Antena Escrito por André Antenas A antena é um dispositivo passivo que emite ou recebe energia eletromagnéticas irradiada. Em comunicações radioelétricas é um dispositivo fundamental. Alcance de uma Antena O alcance de um transmissor nas gamas de freqüências de VHF e superiores depende da altura da antena transmissora e da antena receptora, para além do diâmetro da terra. A formula seguinte é válida para o alcance visual não levando em conta o fenômeno da refração. S = 3,6 x (?H x?h) S alcance em quilômetros (km) H altura da antena transmissora em metros (m) h altura da antena receptora em metros (m) Tipos de Antenas Antena Isotrópica Uma antena isotrópica pode ser considerada como um elemento puntiforme, cuja potência irradiada (ou recebida) é a mesma em todas as direções Na prática não existe. É apenas um modelo matemático para comparação com antenas reais. Pode ser simulada de forma aproximada por uma combinação de dipolos de meia onda. As antenas reais não são isotrópicas, isto é, a potência irradiada (ou recebida) varia de acordo com a orientação considerando-se um espectro tridimensional, isto é, no espaço. Algumas antenas, na prática, irradiam de forma quase uniforme num determinado plano.
Dipolo Meia Onda É uma antena básica, formada por dois condutores retilíneos, cada com 1/4 do comprimento de onda da radiação de comprimento em relação à freqüência a ser emitida ou recebida No vácuo, a relação entre o comprimento de onda e a freqüência é dada por:?=vl/f onde: VL=Velocidade da Luz 300.000 f=freqüência em hertz?=comprimento de onda em metro A velocidade de propagação nos condutores é menor, na prática, o comprimento da antena é 95% do valor calculado pela fórmula anterior. A figura B dá uma idéia da variação de tensão e de corrente (em valores absolutos) ao longo do dipolo. No centro a corrente é máxima e a tensão é mínima. Isso permite deduzir que o dipolo é equivalente a um circuito ressonante RLC série (figura C). Na ressonância, as reatâncias indutiva e capacitiva anulam-se, portanto, a impedância é puramente resistiva. Para dipolos de meia onda, a impedância na freqüência de ressonância é aproximadamente 72 ohms Dipolo Fechado Pode-se considerar como dois dipolos de meia onda em paralelo. Nesta situação, a impedância é multiplicada por 2 2 =(4). Portanto, Z = 4 x 72 = 288 ohms. É um valor bastante próximo da impedância dos fios paralelos de 300 ohms e, por isso, são bastante usados em sinais de VHF, como TV. Se fossem 3, a impedância seria multiplicada por 2 3 =(8).
Quarto de Onda Muito utilizada em comunicações móveis, tem um funcionamento omnidirecional no plano horizontal. O elemento excitador é um condutor vertical retilíneo de comprimento igual a 1/4 do comprimento de onda do sinal, que liga ao condutor central do cabo coaxial. Os elementos auxiliares fazem um plano de terra horizontal e as ondas refletidas interagem com a incidente, resultando em uma distribuição uniforme no plano horizontal. A impedância característica está na faixa dos 36 ohms. Notar que as hastes que formam o plano terra podem ser dispensadas quando um já existe, como o teto de um automóvel. Quarto de Onda Não Múltipla Se o comprimento do elemento exitador da antena não é múltiplo de 1/4 do comprimento de onda do sinal, ela não será ressonante, ou seja, não terá o melhor desempenho. Uma antena de 5/8 do comprimento de onda tem uma reatância capacitiva. Um indutor L é colocado na base com uma reatância indutiva igual, em valor absoluto, as duas anulam-se e o conjunto torna-se ressonante na frequência do sinal. Antena Yagi É formada por um dipolo de meia onda como elemento excitador, um refletor e um ou mais diretores. Na transmissão, a interação eletromagnética entre os elementos produz múltiplas irradiações do sinal, na direção dos diretores, com significativo ganho do total irradiado. Na recepção, a malha formada pelos diretores e refletor reforça o sinal. Devido à simetria e igualdade de impedâncias, não há corrente entre elementos e um suporte condutor pode ser usado. Apenas o dipolo deve ser isolado. A impedância é baixa, em geral menor que 50 ohms. Para aumentar a impedância é usado um dipolo fechado conforme. Dependendo do número de diretores, o ganho pode ser alto. Valores típicos vão de 7 a 15 db. Apresenta uma largura de banda estreita, o que pode ser vantajoso para algumas aplicações e limitadora$ para outras. Embora possa ser usada para transmissão, não é adequada para altas potências devido ao efeito corona entre os elementos.
