2,14 dBi

rea Efetiva:

Resistncia de Irradiao: 73,1 (antena extremamente fina ecomprimento igual a /2). Na verdade a resistncia de irradiao depende dodimetro do condutor e do comprimento de onda e na prtica ela varia de 62 a 68

Ohms. A reduo do dipolo de meia onda, em torno de 5%, para que ele alcance acondio de ressonncia, faz com que a resistncia de irradiao varie tambm.

252240

213060 l,, == Ae

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O slide acima mostra o diagrama do dipolo de meia onda comparado antena

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isotrpica e ao dipolo curto.

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Quando as dimenses fsicas do dipolo ultrapassam um comprimento de onda,

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surgem vrios lbulos de igual intensidade e outros secundrios. Nessa caso no

faz sentido definir os parmetros da antena a no ser que se defina o lbulo emquesto.

O diagrama de irradiao tambm afetado pelo dimetro do tubo que formaos braos do dipolo. Cabe lembrar que, a anlise inversa pode ser aplicada, ouseja, dado que uma antena do tipo dipolo foi construda para a frequncia fo, se afrequncia for alterada de forma significativa, pode-se mudar completamente seucomportamento. O diagrama de irradiao pode deslocar seu mximo para asmais variadas direes.

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O dipolo dobrado construdo de dois dipolos com as extremidades

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interligadas. necessrio que a separao entre os condutores seja muito menor

do que o comprimento de onda.Para o dipolo dobrado com tamanho igual a /2 sua impedncia igual a

300, o que o torna muito conveniente para uso na recepo de TV. A largura defaixa tambm aumenta e da ordem de 45% em relao a f0. ( no dipolo de meiaonda simples de 34%).

Para que esta antena atue como dipolo dobrado necessrio que a separaoentre os condutores seja muito menor do que o comprimento de onda.Tipicamente, o valor dessa separao no deve ultrapassa 5% de .

Naturalmente, como todas as antenas, existem inmeras variaes em trono daidia, ou seja, pode-se variar o comprimento fsico em relao e construir de

forma assimtrica para os dimetros dos tubos, gerando uma infinidade decaractersticas diferentes.

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Utilizando as propriedades de reflexo no solo pelas ondas eletromagnticas,tornou-se ossvel realizar muitas a lica es ara antenas verticais

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principalmente em radiodifuso em frequncias mais baixas.

Com apenas a metade do dipolo instalado, perpendicular as solo, gera-se omonopolo vertical como pode ser visto no slide.

Quando o monopolo vertical se situar bem prximo do solo, fica praticamenteunida sua imagem e o conjunto funciona como se fosse uma antena com odobro do tamanho.

A impedncia de entrada do monopolo vertical igual metade da do dipolosimtrico correspondente e raciocnio semelhante pode ser feito a resistncia deirradiao.

Essa antena largamente utilizada em sistemas de radiodifuso, devido sua

caracterstica omnidirecional no plano horizontal.Como a imagem no solo refletida, o campo irradiado o dobro do dipolo, ou seja, a diretividade domonopolo vertical duas vezes a do dipolo equivalente, assim, um monopolocurto possui D=3 e o monopolo de/4 tem D=3,28 ou 5,15 dBi.

Os diagramas de irradiao do monopolo vertical tambm se comportamaproximadamente como os do dipolo secionado ao meio (ver diagrama do dipolocurto visto anteriormente). O mximo do diagrama de irradiao nem sempreocorre na direo do horizonte, fato desejado para as emissoras de radiodifuso.A altura do monopolo que determina a intensidade de campo na direo dohorizonte.

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As redes (Arrays) so formadas por dipolos ou outras antenas situadas lado a

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lado de forma que as contribuies de cada uma somadas ou subtradas, geram

diagramas dos mais variados tipos. Em geral, o objetivo reforar os lbulosmaiores de forma a aumentar o ganho da antena como um todo. Isso verdadeprincipalmente nas redes denominadas end-fire e broadside.

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As redes (Arrays) so formadas por dipolos ou outras antenas situadas lado a

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lado de forma que as distribuies de cada uma somadas ou subtradas, geram

diagramas dos mais variados tipos. Em geral, o objetivo reforar os lbulosmaiores de forma a aumentar o ganho da antena como um todo. Isso verdadeprincipalmente nas redes denominadas end-fire e broadside.

Os exemplos mostram que variando-se a alimentao das antenas e a distnciaentre elas possvel formatar e orientar o diagrama do conjunto. Esse princpio utilizado nas antenas de varredura eletrnicas onde a antena fisicamentepermanece esttica e atravs do computador executa-se defasagens individuaisnos mltiplos elementos irradiantes gerando assim a orientao do feixe, bemcomo o formato do diagrama.

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Essa rede apresenta um diagrama de radiao no qual o lbulo principal est

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na direo perpendicular ao eixo da rede. No caso dos elementos estarem

dispostos ao longo do eixo x, a mxima radiao a 90 e 270. Os elementos darede devem ser alimentados em fase.

