SEGUNDA PARTE:
CONCEITOS DE ANTENAS , ALGUNS TIPOS
PRINCIPAIS DE ANTENAS E COMENTÁRIOS
GERAIS
HEINRICH RUDOLF HERTZ Físico Alemão 1857 - 1894ANTES DE APRESENTARMOS NOSSAS CONSIDERAÇÕES SOBRE ANTENAS É IMPORTANTE QUE COLOQUEMOS UM
IMPORTANTE FATO DA TEORIA ELETROMAGNÉTICA :
SEMPRE QUE CARGAS ELÉTRICAS
OSCILAM OU SÃO ACELERADAS ,
TODA
OEM
É RESULTANTE DA
ACELERAÇÃO OU OSCILAÇÃO DE
CARGAS ELÉTRICAS
ASSIM ..., UMA ANTENA AO SER ALIMENTADA POR
UM GERADOR DE
RF
OU POR UM OSCILADOR IRÁ APRESENTAR UMA ACELERAÇÃO OU OSCILAÇÃO DE CARGAS ELÉTRICAS O QUE PRODUZIRÁ UMA OEM A QUALSE PROPAGA PELO ESPAÇO. A EXPLICAÇÃO BÁSICA DESTE FATO ESTÁ NO TERMO DESCOBERTO POR MAXWELL .?
?
D
NUMA OEM OS CAMPOS E E H SÃO ORTOGONAIS
AFINAL ... O QUE É UMA ANTENA ?
Podemos definir uma antena como sendo uma estrutura
metálica encarregada de transmitir ou receber ondas de
rádio que se propagam em um determinado meio e com determinada faixa de freqüência. Podemos, ainda, definir uma antena como sendo uma interface entre uma interface
estrutura guiada e o espaço livre , capaz de transformar uma onda eletromagnética guiada em onda eletromagnética (OEM) irradiada e vice-versa.
“Quanticamente” falando, uma antena converte fótons em elétrons e elétrons em fótons.
OBS. A energia E de um f’óton é dada por E = hf
onde h = 6,626 x 10-34 J.s
é a constante de Planck e f é a freqüência da OEM, a qual, se propaga pelo espaço em “pacotes” de
energia conforme foi sugerido por Einstein . Estes “pacotes” foram denominados fótons.
CAMPO PRÓXIMO ( near field ) E CAMPO DISTANTE ( far field) DE UMA ANTENA
* O CAMPO PRÓXIMO É TAMBÉM DENOMINADO “CAMPO DE INDUÇÃO” OU “CAMPO LOCAL”
* O QUE OCORRE NESTE CAMPO É APENAS UMA TROCA DE ENERGIA REATIVA ENTRE A ANTENA E A REGIÃO PRÓXIMA À
MESMA
* A INTENSIDADE DO CAMPO PRÓXIMO DE REDUZ RAPIDAMENTE À MEDIDA QUE NOS AFASTAMOS DA ANTENA
* O CAMPO PRÓXIMO NÃO CONTRIBUI EM NADA
COM A PROPAGAÇÃO DA ONDA ELETROMAGNÉTICA ATRAVÉS DO ESPAÇO
* NO CAMPO PRÓXIMO OS CAMPOS
E
EH
ESTÃO DEFASADOS DE 90 GRAUS E SÃO PERPENDICULARES ENTRE SÍ* O CAMPO DISTANTE É TAMBÉM DENOMINADO “CAMPO DE RADIAÇÃO” ( EM ALGUNS TEXTOS COSTUMA-SE DENOMINAR
“CAMPO DE IRRADIAÇÃO”)
* A INTENSIDADE DO CAMPO DISTANTE DIMINUI À MEDIDA QUE NOS AFASTAMOS DA ANTENA
* OBVIAMENTE QUE PARA SE FAZER UM “LINK”
DE DUAS ANTENAS É NECESSÁRIO QUE CADA UMA ESTEJA DENTRO DO CAMPO DISTANTE DA OUTRA
* O CAMPO DISTANTE É QUEM REALMENTE POSSIBILITA A PROPAGAÇÃO DE UMA ONDA ELETROMAGNÉTICA NO ESPAÇO
•NO CAMPO DISTANTE OS CAMPOS
E
EH
ESTÃO EM FASE E SÃO PERPENDICULARES ENTRE SÍObservemos que, de modo geral , não
existem sistemas de telecomunicações sem a
presença de antenas pois elas são o
“princípio” e o “fim”
de tais sistemas.
