ÍNDICE   ANTENAS - ÍNDICE   ANTENAS 1   TELECOMUNICAÇÕES   RADIOCIÊNCIA ÍNDICE ELETROMAGNETISMO   ANTENA  LOOP  LOOP  FIO  FINO #ANTENA QUADRO DE  DOIS ELEMENTOS BALUN MANUAL DE ANTENAS ANTENAS PARA HF   #FUNDAMENTOS DA PROPAGAÇÃO DAS ONDAS DE RÁDIO (1998)  ARRL Radio Amateur Handbook 1981  

#0ANTENA   DROP

SUMÁRIO

INTRODUÇÃO

#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDPY5AAL Uma antena de quadro para 40 metros por exemplo, alimentada por uma fonte balanceada é um Loop grande auto-ressonante, com perímetro de um comprimento de onda e auto- ressonante. É eficiente tanto para transmissão quanto para recepção, tem um padrão de radiação de dois lóbulos em sua primeira ressonância, atingindo o pico em ambas as direções. A diretividade é medida em largura de feixe, o ângulo de irradiação e largura do feixe é medida no padrão de radiação. No gráfico abaixo se vê círculos concêntricos se estendem além do padrão, indicam a intensidade relativa do sinal. À medida que se afasta da antena, a largura do feixe é medida entre os pontos na curva, a radiação é 3 dB abaixo do máximo (70,7% do máximo). A relação entre o campo irradiado pela antena na direção de máxima irradiação e o campo que seria gerado por uma antena isotrópica que recebesse a mesma potência, sua diretividade define a capacidade de concentrar a energia irradiada numa determinada direção. A orientação física proporciona uma curva de resposta bidirecional (Gráfico abaixo) A antena de quadro é muito eficiente em agir como um tipo de filtro que oferece uma seletividade baseada na direção do sinal. Isso proporciona maior eficiência de transmissão de potência e recepção de sinal. 

#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDPY5AAL Na engenharia de antenas, uma antena é a interface entre as ondas de rádio que se propagam pelo espaço e as correntes elétricas que se movem em condutores metálicos, usada com um transmissor ou receptor. [1] Na transmissão, um transmissor de rádio fornece uma corrente elétrica aos terminais da antena, e a antena irradia a energia da corrente na forma de ondas eletromagnéticas. Na recepção, ela intercepta parte da potência de uma onda de rádio para produzir uma corrente elétrica em seus terminais, que é aplicada a um receptor para ser amplificado . As antenas são componentes essenciais de todos os equipamentos de rádio . Uma antena é um conjunto de condutores (elementos ), conectados eletricamente ao receptor ou transmissor, pode ser projetada para transmitir e receber ondas de rádio em todas as direções horizontais igualmente (antenas omnidirecionais), ou preferencialmente em uma direção específica (antenas direcionais , ou de alto ganho, ou de "feixe"). 

#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDPY5AAL O dipolo é o tipo mais simples de antena do ponto de vista teórico. [ 1 ] Mais comumente, consiste em dois condutores de comprimento igual orientados de ponta a ponta com a linha de alimentação conectada entre eles. [ 8 ] [ 9 ] Os dipolos são frequentemente usados ​​como antenas ressonantes. Se o ponto de alimentação de tal antena estiver em curto, ela será capaz de ressoar em uma frequência específica, assim como uma corda de violão que é dedilhada. Usar a antena em torno dessa frequência é vantajoso em termos de impedância do ponto de alimentação (e, portanto, razão de onda estacionária ), então seu comprimento é determinado pelo comprimento de onda pretendido (ou frequência) de operação.[2] O mais comumente usado é o dipolo de meia onda alimentado centralmente, que tem pouco menos de meio comprimento de onda. O padrão de radiação do dipolo de meia onda é perpendicular máximo ao condutor, caindo para zero na direção axial, implementando assim uma antena omnidirecional se instalada verticalmente, ou uma antena fracamente direcional se horizontal. [ 10 ]  Embora possam ser usados ​​como antenas autônomas de baixo ganho, os dipolos também são empregados como elementos acionados em projetos de antenas mais complexos [ 2 ] [ 5 ] como a antena Yagi e matrizes acionadas. 

#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDPY5AAL Antenas dipolo ou projetos derivados delas, incluindo o monopolo são usadas para alimentar antenas direcionais mais elaboradas, como uma antena corneta, um refletor parabólico ou um refletor de canto. Um dipolo curto é formado por dois condutores com um comprimento total L substancialmente menor que meio comprimento de onda ou 1/2 λ. Dipolos curtos são algumas vezes usados ​​em aplicações onde um dipolo de meia onda completo seria muito grande. Eles podem ser analisados ​​facilmente usando os resultados obtidos para o dipolo hertziano. Sendo mais curto do que uma antena ressonante ou meio comprimento de onda, sua impedância de ponto de alimentação inclui uma grande reatância capacitiva que requer uma bobina de carga ou outra rede de correspondência para ser prática, especialmente como uma antena transmissora.

#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDPY5AAL Para encontrar os campos elétricos e magnéticos de campo distante gerados por um dipolo, usamos o resultado do dipolo hertziano, um elemento de corrente infinitesimal a uma distância r da corrente e em um ângulo θ em relação à direção da corrente. [11 ] Logo é importante a conceituação do dipolo elétrico. Este trata a separação das cargas elétricas positivas e negativas encontradas em qualquer sistema eletromagnético. Um exemplo simples desse sistema é um par de cargas de igual magnitude, mas de sinais opostos, separadas por uma distância tipicamente pequena. Dipolos, sejam elétricos ou magnéticos, podem ser caracterizados por seu momento dipolar, uma quantidade vetorial. Para o dipolo elétrico simples, o momento dipolar elétrico aponta da carga negativa em direção à carga positiva, e tem uma magnitude igual à força de cada carga vezes a separação entre as cargas. Para a definição do momento dipolar, deve-se sempre considerar o "limite dipolar", onde, por exemplo, a distância das cargas geradoras deve convergir para 0 enquanto, simultaneamente, a força da carga deve divergir para o infinito de tal forma que o produto permaneça uma constante positiva. Para o circuito de corrente magnética, o momento dipolar magnético aponta através do circuito, de acordo com a regra da mão direita, com uma magnitude igual à corrente no circuito vezes a área do circuito. Para o estudo das antenas, é necessária a compreensão da conceituação do dipolo elétrico e do dipolo magnético, que, de certa forma é a base do eletromagnetismo. Uma antena pode incluir componentes elétricos e magnéticos, ou seja, elementos não conectados ao transmissor, refletores parabólicos, cornetas ou elementos parasitas, que servem para direcionar as ondas de rádio em um feixe ou outro padrão de radiação desejado. 

#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDPY5AAL Diretividade forte e boa eficiência na transmissão são difíceis de conseguir com antenas com dimensões muito menores que meio comprimento de onda. As primeiras antenas foram construídas em 1888 pelo físico alemão Heinrich Hertz em seus experimentos pioneiros para comprovar a existência de ondas previstas pela teoria eletromagnética de James Clerk Maxwell.  Hertz colocou antenas dipolo no ponto focal dos refletores parabólicos para transmissão e recepção. [3] A partir de 1895, Guglielmo Marconi iniciou o desenvolvimento de antenas práticas para telegrafia sem fio de longa distância, pelas quais recebeu o Prêmio Nobel. [4] 

#professorAngeloAntonioLeitholdNotasDeAula#py5aal   A palavra antena é usada indistintamente, ocasionalmente, o termo equivalente "aéreo" é usado para significar especificamente uma antena de fio horizontal elevado. A origem da palavra antena relativa a aparelhos sem fio é atribuída ao pioneiro do rádio italiano Guglielmo Marconi . No verão de 1895, Marconi começou a testar seu sistema sem fio ao ar livre na propriedade de seu pai, perto de Bolonha, e logo começou a fazer experiências com longas "antenas" de fio suspensas em um poste. [4] Em italiano, um mastro de tenda é conhecido como l'antenna centrale , e o mastro com o fio era simplesmente chamado de l'antenna . Até então, os elementos de transmissão e recepção de radiação sem fio eram conhecidos simplesmente como "terminais". Por causa de sua proeminência, o uso da palavra antena por Marconi se espalhou entre pesquisadores e entusiastas sem fio e, mais tarde, para o público em geral. [5] [6] [7] 

#professorAngeloAntonioLeitholdNotasDeAula#py5aal   Antena pode se referir amplamente a um conjunto inteiro, incluindo estrutura de suporte, gabinete (se houver), etc., além dos componentes reais de transporte de corrente de RF . Uma antena receptora pode incluir não apenas os elementos receptores metálicos passivos, mas também um pré-amplificador ou misturador integrado, especialmente em frequências de micro-ondas e acima delas .