No slide acima vemos o exemplo de dois elementos formando uma redebroadside, nesse exemplo de rede os dois dipolos de meia onda esto em fase eespaados de /2. Podemos visualizar os diagramas de irradiao comparado aodipolo simples. O ganho dessa rede de 6 dBi.

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O diagrama gerado por essa rede apresenta o lbulo principal na direo do

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eixo da rede. Assim sendo, quando os elementos estiverem no eixo x, o mximo

campo ao longo desse eixo obtido a 0 e 180 . Os elementos devem seralimentados com fases retardadas ou adiantadas, conforme desejado a direo dolbulo principal.

No slide acima vemos um exemplo de dois elementos formando uma redeend-fire, onde os dois dipolos de meia onda em oposio de fase estoespaados de /2. O ganho do conjunto de 4,4 dBi, o que mostra que a redebroadside apresenta maior ganho do que a rede end-fire.

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Trata-se de uma rede de N dipolos cujos comprimentos diminuem

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progressivamente obedecendo a uma relao constante denominada relao de

projeto (). As separaes entre os elementos tambm diminuemprogressivamente obedecendo a mesma relao de projeto. O sistema adotado naalimentao tal que a mxima irradiao ocorre na direo do menor elementoda rede.

A antena Log Peridica uma antena utilizada no domnio dascomunicaes profissionais e fundamentalmente nas faixas de ondas-curtas. Estaantena utiliza-se sobretudo quando se tem necessidade de explorar vastos planosde freqncias, como as situaes decorrentes da monitorizao de comunicaesradioeltricas, incluindo por exemplo, outras atividades de investigao edesenvolvimento, onde se incluem as medidas espectrais e de compatibilidade

electromagntica.

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Temos LLR

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Sendoa relao de projeto e seu valor situa-se entre 0,8 e 0,98.

Admitindo-se que o dipolo (2), da figura do slide, esteja na condio deressonncia em um freqncia especificada. O dipolo (1), por ser de maiorcomprimento, age como refletor e os dipolos (3) e (4) atuam como diretores.Ento nesta freqncia tem-se mxima irradiao no sentido do vrtice da antena.Os dipolos menores que estiverem muito fora da ressonncia tm elevadareatncia de entrada e sua corrente fica muito pequena. Ento a contribuiosobre o campo irradiado tambm diminui muito. Assim, nessa freqncia tem-se

apenas um conjunto de dipolos que esto efetivamente trabalhando. Este conjuntorepresenta aregio ativada antena.

Aumentando a freqncia o dipolo (3) entra em ressonncia, o dipolo (2) passaa agir como refletor e o dipolo (4) atua como diretor mantendo o ganho da antenaconstante. Ou seja, com o aumento da freqncia toda a regio ativa deslocou-sena direo do vrtice da rede.

Alcanaremos uma freqncia na qual o nmero de dipolos que agem comodiretores comea a diminuir e o ganho da rede cai de valor. Isto determina afreqncia mxima da rede. Conclui-se que este sistema garante a atuao emfaixa larga. possvel encontrar rede deste tipo com largura de faixa de 10:1,

com ganhos entre 7dBi e 10dBi.

====

11 NNNN

LLRR

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As antenas Yagi so utilizadas desde a faixa de HF at UHF (alguns MHz a

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centenas de MHz) sendo entretanto o peso de sua aplicao localizado na faixa de

VHF. So antenas constitudas de um dipolo excitador (simples ou dobrado), umelemento refletor e um certo nmero de diretores que varia com o projeto daantena.

O detalhamento do projeto de uma antena Yagi razoavelmente complexo,existindo entretanto tabelas que permitem determinar o nmero de elementosnecessrios, suas dimenses e espaamentos como funo do ganho desejado,faixa passante, relao frente-costa e impedncias requeridas.

At o limite de 5 ou 6 elementos o projeto da Yagi pode ser feito obtendo-seganhos da ordem de 10 dB, com largura de faixa de 2% e relao frente-costa de15 dB. Ganhos mais elevados exigem um nmero maior de elementos, sendo

entretanto difcil manter o compromisso com a faixa de passagem e impednciasdesejadas, que diminuem com o aumento do nmero de elementos.

Para aumentar a diretividade so utilizadas mais de uma antena Yagi,instaladas em planos diferentes, de modo que a composio resultante tenha umdiagrama de irradiao com as caractersticas de diretividade e relao frente-costa superiores aos da Yagi isolada. Esta configurao chamada deempilhamento de Yagi.

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Como comentado anteriormente, a antena Yagi-Uda consiste essencialmente

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de um elemento excitador ou alimentador e elementos parasitas ou em curto,

sendo que esses elementos parasitas dividem-se em refletores e diretores,conforme mostra a figura do slide.

Onde:

li- Comprimento dos diretores;

Sik - Espaamento entre os diretores;

2a - Dimetro do tubo.

O excitador um dipolo que tem por funo alimentar o arranjo dos elementos

parasitas. O refletor geralmente maior que o excitador e este maior que oelemento diretor.

