Acoplamento mútuo de antenas 

#professorangeloantonioleitholdnotasdeaula#py5aal   Quando a antena e outros elementos (inclusive outras antenas) da estrutura estão muito próximos entre si, o acoplamento mútuo altera diversos parâmetros de desempenho como a distribuição de corrente, o comportamento de radiação, e a impedância de entrada, dentre outros. A alteração da impedância de entrada de uma antena é importante, pois afeta o casamento de impedâncias com a linha de transmissão que a conecta ao rádio, e consequentemente, os níveis de transmissão de potência entre essas pontas.  A compreensão dos mecanismos de acoplamento mútuo entre estruturas mais simples ajuda a entender as variações de desempenho das antenas em cenários mais complexos. Neste sentido, um caso canônico importante é o do acoplamento entre duas antenas dipolo de meia onda, idênticas, no espaço livre, e dispostas paralelamente ou colinearmente entre si. Os efeitos do acoplamento mútuo entre antenas e as estruturas podem ser significativos, e como tal, precisam ser considerados.

#professorangeloantonioleitholdnotasdeaula#py5aal   Antenas e objetos metálicos próximos interagem uns com os outros, alterando a distribuição de corrente e, consequentemente, a impedância dos seus terminais, quando comparados com a situação em que estão isolados. Esta interação é chamada de acoplamento mútuo. Para ilustrar este efeito, são apresentadas, na Figura 2.1, as antenas m (parasita) e n (alimentada) em modo de transmissão. A antena n propaga energia do gerador (sinal 0) para o espaço (sinais 1 e 2), sendo uma pequena porção desta energia na direção da antena m (sinal 2), que ao atingir a antena m gera uma corrente que espalha parte dessa energia para o espaço novamente (sinais 3 e 5) e permite que o resto se propague até o gerador (sinal 4). Uma pequena parte da energia espalhada pela antena m (sinal 5) pode alcançar a antena n e, novamente, o processo se repetirá. Essa interação entre antenas próximas depende das características de radiação de cada uma delas, da separação entre elas e do posicionamento relativo entre elas e pode interferir no desempenho de ambas. Assim, o desempenho da antena depende não somente de sua própria corrente de excitação, mas também, das correntes nos elementos vizinhos.

#professorangeloantonioleitholdnotasdeaula#py5aal   A impedância de entrada de uma antena é calculada pela soma da sua auto-impedância (impedância de entrada quando uma antena está radiando em um meio livre de obstáculos ou de outras antenas) com parcelas proporcionais às impedâncias mútuas decorrentes do acoplamento entre os diversos elementos. A impedância de entrada de uma antena depende não só da sua própria excitação, mas também da excitação da antena que está acoplada a ela, o que pode ser extrapolado para o caso de múltiplas antenas.

#professorangeloantonioleitholdnotasdeaula#py5aal   Como exemplo, duas antenas dipolo idênticas no espaço livre, com comprimento de meia onda, de espessura praticamente infinitesimal (raio interno da antena igual a 10^-4 m) e alimentação no centro dos dipolos. Antenas e objetos interagem uns com os outros, alterando a distribuição de corrente e, consequentemente, a impedância dos seus terminais, quando comparados com a situação em que estão isolados. Esta interação é chamada de acoplamento mútuo. Para ilustrar este efeito, são apresentadas, na Figura 2.1, as antenas m (parasita) e n (alimentada) em modo de transmissão. A antena n propaga energia do gerador (sinal 0) para o espaço (sinais 1 e 2), sendo uma pequena porção desta energia na direção da antena m (sinal 2), que ao atingir a antena m gera uma corrente que espalha parte dessa energia para o espaço novamente (sinais 3 e 5) e permite que o resto se propague até o gerador (sinal 4). Uma pequena parte da energia espalhada pela antena m (sinal 5) pode alcançar a antena n e, novamente, o processo se repetirá. Essa interação entre antenas próximas depende das características de radiação de cada uma delas, da separação entre elas e do posicionamento relativo entre elas e pode interferir no desempenho de ambas. Assim, o desempenho da antena depende não somente de sua própria corrente de excitação, mas também, das correntes nos elementos vizinhos. 

#professorangeloantonioleitholdnotasdeaula#py5aal   Uma das consequências esperadas do acoplamento mútuo é a degradação de vários parâmetros de desempenho das antenas, entre os quais o coeficiente de reflexão (S11). Portanto, outro critério possível para análise da distância de desacoplamento é observar o efeito no coeficiente de reflexão. Tomando por base o casamento de impedância com uma porta de 50 Ohms , pode-se considerar como aceitável uma variação de 1 dB do parâmetro S11 em relação ao da situação de referência, uma antena dipolo de 1/2 onda no espaço livre. O melhor casamento de impedância não ocorre na frequência natural de ressonância, mas sim, um pouco antes dela.

