UNIVERSIDADE CATÓLICA DE PETRÓPOLIS CENTRO DE ENGENHARIA E COMPUTAÇÃO

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1 UNIVERSIDADE CATÓLICA DE PETRÓPOLIS CENTRO DE ENGENHARIA E COMPUTAÇÃO 4ª Atividade: Antenas Petrópolis, RJ 2012

2 Antena Dispositivo cuja função é transformar energia eletromagnética guiada pela linha de transmissão em energia eletromagnética irradiada, pode-se também dizer que esta lei serve no sentido inverso, onde transforma energia eletromagnética irradiada em energia eletromagnética guiada para a linha de transmissão. Portanto, sua função é primordial em qualquer comunicação onde exista radiofrequência. Histórico As primeiras antenas foram criadas em 1886, por Heinrich Hertz, com a finalidade de auxiliar no estudo e desenvolvimento das teorias eletromagnéticas. Hertz pesquisou diversos dispositivos durante a realização de seus experimentos para testar e provar a teoria eletromagnética, esta proposta pelo matemático e físico James Clerk Maxwell. Segundo notícias, as primeiras antenas foram produzidas por Hertz. Na verdade eram duas placas de metal conectadas a dois bastões metálicos. Estes dispositivos eram ligados a duas esferas, e estas separadas entre si por uma distância prédeterminada. Nas esferas era adaptada uma bobina que gerava descargas por centelhamento. As centelhas por sua vez, ao atravessar o espaço entre esferas, produziam ondas eletromagnéticas oscilatórias nos bastões. Desde as primeiras antenas até a atualidade, os princípios físicos que regem seu projeto e desenvolvimento foram sendo aprimorados e descobertas novas maneiras e tecnologias de se transmitir e receber sinais eletromagnéticos. Atualmente, as antenas em alguns casos são estruturas de extrema complexidade e importância nas comunicações, sendo talvez para o homem moderno tão importantes quanto foi a descoberta do fogo e a invenção da roda para o desenvolvimento tecnológico humano. Pelo dicionário sua definição é: Definição de antena "Um dispositivo metálico para irradiar ou receber ondas de rádio" Já pela definição oficial do IEEE é bem mais simples: "Um meio para irradiar ou receber ondas de rádio" Estas definições estão corretas, as antenas são um meio para irradiar e receber ondas de rádio. Na qual aplicam-se diversas técnicas de diretividade, onde fatores

3 como a frequência e ganho desejado são fundamentais para definir seu formato e dimensão. De uma forma geral, existe uma razão de proporção entre o comprimento da onda eletromagnética e o tamanho da antena. Por sua natureza, deduz-se que a antena ocupa sempre o último lugar na cadeia de transmissão e o primeiro lugar na cadeia de recepção, daí a importância de seu estudo e entendimento para as telecomunicações. No estudo e projeto de antenas, pode-se dizer que não importa em que freqüência do espectro eletromagnético seja aplicada, sempre serão usados os mesmos princípios matemáticos, físicos e práticos da teoria eletromagnética, ela é: constante, imutável e invariável. Quanto maior a frequência utilizada nas antenas, maior deve ser a precisão dos dispositivos, equipamentos e medições. Princípios básicos da antena Você já deve ter notado que quase todo rádio (como o seu telefone celular, o rádio do seu carro, etc.) tem uma antena. As antenas vêm em todos os tamanhos e formas, dependendo da freqüência que estiverem tentando receber. A antena pode ser qualquer coisa, de um longo fio duro (como nas antenas de rádio AM/FM na maioria dos carros) até uma antena parabólica. Transmissores de rádio também usam torres de antenas extremamente altas para transmitir seus sinais. A idéia por trás de uma antena em um transmissor de rádio é lançar ondas de rádio no espaço. Em um receptor, a idéia é receber tanta potência do transmissor quanto for possível e fornecê-la ao sintonizador. Para os satélites que estão a milhões de quilômetros de distância, a NASA usa enormes antenas parabólicas de até 60 metros de diâmetro. O tamanho ideal de uma antena de rádio está relacionado à freqüência do sinal que ela estiver tentando transmitir ou receber. A razão para essa relação tem a ver com a velocidade da luz e a velocidade com que os elétrons conseguem viajar. A velocidade da luz é de 300 mil quilômetros por segundo. Na próxima página, vamos usar esse número para calcular o tamanho de uma antena de tamanho real. Antena Dipolo É um tipo básico de antena dos mais importantes e utilizados. Ele consiste em dois condutores retilíneos alinhados, contendo em seu comprimento total o tamanho desejado da onda que se deseja captar (como o dipolo de meia onda, que contêm o mesmo tamanho da metade do comprimento da onda). Contêm várias