O elemento ativo projetado para ficar prximo da condio de ressonncia.Se colocarmos lado a lado um dipolo com comprimento ligeiramente maior (5%maior, aproximadamente), o diagrama de irradiao resultante apresenta valormximo no lado do elemento excitado. Neste caso o elemento parasita chamadoderefletor. Se o elemento parasita for ligeiramente menor do que o elementoativo (5% menor), a mxima irradiao ocorre no lado do elemento parasita, queneste caso recebe o nome dediretor.

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possvel combinar a ao do diretor e do refletor em uma rede de trselementos. Em geral, tm-se redes com um refletor, um elemento ativo e vriosdiretores (usualmente no passa de 15 elementos). Com isso torna-se possvelobter uma antena com ganho bem elevado.

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67

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68

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69

z

y

x

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Com uma configurao simples as antenas helicoidais obtiveram uma grande

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utilizao no campo dos irradiadores eletromagnticos. A antena helicoidal

consiste basicamente de um condutor em forma de hlice, tendo uma placametlica em sua base servindo como plano de terra. Esse tipo de estrutura alimentada usualmente por meio de uma linha de transmisso coaxial, sendo amalha do cabo coaxial conectada ao plano de terra e o condutor central conectadoa antena.

A antena helicoidal uma estrutura de banda larga, onde suas caractersticasde irradiao variam pouco com uma dada faixa de freqncia. Ela muitoutilizada em enlaces de radio-propagao por possuir alto ganho e facilidade deimplementao. Os principais modos de irradiao so o normal (ou transversal)e o axial (ou longitudinal).

Um parmetro importante na anlise das propriedades de irradiao dessaantena o ngulo de passo (), definido como :

C

S

D

Stg ==

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O diagrama de irradiao funo das dimenses da hlice. Quando estasdimenses so pequenas comparadas com o comprimento de onda o mximo deirradiao ocorre na direo perpendicular ao eixo da hlice, determinando assim omodo normal (transversal) de propagao. Quando o dimetro (D) e oespaamento (S) so comparveis ao comprimento de onda, a irradiao

observada na direo do eixo da hlice para onde aponta um lbulo estreito,ladeado por lbulos menores, determinando assim o modo axial de propagao.Este ltimo modo mais encontrado na prtica. Uma caracterstica da hlice quenessas condies a irradiao do lbulo circularmente polarizada.

Para o ngulo de passo () entre 12 e 18 e o comprimento de espira C=.Dentre (3/4). e (4/3). obtemos um bom funcionamento da hlice, com umdiagrama de irradiao e impedncia de entrada resistiva aproximadamenteconstantes numa faixa de 2:1.

Algumas caractersticas bsicas da antena operando na forma axial so :

Diretividade

Largura do Feixe

( )3

2...15log10

CSNdBD

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Impedncia de entrada

Onde: N nmero de espiras

S passo da hlice

C comprimento da espira

O aumento do nmero de espiras cresce a diretividade e estreita o lbulofuncionando estas como diretores alimentados, mas causa entretanto umalimitao na largura de faixa da antena, e modifica sua impedncia, aumentando ovalor das componentes reativas (desprezadas na equao acima)

grausSNC .

ohmsC

R

140

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Como exemplo podemos citar que uma antena helicoidal de 7 espiras, com C=e=12 possui as seguintes caractersticas:

- Irradiao axial

- Diretividade: 13 dB- Largura do feixe: 42 graus

- Impedncia 140 ohms resistiva

- Largura de faixa 2 para 1

As hlices podem ser combinadas em redes, obtendo-se sistemas de antenasaltamente diretivos, pela combinao conveniente dos diagramas de irradiao dashlices.

As antenas helicoidais so de grande aplicao nos sistemas detelecomunicaes de mdia capacidade em UHF, at os 2 GHz aproximadamente,sendo tambm usadas como excitadores (iluminadores) em sistemas de antenascom refletores parablicos.

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Modo Normal

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A condio bsica para a operao da antena helicoidal no modo normal que

N.L0

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A corneta basicamente um guia de ondas com a extremidade aberta, onde

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parte da energia reflete-se por causa da mudana brusca nas condies de

propagao. Entretanto, parte da energia irradiada, mostrando que aextremidade aberta do guia de ondas j pode atuar como se fosse uma antena.Efetuando uma mudana suave nas dimenses transversais do guia constri-seuma antena mais eficiente, denominada corneta eletromagntica.

As cornetas assumem uma importncia considervel dentre as antenas, devidosua versatilidade de uso na faixa de microondas. Em geral as cornetas so usadascomo alimentadores para as antenas com mltiplos refletores e so denominadasfontes primrias de irradiao. Entretanto, tambm comum utilizar-se cornetascomo antenas simples, sem refletores, quando o ganho alto no necessrio.

Assim como nas frequncias mais baixas, os dipolos so boas fontes de

referncia para medidas e nas frequncias mais altas as cornetas so largamenteusadas pra referncia em medidas.

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O fato das antenas cornetas serem usadas largamente como referncia de

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medidas em frequncias altas d-se devido as cornetas apresentarem em

geral as seguintes caractersticas:

Ganho bem definido (funo da frequncia)

Baixo nvel de polarizao cruzada

Boa estabilidade e resistncia mecnica

Diagramas com baixos nveis de lbulos laterais, etc .