UMA ANTENA HIPOTÉTICA OU IDEAL : A ANTENA ISOTRÓPICA
Trata-se de antena ideal que não apresenta uma direção de propagação privilegiada (isotrópica) , ou seja, ela propaga seu
campo eletromagnético igualmente em todas as direções . A antena isotrópica é utilizada como elemento de comparação de
ganho para as demais antenas. Imagine que esta
imagem cinza é uma esfera vista de
A ANTENA BÁSICA : DIPOLO DE HERTZ
A primeira antena de que se tem notícia foi construída por HERTZ , entre 1886 e 1889, quando desenvolvia experimentos para detectar as ondas eletromagnéticas previstas na teoria de
MAXWELL. Infelizmente , MAXWELL não viveu para ver sua teoria comprovada pelo gênio prático de HERTZ . Devido a
descoberta de HERTZ , as ondas eletromagnéticas foram por muitos anos denominadas ONDAS HERTZIANAS .
OSCILAÇÃO DE CARGAS NUMA ANTENA DIPOLO E... A CONSEQUENTE PROPAGAÇÃO DE UMA OEM .
O DIPOLO DE HERTZ E SEUS DIAGRAMAS DE IRRADIAÇÃO V - H ..também denominado : DOUBLET, DIPOLO CURTO DE HERTZ , OU SIMPLESMENTE, DIPOLO CURTO
LÓBULOS
Ângulo de elevação ?
O MESMO DIAGRAMA TRIDIMENSIONAL NUM VISUAL MAIS BONITO ....
USO DO MATLAB® PARA TRAÇAR O DIAGRAMA HORIZONTAL DA ANTENA DIPOLO CURTO
Equação do diagrama polar : Z = sen2 ?
NOTA : ? é o ângulo de elevação do diagrama de irradiação ( visto anteriormente )
MATLAB V6.2 MATHWORKS, INC
» teta = 0:0.01:2*pi;
» z = (sin(teta)).^2; » polar(teta,z)
E TEMOS O SEGUINTE GRÁFICO POLAR : 0.2 0.4 0.6 0.8 1 30 210 60 240 90 270 120 300 150 330 180 0
LARGURA DE FEIXE = ÂNGULO ENTRE OS PONTOS ONDE O GANHO É O,707 VEZES O GANHO MÁXIMO OU –3dB
DIRETIVIDADE : UM PARÂMETRO IMPORTANTE
A DIRETIVIDADE É UM VALOR RELATIVO E ADIMENSIONAL QUE NOS DÁ UMA IDÉIA DA
PERFORMANCE DE UMA ANTENA EM TERMOS DA SUA IRRADIAÇÃO NUM DETERMINADO ÂNGULO . QUANTO
MENOR ESTE ÂNGULO, TANTO MAIOR SERÁ A DIRETIVIDADE DA ANTENA , OU SEJA , MAIS
CONCENTRADO SERÁ SEU “FEIXE” DE IRRADIAÇÃO NA DIREÇÃO ANGULAR CONSIDERADA .
ESTA CARACTERÍSTICA DE
MAIOR CONCENTRAÇÃO DE FEIXE
É ESPECIALMENTE ÚTIL EM SATÉLITES DE
Antena com alta diretividade
Antena com baixa diretividade
•A DIRETIVIDADE DE UMA ANTENA ISOTRÓPICA É IGUAL A 1
( DE FATO, ELA IRRADIA IGUALMENTE EM TODAS AS DIREÇÕES ). ESTE É O MENOR VALOR POSSÍVEL DE DIRETIVIDADE DE UMA
ANTENA.
A DIRETIVIDADE DA ANTENA DIPOLO CURTO É IGUAL A 1,5
( conforme é demonstrado num curso de antenas ) ESTE VALOR INDICA QUE A POTÊNCIA
IRRADIADA PELA ANTENA DIPLO CURTO É 50% MAIOR DO QUE A POTÊNCIA IRRADIADA POR
UMA ANTENA ISOTRÓPICA NAS MESMAS CONDIÇÕES DA ANTENA DIPOLO CURTO
Esta antena foi desenvolvida pelo engenheiro e professor japonês SHINTARO UDA por volta de 1926 .
