4. Antenas Refletoras
4.1 Refletor de Canto
4.1 Refletor de Canto
Em aplicação de rádio enlace é desejado obter características de radiação
apropriadas, como elevado ganho das antenas e alta relação frente-costas. Tais
características podem ser alcançadas utilizando antenas refletoras, nas quais a
radiação na direção oposta à principal é bastante reduzida. O refletor de canto
consiste de duas placas condutoras planas, dispostas em interseção formando um
ângulo [17]. Comumente são empregados dipolos de meio comprimento de onda
como elementos de alimentação dos refletores de canto, os quais são posicionados
a uma distância s da aresta que une as placas. Estas possuem dimensões finitas
com largura l e altura igual a h, formando o ângulo de abertura α com abertura D
a[17], como é ilustrado na Figura 4-2.
A distância entre o elemento radiador e o refletor influencia na distribuição do
campo em torno deste conjunto e, com isso afetará o valor do ganho máximo da
antena. Portanto, para se obter um projeto otimizado, é necessário verificar o
comportamento do conjunto em função deste espaçamento dipolo-placa [74].
a) Visão superior b) Visão em perspectiva
Figura 4- 2 – Esquema e parâmetros de um refletor de canto [17]
Placa
metálica
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Em diversas aplicações, onde há limitações em relação à resistência do ar e
ao peso total do sistema, são empregados refletores com malhas de fios ao invés
das placas metálicas, Figura 4-3. Ao utilizar este tipo de refletor, é necessário
estabelecer parâmetros para que a mesma tenha um comportamento de
reflexividade o mais próximo de uma placa metálica. Dessa forma, o espaçamento
entre os fios g, deve ser uma fração do comprimento de onda (geralmente, g ≤ λ⁄10).
Figura 4- 3 – Esquema e parâmetros de um refletor de canto com malha de fios [17]
A abertura do refletor de canto, D
a, normalmente é projetada com valores
entre um e dois comprimentos de onda (λ < D
a < 2λ). Para o refletor com abertura de
90º, comumente o comprimento dos lados do refletor l é aproximadamente duas
vezes a distância do alimentador à aresta (l ≅ 2s). Para os refletores com abertura
menor que 90º normalmente os lados são maiores e a distância do alimentador à
aresta varia entre um terço e dois terços do comprimento de onda (λ⁄3 ≤ s ≤ 2λ ⁄3).
Para cada refletor, existe um espaçamento ideal entre o alimentador e a aresta. No
caso do espaçamento ser muito grande, o sistema produz lobos secundários
indesejáveis, perdendo as suas características direcionais. Se o espaçamento for
muito pequeno a resistência de radiação se torna comparável à resistência de
perdas do sistema, o que contribuirá para a ineficiência da antena [75].
Malha
de fios
Suporte da
estrutura
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Foi observado experimentalmente que o aumento do comprimento dos lados
do refletor não afeta diretamente a largura do feixe e a diretividade, mas aumenta a
largura de banda e a resistência de radiação. A altura h do refletor é geralmente
cerca de 1,2 a 1,5 vezes maior do que o comprimento total do elemento de
alimentação do sistema, de forma a melhorar a relação frente/costas [17].
A análise do campo radiado por uma fonte com um refletor de canto é
facilitada quando o ângulo de abertura é α = π/n radianos, onde n é um inteiro (α = π,
π/2, π/3, π/4, etc.). Para esses casos (α = 180°, 90°, 60°, 45°, etc.) é possível formar
um sistema de imagens que, quando adequadamente colocada na ausência das
placas refletoras, formam um arranjo que produz o mesmo campo do sistema com
as placas refletoras, efeito este produzido apenas no espaço compreendido pela
abertura do refletor. O número de imagens, polaridade e posição de cada uma é
controlado pelo ângulo de abertura do refletor de canto e pela polarização do
elemento de alimentação. A Figura 4-4 mostra a disposição geométrica e elétrica
das imagens para refletores de canto com ângulos de abertura de 90°, 60°, 45° e
30° e uma alimentação com polarização vertical. Para refletores de canto com
ângulo de abertura igual a α = 180°⁄n, o número de imagens N será igual a N = 2n −
1 [17].
47
c) 45° d) 30°
Figura 4- 4 – Refletores de canto e suas imagens com alimentação polarizada
perpendicularmente [17]
Para este trabalho foi projetado o refletor de canto com ângulo de abertura de
60° e 45°, e seu funcionamento será apresentado na Subseção 4.1.2. Esta escolha
foi realizada tendo em vista as características direcionais e facilidade na montagem
dos elementos do sistema, uma vez que utilizar refletores com ângulos de abertura
menor se torna mais complexo. A próxima Subseção detalhará o funcionamento do
refletor de canto de acordo com o parâmetro de espaçamento, mostrando sua
influencia na intensidade de campo.
4.1.1 Refletor de Canto de 90º
O refletor de canto com ângulo de abertura de 90° tornou-se o mais popular
em relação aos demais, devido as suas características de radiação e facilidade de
construção. A Figura 4-5 mostra os diagramas de radiação normalizados para este
tipo de refletor com espaçamento s variando de 0,1λ, 0,7λ, 0,8λ, 0,9λ e 1,0λ.
Observa-se que valores pequenos de s, o diagrama consiste de um lóbulo, enquanto
que lobos secundários surgem para s > 0,7λ. Para o valor de s = λ é possível
observar dois lobos separados por um nulo ao centro do diagrama, ao longo do eixo
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Figura 4- 5 – Diagrama de radiação normalizado de um refletor de canto de 90° [17]
A intensidade do campo total do refletor bem como o fator de arranjo pode
ser escrito conforme a Equação (1) [17].
0
AF , 2 cos sen cos cos sen sen
E
ks ks
E (1)
Onde, k = 2π/λ
No plano do azimute (θ = π/2) a Equação (1) pode ser reduzida como é
mostrado na Equação (2).
0
AF 2 , 2 cos cos cos sen
E
ks ks
49
Outro parâmetro de desempenho para o refletor de canto é a intensidade de
campo ao longo do eixo de simetria (θ = 90º, φ = 0º) em função do espaçamento s
de alimentador para vértice [79]. A intensidade de campo normalizada (em relação
ao campo de um único elemento isolado) |E/E
0| em função de s/λ (0 ≤ s ≤ 10λ) para α
= 90º é igual a 4 para o primeiro pico de intensidade alcançado em s = 0,5λ.
4.1.2 Refletor de Canto de 60º e 45º
Os fatores de arranjo e a intensidade do campo total dos refletores de 60º e
45º podem ser escritos conforme a Equação (3) e (4) [17], respectivamente, onde s
é o espaçamento entre o elemento ativo e a aresta do refletor.
sen cos sen cos 3
AF , 4sen cos cos sen sen
2 2 2
ks ks
ks
(3)
sen cos sen sen
AF , 2 cos sen cos cos sen sen 2 cos cos
2 2
ks ks
ks ks
(4)
O diagrama para os refletores de canto de 60º e 45º também tem um lóbulo
para os valores menores de s, e mais estreito, uma vez que o ângulo de abertura é
menor comparado ao refletor de 90º. Os lobos secundários começam a aparecer
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Antena Reconfigurável Utilizando Superfícies Seletivas em Frequência Baseadas na Geometria Estrela de Quatro Braços
(páginas 44-50)