#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDPY5AAL As antenas podem ser classificadas como omnidirecionais , irradiando energia aproximadamente igualmente em todas as direções horizontais, ou direcionais , onde as ondas de rádio estão concentradas em alguma(s) direção(ões). A chamada antena de feixe é unidirecional, projetada para resposta máxima na direção da outra estação, enquanto muitas outras antenas são destinadas a acomodar estações em várias direções, mas não são verdadeiramente omnidirecionais. Como as antenas obedecem à reciprocidade, o mesmo padrão de radiação se aplica tanto à transmissão quanto à recepção de ondas de rádio. Uma antena hipotética que irradia igualmente em todas as direções (vertical e também em todos os ângulos horizontais) é chamada de radiador isotrópico; no entanto, estes não podem existir na prática nem seriam particularmente desejados. Para a maioria das comunicações terrestres, pelo contrário, há uma vantagem na redução da radiação em direção ao céu ou ao solo em favor da(s) direção(ões) horizontal(is). Uma antena dipolo orientada horizontalmente não envia energia na direção do condutor – isso é chamado de antena nla – mas é utilizável na maioria das outras direções. Vários desses elementos dipolo podem ser combinados em um conjunto de antenas , como o Yagi-Uda, a fim de favorecer uma única direção horizontal, assim chamada de antena de feixe.

#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDPY5AAL Antenas são exigidas por qualquer receptor ou transmissor de rádio para acoplar sua conexão elétrica ao campo eletromagnético. [9] Ondas de rádio são ondas eletromagnéticas que transportam sinais pelo ar (ou pelo espaço) à velocidade da luz , quase sem perda de transmissão . A antena dipolo, que é a base para a maioria dos projetos de antenas, é um componente balanceado , com tensões e correntes iguais, mas opostas, aplicadas em seus dois terminais. A antena vertical é uma antena monopolo , não balanceada em relação ao solo. O solo (ou qualquer grande superfície condutora) desempenha o papel de segundo condutor de um monopolo. Como as antenas monopolo dependem de uma superfície condutora, elas podem ser montadas com um plano de aterramento para aproximar o efeito de serem montadas na superfície da Terra.Antenas mais complexas aumentam a diretividade da antena. Elementos adicionais na estrutura da antena, que não precisam ser conectados diretamente ao receptor ou transmissor, aumentam sua direcionalidade. O "ganho" da antena descreve a concentração da potência irradiada em um determinado ângulo sólido do espaço. "Ganho" talvez seja um termo escolhido infelizmente, em comparação com o "ganho" do amplificador, que implica um aumento líquido na potência. 

#professorAngeloAntonioLeitholdNotasDeAula#py5aal   Para o “ganho” da antena, a potência aumentada na direção desejada ocorre às custas da potência reduzida nas direções indesejadas. Ao contrário dos amplificadores, as antenas são dispositivos eletricamente " passivos " que conservam a potência total, e não há aumento na potência total acima daquela fornecida pela fonte de energia (o transmissor), apenas melhor distribuição desse total fixo. Um phased array consiste em duas ou mais antenas simples que são conectadas entre si por meio de uma rede elétrica. Isso geralmente envolve várias antenas dipolo paralelas com um certo espaçamento. Dependendo da fase relativa introduzida pela rede, a mesma combinação de antenas dipolo pode operar como um "arranjo largo" (direcional normal a uma linha que conecta os elementos) ou como um "arranjo final" (direcional ao longo da linha que conecta os elementos). elementos). Os arranjos de antenas podem empregar qualquer tipo de antena básica (omnidirecional ou fracamente direcional), como antenas dipolo, loop ou slot. Esses elementos são muitas vezes idênticos. Antenas log-periódicas e independentes de frequência empregam auto-similaridade para serem operacionais em uma ampla faixa de larguras de banda . 

#professorAngeloAntonioLeitholdNotasDeAula#py5aal   O exemplo mais familiar é o arranjo dipolo log-periódico , que pode ser visto como um número (normalmente 10 a 20) de elementos dipolo conectados com comprimentos progressivos em um arranjo endfire , tornando-o bastante direcional; ela é usada especialmente como antena de telhado para recepção de televisão. Por outro lado, uma antena Yagi – Uda (ou simplesmente "Yagi"), com aparência um tanto semelhante, possui apenas um elemento dipolo com conexão elétrica; os demais elementos parasitas interagem com o campo eletromagnético para formar uma antena altamente direcional, mas com largura de banda estreita. Direcionalidade ainda maior pode ser obtida usando antenas de abertura, como o refletor parabólico ou a antena tipo corneta . Como a alta diretividade em uma antena depende de ela ser grande em comparação com o comprimento de onda, antenas altamente direcionais (portanto, com alto ganho de antena ) tornam-se mais práticas em frequências mais altas ( UHF e superiores). Em baixas frequências (como transmissão AM ), conjuntos de torres verticais são usados ​​para obter direcionalidade [10] e ocuparão grandes áreas de terreno. Para recepção, uma antena longa pode ter diretividade significativa. 

#professorAngeloAntonioLeitholdNotasDeAula#py5aal   Para uso portátil não direcional, uma antena vertical curta ou uma antena de quadro pequeno funcionam bem, sendo o principal desafio do projeto o casamento de impedância. Com uma antena vertical, uma bobina de carga na base da antena pode ser empregada para cancelar o componente reativo da impedância, pequenas antenas de loop são sintonizadas com capacitores paralelos para essa finalidade. Uma entrada de antena é a linha de transmissão, ou linha de alimentação, que conecta a antena a um transmissor ou receptor. A "alimentação da antena" pode se referir a todos os componentes que conectam a antena ao transmissor ou receptor, como uma rede de correspondência de impedância além da linha de transmissão. Numa chamada "antena de abertura", tal como uma corneta ou uma antena parabólica, a "alimentação" também pode referir-se a uma antena radiante básica incorporada em todo o sistema de elementos refletores, normalmente no foco da antena parabólica ou na garganta de uma buzina, que poderia ser considerado o único elemento ativo nesse sistema de antena. Uma antena de micro-ondas também pode ser alimentada diretamente por um guia de ondas no lugar de uma linha de transmissão condutiva. Um contrapeso de antena, ou plano de aterramento, é uma estrutura de material condutor que melhora ou substitui o aterramento. Pode ser conectado ou isolado do solo natural. 

#professorAngeloAntonioLeitholdNotasDeAula#py5aal   Em uma antena monopolo, isso auxilia no funcionamento do solo natural, principalmente onde variações ou limitações das características do solo natural interferem em seu funcionamento adequado. Tal estrutura é normalmente ligada à conexão de retorno de uma linha de transmissão desequilibrada, como a blindagem de um cabo coaxial. Um refrator de onda eletromagnética em algumas antenas de abertura é um componente que, devido ao seu formato e posição, funciona para atrasar ou avançar seletivamente porções da frente de onda eletromagnética que passa por ele. O refrator altera as características espaciais da onda de um lado em relação ao outro lado. Ele pode, por exemplo, focar a onda ou alterar a frente da onda de outras maneiras, geralmente para maximizar a diretividade do sistema de antena, este é o equivalente de rádio de uma lente óptica .

#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDPY5AAL Uma rede de acoplamento de antena é uma rede passiva, geralmente uma combinação de elementos de circuito indutivo e capacitivo, usada para casamento de impedância entre a antena e o transmissor ou receptor. Isto pode ser usado para minimizar perdas na linha de alimentação, reduzindo a relação de onda estacionária da linha de transmissão, e para apresentar ao transmissor ou receptor uma impedância resistiva padrão necessária para sua operação ideal. A(s) localização(ões) do(s) ponto(s) de alimentação são selecionadas, e elementos de antena eletricamente semelhantes aos componentes do sintonizador podem ser incorporados na própria estrutura da antena, para melhorar a correspondência. É uma propriedade fundamental das antenas que a maioria das características elétricas de uma antena, como aquelas descritas como, ganho, padrão de radiação, impedância, largura de banda, frequência de ressonância, polarização, etc, sejam as mesmas, quer a antena esteja transmitindo ou recebendo. [11] [12]

#professorAngeloAntonioLeitholdNotasDeAula#py5aal   O "padrão de recepção", sensibilidade aos sinais recebidos em função da direção, de uma antena é idêntico ao padrão de radiação da antena quando ela é acionada e funciona como um radiador, embora as distribuições de corrente e tensão na própria antena sejam diferentes para recepção e transmissão. [13] Isto é uma consequência do teorema da reciprocidade da eletromagnetismo. [12] Portanto, em discussões sobre propriedades de antenas, nenhuma distinção é geralmente feita entre a terminologia de recepção e transmissão, e a antena pode ser vista como transmissora ou receptora, o que for mais conveniente. Uma condição necessária para a propriedade de reciprocidade é que os materiais na antena e no meio de transmissão sejam lineares e recíprocos. Recíproco ou bilateral, significa que o material tem a mesma resposta a uma corrente elétrica ou campo magnético em uma direção que ao campo ou corrente na direção oposta. A maioria dos materiais utilizados nas antenas atendem a essas condições, mas algumas antenas de micro-ondas utilizam componentes de alta tecnologia como isoladores e circuladores, feitos de materiais não recíprocos como a ferrita. [11] [12] Eles podem ser usados ​​para dar à antena um comportamento diferente na recepção do que na transmissão, [11] o que pode ser útil em aplicações como radar. 

