Antenas são dispositivos passivos, cuja função é transmitir e/ou receber radiações eletromagnéticas no espaço livre. Os sistemas de telecomunicações utilizam diversos tipos de antenas, conforme sua aplicação. O principal fator para determinação do modelo a ser utilizado é a freqüência que esse sistema utiliza, pois suas dimensões físicas são normalmente da ordem de grandeza do comprimento de onda associado a ela, conforme abaixo: λ=c/f, onde “λ” é o comprimento de onda em metros,” c” é a velocidade da luz no vácuo (3x10

8m) e “f” é a freqüência em Hz.

Características das antenas:

Ganho: é a capacidade de concentrar energia na recepção ou entregar energia na transmissão. O ganho de uma antena pode ser calculado relacionando-o com sua área efetiva, conforme abaixo: G= (4.π.AE) / λ

2 , onde: “G” é o ganho adimensional, “AE “ é a área efetiva em metros e

“λ” é o comprimento de onda em metros. A área efetiva pode ser encontrada pela

fórmula: AE = AR x , onde: “AR” é a área real em m2 e “” é a eficiência em decimal ou

porcentagem, sempre menor que 1. Nos manuais, o ganho normalmente é expresso em dB, então: GdB= 10.log G, onde “G” é o ganho calculado anteriormente.

Diagrama de irradiação: é a representação, em coordenadas polares ou cartesianas, da intensidade de campo irradiada ou recebida por uma antena em todas as direções do espaço. No gráfico essa intensidade é mostrada em forma de lóbulos ou nulos. Os lóbulos são as regiões de irradiação. O lóbulo principal indica a região preferencial de irradiação ou recepção. Os lóbulos secundários são as regiões secundárias de irradiação ou recepção e normalmente são indesejáveis, pois dependendo de sua intensidade, podem causar interferências. Os lóbulos secundários são uma característica intrínseca das antenas, portanto não podem ser totalmente suprimidos. Assim, são definidos parâmetros de tolerância para os mesmos pelos órgãos reguladores. No Brasil, a Norma n

o 01/97 estabelece esses parâmetros. Os nulos são

regiões onde praticamente não há irradiação ou recepção;

Exemplo de diagrama de irradiação:

Diretividade: relação entre a máxima densidade de potência irradiada pela antena e a densidade de potência que seria irradiada por uma antena isotrópica, à uma mesma distância;

Eficiência: é a relação entre a potência realmente irradiada por uma antena e a potência entregue a ela pelo transmissor. Calculamos a eficiência pela fórmula:

= PI / PR , onde: PI é a potência irradiada pela antena e PR potência entregue pelo transmissor;

Ângulo de abertura ou largura do feixe: é o ângulo formado pelos dois pontos onde o campo máximo cai de 0,707 (ou 3dB) do seu valor. Dependendo do diagrama, pode ser largura do feixe horizontal e vertical. Por exemplo, no gráfico abaixo: traça-se a direção de máxima recepção (ou transmissão), registrando nela o ponto A onde o sinal tem um pico. Calcula-se C como 0,707 de A, também na linha de máxima recepção. Considera-se OA o diâmetro de círculo e CC o diâmetro de outro círculo, traçando-os. Os dois se cru-

zam nos pontos B e D e estes formam o ângulo = BOD, que é a largura do feixe. B e D são conhecidos por pontos de meia potência, ou ainda por pontos -3 dB. Na prática eles são facilmente encontrados por medidas, sendo então usados para determinar a largura do feixe;

Relação frente-costas: é a relação, expressa em dB, entre a potência irradiada na direção preferencial e a potência irradiada no mesmo eixo da preferencial, porém defasada em 180

º . Normalmente expressa em dB, de acordo com a relação:

RFC=10.log(PF / PC), onde: “PF” é a potência irradiada na direção preferencial e “PC” é a potência defasada em 180

º .

Resistência de irradiação: é a parcela resistiva que compõem a impedência de uma antena. A impedância é composta pela parcela resistiva e pela parcela reativa, porém, como a reativa é normalmente despresível, consideramos a impedância resistiva. Ela é importante para casarmos a impedância da linha de transmissão com a antena e também no cálculo da potência irradiada por ela na direção preferencial. Assim:

RA=(2.PI) / (IP)2 , onde “IP” é a corrente de pico ao longo da antena, “RA” é a

resistencia da antena e “PI” é a potência irradiada pela antena na direção preferencial.

Largura de banda ou largura de faixa: é a faixa do espectro de freqüências na qual a antena pode operar satisfatoriamente, ou seja, suas características mantém-se dentro dos limites especificados pelo fabricante;

Potência recebida: é dada pela fórmula PR=(PT.GT.GR.2) / (4..d)

2 , onde: “PR” é a

potência recebida pela antena em watt, “PT” é a potência transmitida pela antena transmissora em watt, “GT” é o ganho da antena transmissora adimensional, “GR” é

o ganho da antena receptora adimensional, “” é o comprimento de onda em metros e “d” é a dstância entre as antenas transmissora e receptora em metros;

Polarização: é a figura obtida ao longo do tempo pelo vetor campo elétrico instantâneo, associada com a radiação de uma antena quando transmitindo. Para captação máxima do sinal, as polaridades das antenas receptora e transmissora devem ser idênticas. A polarização pode ser circular, linear ou elíptica. Em enlaces terrestres a polarização das antenas pode ser horizontal ou vertical, em relação à superfície da terra.