4 características semelhantes à antena monopolo (só que dobrando as grandezas, exceto o ganho), mas por ela ser polarizada horizontalmente, possui duas frentes de onda. Ela é muito utilizada em televisores. O tipo de antena dipolo de meia onda é capaz de se aproximar à antena isotrópica, ou seja, consegue transmitir e receber, praticamente, com a mesma potência em todas as direções. Figura 1 - Antena Dipolo Antena Monopolo É uma classe de antena de rádio que consiste de um condutor em forma de haste reta, muitas vezes montados perpendicularmente ao longo de algum tipo de condutor de superfície, chamado um plano de terra. O sinal de acionamento a partir do transmissor é aplicado, ou para a recepção de antenas a tensão de saída é obtida, entre a extremidade inferior do monopolo e o plano de terra. Um lado da antena feedline está ligado à extremidade inferior do monopolo, e do outro lado está ligado ao plano de terra, o que é muitas vezes a Terra. Isto contrasta com uma antena dipolar que consiste de dois condutores da haste idênticas, com o sinal do transmissor aplicada entre as duas metades da antena. Os tipos comuns de antena monopolo são o chicote, patinho de borracha, helicoidal, fio aleatório, radiador mastro e antenas de avião no solo. Figura 2- Antena Monopolo

5 Antena com Refletor Parabólico Uma antena com refletor é aquela em que se utilizam elementos extras cujas principais funções são a adequação do sistema irradiante e receptor às melhores condições de ganho e diretividade do sinal irradiado e recebido. Os sistemas de reflexão podem ser de diversos tipos, desde os semi-segmentos em forma de hastes utilizadas em antenas plano-terra, hastes sintonizadas de antenas Yagi- Uda, refletores planos em antenas helicoidais, refletores parabólicos utilizados em radiotelescopia, comunicações por satélites artificiais, radares, entre muitas outras aplicações. O primeiro tipo de antena com refletor foi a Antena monopolo. Antena parabólica é muito útil quanto à transmissão e a recepção é utilizada para diversos fins, recepção ou transmissão de sinais, repetidoras, satélites, radares, etc. Tem alto ganho e funciona em freqüências altas (que podem chegar a 300 GHz). Além de captar sinais com baixa potência sua abertura é pequena, isso lhe possibilita grande direcionalidade, pois o disco parabólico direciona os raios recebidos paralelamente para um ponto chamado de foco, neste podem ser montadas antenas dipolo, dutos sintonizados, cornetas, etc Figura 3- Antena com Refletor Biliografia: Theoretical investigations into the Transmitting and Receiving Qualities of Antenae, vol 2 n.º 4 série IV,1938 Antenas- Teoria Básica e Aplicações, Luiz Cláudio Esteves, 1980 Krauss,Antenas, 1978

6 Schelkunoff, Antenae Phenomena, 1969 Jordan, Antenna Book, Transactions (IRE), Vol 9 AP3 n 4 pg 163 out 1954, Yagi-Uda Antennas, 1954, pg 19 e 20, Mullin, E.E.,Radio Aerials, Oxford, 1949 Embratel, Manual de Antenas, Apostila de Sistematização de gráficos e ábacos, 1969.