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As variaes da abertura determinam suas caractersticas de irradiao. Nota-

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se que no mesmo guia de ondas retangular simplesmente serrado j uma boa

fonte de irradiao, com aproximadamente 14 dB de perda por retorno e cerca de9 dBi de ganho.

No slide, vemos os diversos tipos de cornetas onde pode-se observar quemesmo nos tipos mais simples de cornetas torna-se fcil controlar parmetroscomo diagramas nos planos E e H (cornetas setoriais), faixa de frequnciasatravs das dimenses do guia de ondas e at mesmo obter diagramasomnidirecionais (corneta bicnica).

O modelo mais utilizado de corneta a denominada piramidal, sendo deconstruo fcil e largamente utilizada como referncia para medidas de outrasantenas e como elemento de captao para medidas de intensidade de campo ou

de interferncia, bem como na situao de alimentador.

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Sempre que um refletor aproximado de uma fonte irradiante, a tendncia

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reirradiar o sinal que chega sua superfcie, reforando assim, o sinal original em

uma dada direo.Consta que Hertz utilizou um cilindro parablico em 1888, nas experincias

para comprovar as teorias de Maxwell.

Antes da II Guerra Mundial, no foi muito utilizado pela dificuldade em seobter fontes de alta frequncia e s comeou a acelerao de seu uso com oadvento do Radar em 1935.

Tambm contriburam com os estudos iniciais das antenas com refletores adescoberta de fontes de ondas de rdio extraterrestres que deu origem a rdioastronomia. Com isso foram necessrios cada vez mais refletores de grandespropores.

Assim todos os tipos de antenas estudadas, sempre possvel a partir de umaidia bsica gerar uma grande quantidade de variaes com o objetivo de atenderas diversas exigncias de projeto de sistemas. Com isso os refletores so usadosextensamente para modificar o diagrama de irradiao de um elemento irradiante.

No slide acima, foram mencionados alguns tipos de geometrias com refletoresque veremos a seguir.

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A antena colocada prxima a uma chapa plana, onde ter sua imagem

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formada atrs dela. Isto far com que o sistema comporte-se como uma rede de

antenas. Dependendo da distncia da antena desta chapa plana, o diagrama deintensidade de campo sofrer alterao.

O refletor plano pode ser estudado pelo mtodo das imagens, ou seja, oelemento ativo que compe a antena posicionado prximo da chapa plana emprincpio infinita e tem sua imagem atrs dela, comportando-se como uma rede.

A aplicao mais importante dessa tcnica a rea de radiodifuso, onde solargamente utilizados os painis de dipolos.

Essa configurao trata-se de uma rede transversal (broadside) com umrefletor associado.

No slide acima vemos um painel de 8 dipolos de onda completa que soalimentao de forma a se obter a defasagem de 0 utilizando-se distnciasadequadas entre elementos e alimentao.

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Um exemplo real dessa antena pode ser visto acima, que um painel para a

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faixa de 174 223 MHz utilizado na transmisso de TV, bem como seus diagramas

nos dois planos. Percebe-se que essa configurao nos fornece um feixe largo noplano horizontal (maior abrangncia) e estreito no vertical contribuindo para oaumento do ganho.

O diagrama de irradiao apresentado foi traado para f=190 MHz, sendo alinha cheia no plano horizontal (3dB)

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Duas placas formam um refletor de canto como mostra a figura a seguir

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formando uma antena diretiva. As caractersticas eltricas dessa antena mudam

em funo da distncia do dipolo ao vrtice.Os ngulos normalmente variam de 60 a 180 que o caso limite (placa

plana).

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Na prtica muito comum utilizar-se refletores do tipo grade, sendo que para

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esse caso obtm-se uma boa antena com as seguintes caractersticas:

ngulo de canto: 90

S =/2 e L= 2S

H0,6e G0,1

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So apresentados os diagramas de irradiao no plano H para o refletor de

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canto, para distncias de 1/2, 1e 1,5do dipolo ao vrtice. O ganho dado em

relao ao dipolo de meia onda.

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Os sistemas de microondas em visibilidade, por operarem com potncias detransmisso na faixa de 100mW e alguns Watts, empregam antenas muito

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diretivas. Isto se torna necessrio para concentrar a potncia transmitida num

feixe muito estreito, na direo da antena receptora, e tambm para minimizar airradiao pelos lbulos secundrios, a qual pode produzir interferncias emoutros lances operando na mesma frequncia.

As antenas de microondas dever ter largura de faixa suficiente para atransmisso e recepo de vrios canais rdio que operam em paralelo, emfrequncias distintas, numa mesma faixa (por exemplo em torno de 4 GHz). Ocasamento com o sistema de alimentao (cabo coaxial ou guia de onda) deve sero mais perfeito possvel, pois na faixa de microondas o aparecimento de ondasestacionrias causa severas distores no sinal.

Como na faixa de microondas o comprimento de onda pequeno (de 1,5 a

30 cm), torna-se necessria grande preciso nas dimenses dos elementosconstitutivos da antena. Devem ainda ser de fcil instalao, apresentandomecanismos de ajuste de posio que permitam o perfeito alinhamento com aoutra antena do sistema, e robustas o suficiente para permanecerem em operaocontnua durante no mnimo 20 anos.