Entretanto, foi o professor HIDETSUGU YAGI, colega e colaborador de UDA, quem teve a iniciativa de divulgar
esta antena no ocidente, quando fez uma viagem aos Estados Unidos em 1928, para apresentar algumas palestras sobre as pesquisas da dupla YAGI-UDA .
A antena YAGI é formada , basicamente , por um elemento denominado refletor , um elemento denominado dipolo ativo
ou dipolo excitador e um ou mais elementos parasitas ou
elementos diretores .
Num CURSO DE ANTENAS são
discutidas suas respectivas geometrias, bem como, as fórmulas para projeto das mesmas .
Antena YAGI para VHF Diagrama de irradiação
Antena YAGI para VHF Diagrama de irradiação
Antena YAGI para VHF Diagrama de irradiação
Antena YAGI para VHF Diagrama de irradiação
( 4 antenas YAGI separadas em 90º )
OBSERVE QUE O DIAGRAMA AO LADO TENDE A SE IGUALAR AO DIAGRAMA DE UMA ANTENA ISOTRÓPICA
Quatro antenas YAGI separadas em 90º
(
FOTO DA MONTAGEM MECÂNICA)
YAGI DE DISCOS – UM TIPO ESPECIAL
ESTA IMPORTANTE CLASSE DE ANTENAS FOI DESENVOLVIDA POR DOIS PROFESSORES DA UNIVERSIDADE DE ILLINOIS (USA):
DuHAMEL E ISBELL , OS QUAIS PUBLICARAM UM ARTIGO SOBRE SUAS PESQUISAS EM 1957.
A ANTENA LOG PERIÓDICA É UMA ANTENA DE FAIXA LARGA E SEU PROJETO GEOMÉTRICO É PRATICAMENTE INDEPENDENTE
DA FREQÜÊNCIA DO SINAL DE OPERAÇÃO.
UMA CARACTERÍSTICA ÚNICA DESTE TIPO DE ANTENA É QUE SUA IMPEDÂNCIA É UMA
FUNÇÃO PERIÓDICA DO LOGARÍTMO DA FREQÜÊNCIA
E , FOI POR ISSO , QUE ELA RECEBEU A DENOMINAÇÃO DE LOG PERIÓDICA.
A ANTENA LOG PERIÓDICA É MUITO UTILIZADA EM SISTEMAS MÓVEIS DE
COMUNICAÇÃO NOS QUAIS EXISTEM
DIVERSOS CANAIS QUE DEVEM SER SUPORTADOS POR UM ÚNICO SISTEMA DE
ANTENAS COM BOAS CARACTERÍSTICAS DIRECIONAIS.
Antena Log Periódica
para VHF
Antena LOG PERIÓDICA para VHF
Diagrama de irradiação
Antena LOG PERIÓDICA para VHF ( 2 antenas separadas em 180º ) OBSERVE QUE O DIAGRAMA AO LADO TENDE A SE IGUALAR AO DIAGRAMA DE UMA ANTENA ISOTRÓPICA
As antenas helicoidais foram concebidas e projetadas em 1946 por John Daniel Kraus , professor da Ohio State University (USA)
e são as mais utilizadas , até hoje , em comunicações espaciais .
Prof. John Daniel Kraus (1910)
As principais características da antena helicoidal são :
•Alta diretividade
•Polarização circular (direita ou esquerda)
•Ampla largura de faixa
ANTENAS HELICOIDAIS PARA 225 A 470 MHz
Fabricadas no Brasil por BrasilSat Herald SA
www.brasilsat.com.br
Num CURSO DE ANTENAS
são desenvolvidas e discutidas as fórmulas para projeto dessas
ANTENA DIRECIONAL
COM OPÇÃO DE GRADE REFLETORA
A Grade Refletora Pluton PTK-24 pode ser acoplada a
uma antena Pluton PTX-12. Supondo que por algum
motivo um cliente com antena PTX-12 tenha que aumentar o comprimento dos cabos ou alterar o local
de instalação então basta adquirir a Grade Refletora
PTK-24 e refazer a
instalação. Dessa forma, o investimento inicial não é perdido e tem-se um bom
aumento de ganho do sistema.