#professorAngeloAntonioLeitholdNotasDeAula#py5aal   A maioria dos projetos de antenas são baseados no princípio da ressonância, isto depende do comportamento dos elétrons em movimento, que refletem nas superfícies onde a constante dielétrica muda, de uma forma semelhante à forma como a luz reflete quando as propriedades ópticas mudam. Nestes projetos, a superfície reflexiva é criada pela extremidade de um condutor, normalmente um fio ou haste metálica fina, que no caso mais simples possui um ponto de alimentação em uma extremidade onde é conectado a uma linha de transmissão. O condutor, ou elemento, está alinhado com o campo elétrico do sinal desejado, normalmente significando que é perpendicular à linha que vai da antena à fonte ou receptor no caso de uma antena de transmissão. [14] O componente elétrico do sinal de rádio induz uma tensão no condutor. Isso faz com que uma corrente elétrica comece a fluir na direção do campo instantâneo do sinal. Quando a corrente resultante atinge o final do condutor, ela reflete, o que equivale a uma mudança de fase de 180 graus. Se o condutor estiver 1 /4 de um comprimento de onda, a corrente do ponto de alimentação sofrerá uma mudança de fase de 90 graus no momento em que atingir o final do condutor, refletirá 180 graus e depois outros 90 graus ao retornar. Isso significa que ele passou por uma mudança total de fase de 360 ​​graus, retornando ao sinal original. A corrente no elemento soma-se, portanto, à corrente criada a partir da fonte naquele instante. Este processo cria uma onda estacionária no condutor, com a corrente máxima na alimentação. [15]

#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDPY5AAL O dipolo comum de meia onda é provavelmente o projeto de antena mais utilizado. Este consiste em dois 1 /4 elementos de comprimento de onda dispostos ponta a ponta e situados essencialmente ao longo do mesmo eixo ou colinear, cada um alimentando um lado de um fio de transmissão de dois condutores. A disposição física dos dois elementos os coloca 180 graus fora de fase, o que significa que em qualquer instante um dos elementos conduz corrente para a linha de transmissão enquanto o outro a puxa para fora. A antena monopolo é essencialmente metade do dipolo de meia onda, um único 1 /4 elemento de comprimento de onda com o outro lado conectado ao terra ou a um plano de terra equivalente ou contrapeso. Monopólos, que têm metade do tamanho de um dipolo, são comuns para sinais de rádio de comprimento de onda longo, onde um dipolo seria impraticavelmente grande. Outro projeto comum é o dipolo dobrado, que consiste em dois ou mais dipolos de meia onda colocados lado a lado e conectados em suas extremidades, mas apenas um deles é acionado. 

#professorAngeloAntonioLeitholdNotasDeAula#py5aal   As formas de onda estacionária com este padrão desejado na frequência operacional de projeto, fo, e as antenas são normalmente projetadas para ter este tamanho. Porém, alimentar esse elemento com 3  fo, cujo comprimento de onda é 1 /3  de fo  também levará a um padrão de onda estacionária. Assim, um elemento de antena também é ressonante quando seu comprimento é 3 /4 de um comprimento de onda. Isto é verdade para todos os múltiplos ímpares de 1 /4 de comprimento de onda. Isto permite alguma flexibilidade de design em termos de comprimentos de antena e pontos de alimentação. Sabe-se que as antenas usadas dessa maneira funcionam harmonicamente . [16] Antenas ressonantes geralmente usam um condutor linear, elemento, ou um par de tais elementos, cada um dos quais tem cerca de um quarto do comprimento de onda de comprimento, um múltiplo ímpar de um quarto de comprimento de onda também será ressonante. 

#professorAngeloAntonioLeitholdNotasDeAula#py5aal   Antenas que precisam ser pequenas em comparação com o comprimento de onda sacrificam a eficiência e não podem ser muito direcionais. Como os comprimentos de onda são tão pequenos em frequências mais altas UHF, microondas, geralmente não é necessário negociar o desempenho para obter um tamanho físico menor. Os elementos de quarto de onda imitam um elemento elétrico ressonante em série devido à onda estacionária presente ao longo do condutor. Na frequência de ressonância, a onda estacionária possui um pico de corrente e um nó de tensão mínimo na alimentação. Em termos elétricos, isso significa que naquela posição o elemento possui magnitude de impedância mínima , gerando a corrente máxima para tensão mínima. Esta é a situação ideal, pois produz o máximo rendimento com o mínimo insumo, produzindo a maior eficiência possível. Ao contrário de um circuito ressonante em série ideal sem perdas, uma resistência finita permanece, correspondendo à tensão relativamente pequena no ponto de alimentação devido à resistência da antena à radiação, bem como a quaisquer perdas elétricas convencionais decorrentes da produção de calor. Uma corrente será refletida quando houver alterações nas propriedades elétricas do material. Para transferir eficientemente o sinal recebido para a linha de transmissão, é importante que a linha de transmissão tenha a mesma impedância que o seu ponto de conexão na antena, caso contrário, parte do sinal será refletido para trás no corpo da antena; da mesma forma, parte da potência do sinal do transmissor será refletida de volta ao transmissor, se houver uma mudança na impedância elétrica onde a linha de alimentação se junta à antena. Isto leva ao conceito de casamento de impedâncias, o projeto do sistema geral de antena e linha de transmissão de forma que a impedância seja a mais próxima possível, reduzindo assim essas perdas. A correspondência de impedância é realizada por um circuito denominado sintonizador de antena ou rede de correspondência de impedância entre o transmissor e a antena. A correspondência de impedância entre a linha de alimentação e a antena é medida por um parâmetro denominado relação de ondas estacionárias (SWR) na linha de alimentação. 

#professorAngeloAntonioLeitholdNotasDeAula#py5aal   Considere um dipolo de meia onda projetado para trabalhar com sinais com comprimento de onda de 1 m, ou seja, a antena teria aproximadamente 50 cm de ponta a ponta. Se o elemento tiver uma relação comprimento/diâmetro de 1000, ele terá uma impedância inerente de cerca de 63 ohms resistiva. Usando o fio de transmissão ou balun apropriado, combinamos essa resistência para garantir uma reflexão mínima do sinal. Alimentar essa antena com uma corrente de 1 Ampere exigirá 63 Volts, e a antena irradiará 63 Watts (ignorando as perdas) de potência de radiofrequência. Agora considere o caso em que a antena recebe um sinal com comprimento de onda de 1,25 m; neste caso, a corrente induzida pelo sinal chegaria ao ponto de alimentação da antena fora de fase com o sinal, fazendo com que a corrente líquida caísse enquanto a tensão permanecesse a mesma. Eletricamente, isso parece ser uma impedância muito alta. A antena e a linha de transmissão não têm mais a mesma impedância e o sinal será refletido de volta para a antena, reduzindo a saída. Isso poderia ser resolvido alterando o sistema de correspondência entre a antena e a linha de transmissão, mas essa solução só funciona bem na nova frequência projetada. O resultado é que a antena ressonante alimentará eficientemente um sinal na linha de transmissão somente quando a frequência do sinal fonte estiver próxima daquela da frequência projetada da antena, ou de um dos múltiplos ressonantes. Isso torna os projetos de antenas ressonantes inerentemente de banda estreita: úteis apenas para uma pequena faixa de frequências centradas em torno da(s) ressonância(s).

#professorAngeloAntonioLeitholdNotasDeAula#py5aal   É possível usar técnicas simples de casamento de impedância para permitir o uso de antenas monopolo ou dipolo substancialmente mais curtas que as antenas 1 /4 ou 1 /2 onda , respectivamente, em que eles são ressonantes. À medida que essas antenas são encurtadas (para uma determinada frequência), sua impedância torna-se dominada por uma reatância capacitiva (negativa) em série; adicionando uma " bobina de carga " de tamanho apropriado - uma indutância em série com reatância igual e oposta (positiva) - a reatância capacitiva da antena pode ser cancelada, deixando apenas uma resistência pura. Às vezes, a frequência de ressonância elétrica resultante (mais baixa) de tal sistema (antena mais rede correspondente) é descrita usando o conceito de comprimento elétrico , portanto, uma antena usada em uma frequência mais baixa que sua frequência de ressonância é chamada de antena eletricamente curta [17]. Por exemplo, a 30 MHz (comprimento de onda de 10 m) uma verdadeira ressonância 1 /4, o monopolo de onda teria quase 2,5 metros de comprimento, e usar uma antena de apenas 1,5 metros de altura exigiria a adição de uma bobina de carga. Então pode-se dizer que a bobina alongou a antena para atingir um comprimento elétrico de 2,5 metros. 

#professorAngeloAntonioLeitholdNotasDeAula#py5aal   A impedância resistiva resultante alcançada será um pouco menor do que a de um verdadeiro 1 /4 monopolo de onda (ressonante), muitas vezes exigindo correspondência de impedância adicional (um transformador) com a linha de transmissão desejada. Para antenas cada vez mais curtas (que exigem maior "alongamento elétrico"), a resistência à radiação cai (aproximadamente de acordo com o quadrado do comprimento da antena), de modo que a incompatibilidade devido a uma reatância líquida longe da ressonância elétrica piora. Ou pode-se também dizer que o circuito ressonante equivalente do sistema de antena tem um fator Q mais elevado e, portanto, uma largura de banda reduzida, [17] que pode até se tornar inadequada para o espectro do sinal transmitido. Perdas resistivas devido à bobina de carga, em relação à diminuição da resistência à radiação, acarretam uma eficiência elétrica reduzida , o que pode ser de grande preocupação para uma antena transmissora, mas a largura de banda é o principal fator que define o tamanho das antenas em 1 MHz e frequências mais baixas. O fluxo radiante em função da distância da antena transmissora varia de acordo com a lei do inverso do quadrado , pois esta descreve a divergência geométrica da onda transmitida. 

#professorAngeloAntonioLeitholdNotasDeAula#py5aal   Para um determinado fluxo de entrada, a potência adquirida por uma antena receptora é proporcional à sua área efetiva . Este parâmetro compara a quantidade de potência capturada por uma antena receptora em comparação com o fluxo de uma onda recebida (medido em termos da densidade de potência do sinal em watts por metro quadrado). Um dipolo de meia onda tem uma área efetiva de cerca de 0,13  λ 2 vista na direção lateral. Se for necessário um ganho maior, não se pode simplesmente aumentar a antena. Devido à restrição na área efetiva de uma antena receptora detalhada abaixo , vê-se que para um projeto de antena já eficiente, a única maneira de aumentar o ganho (área efetiva) é reduzindo o ganho da antena em outra direção. Se um dipolo de meia onda não estiver conectado a um circuito externo, mas sim em curto no ponto de alimentação, ele se tornará um elemento ressonante de meia onda que produz eficientemente uma onda estacionária em resposta a uma onda de rádio incidente. Como não há carga para absorver essa potência, ele retransmite toda essa potência, possivelmente com uma mudança de fase que depende criticamente do comprimento exato do elemento. Assim, um tal condutor pode ser disposto de modo a transmitir uma segunda cópia do sinal de um transmissor, a fim de afetar o padrão de radiação (e a impedância do ponto de alimentação) do elemento eletricamente ligado ao transmissor. Os elementos de antena usados ​​desta forma são conhecidos como radiadores passivos .

#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDPY5AAL Uma matriz Yagi-Uda usa elementos passivos para aumentar significativamente o ganho em uma direção (às custas de outras direções). Vários elementos paralelos de aproximadamente meia onda (de comprimentos muito específicos) estão situados paralelamente entre si, em posições específicas, ao longo de uma barreira; a lança serve apenas para suporte e não está envolvida eletricamente. Apenas um dos elementos está eletricamente conectado ao transmissor ou receptor, enquanto os demais elementos são passivos. O Yagi produz um ganho bastante grande (dependendo do número de elementos passivos) e é amplamente utilizado como antena direcional com rotor de antena para controlar a direção de seu feixe. Ele sofre por ter uma largura de banda bastante limitada, restringindo seu uso a determinadas aplicações. Em vez de usar um elemento de antena acionado junto com radiadores passivos, pode-se construir um conjunto de antenas no qual vários elementos são acionados pelo transmissor através de um sistema de divisores de potência e linhas de transmissão em fases relativas, de modo a concentrar a potência de RF em um único. direção. Além do mais, um phased array pode se tornar "dirigível", ou seja, alterando as fases aplicadas a cada elemento, o padrão de radiação pode ser alterado sem mover fisicamente os elementos da antena. Outro conjunto de antenas comum é o arranjo dipolo log-periódico que tem uma aparência semelhante ao Yagi (com vários elementos paralelos ao longo de uma lança), mas é totalmente diferente em operação, pois todos os elementos são conectados eletricamente ao elemento adjacente com uma inversão de fase. ; usando o princípio log-periódico obtém a propriedade única de manter suas características de desempenho (ganho e impedância) em uma largura de banda muito grande. 

#professorAngeloAntonioLeitholdNotasDeAula#py5aal   Quando uma onda de rádio atinge uma grande folha condutora, ela é refletida (com a fase do campo elétrico invertida), assim como um espelho reflete a luz. Colocar tal refletor atrás de uma antena não direcional garantirá que a energia que teria ido em sua direção seja redirecionada para a direção desejada, aumentando o ganho da antena por um fator de pelo menos 2. Da mesma forma, um refletor de canto pode garantir que toda a potência da antena fica concentrada em apenas um quadrante do espaço (ou menos) com conseqüente aumento de ganho. Na prática, o refletor não precisa ser uma chapa metálica sólida, mas pode consistir em uma cortina de hastes alinhadas com a polarização da antena; isso reduz bastante o peso do refletor e a carga de vento . A reflexão especular de ondas de rádio também é empregada em uma antena refletora parabólica , na qual uma superfície refletora curva efetua o foco de uma onda que chega em direção a uma chamada antena de alimentação; isso resulta em um sistema de antena com uma área efetiva comparável ao tamanho do próprio refletor. Outros conceitos da óptica geométrica também são empregados na tecnologia de antenas, como a antena de lente . O ganho de potência da antena (ou simplesmente "ganho") também leva em consideração a eficiência da antena e costuma ser a principal figura de mérito. 

#professorAngeloAntonioLeitholdNotasDeAula#py5aal   As antenas são caracterizadas por uma série de medidas de desempenho com as quais um usuário se preocuparia ao selecionar ou projetar uma antena para uma aplicação específica. Um gráfico das características direcionais no espaço ao redor da antena é o seu padrão de radiação .A faixa de frequência ou largura de banda na qual uma antena funciona bem pode ser muito ampla (como em uma antena log-periódica) ou estreita (como em uma antena de quadro pequeno); fora dessa faixa, a impedância da antena se torna uma má combinação com a linha de transmissão e o transmissor (ou receptor). O uso da antena bem longe de sua frequência projetada afeta seu padrão de radiação , reduzindo seu ganho diretivo. Geralmente uma antena não terá uma impedância de ponto de alimentação que corresponda à de uma linha de transmissão; uma rede correspondente entre os terminais da antena e a linha de transmissão melhorará a transferência de energia para a antena. Uma rede de correspondência não ajustável provavelmente colocará limites adicionais à largura de banda utilizável do sistema de antena. Pode ser desejável utilizar elementos tubulares, em vez de fios finos, para fazer uma antena; isso permitirá uma largura de banda maior. Ou vários fios finos podem ser agrupados em uma gaiola para simular um elemento mais espesso. Isso amplia a largura de banda da ressonância. #professorAngeloAntonioLeitholdNotasDeAula#py5aal   Antenas que operam em diversas bandas de frequência amplamente separadas umas das outras podem conectar elementos ressonantes nessas diferentes frequências em paralelo. A maior parte da potência do transmissor fluirá para o elemento ressonante enquanto os demais apresentam alta impedância. Outra solução utiliza traps , circuitos ressonantes paralelos que são estrategicamente colocados em intervalos criados em longos elementos de antena. Quando usado na frequência ressonante específica do purgador, o purgador apresenta uma impedância muito alta (ressonância paralela), truncando efetivamente o elemento no local do purgador; se posicionado corretamente, o elemento truncado forma uma antena ressonante adequada na frequência de armadilha. Em frequências substancialmente mais altas ou mais baixas, o purgador permite que todo o comprimento do elemento quebrado seja empregado, mas com uma frequência de ressonância deslocada pela reatância líquida adicionada pelo purgador. As características de largura de banda de um elemento de antena ressonante podem ser caracterizadas de acordo com o seu Q onde a resistência envolvida é a resistência à radiação , que representa a emissão de energia da antena ressonante para o espaço livre. O Q de uma antena de banda estreita pode ser tão alto quanto 15. Por outro lado, a reatância na mesma frequência fora de ressonância de uma que usa elementos grossos é muito menor, resultando consequentemente em um Q tão baixo quanto 5. Essas duas antenas pode funcionar de forma equivalente na frequência de ressonância, mas a segunda antena funcionará em uma largura de banda 3 vezes maior que a antena que consiste em um condutor fino. 