As antenas de microondas so normalmente constitudas de um elementoirradiador bsico, ligado ao sistema de alimentao (coaxial ou guia), chamadode alimentador ou iluminador , e um refletor, podendo existir outro refletorsecundrio, caso em que o primeiro passa a se denominar refletor principal.

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Refletores

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O tipo de superfcie refletora (principal) quase universalmente empregadaconsiste num parabolide de revoluo, sendo que o irradiador bsico se localizano foco do parabolide.

As seguintes propriedades da superfcie refletora, com formato parablico,podem ser observadas:

Todos os raios provenientes do iluminador, localizado no foco (F), seguemtrajetos paralelos ao eixo da parbola, aps a reflexo. Isto permite ento umagrande concentrao da energia irradiada em torno desse eixo, com a conseqenteelevao da diretividade da antena. (Essa propriedade muito conhecida em tica

no estudo dos espelhos parablicos, onde os raios de luz incidentes paralelamenteao eixo convergem para o foco.)

Para dois raios quaisquer que se refletem na superfcie do parabolide ospercursos FGH e FIJ so iguais. Assim, os campos tero a mesma fase nos pontosJ e H, os quais estaro portanto situados numa mesma frente de onda. Logo autilizao do refletor permite a irradiao de uma onda plana com a potnciaconcentrada em torno do eixo do parabolide.

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Deve-se observar que a energia sofre disperso no espao com a distncia

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(atenuao proporcional ao quadrado da distncia), sendo que os raios podem ser

imaginados como normais a frentes de onda provenientes de fontes pontuaisdistribudas na superfcie do parabolide.

As dimenses do refletor, definidas pelo dimetro da abertura (d) e peladistncia focal (f) determinam as caractersticas principais da antena.

Deve existir um compromisso entre d e f, de modo que o iluminamento noseja insuficiente, cobrindo apenas parte do refletor (figura b acima) e , poroutro lado, no haja desvio de uma parcela significativa da energia para fora dasuperfcie refletora (figura c acima).

O iluminamento insuficiente, produz uma reduo no ganho da antena. Istopode ser entendido, lembrando que o ganho diretamente proporcional rea

efetiva. Neste caso a rea efetiva proporcional rea fsica do refletor. Oiluminamento insuficiente equivale a uma reduo da rea til do refletor,reduzindo assim a rea efetiva e o ganho. Nesta situao ocorre entretanto umagrande reduo das amplitudes dos lbulos secundrios do diagrama deirradiao.

Na situao apresentada na figura c, embora toda a superfcie do refletor sejautilizada, ocorre uma reduo do ganho, j que um parte significativa da potnciano refletida, sendo perdida. Nesse caso verifica-se ainda, adicionalmente, umexcessivo aumento da amplitude dos lbulos secundrios,

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bem como da irradiao para a direo oposta (diminuio da relao frente-costa).

Deve-se, portanto, procurar o melhor compromisso entre os dois efeitosanteriormente mencionados, sendo que na prtica a relao f/d se situa

normalmente bem prxima ao valor 0,4, com o qual se consegue uma boacondio de iluminamento.

Quanto s caractersticas de construo dos refletores, vale a pena ressaltarque so constitudos de uma superfcie de alumnio onde se toleramirregularidades de no mximo /16, condio difcil de ser obtida parafrequncias altas (muito pequeno).

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Alimentadores

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Os alimentadores so os elementos ativos (irradiantes) das antenas de

microondas. Quanto a sua constituio podemos classifica-los segundo as formasmais usuais, em:

- Alimentadores tipo dipolo.

- Alimentadores tipo corneta (Horn).

Os alimentadores tipo dipolo so usados para as frequncias mais baixas dafaixa de microondas (inferiores a 2 GHz) e empregam como elementosirradiantes um dipolo simples, ou dipolo com elementos parasitas ou ainda umconjunto de dipolos.

Os alimentadores tipo corneta (Horn), empregam trechos de guia de onda de

dimenses crescentes, sendo utilizados para as frequncias mais altas da faixa demicroondas (acima de 2 GHz).

Dependendo da forma como a linha de transmisso (coaxial ou guia) posicionada em relao ao refletor, os alimentadores so classificados em frontaisou no frontais. No alimentador frontal a linha de transmisso contorna o refletore a energia (atravs do alimentador) ilumina o refletor sem alterar seu sentido dedeslocamento. No alimentador no frontal a linha de transmisso penetra pelaparte posterior do refletor e a energia inverte seu sentido de deslocamento paraproceder iluminao.

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Caractersticas bsicas das antenas parablicas:

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Diretividade e Ganho

O ganho (G) de uma antena parablica funo do dimetro (d) e docomprimento de onda (), e determinado pela seguinte expresso:

A eficincia () no mximo igual a 1 (caso ideal), sendo que na prtica assumevalores de 0,55 a 0,65, significando um ganho de 55% a 65% do valor ideal. Emsistemas que utilizam alimentadores mais complexos pode-se chegar a umaeficincia de 75%, em geral empregando refletores auxiliares.