Tipos de antenas:

Dipolo: é formada por duas hastes ou fios condutores de mesmo comprimento, alimentados pelo centro. Sua impedância é de 73 ohms propícia à ligação com cabos coaxias de 75 ohms. Seu ganho é de 1,64 ou 2,15dB. As antenas podem ter seus ganhos relacionados ao dipolo. Nesse caso, os valores dos ganhos seriam acompanhados por dBi, onde o “i” refere-se à antena ideal isotrópica, cujo ganho é de 0dB.Tipos de antenas dipolo:

Dipolo curto: tem comprimento aproximado de 10 vezes menor que o comprimento de onda;

Dipolo de meia onda: tem comprimento aproximado de metade do comprimento de onda;

Dipolo dobrado: a impedância é de 300 ohms, adequado às linhas paralelas de TV. Exemplo de antena dipolo:

Monopolo vertical ou antena Marconi: é formada por uma haste ou fio condutor, com dimensão aproximada de um quarto do comprimento de onda. Exemplo de monopolo:

Exemplo de diagrama de radiação de monopolo:

Antena Yagi-Uda: é formada por um dipolo, um refletor Uda e um ou mais diretores, cuja função é aumentar o ganho e a relação frente-costas, diminuindo a largura de banda. O refletor é colocado atrás do dipolo principal, com objetivo de atenuar as ondas incidentes pelas costas e os diretores são colocados à frente do dipolo para o aumento da diretividade da antena. Exemplo de antena Yagi-Uda:

É comum referir-se à antena Yagi pelo número de refletores. No caso da antena acima, teríamos uma antena com 8 elementos. Exemplo de diagrama de irradiação de antena Yagi-Uda:

Antena helicoidal: é composta por uma mola ou hélice condutora e um refletor, também chamado de plano terra, conforme a figura a seguir:

Este tipo de antena é muito utilizado para transmissões na faixa de freqüências de UHF. A polarização é circular, pois os campos elétrico e magnético variam conforme a hélice. Por isso, a polarização será circular à direita, para um observador posicionado atrás do disco e enxergando a hélice avançando para a direita. No sentido contrário será chamada de polarização à esquerda. A diretividade e largura de banda são proporcionais ao número de espiras.

Antena com refletor parabólico: é na verdade um monopolo instalado no foco de uma parabola, que é chamado de alimentador ou feeder. A função da parábola é concentrar o sinal na antena (monopolo), proporcionando dessa forma um ganho. O ganho de um refletor parabólico pode ser calculado com segue: G=(k.4.π.A) / λ, onde: “k” é uma constante e é a capacidade de reflexão do refletor, “A” é a área do refletor parabólico e “λ” é o comprimento de onda. O formato parabólico o refletor faz com que apenas os sinais que vêm perpendiculares ao plano da antena se concentrem no foco. Os outros sinais, não perpendiculares ao plano da parábola, não terão um ponto de foco, não atrapalhando assim na recepção. Isto é o que torna uma antena parabólica extremamente direcional, utilizada em faixas de freqüências altas, chamadas microondas, na faixa de SHF. Tão direcional que a variação de apenas um grau de altura (vertical) ou azimute (horizontal) fora da posição já faz com que haja perda no sinal. Os principais tipos de antenas com refletor parabólico são: -Focal Point: possui o alimentador instalado no ponto focal do refletor; -Offset: o refletor é uma seção de parábola, por isso, o foco fica deslocado em relação ao eixo do sistema;

-Cassegrain: é uma particularidade da Focal Point, onde o alimentador é fixado no próprio refletor e no foco existe um sub-refletor hiperbólico, para refletir os raios para o alimentador; -Gregoriana: é semelhante à Gregoriana, porém o sub-refletor é parabólico.

Exemplo de diagrama de radiação de antena com refletor parabólico:

Alimentador

Em nosso projeto, utilizaremos antenas com refletor parabólico aplicadas em comunicações via satélite. As antenas das estações remotas serão do tipo offset com diâmetro de 1,8m. É assim chamada, pois o refletor é uma seção de parábola, permitindo que o alimentador seja colocado numa posição assimétrica (o foco da parábola fica deslocado para “fora”), não criando por esse motivo obstáculos ao sinal do satélite que é recebido e enviado pelo refletor. Outras características das antenas offset: - Lóbulos laterais menores; - Boa eficiência, na ordem de 65%; - Baixa temperatura de ruído; - Permite variedades de configuração do alimentador, sem alterar o diagrama de radiação; - Permite o uso de guias de onda, diminuindo as perdas de transmissão.

As estações remotas utilizam os terminais VSAT, que é a sigla em inglês para Very Small Aperture Terminal. As redes de comunicação via satélite que possuem essa tecnologia possibilitam a transmissão em banda larga de dados, voz e imagem através de terminais de baixo custo e permitem um maior e melhor tráfego de dados de alta velocidade e qualidade digital. Estas redes VSAT vêm sendo empregadas com sucesso em serviços de comunicação de voz, fax, videoconferências, acesso à Internet e educação a distância. Abaixo, um exemplo de terminal VSAT:

A antena da estação principal terá 3,6m de diâmetro. Como nosso projeto está sendo desenvolvido em uma região sem infra-estrutura de telecomunicações, o uso de comunicações via satélite é essencial. Assim, nossa rede de comunicações será montada conforme a ilustração abaixo: