INSTITUTO DE AERONÁUTICA E ESPAÇO - IAE - CONVÊNIO 2002-2012

©1995-2007 Professor Ângelo Antônio Leithold.

ATENÇÃO: ESTA PÁGINA FOI SALVA DE UM PROJETO ANTIGO DE 1995 - PODE HAVER ALGUMA INCOMPATIBILIDADE

Refletores e Efeito Terra Antenas

Fenômenos de Transmissão e Reflexão da Radiofrequência

REFLETORES E EFEITO TERRA E SUA INFLUÊNCIA SOBRE O DIPOLO

Os refletores se disseminaram nos sistemas irradiantes, a alteração de impedância e o diagrama resultante da distância de uma antena ao solo é largamente utilizada. A forma e a distância do refletor à antena força seu comportamento, se determinado um diagrama a antena trabalha dentro dele. Este é um dos parâmetros que imediatamente percebidos, é a relação frente/costas no caso de antenas direcionais, pois à medida que esta relação aumenta, conseqüentemente aumentará a diretividade da antena. A reflexão na ionosfera e alteração de lóbulos é função da distância e diâmetro dos elementos. Com o passar do tempo e experiências, chegou-se à conclusão que estes praticamente se igualam em forma e dimensões aos dipolos ou monopolos dos quais fazem parte. Numa antena direcional cilíndrica, por exemplo, recomenda-se que os elementos parasitas também o sejam, os comprimento físicos daqueles, se refletores devem ser ligeiramente maiores que o elemento ativo em cinco a dez por cento. No caso de refletores planos sua superfície não precisa ser infinita, basta que seja ressonante, ou seja, uma superfície refletora contínua cuja malha não ultrapasse a 10% do comprimento de onda aplicado e esteja a tal distância da terra que esta não anule o efeito de sintonia. Uma vez feito este procedimento alterará a impedância e largura de faixa do sistema resultante, o dipolo, não mais será um dipolo isolado, passará a se comportar como uma rede com todas as características dadas pela disposição dos elementos interferentes. 

Na vertical:

     î            - |

     h           î |

     I           + |                                                     plano terra

     //////////////////////////////////////////////////////////////////

     Î            - |     

     h           î |

     I__       + |

Sendo: E'q a senq , E'r a cosq , E'q a sen [p - q] = senq  , E'r a cos [p - q] = -cosq, tanto para o dipolo horizontal, quanto para o dipolo vertical, existe o dipolo imagem, este atua de forma que seu efeito, juntamente ao efeito terra alterem o diagrama de irradiação, impedância, ganho, dentre outros parâmetros da antena como se fosse um refletor, daí para efetuar a análise o sistema de estudo dos efeitos causados pela proximidade de duas antenas. Uma antena próxima a qualquer estrutura condutiva, "n" dipolos, outra antena, ou antenas, forma-se uma rede que deve ter certos aspectos físicos de proximidade entre seus elementos em comprimentos de onda. O sistema resultante tem um acoplamento concomitante e haverá somatórias de todas as características de todos os elementos ou acoplamento mútuo. O efeito do acoplamento mútuo, tanto para antena em polarização horizontal, quanto vertical têm em sua imagem a indução de correntes, suas impedâncias, lóbulos, e ganhos se interam, formando um sistema complexo. Uma antena a uma determinada distância da terra, existe a antena real e sua imagem. As correntes induzidas no dipolo real terão seu equivalente no dipolo imagem. O dipolo vertical muito próximo ao solo tem reforçados o campo irradiado e o campo recebido, no caso do dipolo horizontal, a impedância resultante do sistema será muito próxima de zero ohm, colocando o sinal em curto com a terra, anulando a antena. No caso do monopolo em polarização vertical, seu funcionamento no solo será similar ao dipolo vertical no espaço livre, sua imagem complementará o segmento real.