#professorAngeloAntonioLeitholdNotasDeAula#py5aal   Antenas para uso em faixas de frequência muito mais amplas são obtidas usando outras técnicas. O ajuste de uma rede correspondente pode, em princípio, permitir que qualquer antena seja combinada em qualquer frequência. Assim, a pequena antena de quadro incorporada na maioria dos receptores de transmissão AM (onda média) tem uma largura de banda muito estreita, mas é sintonizada usando uma capacitância paralela que é ajustada de acordo com a sintonia do receptor. Por outro lado, antenas log-periódicas não são ressonantes em nenhuma frequência única, mas podem (em princípio) ser construídas para atingir características semelhantes (incluindo impedância do ponto de alimentação) em qualquer faixa de frequência. Estas são, portanto, comumente usadas (na forma de matrizes dipolo log-periódicas direcionais ) como antenas de televisão. O ganho é um parâmetro que mede o grau de diretividade do padrão de radiação da antena . Uma antena de alto ganho irradiará a maior parte de sua potência em uma direção específica, enquanto uma antena de baixo ganho irradiará em um ângulo amplo. O ganho da antena , ou ganho de potência de uma antena, é definido como a razão entre a intensidade (potência por unidade de área de superfície) irradiado pela antena na direção de sua saída máxima, a uma distância arbitrária, dividido pela intensidade irradiada à mesma distância por uma antena isotrópica hipotética que irradia potência igual em todas as direções. Esta relação adimensional é geralmente expressa logaritmicamente em decibéis, essas unidades são chamadas decibéis-isotrópicos (dBi). Uma segunda unidade usada para medir o ganho é a razão entre a potência irradiada pela antena e a potência irradiada por uma antena dipolo de meia onda essas unidades são chamadas decibéis-dipolo (dBd) Como o ganho de um dipolo de meia onda é 2,15 dBi e o logaritmo de um produto é aditivo, o ganho em dBi é apenas 2,15 decibéis maior que o ganho em dBd. Antenas de alto ganho têm a vantagem de maior alcance e melhor qualidade de sinal, mas devem ser direcionadas com cuidado para a outra antena. 

#professorAngeloAntonioLeitholdNotasDeAula#py5aal   Um exemplo de antena de alto ganho é uma antena parabólica, como uma antena de televisão por satélite. Antenas de baixo ganho têm alcance mais curto, mas a orientação da antena é relativamente sem importância. Um exemplo de antena de baixo ganho é a antena chicote encontrada em rádios portáteis e telefones sem fio . O ganho da antena não deve ser confundido com o ganho do amplificador , um parâmetro separado que mede o aumento na potência do sinal devido a um dispositivo amplificador colocado na parte frontal do sistema, como um amplificador de baixo ruído .A área efetiva ou abertura efetiva de uma antena receptora expressa a porção da potência de uma onda eletromagnética que passa que a antena entrega aos seus terminais, expressa em termos de uma área equivalente. Por exemplo, se uma onda de rádio que passa por um determinado local tem um fluxo de 1 pW/m 2 (10 −12  Watts por metro quadrado) e uma antena tem uma área efetiva de 12 m 2 , então a antena forneceria 12 pW de RF. energia para o receptor (30 microvolts RMS a 75 ohms). Como a antena receptora não é igualmente sensível aos sinais recebidos de todas as direções, a área efetiva é função da direção da fonte. Devido à reciprocidade (discutida acima), o ganho de uma antena usada para transmissão deve ser proporcional à sua área efetiva quando usada para recepção. 

#professorAngeloAntonioLeitholdNotasDeAula#py5aal   Consideremos uma antena sem perdas, ou seja, aquela cuja eficiência elétrica é de 100%. Pode-se mostrar que sua área efetiva calculada em todas as direções deve ser igual a λ 2 /4π, o comprimento de onda ao quadrado dividido por 4π . O ganho é definido de forma que o ganho médio em todas as direções para uma antena com 100% de eficiênci elétrica seja igual a 1. Portanto, a área efetiva A eff em termos do ganho G em uma determinada direção. Para uma antena com eficiência inferior a 100%, tanto a área efetiva quanto o ganho são reduzidos na mesma proporção. Portanto, a relação acima entre ganho e área efetiva ainda é válida. Estas são, portanto, duas maneiras diferentes de expressar a mesma quantidade. Um eff é especialmente conveniente ao calcular a potência que seria recebida por uma antena de ganho especificado, conforme ilustrado no exemplo acima. O padrão de radiação de uma antena é um gráfico da intensidade relativa do campo das ondas de rádio emitidas pela antena em diferentes ângulos no campo distante. Normalmente é representado por um gráfico tridimensional ou gráficos polares das seções transversais horizontais e verticais. O padrão de uma antena isotrópica ideal , que irradia igualmente em todas as direções, pareceria uma esfera . Muitas antenas não direcionais, como monopolos e dipolos , emitem potência igual em todas as direções horizontais, com a potência caindo em ângulos mais altos e mais baixos; isso é chamado de padrão omnidirecional e quando plotado parece um toro ou donut. 

#professorAngeloAntonioLeitholdNotasDeAula#py5aal   A radiação de muitas antenas mostra um padrão de máximos ou “ lóbulos ” em vários ângulos, separados por “ nulos ”, ângulos onde a radiação cai para zero. Isto ocorre porque as ondas de rádio emitidas por diferentes partes da antena normalmente interferem , causando máximos em ângulos onde as ondas de rádio chegam a pontos distantes em fase , e radiação zero em outros ângulos onde as ondas de rádio chegam fora de fase . Em uma antena direcional projetada para projetar ondas de rádio em uma direção específica, o lóbulo nessa direção é projetado maior que os outros e é chamado de “ lóbulo principal ”. Os outros lóbulos geralmente representam radiação indesejada e são chamados de “ lóbulos laterais ”. O eixo que passa pelo lóbulo principal é chamado de “ eixo principal ” ou “ eixo de mira ”. Os diagramas polares (e, portanto, a eficiência e o ganho) das antenas Yagi são mais estreitos se a antena estiver sintonizada para uma faixa de frequência mais estreita, por exemplo, a antena agrupada em comparação com a banda larga. Da mesma forma, os gráficos polares dos yagis polarizados horizontalmente são mais estreitos do que aqueles polarizados verticalmente. [18] O espaço ao redor de uma antena pode ser dividido em três regiões concêntricas: o campo próximo reativo (também chamado de campo próximo indutivo), o campo próximo radiante (região de Fresnel) e o campo distante (Fraunhofer). Estas regiões são úteis para identificar a estrutura de campo em cada uma, embora as transições entre elas sejam graduais; não há limites claros. 

#professorAngeloAntonioLeitholdNotasDeAula#py5aal   A região do campo distante está longe o suficiente da antena para ignorar seu tamanho e forma: pode-se assumir que a onda eletromagnética é puramente uma onda plana radiante (os campos elétricos e magnéticos estão em fase e perpendiculares entre si e à direção de propagação). Isso simplifica a análise matemática do campo irradiado. A eficiência de uma antena transmissora é a relação entre a potência realmente irradiada (em todas as direções) e a potência absorvida pelos terminais da antena. A energia fornecida aos terminais da antena que não é irradiada é convertida em calor. Isso geralmente ocorre através da perda de resistência nos condutores da antena ou da perda entre o refletor e a "corneta" de alimentação de uma antena parabólica.