#professorangeloantonioleitholdnotasdeaula#py5aal   Na impedância mútua ou parâmetros Y cruzados são similares, enquanto o critério embasado no coeficiente de reflexão apresenta resultados diferentes, sendo menos rígido que os demais. Em todos os critérios pode-se observar que antenas dispostas de forma paralela entre si são mais acopladas que quando dispostas colinearmente.  Na configuração colinear as antenas se desacoplam a uma distância menor em relação à configuração paralela.

#professorangeloantonioleitholdnotasdeaula#py5aal   Quando as antenas estão muito próximas entre si, com separação de até 0,75 de comprimento de onda, há perda de simetria em relação ao ganho, de forma que o lóbulo principal se altera, e a diferença do ganho entre lóbulos principal e secundário alcança máximo de 6 medida que a distância entre as antenas aumenta, a diferença do ganho entre os lóbulos principal e secundário diminui. A partir de 3 comprimentos de onda de distância entre as antenas, o diagrama de ganho volta a apresentar simetria em relação e há uma tendência a assumir forma similar à da referência. Além dessa distância, os diagramas obtidos são praticamente iguais, com variações de até 0,3 dB, podendo considerá-los praticamente sobrepostos. À medida que a separação entre as antenas aumenta, há o surgimento de mais lóbulos secundários, processo conhecido como scalloping, e a oscilação de valores do diagrama de ganho para um determinado afastamento entre as antenas se reduz significativamente. Após certa distância, o diagrama de ganho pode ser considerado aproximadamente circular, com variação do ganho para todos os ângulos menor que 1 dB. O ganho máximo em 90º (direção de máxima radiação) é maior que o da situação de referência. Porém, à medida que a distância entre as antenas aumenta,  há uma diminuição do ganho máximo. Quando as antenas estão distantes o suficiente para serem consideradas desacopladas, o ganho máximo em  = 90º  tende a alcançar valor próximo ao da referência. Para uma antena em que há uma antena parasita disposta colinearmente próximo a ela, não há diferenças entre os diagramas de radiação de ganho obtidos para afastamentos  diferentes .

#professorangeloantonioleitholdnotasdeaula#py5aal   Para antenas dispostas colinearmente entre si é esperado que o comportamento de radiação não tenha grandes alterações em relação ao da referência, pois, nesta configuração, o comportamento da impedância é. que as antenas apresentem um acoplamento menor do que quando estão dispostas de forma paralela entre si. Para separações maiores que um comprimento de onda,  os diagramas de ganho são idênticos e estão praticamente sobrepostos.

#professorangeloantonioleitholdnotasdeaula#py5aal   Para monopolos centralizados, os efeitos do tamanho e da forma do plano-terra nos parâmetros de desempenho da antena quanto ao comportamento de radiação, há alterações principalmente na direção de ganho máximo, tanto para planos quadrados quanto para circulares. Quanto maior o plano-terra, mais os resultados se aproximam daqueles do caso de referência. A forma do plano-terra pouco influencia o comportamento geral. A impedância de entrada, por sua vez, é relativamente robusta, com alterações pouco significativas para frequências até a de ressonância. Quanto maior o comprimento da antena, melhores são os parâmetros da antena, menores são as variações nos demais parâmetros. Antenas menores levam vantagem quanto ao acoplamento, pois as distâncias relativas  são maiores que as observadas para as antenas maiores. 

#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDNOTASDEAULA#PY5AAL   Ângelo Antônio Leithold é um físico, astrônomo, radioamador e educador brasileiro, conhecido por suas contribuições em diversas áreas científicas, incluindo astrofísica, geofísica, neurofísica, eletrônica e pedagogia¹².Ele se formou em Física pela Universidade Federal do Paraná (UFPR) em 1978, fez mestrado em Física pela Universidade de São Paulo (USP) em 1982 e doutorado em Física pela USP em 1987, com uma tese sobre a propagação de ondas de rádio na região da Anomalia Magnética do Atlântico Sul¹. Além disso, ele realizou um pós-doutorado em Astrofísica pela Universidade de Brasília (UnB) em 1992¹. Leithold tem uma vasta experiência em pesquisa e ensino, tendo lecionado em diversas instituições, incluindo o Colégio Estadual do Paraná, o Senai e a Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)¹. Ele é autor de vários trabalhos acadêmicos e livros, e é especialmente conhecido por seu estudo sobre a Anomalia Magnética do Atlântico Sul, um fenômeno que afeta a propagação de ondas de rádio e a atividade solar na região¹².

