Prof. Fernando J. S. Moreira DELT/UFMG. Mais Antenas... Antena Yagi-Uda Antena Log-Periódica Casadores e Baluns

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Iago Alves Lencastre
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1 Mais Antenas... Antena Yagi-Uda Antena Log-Periódica Casadores e Baluns

2 Antena Yagi-Uda É um conjunto de dipolos com configuração end-fire. Inventada por volta de 1926 por H. Yagi e S. Uda. C. A. Balanis, Antenna Theory: Analysis and Design, 3 rd edition, Wiley, 2005, Sect Z d 34 X Refletor Refletor: Excitador: Diretor: Excitador 4 Diretores 0,5 λ Xdipolo > 0 0,45 < < 0,49 λ Xdipolo 0,35 < < 0,45 λ Xdipolo < Y 0 0 Máximo de Radiação Configuração End-Fire: di, i+ 1 < λ 2

3 Antena Yagi-Uda X Z e jkr d Y Comportamento end-fire com apenas um elemento excitado (excitador): A i A + e j ( i 1) β End-Fire : d λ 2 ; β kd Sua simplicidade e diretividade fizeram com que a antena ganhasse notoriedade muito rapidamente. Diagrama no Plano-H Diagrama no Plano-H

4 Antena Yagi-Uda Radiação de uma Yagi-Uda com 4 elementos:

5 Antena Yagi-Uda: Base de Projeto Refletor: O comprimento do dipolo ( 0,5 λ) e a distância entre este e o excitador pouco influem na diretividade da antena. É geralmente projetado por último, para ajustes finais na impedância de entrada e na razão frente-verso. Excitador: O comprimento do dipolo tem pouca influência na diretividade da antena. O comprimento é geralmente projetado para X dipolo 0 ( 0,48 λ). Diretores: Afetam tudo. Constituem a parte crucial do projeto. Refletor Excitador Diretores

6 Antena Yagi-Uda: Exemplos Antena Yagi-Uda projetada e construída por alunos do curso de Antenas (Graduação em Engenharia Elétrica - UFMG) Antenas Yagi-Uda aplicadas em sistemas telefônicos em UHF

7 Antena Yagi-Uda: Exemplos Radome

8 Antena Yagi-Uda: Exemplos Exemplo: antena Yagi-Uda para a faixa de 430 MHz.

9 Antena Yagi-Uda: Exemplos Exemplo: antena Yagi-Uda para a faixa de 430 MHz. Diagramas em 432 MHz (Go = dbi) Nulo Plano E Plano H

10 Antena Yagi-Uda: Exemplos Exemplo: antena Yagi-Uda para a faixa de 430 MHz. Diagramas no plano E Nulo Nulo 432 MHz (18.56 dbi) 440 MHz (18.48 dbi)

11 Antena Yagi-Uda: Exemplos Exemplo: antena Yagi-Uda para a faixa de 430 MHz. Diagramas no plano H 432 MHz (18.56 dbi) 440 MHz (18.48 dbi)

Antena Yagi-Uda: Referências D. M. Pozar, Beam transmission of ultra short waves: An introduction to the classic paper by H. Yagi, Proceedings of the IEEE, Vol. 85, no. 11, pp. 1857 1863, Nov. 1997.

12 Antena Yagi-Uda: Referências D. M. Pozar, Beam transmission of ultra short waves: An introduction to the classic paper by H. Yagi, Proceedings of the IEEE, Vol. 85, no. 11, pp , Nov H. Yagi, Beam transmission of ultra short waves (reprint), Proceedings of the IEEE, Vol. 85, no. 11, pp , Nov G. Sato, A secret story about the Yagi antenna, IEEE Antennas and Propagation Magazine, vol. 33, no. 3, pp. 7 18, June D. K. Cheng, Gain optimization for Yagi-Uda arrays, IEEE Antennas and Propagation Magazine, vol. 33, no. 3, pp , June Shintaro Uda

13 Antena Log-Periódica C. A. Balanis, Antenna Theory: Analysis and Design, 3 rd edition, Wiley, 2005, Sect di d si s ai a i = = = = i i i i d i i s i 1 τ 2a i i 2 ai + 1 s i+1 i+1 α α i d i + 1 Antena Log-Periódica formada por dipolos