#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDPY5AAL A eficiência da antena é separada da correspondência de impedância , o que também pode reduzir a quantidade de energia irradiada usando um determinado transmissor. Se um medidor de SWR ler 150 W de potência incidente e 50 W de potência refletida, isso significa que 100 W foram realmente absorvidos pela antena (ignorando as perdas na linha de transmissão). Quanto dessa energia foi realmente irradiada não pode ser determinada diretamente através de medições elétricas nos (ou antes) dos terminais da antena, mas exigiria (por exemplo) uma medição cuidadosa da intensidade do campo . A resistência à perda e a eficiência de uma antena podem ser calculadas uma vez conhecida a intensidade do campo, comparando-a com a potência fornecida à antena. 

#professorAngeloAntonioLeitholdNotasDeAula#py5aal   De acordo com a reciprocidade , a eficiência de uma antena usada como antena receptora é idêntica à sua eficiência como antena transmissora, descrita acima. A potência que uma antena fornecerá a um receptor (com uma correspondência de impedância adequada ) é reduzida na mesma proporção. Em algumas aplicações de recepção, antenas muito ineficientes podem ter pouco impacto no desempenho. Em baixas frequências, por exemplo, ruído atmosférico ou provocado pelo homem pode mascarar a ineficiência da antena. Por exemplo, CCIR Rep. 258-3 indica que o ruído produzido pelo homem em um ambiente residencial a 40 MHz está cerca de 28 dB acima do nível de ruído térmico. Conseqüentemente, uma antena com perda de 20 dB (devido à ineficiência) teria pouco impacto no desempenho do ruído do sistema. A perda dentro da antena afetará o sinal pretendido e o ruído/interferência de forma idêntica, não levando a nenhuma redução na relação sinal-ruído (SNR).  

#professorAngeloAntonioLeitholdNotasDeAula#py5aal   Antenas que não têm uma fração significativa do tamanho do comprimento de onda são inevitavelmente ineficientes devido à sua pequena resistência à radiação. Os rádios de transmissão AM incluem uma pequena antena de quadro para recepção que tem uma eficiência extremamente baixa. Isto tem pouco efeito no desempenho do receptor, mas simplesmente requer maior amplificação pela parte eletrônica do receptor. Compare esse pequeno componente com as torres enormes e muito altas usadas nas estações de transmissão AM para transmitir na mesma frequência, onde cada ponto percentual de eficiência reduzida da antena acarreta um custo substancial. A definição de ganho de antena ou ganho de potência já inclui o efeito da eficiência da antena. Portanto, se alguém estiver tentando irradiar um sinal em direção a um receptor usando um transmissor de uma determinada potência, basta comparar o ganho de várias antenas, em vez de considerar também a eficiência. Isto também se aplica a uma antena receptora em frequências muito altas (especialmente de micro-ondas), onde o objetivo é receber um sinal que seja forte em comparação com a temperatura de ruído do receptor. Porém, no caso de uma antena direcional utilizada para receber sinais com a intenção de rejeitar interferências de diferentes direções, não se preocupa mais com a eficiência da antena, conforme discutido acima. Neste caso, ao invés de citar o ganho da antena , estaríamos mais preocupados com o ganho diretivo, ou simplesmente a diretividade que não inclui o efeito da (in)eficiência da antena. 

#professorAngeloAntonioLeitholdNotasDeAula#py5aal   O ganho diretivo de uma antena pode ser calculado a partir do ganho publicado dividido pela eficiência da antena. Na forma de equação, ganho = diretividade × eficiência. A orientação e a estrutura física de uma antena determinam a polarização do campo elétrico da onda de rádio por ela transmitida. Por exemplo, uma antena composta por um condutor linear (como uma antena dipolo ou chicote ) orientada verticalmente resultará em polarização vertical; se virada de lado a polarização da mesma antena será horizontal. As reflexões geralmente afetam a polarização. As ondas de rádio refletidas na ionosfera podem alterar a polarização da onda. Para comunicações em linha de visão ou propagação de ondas terrestres , as transmissões polarizadas horizontal ou verticalmente geralmente permanecem aproximadamente no mesmo estado de polarização no local de recepção. Usar uma antena polarizada verticalmente para receber uma onda polarizada horizontalmente (ou vice-versa) resulta em uma recepção relativamente fraca. A polarização de uma antena às vezes pode ser inferida diretamente de sua geometria. Quando os condutores da antena vistos de um local de referência aparecem ao longo de uma linha, então a polarização da antena será linear naquela mesma direção. No caso mais geral, a polarização da antena deve ser determinada através de análise . Por exemplo, uma antena de catraca montada horizontalmente (como é habitual), de um local distante na Terra, aparece como um segmento de linha horizontal, de modo que sua radiação ali recebida é polarizada horizontalmente. Mas vista de um avião de um ângulo descendente, a mesma antena não atende a esse requisito; na verdade, sua radiação é elipticamente polarizada quando vista dessa direção. 

#professorAngeloAntonioLeitholdNotasDeAula#py5aal   Em algumas antenas o estado de polarização mudará com a frequência de transmissão. A polarização de uma antena comercial é uma especificação essencial . No caso mais geral, a polarização é elíptica , o que significa que ao longo de cada ciclo o vetor campo elétrico traça uma elipse . Dois casos especiais são a polarização linear (a elipse se transforma em uma linha), conforme discutido acima, e a polarização circular (na qual os dois eixos da elipse são iguais). Na polarização linear, o campo elétrico da onda de rádio oscila em uma direção. Na polarização circular, o campo elétrico da onda de rádio gira em torno do eixo de propagação. Ondas de rádio circulares ou elipticamente polarizadas são designadas como destras ou canhotas usando a regra do "polegar na direção da propagação". Para a polarização circular, os pesquisadores ópticos usam a regra da mão direita oposta daquela usada pelos engenheiros de rádio. É melhor que a antena receptora corresponda à polarização da onda transmitida para uma recepção ideal. Caso contrário, haverá uma perda de intensidade do sinal: quando uma antena polarizada linearmente recebe radiação polarizada linearmente em um ângulo relativo de θ, então haverá uma perda de potência de cos 2 θ. Uma antena polarizada circularmente pode ser usada para combinar igualmente bem polarizações lineares verticais ou horizontais, sofrendo uma  redução de sinal de 3 dB . No entanto, será cego para um sinal circularmente polarizado de orientação oposta. A transferência máxima de potência requer a correspondência da impedância de um sistema de antena (como visto olhando para a linha de transmissão) com o conjugado complexo da impedância do receptor ou transmissor. No caso de um transmissor, entretanto, a impedância correspondente desejada pode não corresponder exatamente à impedância de saída dinâmica do transmissor analisada como uma impedância de fonte , mas sim ao valor de projeto (normalmente 50 Ohms) necessário para a operação eficiente e segura da transmissão. circuitos. A impedância pretendida é normalmente resistiva, mas um transmissor (e alguns receptores) pode ter ajustes adicionais limitados para cancelar uma certa quantidade de reatância, a fim de "ajustar" a correspondência.

#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDPY5AAL Quando uma linha de transmissão é usada entre a antena e o transmissor (ou receptor), geralmente se deseja um sistema de antena cuja impedância seja resistiva e quase igual à impedância característica dessa linha de transmissão, além de corresponder à impedância que o transmissor (ou receptor) espera. A correspondência visa minimizar a amplitude das ondas estacionárias (medidas através da relação de ondas estacionárias ; SWR) que uma incompatibilidade aumenta na linha, e o aumento nas perdas na linha de transmissão que isso acarreta. A sintonia da antena, no sentido estrito de modificação da própria antena, geralmente se refere apenas ao cancelamento de qualquer reatância vista nos terminais da antena, deixando apenas uma impedância resistiva que pode ou não ser exatamente a impedância desejada (a da linha de transmissão disponível) . Embora uma antena possa ser projetada para ter uma impedância de ponto de alimentação puramente resistiva (como um dipolo de 97% de meio comprimento de onda) em apenas uma frequência, isso muito provavelmente não será exatamente verdade em outras frequências para as quais a antena é eventualmente usada. Na maioria dos casos, em princípio, o comprimento físico da antena pode ser “cortado” para obter uma resistência pura, embora isto raramente seja conveniente. Por outro lado, a adição de uma indutância ou capacitância contrária pode ser usada para cancelar uma reatância residual capacitiva ou indutiva, respectivamente, e pode ser mais conveniente do que abaixar e aparar ou estender a antena e, em seguida, içá-la de volta. A reatância da antena pode ser removida usando elementos concentrados, como capacitores ou indutores no caminho principal da corrente que atravessa a antena, muitas vezes perto do ponto de alimentação, ou incorporando estruturas capacitivas ou indutivas no corpo condutor da antena para cancelar a reatância do ponto de alimentação - tal como fios radiais "raiados" de extremidade aberta ou fios paralelos em loop - portanto, sintonize genuinamente a antena para ressonância. Além desses complementos de neutralização de reatância, antenas de qualquer tipo podem incluir um transformador e/ou transformador balun em seu ponto de alimentação, para alterar a parte resistiva da impedância para corresponder mais aproximadamente à impedância característica da linha de alimentação. 