Num dipolo de meia onda, dependendo da sua altura em comprimento de onda da terra, o efeito desta sobre aquele é de substancial importância. Além de alterar o ângulo de tiro (partida) da antena, também ocorre um efeito sobre a impedância no sistema irradiante. A antena passa a se comportar de forma sistêmica, ocorre o efeito de interação entre antena e terra, esta pode ser considerada como um refletor perfeito de dimensão infinita, formando uma imagem da antena tal qual a imagem formada por um objeto qualquer num. Tomando como exemplo o dipolo horizontal de meia onda que esteja ressonando em determinada freqüência, onde R 73 , como R  70 , R  70 para X  0 a uma distância de um comprimento de onda sobre a terra, ocorre o efeito imagem, ou uma “antena” refletida na terra, assim, a imagem plano horizontal pode ser esquematizada como:

     __

     î            +++     à      ---

     h

     I                                                                  plano terra

     //////////////////////////////////////////////////////////////////

     Î

     h           ---      ß   +++

     I__

 A imagem plano vertical

     __

     î            - |

     h           î |

     I           + |                                                     plano terra

     //////////////////////////////////////////////////////////////////

     Î            - |     

     h           î |

     I__       + |

O comprimento do monopolo em posição vertical em relação à terra que está na horizontal. A base da antena está exatamente sobre a superfície do terra, isto é a medida passada na coluna da direita é a medida da ponta da haste à base, e não da distância do monopolo ao solo. O acoplamento da antena à sua imagem, e suas resultantes, sempre vai depender da altura desta para a terra (Ou elemento condutivo), seja esta superfície terrestre propriamente dita ou um elemento disposto de forma a criar um campo enxergado como um terra virtual, radiais para a monopolo, ou simplesmente o refletor no caso da antena Yagi-Uda. O diagrama de irradiação também se altera com a altura da antena ao solo. Os parâmetros de uma antena variam com a distância desta a qualquer elemento interferente tridimensionalmente. Antenas e estruturas metálicas próximas quando ressonantes interagem entre si, e podem ser vistas como uma “rede de antenas”.

O comprimento do monopolo em posição vertical em relação à terra que está na horizontal. A base da antena está exatamente sobre a superfície do terra, isto é a medida passada na coluna da direita é a medida da ponta da haste à base, e não da distância do monopolo ao solo. O acoplamento da antena à sua imagem, e suas resultantes, sempre vai depender da altura desta para a terra (Ou elemento condutivo), seja esta superfície terrestre propriamente dita ou um elemento disposto de forma a criar um campo enxergado como um terra virtual, radiais para a monopolo, ou simplesmente o refletor no caso da antena Yagi-Uda. O diagrama de irradiação também se altera com a altura da antena ao solo. Os parâmetros de uma antena variam com a distância desta a qualquer elemento interferente tridimensionalmente. Antenas e estruturas metálicas próximas quando ressonantes interagem entre si, e podem ser vistas como uma “rede de antenas”. Dos dados acima e dos experimentos práticos  chega-se a:

Ou seja, se houver área crítica o suficiente para que uma antena ressone em função ao terra natural ou artificial, a mesma terá sua impedância variável em função da distância. Se assim não o fosse, as antenas de quadro, Yagi-Uda não funcionariam. 

COMENTÁRIO

ngelo antonio leithold py5aal

(C)PY5AAL Muito se discute, muitas experiências são feitas para comprovar ou desacreditar o efeito da terra sobre as antenas em HF. Nem sempre se obtém o resultado esperado, portanto para se ter algum sucesso, devem ser feitas muitas medidas baseadas pela teoria do eletromagnetismo. As superfícies metálicas, e outras interferentes interam com as antenas de forma bastante importante. Portanto, a interação existe e pode ajudar ou atrapalhar o funcionamento de um sistema irradiante/receptor de rádio. O presente artigo foi escrito em março de 2003, publicado no Geocities e migrado para o Google Sites. 

Bibliografia

Theoretical investigations into the Transmitting and Receiving Qualities of Antenae, vol 2 n.º 4 série IV,1938

Esteves, Luiz Cláudio, 1980 - Antenas- Teoria Básica e Aplicações,

Krauss, Antenas, 1978

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. Sites da Internet, 2003.

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