Faixa de Passagem

A faixa de passagem de uma antena parablica limitada pela VSWR

2

.log10

=

dG

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tolerada. A largura de faixa pode atingir valores de 10% ou mais para valores de

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VSWR variando de 1,04 a 1,15.

Largura de Feixe

A largura de feixe de uma antena, conforme j foi visto, definida como ongulo entre os pontos que apresentam atenuao de 3 dB em relao ao valormximo do diagrama de irradiao da antena. Este parmetro s tem significadono caso de antenas que apresentam um diagrama de irradiao com lbuloprincipal bem distinto, como o caso das antenas parablicas, no sendorepresentativo para os sistemas que possuem vrios lbulos de mesma grandeza.

A largura de feixe, em graus, para uma antena parablica convencional podeser expressa de forma aproximada por:

d

70=

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onde,

- largura do feixe (graus)

d - dimetro do refletor

- comprimento de onda

Essas larguras de feixe so bastante estreitas, variando de aproximadamente1,1 em 6 GHz a 3,4 em 2 GHz para uma antena de 3 metros de dimetro.

Existem alguns limites impostos largura mnima do feixe, e portanto notamanho mximo das antenas, devido a ocorrncia de refrao na atmosfera. Porexemplo, a largura do feixe de uma antena de 4,5 m de dimetro operando em 6GHz de aproximadamente 0,9. Conforme visto anteriormente o feixe demicroondas se refrata na atmosfera, podendo se desviar, em determinadascondies, - 0,3a + 0,4da direo normal de propagao. Isto significa que

uma antena muito grande, com um feixe muito estreito, pode resultar naatenuao do sinal, devido ao fato anteriormente mencionado.

Relao Frente-costa

Para as antenas de microondas apresentam valores de relao frente-costa quevariam de 20 dB a 70 dB. Valores elevados da relao frente-costa sonecessrios para que a irradiao em um lance no interfira no lance adjacente,

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cuja antena se encontra justaposta e de costas para a antena do lance em questo.

Atenuao de lbulo lateral

No s a energia irradiada no sentido contrrio ao mximo deve serminimizada, como tambm aquela correspondente aos lbulos laterais adjacentesao principal. Esta irradiao pode tambm ser uma fonte de interferncia tantopara outros sistemas que operam em regio prxima, na mesma frequncia, comoproduzir interferncia entre os lances do mesmo sistema. A atenuao do lbulolateral definida de forma semelhante relao frente-costa, considerando-se

agora o lbulo adjacente ao principal e no o oposto a este. Valores tpicos variamde 20 dB a 50 dB.

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Observa-se no comparativo acima que para uma mesma frequncia (foi

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tomado como exemplo a frequncia de 26 GHz) uma antena com dimetro maior

ter um ngulo de abertura de feixe menor.Outra anlise importante, conforme vemos acima, que quanto maior o

dimetro da antena, para uma mesma frequncia analisada, o ngulo de aberturaser cada vez menor.

importante manter uma relao tima entre dimetro da antena e afrequncia de trabalho, pois se, por exemplo, utilizar uma antena muito grandecom altas frequncias, o sinal ficar to concentrado que tornar difcil manter oenlace estvel. Assim como, antenas muito pequenas para frequncias muitobaixas podem provocar um espalhamento exagerado, poluindo o espectro defrequncias.

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Na definio do tamanho da antena, na etapa do planejamento do enlace,

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muito importante observar que o dimetro definido no somente estar

relacionado com o ganho mas tambm com fatores ambientais, principalmente ovento.

Quanto maior o dimetro da antena, mais aprimorado ter de ser o projeto deseu suporte, ficando assim mais crtico mant-la alinhada em situaes onde ovento pode atingir velocidades razoveis.

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Os dados acima so apenas uma referncia, conseguidas atravs de

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informaes de alguns fabricantes. Em nosso pas no comum condies

climticas to adversas porm interessante analisar que so levadas emconsiderao nos projetos de rdio enlace.

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Diagrama de Irradiao

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Apresenta-se aqui o diagrama de irradiao de uma antena de microondas,com polarizao horizontal, 1,8 metros de dimetro, com alimentador tipocorneta retangular e operando na frequncia de 7 GHz.

Para maior facilidade de estudo o diagrama foi traado em coordenadasretangulares (e no polares), apresentando no eixo horizontal a posio angularem relao direo do mximo de irradiao e, no eixo vertical, o ganho (emdBi) nas diferentes direes em relao ao mximo, referenciado em 0 dB.

Estes diagramas so indispensveis nos casos de estudos de interferncia, ondea atenuao sofrida pela energia irradiada em determinadas direes

estabelecidas deve ser calculada.Observa-se um grande pronunciamento do mximo em relao irradiao emqualquer outra direo, como caracterstico nas antenas de microondas.

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Polarizao

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A polarizao da antena de microondas funo do tipo e orientao doalimentador, conforme j discutido. Dessa forma existem antenas de polarizaosimples (horizontal ou vertical), de dupla polarizao (horizontal e vertical) epolarizao circular.