14 Antena Log-Periódica As características da antena dependem de suas dimensões elétricas (relativas a λ). Da figura anterior, assumindo um número infinito de elementos [ i (, ) ], observa-se que se λ ( m ) ou f = τ f ; m = 0, ± 1, 2, m A = τ λb A B ± onde τ representa a razão entre dimensões de elementos consecutivos. Logo, as características para λ = λ A (f = f A ) serão as mesmas de λ = λ B (f = f B ). Aplicando o logaritmo na expressão acima: ln ( λ ) ln( λ ) = m ln( τ ) ln( f ) ln( f ) = m ln( τ ) A B A B Isto implica em características da antena periódicas com ln(λ) [ou ln(f)]: Característica (Ganho, Impedância, etc.) ln( τ ) ln( τ ) ln(f)

15 Antena Log-Periódica Na prática, o comportamento log-periódico não se verifica (por exemplo, número finito de elementos). Mas, bem projetada, é uma antena com uma largura de faixa muito superior à da Yagi-Uda. Quanto à direção do máximo de radiação: Fase progressiva na direção dos elementos maiores Efeitos de interferência no diagrama de radiação Máximo de Radiação Excitações defasadas de aproximadamente 180 Radiação dos elementos menores cancelada (menos interferência)

16 Antena Log-Periódica Na prática, a implementação das fases cruzadas pode ser feita utilizando-se uma linha de transmissão de dois condutores. Note um polo num dos condutores da gôndola e o outro polo no outro condutor, com alternância de um elemento para outro. Impressa

17 Antena Log-Periódica Outro exemplo de implementação.

18 Antena Log-Periódica Exemplo: antena para a faixa de 18 MHz - 30 MHz. d1=1.25 d2=1 d3=0.75 d4=0.625 d5=0.50

19 Antena Log-Periódica Exemplo: antena para a faixa de 18 MHz - 30 MHz. Diagramas no plano E Nulo 18 MHz (5.55 dbi) 24 MHz (6.45 dbi) 30 MHz (5.93 dbi)

23 Casadores de Impedância Um dos mais simples é o estube em paralelo (Balanis, Sec ): Transmissor (ou receptor) Estube Z 1 Pode ser aberto Z G V G Z LT Z LT Γ = 0 Y(s)+Y E = Y LT s Antena Y ( s) onde = Y Y LT LT Y Y = in LT + jy + jy 1 Z LT LT in e tan tan Y in ( klt s) ( k s) = LT 1 Z in Y E = onde j Y 1 j Y Y 1 = 1 tan 1 Z ( k1 ) ( k ) ; cot 1 1 ; curto aberto

24 Casadores de Impedância Outro muito simples é o transformador de quarto-de-onda (Sec ): Transmissor (ou receptor) b a Z G V G Z LT Z 1 Z 2 λ Γ = 0 Z b = Z 1 s LT 4 Antena Em "a": Z a = Z 2 Z Z in 2 + jz + jz 2 in tan tan ( k2s) Escolhe - se menor valor ( k s) para Z ser puramente real 2 a de s a 2 2 ( k1 λ1 4) Z1 Z1 = ZLT ( k λ 4) R R Ra + jz1 tan Dado Z a = Ra, em "b": Zb = Z1 = Z + jr tan a a

25 Baluns Balanis, Sec Antenas acopladas a cabos coaxias podem sofrer um desbalanceamento na distribuição de corrente: I 2 I 1 I 2 I1 I 2 Um dos mais simples é o balun bazuca: uma linha de quarto-deonda terminada em curto (ou seja, um aberto na entrada) é colocada para minimizar a corrente de fuga. I 1 Se afeta a distribuição de corrente, então afeta as características elétricas da antena. Os baluns (balanced-to-unbalanced) são usados para balancear a distribuição de corrente (ou seja, balancear a tensão). λ 4 I 2 0 I 1 I 1

Balun Trombone Permite, simultaneamente, o balanceamento e o casamento do dipolo dobrado de meia onda (mais banda-larga em relação ao dipolo de meia

26 Balun Trombone Permite, simultaneamente, o balanceamento e o casamento do dipolo dobrado de meia onda (mais banda-larga em relação ao dipolo de meia onda comum, mas com impedância 4 vezes maior) com cabos coaxiais de Ω. I in Z V/2 2I in = = in Z 4 A λ / 2 I in I in 2I in + V 2 V 2 Z = A V I in

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