A antena parabólica foi desenvolvida e construída pelo engenheiro GROTE REBER em 1938 nos Estados Unidos. De lá para cá, muitas inovações
foram sendo introduzidas e, nos dias de hoje, as antenas parabólicas ocupam um lugar de alto
prestígio no mundo das antenas. A ANTENA PARABÓLICA
As antenas parabólicas são muito
versáteis , altamente direcionais e de construção
relativamente fácil .
Num
CURSO DE ANTENASsão discutidas as
características e as fórmulas necessárias ao
projeto das mesmas .
ANTENA PARABÓLICA SÓLIDA
Diagrama de irradiação de uma
ANTENA PARABÓLICA VAZADA F = 2m para f = 2.5 ou 3.5GHz OBSERVE QUE A PARABÓLICA DOS 2 SLIDES ANTERIORES TRABALHA NAS MESMAS FREQÜÊNCIAS DA PARABÓLICA AO LADO E , NO ENTANTO , A ANTERIOR TEM APENAS 60cm DE DIÂMETRO ! COMO JUSTIFICAR ISTO ?
UM ARRANJO GIGANTESCO DE ANTENAS
UMA CLASSE ESPECIAL : ANTENAS DE MICROFITAS
O desenvolvimento das
antenas de microfitas
de
baixo perfil utilizadas freqüentemente em veículos de
alta velocidade, tais como : aviões , mísseis,
espaçonaves ,celulares, entre outros.
Teve grande aceitação, devido a seu baixo peso, custo
e tamanho reduzidos, possuindo alto desempenho e
A idéia de se projetar estes tipos de antenas
não é nova mas o surgimento de novos tipos
de materiais para fabricá-las é que vem
impulsionando, cada vez mais, a utiliza ção
Uma antena de microfita consiste
basicamente em duas placas condutoras,
paralelas, separadas por um substrato
dielétrico, sendo uma das placas o
elemento irradiante
e a outra o plano de
terra , conforme mostrado nos slides
ANTENA DE MICROFITA RETANGULAR ANTENA DE MICROFITA CIRCULAR
x z y Plano de Dipolos Substrato Dielétrico
E AQUI ESTÁ A FAMOSA YAGI-UDA NA VERSÃO MICROFITA ...
ALGUNS ASPECTOS TÉCNICOS DAS
ANTENAS DE MICROFITAS
•Os materiais
condutores
geralmente utilizados
são o
cobre
e o
ouro
, enquanto que os materiais
mais usados como
substrato dielétrico
são a
alumina
e as
fibras texturizadas (teflon)
_____________________
•A placa irradiante pode assumir
qualquer formato, mas
normalmente são utilizadas
formas
convencionais
, para simplificar a
análise de suas características de
irradiação
_____________________
•Pode-se alimentar uma antena de
microfita através de um
cabo coaxial
conectado a um ponto escolhido da
antena. Para se fazer o casamento do
sistema,
liga-se a
malha condutora do
cabo coaxial
ao plano de terra da
microfita e o
condutor central do cabo
coaxial
no elemento irradiante da antena
____________
BASICAMENTE, ELAS SERÃO AS MESMAS QUE VIMOS NESTA PALESTRA , PORÉM COM NOVAS TECNOLOGIAS
ASSOCIADAS , TAIS COMO :
* UTILIZAÇÃO DE MATERIAIS MAIS LEVES E , AO MESMO TEMPO, MAIS RESISTENTES DE MODO A
GARANTIR UMA MELHOR PERFORMANCE DAS ANTENAS EM RELAÇÃO AO MEIO AMBIENTE (VENTOS, CHUVAS, RAIOS, INTERFERÊNCIAS, etc)
AVANÇOS NAS PESQUISAS NO CAMPO DAS ANTENAS
* UTILIZAÇÃO CRESCENTE DE SISTEMAS ADAPTATIVOS UTILIZANDO DSPs ( “SMART ANTENNAS” ) ATAVÉS DOS QUAIS AS ANTENAS
SE AUTO-AJUSTAM EM TERMOS DE GANHO, DIRETIVIDADE, LARGURA DE FEIXE E OUTROS
PARÂMETROS...
•APRIMORAMENTO DA TECNOLOGIA DE
ANTENAS DE MICROFITAS PARA PROJETO DE ARRANJOS MAIS EFICIENTES DE ANTENAS...
•Antenas em balões estratosféricos
(“SKY-STATION”)...