#professorAngeloAntonioLeitholdNotasDeAula#py5aal   O ajuste de antena no sentido amplo, realizado por um dispositivo de correspondência de impedância (um tanto inadequadamente chamado de " sintonizador de antena ", ou o termo mais antigo e mais apropriado transmatch ) vai além da simples remoção da reatância e inclui a transformação da resistência restante para corresponder à linha de alimentação e ao rádio. Um problema adicional é combinar a impedância resistiva restante com a impedância característica da linha de transmissão: Uma rede geral de casamento de impedância (um " sintonizador de antena " ou ATU) terá pelo menos dois elementos ajustáveis ​​para corrigir ambos os componentes da impedância. Qualquer rede correspondente terá perdas e restrições de energia quando usada para transmissão. As antenas comerciais são geralmente projetadas para corresponder aproximadamente  aos cabos coaxiais padrão de 50 Ohm , em frequências padrão; a expectativa do projeto é que uma rede correspondente seja usada apenas para “ajustar” qualquer incompatibilidade residual. Em alguns casos, a correspondência é feita de uma maneira mais extrema, não simplesmente para cancelar uma pequena quantidade de reatância residual, mas para ressoar uma antena cuja frequência de ressonância é bastante diferente da frequência de operação pretendida. Por exemplo, por razões práticas, uma “ antena chicote ” pode ser significativamente mais curta do que um quarto de comprimento de onda e depois ressoar usando a chamada bobina de carga. O indutor fisicamente grande na base da antena possui uma reatância indutiva que é o oposto da reatância capacitiva que a antena vertical curta possui na frequência operacional desejada. O resultado é uma resistência pura vista no ponto de alimentação da bobina de carga; embora, sem medidas adicionais, a resistência será um pouco menor do que seria desejado para corresponder ao cabo coaxial comercial . 

#professorAngeloAntonioLeitholdNotasDeAula#py5aal   Outro caso extremo de casamento de impedância ocorre quando se utiliza uma pequena antena de quadro (geralmente, mas nem sempre, para recepção) em uma frequência relativamente baixa, onde aparece quase como um indutor puro. Quando tal indutor ressoa através de um capacitor conectado em paralelo ao seu ponto de alimentação, o capacitor não apenas cancela a reatância, mas também amplia enormemente a resistência de radiação muito pequena de um pequeno circuito para produzir uma resistência de ponto de alimentação mais adequada. Este é o tipo de antena usado na maioria dos receptores de transmissão AM portáteis (exceto rádios automotivos): A antena AM padrão é um laço de fio enrolado em torno de uma haste de ferrite (uma " antena loopstick "). O loop é ressonado por um capacitor de sintonia acoplado, que é configurado para corresponder à sintonia do receptor, a fim de manter a antena ressonante na frequência de recepção escolhida na banda de transmissão AM. O padrão de radiação e até mesmo a impedância do ponto de acionamento de uma antena podem ser influenciados pela constante dielétrica e especialmente pela condutividade de objetos próximos. Para uma antena terrestre, o solo é geralmente um desses objetos importantes. A altura da antena acima do solo, bem como as propriedades elétricas ( permissividade e condutividade) do solo, podem então ser importantes. Além disso, no caso particular de uma antena monopolo, o terra (ou um plano de terra artificial ) serve como ligação de retorno para a corrente da antena, tendo assim um efeito adicional, particularmente na impedância vista pela linha de alimentação. 

#professorAngeloAntonioLeitholdNotasDeAula#py5aal   Quando uma onda eletromagnética atinge uma superfície plana como o solo, parte da onda é transmitida para o solo e parte dela é refletida, de acordo com os coeficientes de Fresnel . Se o solo for um condutor muito bom, quase toda a onda será refletida (180° fora de fase), enquanto um solo modelado como um dielétrico (com perdas) pode absorver uma grande quantidade da energia da onda. A potência restante na onda refletida e a mudança de fase após a reflexão dependem fortemente do ângulo de incidência e polarização da onda . A constante dielétrica e a condutividade (ou simplesmente a constante dielétrica complexa) dependem do tipo de solo e são função da frequência. Para frequências muito baixas a altas frequências (<30 MHz), o solo se comporta como um dielétrico com perdas , [22] portanto, o solo é caracterizado tanto por uma condutividade [23] quanto por uma permissividade (constante dielétrica) que pode ser medida para um determinado solo (mas é influenciado por níveis flutuantes de umidade) ou pode ser estimado a partir de certos mapas. Em frequências de ondas médias mais baixas , o solo atua principalmente como um bom condutor, do qual dependem as antenas de transmissão AM (0,5–1,7 MHz). Em frequências entre 3–30 MHz, uma grande parte da energia de uma antena polarizada horizontalmente é refletida no solo, com reflexão quase total nos ângulos rasantes importantes para a propagação das ondas terrestres . Essa onda refletida, com sua fase invertida, pode cancelar ou reforçar a onda direta, dependendo da altura da antena em comprimentos de onda e do ângulo de elevação (para uma onda celeste). Por outro lado, a radiação polarizada verticalmente não é bem refletida pelo solo, exceto na incidência rasante ou sobre superfícies altamente condutoras, como a água do mar. [24] Porém a reflexão do ângulo rasante importante para a propagação da onda terrestre, usando polarização vertical, está em fase com a onda direta, proporcionando um aumento de até 6 dB, conforme detalhado abaixo. Em VHF e acima (> 30 MHz) o solo se torna um refletor pior. No entanto, para frequências de ondas curtas , especialmente abaixo de ~15 MHz, continua a ser um bom refletor, especialmente para polarização horizontal e ângulos de incidência rasantes. Isto é importante porque estas frequências mais altas geralmente dependem da propagação em linha de visão horizontal (exceto para comunicações por satélite), comportando-se então o solo quase como um espelho. A qualidade líquida de uma reflexão do solo depende da topografia da superfície. 

#professorAngeloAntonioLeitholdNotasDeAula#py5aal   Quando as irregularidades da superfície são muito menores que o comprimento de onda, o regime dominante é o da reflexão especular , e o receptor vê tanto a antena real quanto uma imagem da antena sob o solo devido à reflexão. Mas se o solo tiver irregularidades não pequenas em comparação com o comprimento de onda, as reflexões não serão coerentes, mas sim deslocadas por fases aleatórias. Com comprimentos de onda mais curtos (frequências mais altas), geralmente é esse o caso. Sempre que a antena receptora ou transmissora for colocada a alturas significativas acima do solo (em relação ao comprimento de onda), as ondas refletidas especularmente pelo solo percorrerão uma distância maior do que as ondas diretas, induzindo uma mudança de fase que às vezes pode ser significativa. Quando uma onda celeste é lançada por tal antena, essa mudança de fase é sempre significativa, a menos que a antena esteja muito próxima do solo (em comparação com o comprimento de onda). A fase de reflexão das ondas eletromagnéticas depende da polarização da onda incidente. Dado o maior índice de refração do solo (normalmente n  ≈ 2) em comparação com o ar ( n  = 1), a fase da radiação polarizada horizontalmente é invertida após a reflexão (uma mudança de fase de π  radianos, ou 180°). Por outro lado, a componente vertical do campo elétrico da onda é refletida em ângulos de incidência rasantes aproximadamente em fase . Essas mudanças de fase também se aplicam a um aterramento modelado como um bom condutor elétrico. Isso significa que uma antena receptora "vê" uma imagem da antena emissora, mas com correntes 'invertidas' (opostas em direção e fase) se a antena emissora estiver orientada horizontalmente (e, portanto, polarizada horizontalmente). No entanto, a corrente recebida estará na mesma direção e fase absolutas se a antena emissora estiver polarizada verticalmente. A antena real que está transmitindo a onda original também pode receber um sinal forte de sua própria imagem do solo. Isto induzirá uma corrente adicional no elemento da antena, alterando a corrente no ponto de alimentação para uma determinada tensão do ponto de alimentação. Assim, a impedância da antena, dada pela relação entre a tensão do ponto de alimentação e a corrente, é alterada devido à proximidade da antena com o solo. Este pode ser um efeito bastante significativo quando a antena está dentro de um ou dois comprimentos de onda do solo. Mas à medida que a altura da antena aumenta, a potência reduzida da onda refletida (devido à lei do inverso do quadrado ) permite que a antena se aproxime de sua impedância de ponto de alimentação assintótica dada pela teoria. 

