Escolha da antena corneta cônica

Conhecidos os parâmetros pode-se identificar o tipo de antena mais adequado a cada aplicação. Antenas empregadas em comunicações que envolvam a difusão de informação diferem das que forem utilizadas em comunicações ponto a ponto. Em sistemas de radar, exigem-se antenas específicas conforme a função desse equipamento. Em radares para medição de nível, a antena deve gerar feixes bem diretivos, maximizando a quantidade de energia emitida e a recebida pelo objeto a ser monitorado. Neste caso, os tipos encontrados são as antenas corneta, a antena de barra dielétrica, a antena com refletor parabólico, redes planares de antenas e outros modelos. Embora existam muitos modelos diferentes de cornetas eletromagnéticas, o tipo cônico é dos mais encontrados nestas aplicações. Para todos os modelos, procura-se maximizar a diretividade e captar a máxima informação de retorno [25- 26].

Como as dimensões das antenas dependem da freqüência adotada, operações em freqüências elevadas levam à seleção de antenas com menores dimensões. Nesses casos, são possíveis desenvolver modelos que apresentem lobo principal com pequena abertura de feixe.

As cornetas cônicas são mecanicamente robustas e de resultados muito confiáveis. Apenas como exemplo, pode-se citar que um radar operando a 5GHz pode empregar uma antena corneta cônica de aproximadamente 20cm em sua maior dimensão. Outro que opere em 26GHz utilizará o mesmo modelo com dimensão máxima em torno de 5cm [20] para se conseguir resultados semelhantes. Antenas apropriadas para freqüências mais altas podem, eventualmente, ser empregadas para freqüências menores. Neste caso, há mudança significativa em suas propriedades por causa da mudança de suas dimensões em relação ao comprimento de onda. Entre essas alterações, são muito sentidas as que ocorrem no ganho, na diretividade, na abertura de feixe. Na Figura 3.11 ilustram-se possíveis variações na abertura de feixe para diferentes valores de freqüência em uma mesma antena. As situações mostradas não são comuns, uma vez que cada elemento irradiador deve ser projetado conforme a especificação geral do sistema.

Figura 3.11 – Efeito da freqüência na abertura de feixe, supondo uma antena especificada para aplicação em

diferentes condições.

As antenas apropriadas para o radar devem ter elevado ganho e pequena abertura de feixe. Isto já é possível de se conseguir com cornetas eletromagnéticas de dimensões adequadas. Sua diretividade pode ser aumentada com maiores dimensões ou associando-a com um refletor parabólico. Nos modelos de radar para medição de nível, as antenas têm dimensões típicas partindo de 50 cm. As cornetas desenvolvidas para este objetivo são constituídas a partir do aumento gradual das dimensões de um guia de onda. É muito usada como alimentador de sistemas que envolvem refletores parabólicos ou como a antena principal de sistemas de pequeno alcance, como o caso deste modelo de radar. Embora existam muitos modelos de corneta [20], a estrutura cônica, ilustrada na Figura 3.12 é muito indicada para os radares de medição de nível. Tem sido muito indicada para estas aplicações por sua robustez e insensibilidade de desempenho em função de algumas modificações nas

propriedades do meio, como o maior ou menor grau de umidade, principalmente para freqüências inferiores a 6 GHz. Trata-se de uma informação importante, uma vez que freqüentemente encontram-se equipamentos para medição que operam na freqüência de 5,8 GHz. Quase sempre, a antena possui um elemento de transição entre a região de captação ou de emissão e o sistema de alimentação que a interliga ao equipamento de geração ou de processamento do sinal. Um formato possível deste elemento é um pequeno monopolo que atua na transição do guia de ondas com um cabo coaxial. Este dispositivo fica sujeito a variações devidas a diferenças de temperatura e pressão de cada processo.

Figura 3.12 – Ilustração de uma corneta cônica, freqüentemente empregada em radares para medição de nível.

Estão indicadas também as distribuições de campo elétrico e magnético supondo a posição fixada para o elemento de acoplamento.

A abertura de feixe do lobo principal está associada ao diâmetro da abertura da antena. Como a secção transversal do lobo principal não é de formato circular, é necessário identificar um valor para cada plano longitudinal. Normalmente, são especificadas as aberturas nos planos paralelos ao campo elétrico (plano E) e ao campo magnético (plano H), segundo as orientações da figura. Nos planos E e H, as aberturas de feixe, expressas em graus, são obtidas, respectivamente, em termos aproximados por [26]

(graus) 60 c d l = q _(3.30) (graus) 70 c d l = j _(3.31)

Na Figura 3.13 e 3.14 têm-se os gráficos representativos destas equações para diferentes diâmetros e para alguns valores comuns de freqüência empregadas em radares de medição de nível. Estes resultados são relevantes, uma vez que o diagrama de irradiação reduz-se rapidamente para ângulos superiores. Assim, aberturas pequenas têm maiores

dc Trecho de guia de ondas Elemento de acoplamento Corneta cônica Campo elétrico Campo magnético

possibilidades de discriminar sinais indesejáveis, oriundos de fontes de interferência ou de reflexões, que pudessem comprometer os resultados. Além disto, quanto menores estes ângulos, maior será a diretividade da antena com todas as conseqüências benéficas sobre as medições. 50 70 90 110 130 150 170 190 210 230 250 0 10 20 30 40 50 60 70

Diâmetro da antena em milímetros

Ângulo de feixe em graus (-3dB)

5.8 GHz 10 GHz 26 GHz

Figura 3.13 – Relação entre o diâmetro da antena corneta e o ângulo de feixe para 5,8GHz, 10GHz e 26GHz de

acordo com a equação 3.30.

50 70 90 110 130 150 170 190 210 230 250250 0 10 20 30 40 50 60 70 80

Diâmetro da antena em milímetros

Ângulo de feixe em graus (-3dB)

5.8 GHz 10 GHz 26 GHz

Figura 3.14 – Relação entre o diâmetro da antena corneta e o ângulo de feixe para 5,8GHz, 10GHz e 26GHz de

acordo com a equação 3.31.