Antenas para micro-ondas e guias de onda

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1 Antenas para micro-ondas e guias de onda 1 Guias de onda Em frequências elevadas os cabos coaxiais não são adequados para transmissão dos sinais eletromagnéticos, além do problema da absorção as dimensões internas do cabo não mais são pequenas comparadas com o comprimento de onda e o cabo perde suas características. Em micro-ondas o meio de transmissão mais adequado é o guia de onda, que consiste em tubos metálicos retangulares, circulares ou ovais, sendo o mai comun o guia de onda retangular. Fig. 1.1 Guia de onda retangular. Um guia de onda não funciona da mesma forma que um cabo coaxial onde as correntes e tensões são as responsáveis pela transmissão da energia. Em um guia de onda a onda é guiada pelo interior do tubo. Como o comprimento de onda depende da frequência, as dimensões de um guia de onda determinam a forma, ou o modo em que as ondas caminham. Primeiramente é importante observar que a velocidade de propagação no guia é menor que a velocidade da luz. Na verdade a onda caminha na velocidade da luz, porém como tem que Ziguezaguear demora mais tempo para percorrer todo o trajeto do guia de onda. Quando a dimensão do guia de onda é menor que meio comprimento de onda, o sinal é atenuado e o guia não consegue transferir o sinal. Para o guia de onda retangular a dimensão mínima é λ/2. Para dimensões entre λ\2 e λ o guia de onda possui somente um modo de propagação pois o campo elétrico fica limitado entre as paredes condutoras do guia.

2 Fig 1.2 Representação do campo elétrico em um guia de onda Na representação acima temos no plano horizontal ½ comprimento de onda. A onda com esse comprimento consegue propagar pelo guia. Se as dimensões do guia forem menores a onda não se propaga. Este modo de propagação é chamado de modo transversal elétrico TE10. Para guias com dimensões maiores ou neste mesmo guia com frequências mais elevadas outros modos são permitidos. Fig. 1.3 Exemplo de modo de transmissão transversal elétrico [1]. [1] Ilustração Blog do EletroIII306 ( Além dos modos transversais elétricos existem os modos de transmissão do campo magnético chamados de TM10, TM20 e etc. Seguem abaixo 36 modos comuns.

3 Fig. 1.4 Modos de propagação em guias de onda [2]. [2] Imagem

4 2 A antena corneta Em frequências muito elevadas as antenas dipolo, yagi, log-periódica e outros possuem dimensões muito pequenas e praticamente não são utilizadas. Em micro-ondas outras técnicas são utilizadas. Uma antena bastante comum é a antena corneta piramidal. Fig. 2.1 Antena corneta piramidal. Esta antena pode receber um sinal em um guia de onda ou estar acoplada diretamente à um fronte-end de um receptor ou saída de um transmissor. Como em micro-ondas a onda pode ser guiada dentro de tubos (guia de onda) a antena corneta vai gradualmente fazendo transição entre o guia de onda e meio externo (ar). Fig. 2.2 Mudança gradual da onda guiada em onda TEM no espaço..

5 Para guias de onda circulares, a antena corneta utilizada é a antena corneta cônica. Fig. 2.3 Antena corneta cônica. 3 Antena helicoidal A antena helicoidal é formada por um elemento em forma de mola e um plano refletor. Fig. 3.1 Antena helicoidal. Esta antena possui uma polarização circular, ou seja, o campo elétrico e o campo magnético não estão fixos em uma posição horizontal ou vertical, ele gira para a direita ou para a esquerda. Esta característica é muito interessante para sistemas de comunicação via satélite de órbita baixa. Como esses satélites estão em movimento em relação à terra, hora os sinais chegam na posição horizontal, hora na posição vertical e na maioria das vezes uma combinação entre elas. Fig. 3.2 Conjunto de antenas helicoidais para rastreamento de satélites. A polarização circular de uma antena helicoidal pode ser para a direita ou para a esquerda chamadas de RHCP (Right Hand Circular Polarization) e LHCP (Left Hand Circular Polarization).

6 4 - Antena microfita As antenas microfitas são antenas planares construídas em uma superfície plana. O mais comum é a fabricação dessas antenas à partir de placas de circuito impresso. Fig. 4.1 Conjunto de 4 antenas microfitas. As antenas microfitas também são conhecidas como antena patch e podem ter várias formas, como simples retângulos, círculos, triângulos ou até formas que imitam a natureza como as antenas microfitas baseadas na geometria dos fractais. Fig. 4.2 Antenas Microfitas baseadas na geometria dos fractais. A antena microfita na grande maioria das vezes possui um plano terra e um elemento irradiador que direciona o sinal em uma determinada direção. Fig. 4.3 Construção de uma antena Patch.

7 5 - Radome O termo radome vem da união da palavra radar com dome (cúpula). O radome é uma proteção utilizada em antenas. Consiste em um material dielétrico de forma a permitir a passagem da onda eletromagnética com mínima atenuação e ao mesmo tempo proteger a antena. Fig. 5.1 Radome utilizado em antena de micro-ondas. O radome não é feito de qualquer material, ele é especialmente desenvolvido para permitir a passagem da onda eletromagnética. Além da proteção das antenas parabólicas em torres, os radomes são projetados para proteção de antenas de rádio telescópios e aviões. Fig. 5.2 Uso de radome em radioastronomia e aviação. Um radome não pode ter materiais condutivos em sua construção. Os materiais condutivos produzem atenuação e reflexão do sinal.