As antenas de polarizao simples utilizam apenas um alimentador, com aorientao de modo a produzir a direo desejada para o campo eltrico segundoo mximo do diagrama de irradiao.

As antenas de dupla polarizao utilizam dois alimentadores justapostos, umem polarizao vertical e outro em horizontal.

A polarizao circular normalmente obtida com a corneta circular.Convm ressaltar que uma antena de uma certa polarizao (horizontal por

exemplo) sempre receber segundo o mximo do diagrama uma certa parcela deenergia de uma onda incidente com polarizao cruzada da antena (vertical nocaso). O mesmo raciocnio vale para uma antena funcionando, comotransmissora, onde uma pequena parcela da energia total irradiada napolarizao cruzada antena. Isto ocorre porque as antenas apresentamdimenses finitas no sentido da polarizao cruzada, alm de existiremimperfeies na construo das mesmas.

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Assim ocorre a induo de correntes correspondentes a direes de campo

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eltrico perpendicular polarizao definida para a antena.

Um parmetro muito importante numa antena o isolamento entre aspolarizaes. Este isolamento definido como a relao entre as potnciasrecebidas por uma antena de uma certa polarizao (horizontal por exemplo)quando nela incide segundo o mximo do diagrama de irradiao uma onda deigual polarizao (horizontal no caso) e de polarizao cruzada. O mesmoconceito vale para a antena transmissora quanto irradiao da mesma.

Na prtica consegue-se obter um isolamento de 20 dB entre polarizaescruzadas, ou seja, uma antena com uma certa polarizao irradiar ou recebersegundo o mximo do diagrama com uma atenuao adicional de 20 dB acomponente do campo com polarizao cruzada.

importante observar que o meio de transmisso causa uma alterao nadireo do campo eltrico, principalmente devido a refraes e reflexes. Assim,apesar da antena transmissora ter uma certa polarizao, na antena receptora aonda poder chegar com uma componente de polarizao cruzada transmitida,de valor aprecivel.

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Antena Parablica Simtrica

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So antenas onde o alimentador (de um tipo qualquer) posicionado ao longodo eixo de revoluo do parabolide, e se usa como refletor uma parte dasuperfcie do parabolide simtrica em relao a esse eixo.

Essas antenas so as mais simples e econmicas, tendo larga aplicao, sendoutilizadas em sistemas onde o projeto no requer condies especiais comorelao frente-costa muito elevada ou grande atenuao de lbulos secundrios.Trabalham com polarizao simples ou dupla, sendo que no segundo casoapresentam ganho um pouco menor, em conseqncia de um sistema dealimentao mais complexo, que envolve dois alimentadores, um parapolarizao vertical e outro para horizontal.

Existe um problema na antena parablica simtrica com alimentao frontalque tende a elevar o valor da relao de onda estacionria na mesma. Desde que oalimentador tem um determinado tamanho fsico, parte da irradiao incidente norefletor retorna ao alimentador, causando a elevao do valor da R.O.E.. S esseefeito eleva a R.O.E. de 1,02 a 1,06, dependendo das dimenses do alimentador eda frequncia.

A colocao de uma placa no centro do refletor, conhecida como placa devrticedispersa os raios incidentes naquela regio reduzindo o efeito nocivo da

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reflexo sobre o alimentador. As placas de vrtice so usualmente instaladas emconjunto com o alimentador, quando a antena montada.

Como principais caractersticas eltricas das antenas parablicas simtricas,podemos citar:

- Eficincia (a) : na faixa de 0,50 a 0,55.- Relao de Onda Estacionria (R.O.E.) : de 1,04 a 1,15 dependendo daconstruo do conjunto refletor/alimentador e da frequncia.

- Atenuao de lbulo lateral : 20 dB.

- Relao frente-costa (RFC) : de 20 dB a 50 dB.

- Com relao ao ganho, a tabela abaixo apresenta valores tpicos observadospara vrias faixas de frequncia.

FREQUNCIA

(GHz)

GANHO DA ANTENA (dBi)

DIMETRO DO REFLETOR (metros)

1,5 3,0 4,0 5,0

2 26,9 33,5 * *

4 33,0 39,3 41,5 43,4

108

* Dimenses no usuais para as frequncias em questo

As antenas parablicas simtricas so utilizadas tambm nos sistemas emtropodifuso. Para lances de at 200 Km, so usadas antenas semelhantes s janalisadas. Em lances maiores tornas-se necessrio a utilizao de antenas dealtssimo ganho. Isto obtido atravs do uso de refletores de grandes dimenses,tipo painel, (Bill Board), suportados por estruturas metlicas especiais, sendo oalimentador instalado em pequenas torres, localizado no foco do parabolide doqual o painel apenas uma pequena parte.

6 36,5 43,0 45,0 46,9

7 37,8 43,9 46,3 48,3

8 39,0 45,2 47,5 49,4

11 41,6 47,7 * *

13 42,0 48,5 * *

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Antena Parablica Assimtrica

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So antenas na qual o alimentador posicionado perpendicularmente (no casogeral obliquamente) em relao ao eixo do parabolide, sendo usada comorefletor uma parte da superfcie do parabolide que no simtrica em relao aoreferido eixo.