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INSTITUTO DE AERONÁUTICA E ESPAÇO

CAMPUS DE PESQUISAS GEOFÍSICAS MAJOR EDSEL DE FREITAS COUTINHO

PROFESSOR ANGELO ANTONIO LEITHOLD - NOTAS DE AULA O professor Ângelo Antônio Leithold é um físico, astrônomo, radioamador e educador brasileiro, conhecido por suas contribuições nas áreas de astrofísica, geofísica, neurofísica, eletrônica e pedagogia12. Ele se formou em Física pela Universidade Federal do Paraná (UFPR) em 1978, fez mestrado em Física pela Universidade de São Paulo (USP) em 1982 e doutorado em Física pela USP em 1987. Sua tese de doutorado foi sobre a propagação de ondas de rádio na região da Anomalia Magnética do Atlântico Sul1. Leithold tem uma vasta experiência em pesquisa e ensino, tendo lecionado em diversas instituições, incluindo o Colégio Estadual do Paraná, o Senai e a Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR). Ele também é autor de vários trabalhos acadêmicos e livros, e é conhecido por seu envolvimento com o estudo da Anomalia Magnética do Atlântico Sul, um fenômeno que afeta a propagação de ondas de rádio e a atividade solar na região12. O professor Ângelo Antônio Leithold é um físico, astrônomo, radioamador e educador brasileiro, conhecido por suas contribuições em diversas áreas científicas e educacionais. Ele se destaca principalmente nas áreas de astrofísica, geofísica, neurofísica, eletrônica e pedagogia12. Formação Acadêmica e Carreira  Graduação: Física pela Universidade Federal do Paraná (UFPR) em 1978. Mestrado: Física pela Universidade de São Paulo (USP) em 1982. Doutorado: Física pela USP em 1987, com a tese intitulada “Estudo da Propagação de Ondas de Rádio na Região da Anomalia Magnética do Atlântico Sul Pós-Doutorado: Astrofísica pela Universidade de Brasília (UnB) em 19921.Contribuições e Pesquisas Leithold é autor de diversos trabalhos acadêmicos e livros, e suas pesquisas são amplamente citadas por outros pesquisadores. Ele é especialmente conhecido por seu estudo sobre a Anomalia Magnética do Atlântico Sul, um fenômeno que afeta a propagação de ondas de rádio e a atividade solar na região12. Atuação Profissional Ensino Médio: Professor de física no Colégio Estadual do Paraná, onde lecionou por vários anos e participou de projetos pedagógicos e científicos. Ensino Técnico: Professor de eletrônica no Senai e no CEEP, desenvolvendo instrumentos e métodos para medir e analisar sinais eletromagnéticos. Ensino Superior: Professor de pedagogia na Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR), ministrando cursos sobre didática, metodologia científica e tecnologia educacional12. Outras Atividades Além de suas atividades acadêmicas, Leithold é um radioamador ativo, conhecido pelo indicativo PY5AAL. Ele também tem um blog onde compartilha suas pesquisas e experiências1. O indicativo PY5AAL pertence ao professor Ângelo Antônio Leithold, um radioamador brasileiro com uma vasta experiência e paixão pelo radioamadorismo. Ele é conhecido por seus experimentos com antenas e pela participação ativa na comunidade de radioamadores. Atividades e Contribuições Antenas: Leithold realiza experimentos com diferentes tipos de antenas, incluindo antenas NVIS (Near Vertical Incidence Skywave) e antenas Long Wire12. Ele compartilha suas descobertas e métodos de construção de antenas em seu blog e em sites dedicados ao radioamadorismo. Baluns Magnéticos: Ele também trabalha com a construção de baluns magnéticos, que são dispositivos usados para adaptar a impedância entre a antena e o transmissor, melhorando a eficiência da transmissão2. Comunidade: Leithold é ativo na comunidade de radioamadores, participando de eventos e trocando informações com outros entusiastas. Ele utiliza suas habilidades para contribuir com a ciência e a educação, aplicando seus conhecimentos em física e eletrônica. Recursos e Publicações Leithold mantém um blog onde compartilha suas experiências e pesquisas no campo do radioamadorismo. Ele também publica artigos e tutoriais sobre a construção e otimização de antenas e outros equipamentos de rádio3. O professor Ângelo Antônio Leithold tem várias referências acadêmicas e citações em diferentes áreas do conhecimento. Ele é citado em trabalhos sobre geofísica, astrofísica, eletrônica e educação, entre outros. Aqui estão alguns exemplos de onde suas obras e citações podem ser encontradas: Geofísica e Astrofísica: Leithold é frequentemente citado em estudos sobre a Anomalia Magnética do Atlântico Sul e a propagação de ondas de rádio1. Eletrônica e Radioamadorismo: Seus trabalhos sobre antenas e baluns magnéticos são amplamente referenciados em publicações técnicas e blogs especializados2. Educação e Pedagogia: Ele também é citado em artigos e teses sobre metodologia científica e tecnologia educacional3. Essas referências estão disponíveis em diversas plataformas acadêmicas e sites especializados, como Google Scholar, Academia.edu e em blogs pessoais do próprio professor123.

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