Diretividade de uma Antena A relação entre o campo irradiado pela antena na direção de máxima irradiação e o campo que seria gerado por uma antena isotrópica que recebe a mesma potência. A diretividade de uma antena define a sua capacidade de concentrar energia numa determinada direção. D= E Max E ISO Lei de Friis A lei de Friis relaciona a potência transmitida por uma antena para outra nas condições ideais. Dadas duas antenas, a razão da potência recebida pela antena de recepção, P r sobre a potência da antena de transmissão P t, onde G r é o ganho da antena de recepção e G t o ganho da antena de transmissão Os ganhos das antenas são medidos em relação a antenas isotrópicas (unidades lineares não em decibéis), com o comprimento de onda e a distância nas mesmas unidades. Ganho de uma Antena Ao contrário dos amplificadores, as antenas são elementos passivos, não amplificam sinais. O ganho de uma antena expressa a relação com uma antena de referência. O ganho pode swr entendido como o resultado da diretivdiade menos as perdas G=nD G- Ganho n- Eficiência D= Diretividade A eficiência de uma antena no seu projeto eletromagnético relaciona todos os elementos integrantes (cabos de transmissão, defasamento de impedâncias, perdas dielétricas) normalmente está na faixa entre os 90 e 95%. Na figura a curva aproximada da potência irradiada por um dipolo de meia onda. Um vetor traçado do centro do dipolo até um ponto qualquer da curva representa a potência irradiada na direção do vetor. Assim, a potência máxima irradiada é dada pelo vetor P (ou o oposto de 180, na outra parte da curva). Considere agora uma antena isotrópica conforme tópico anterior, na mesma posição do dipolo e alimentada com a mesma potência da linha de transmissão. Ela irradia uma potência máxima Pi, que é a mesma para todas as direções. Então, o ganho do dipolo de meia onda tendo como referência a antena isotrópica é dado pela relação ente essas potências, expressa em decibéis. Portanto, ganho = 10 log (P/Pi). E o valor encontrado é simbolizado por dbi, para indicar a antena isotrópica como referência. Uma antena isotrópica tem ganho de 0 dbi. Um dipolo de meia onda apresenta um ganho de 2,14 dbi. Alguns fabricantes de antenas indicam o ganho tendo como referência o dipolo de meia onda. Assim, para efeito de comparação, é importante saber a referência, pois há uma diferença de 2,14 db entre as duas.
Polaridade da radiação O ângulo que a antena faz com o plano horizontal determina a orientação dos campos elétrico e magnéticos irradiados, os quais são perpendiculares entre si. Para maior eficiência do conjunto transmissor e receptor, as antenas de ambos devem ter a mesma polarização. Impedância de uma linha para antena A impedância Zo de uma linha para a antena (coaxial por exemplo), pode ser calculada pela seguinte equação: Zo=120 ln (2 S ) / D Largura de Banda A Largura de banda é o intervalo de frequência na qual a antena deve funcionar de forma satisfatória para a sua aplicação Calculo da potência efectiva irradiada ERP A potência ERP e a potência é realmente irradiada pela antena. ERP=P T (db) + G T (db)- p(db) P T-Potência em db do transmissor. GT-Ganho em dbi da antena p(db)- Perda por atenuação no cabo coaxial Fonte: CLUBE DE RADIOAMADORES DA SERRA DA MANTIQUEIRA