Um dos problemas existentes na antena parablica comum era a elevao daR.O.E. pela reflexo sobre o alimentador. A utilizao da placa de vrtice,embora minimize este efeito, produz uma reduo no ganho, pela diminuio darea til do refletor

As antenas assimtricas apresentam como principais caractersticas :

- Eficincia (a) : na faixa de 0,60 a 0,65.- Relao de Onda Estacionria (R.O.E.) : prxima a 1,02

- Atenuao de lbulo lateral : 60 dB.

- Relao frente-costa (RFC) :70 dB

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A tabela abaixo apresenta valores tpicos de ganho de uma antena assimtrica dealimentao normal ao eixo de revoluo, e rea de abertura (rea da superfciedo parabolide projetada na direo de propagao) igual a 6,3 m2.

.

FREQUNCIA (GHz) GANHO (dBi)

2 33,3

4 39,3

6 42,8

7 44,1

11 48,0

110

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Como o prprio nome j nos diz, a antena Off-set utiliza sua iluminao

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primria fora da regio de abertura da antena. O alimentador fica aparentemente

deslocado, se comparado com outras antenas refletoras, ou seja, no apresentasimetria geomtrica no plano vertical da construo da antena.

A antena Off-set largamente utilizada principalmente como VSAT (VerySmall Aperture Terminal), ou seja, estaes de transmisso e recepo via satlitede baixa velocidade para dados de computador.

Como a Off-set fundamentalmente gerada a partir de uma parbola, o seufoco permanece no ponto focal da parbola que a gerou, porm o alimentadordeve ser adequado para iluminar o refletor, sendo que nesse caso existe umainclinao entre o eixo do alimentador e o eixo que passa pelo vrtice/foco daparbola.

importante salientar que esse modelo de antena viabilizou muito projetosque tem como restrio principal o uso de alimentadores grandes em relao abertura, ou devido a necessidade de formatar o diagrama de irradiao obriga-seao uso de mltiplo alimentadores em forma de rede (Array).

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Antena Cassegrain

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Para os parabolides de grande dimetro de abertura torna-se difcil atingiruma boa eficincia de iluminamento a partir da irradiao direta da cornetaalimentadora. Alm disso, com o crescimento do dimetro de abertura (d) deveser aumentada a distncia focal (f) de modo a se manter a relao aproximada f/d= 0,4. Isto acarreta na necessidade de utilizao de alimentadores mais longos,que introduzem maiores perdas e so de mais difcil fixao mecnica. Umaantena que contorna esses problemas chamada de Cassegrain.

Alm dos sistemas de microondas em visibilidade estas antenas encontrammuita aplicao nos sistemas via satlite e sistemas de radares, que empregamrefletores de grandes dimenses e/ou devem usar sistemas de alimentao curtos

(por problemas de mobilidade na orientao da antena e para reduzir as perdas).Os parmetros eltricos das antenas Cassegrain tm valores prximos aos das

antenas parablicas simtricas, considerando-se as mesmas dimenses.

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Os sistemas de microondas em visibilidade, por operarem com potncias de

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transmisso na faixa de 100 mW a alguns Watts, empregam antenas muito

diretivas. Isto se torna necessrio para concentrar a potncia transmitida numfeixe muito estreito, na direo de antena receptora, e tambm pra minimizartanto as interferncias causadas em enlaces prximos ou receber interfernciasdesses enlaces operando na mesma faixa de frequncias.

Esta alta diretividade alcanada com a utilizao de antenas parablicas.

As antenas parablicas so normalmente constitudas de um elementoirradiador bsico, ligado ao sistema de alimentao, chamado de alimentador ouiluminador, e um refletor.

As caractersticas eletromagnticas das antenas parablicas so determinadaspela regularidade da superfcie do refletor e pela qualidade do projeto do

alimentador.

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O refletor parablico possui a seguinte propriedade : a energia incide

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paralelamente ao eixo do parabolide e refletida em sua superfcie,

concentrando-se no foco do parabolide.Os alimentadores ou feeders podem ser de diversos tipos, como por exemplo

: dipolos com refletor, corneta, etc.

Apesar da alta eficincia deste tipo de antena, tem-se alguns problemasinerentes ao seu projeto, como por exemplo, o mostrado na figura acima.Percebe-se que parte do sinal refletido no parabolide se espalhar devido areflexo no prprio feeder. Segundo, todo o sinal deveria refletir na superfcie doparabolide e sair paralelo ao eixo, porm devido ao dimetro limitado, partedeste sinal espalhar, por incidir nas bordas do parabolide. Terceiro, parte dosinal nem mesmo incidir no parabolide, devido novamente se dimetro

limitado.Percebe-se que estes problemas sempre estaro associados com estas antenas e

visualizando seu diagrama de irradiao nota-se o aparecimento de lbulossecundrios que so indesejveis.

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Radomes

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Radomes, ou blindagens, so estruturas adicionais utilizadas nas antenas dealto desempenho e de ultra alto desempenho.