#professorAngeloAntonioLeitholdNotasDeAula#py5aal   Em alturas mais baixas, o efeito na impedância da antena é muito sensível à distância exata do solo, pois afeta a fase da onda refletida em relação às correntes na antena. Alterar a altura da antena em um quarto do comprimento de onda altera a fase da reflexão em 180°, com um efeito completamente diferente na impedância da antena. A reflexão do solo tem um efeito importante no padrão de radiação de campo distante no plano vertical, isto é, em função do ângulo de elevação, que é, portanto, diferente entre uma antena polarizada verticalmente e horizontalmente. Considere uma antena a uma altura h acima do solo, transmitindo uma onda considerada no ângulo de elevação θ . Para a propagação horizontal entre antenas transmissoras e receptoras situadas perto do solo e razoavelmente distantes uma da outra, as distâncias percorridas pelos raios diretos e refletidos são quase as mesmas. Quase não há mudança de fase relativa. Se a emissão for polarizada verticalmente, os dois campos (direto e refletido) se somam e há máximo de sinal recebido. Se o sinal for polarizado horizontalmente, os dois sinais serão subtraídos e o sinal recebido será amplamente cancelado. Os padrões de radiação do plano vertical são mostrados na imagem à direita. Com a polarização vertical sempre há um máximo para θ  = 0, propagação horizontal (padrão esquerdo). Para polarização horizontal, há cancelamento nesse ângulo. As fórmulas e gráficos assumem o solo como um condutor perfeito. Esses gráficos do padrão de radiação correspondem a uma distância entre a antena e sua imagem de 2,5  λ  . À medida que a altura da antena aumenta, o número de lóbulos também aumenta. A diferença nos fatores acima para o caso de θ  = 0 é a razão pela qual a maioria das radiodifusão (transmissões destinadas ao público) utiliza polarização vertical. Para receptores próximos ao solo, as transmissões polarizadas horizontalmente sofrem cancelamento. Para melhor recepção, as antenas receptoras desses sinais também são polarizadas verticalmente. Em algumas aplicações onde a antena receptora deve funcionar em qualquer posição, como em telefones celulares , as antenas da estação base utilizam polarização mista, como polarização linear em ângulo (com componentes verticais e horizontais) ou polarização circular . Por outro lado, as transmissões de televisão analógica são geralmente polarizadas horizontalmente, porque em áreas urbanas os edifícios podem refletir as ondas eletromagnéticas e criar imagens fantasmas devido à propagação multipercurso . Usando a polarização horizontal, o efeito fantasma é reduzido porque a quantidade de reflexão na polarização horizontal na lateral de um edifício é geralmente menor do que na direção vertical. 

#professorAngeloAntonioLeitholdNotasDeAula#py5aal   A televisão analógica polarizada verticalmente tem sido usada em algumas áreas rurais. Na televisão digital terrestre tais reflexões são menos problemáticas, devido à robustez das transmissões binárias e à correção de erros . O fluxo de corrente nas antenas de fio é idêntico à solução das ondas contrapropagantes em uma linha de transmissão de condutor único , que pode ser resolvida usando as equações do telégrafo . As soluções de correntes ao longo dos elementos da antena são obtidas de forma mais conveniente e precisa por métodos numéricos , de modo que as técnicas de linhas de transmissão foram amplamente abandonadas para modelagem de precisão, mas continuam a ser uma fonte amplamente utilizada de aproximações simples e úteis que descrevem bem os perfis de impedância de antenas. [26] (págs. 7–10) [25] (pág. 232).

#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDPY5AAL Ao contrário das linhas de transmissão, as correntes nas antenas contribuem com energia para o campo eletromagnético da parte irradiada, que pode ser modelado usando a resistência à radiação . A extremidade de um elemento de antena corresponde a uma extremidade não terminada (aberta) de uma linha de transmissão de condutor único, resultando em uma onda refletida idêntica à onda incidente, com sua tensão em fase com a onda incidente e sua corrente na fase oposta ( portanto, corrente líquida zero, onde, afinal, não há mais condutor). A combinação da onda incidente e refletida, assim como em uma linha de transmissão, forma uma onda estacionária com um nó de corrente na extremidade do condutor e um nó de tensão a um quarto do comprimento de onda da extremidade (se o elemento tiver pelo menos esse comprimento) . [26] [25] 

#professorAngeloAntonioLeitholdNotasDeAula#py5aal   Em uma antena ressonante , o ponto de alimentação da antena está em um desses nós de tensão. [ citação necessária ] Devido a discrepâncias da versão simplificada do modelo da linha de transmissão, a tensão a um quarto do comprimento de onda do nó de corrente não é exatamente zero, mas está próxima do mínimo e pequena em comparação com a tensão muito grande na extremidade do condutor . Conseqüentemente, um ponto de alimentação correspondente à antena naquele ponto requer uma tensão relativamente pequena, mas uma corrente grande (as correntes das duas ondas adicionam fase ali), portanto, uma impedância de ponto de alimentação relativamente baixa. Alimentar a antena em outros pontos envolve uma grande tensão, portanto, uma grande impedância, e geralmente uma que é principalmente reativa (baixo fator de potência ), o que é uma péssima impedância compatível com as linhas de transmissão disponíveis. Portanto, geralmente é desejado que uma antena opere como um elemento ressonante com cada condutor tendo um comprimento de um quarto de comprimento de onda (ou quaisquer outros múltiplos ímpares de um quarto de comprimento de onda). Por exemplo, um dipolo de meia onda tem dois desses elementos (um conectado a cada condutor de uma linha de transmissão balanceada) com cerca de um quarto de comprimento de onda. Dependendo dos diâmetros dos condutores, um pequeno desvio deste comprimento é adotado para atingir o ponto onde a corrente da antena e a (pequena) tensão do ponto de alimentação estão exatamente em fase. Então a antena apresenta uma impedância puramente resistiva e, idealmente, próxima da impedância característica de uma linha de transmissão disponível. Apesar dessas propriedades úteis, as antenas ressonantes têm a desvantagem de alcançarem ressonância (impedância do ponto de alimentação puramente resistiva) apenas em uma frequência fundamental, e talvez alguns de seus harmônicos , e a resistência do ponto de alimentação é maior em ressonâncias de ordem superior. Portanto, antenas ressonantes só conseguem atingir seu bom desempenho dentro de uma largura de banda limitada, dependendo do Q na ressonância. Os campos elétricos e magnéticos que emanam de um elemento de antena acionado geralmente afetarão as tensões e correntes em antenas próximas, elementos de antena ou outros condutores. Isto é particularmente verdadeiro quando o condutor afetado é um elemento ressonante (múltiplos meios comprimentos de onda de comprimento) aproximadamente na mesma frequência, como é o caso quando os condutores fazem parte do mesmo conjunto de antenas ativa ou passiva. Como os condutores afetados estão no campo próximo, não se pode apenas tratar duas antenas como transmitindo e recebendo um sinal de acordo com a fórmula de transmissão de Friis, por exemplo, mas deve-se calcular a matriz de impedância mútua que leva em consideração tanto as tensões quanto as correntes (interações através dos campos elétrico e magnético). Assim, usando as impedâncias mútuas calculadas para uma geometria específica, pode-se resolver o padrão de radiação de uma antena Yagi-Uda ou as correntes e tensões para cada elemento de um phased array. 

#professorAngeloAntonioLeitholdNotasDeAula#py5aal   Tal análise também pode descrever em detalhe a reflexão das ondas de rádio por um plano de terra ou por um refletor de canto e o seu efeito na impedância (e no padrão de radiação) de uma antena na sua vizinhança. Freqüentemente, essas interações de campo próximo são indesejáveis ​​e perniciosas. As correntes em objetos metálicos aleatórios próximos a uma antena transmissora geralmente estarão em maus condutores, causando perda de potência de RF, além de alterar de forma imprevisível as características da antena. Através de um projeto cuidadoso, é possível reduzir a interação elétrica entre condutores próximos. Por exemplo, o ângulo de 90 graus entre os dois dipolos que compõem a antena da catraca não garante nenhuma interação entre eles, permitindo que sejam acionados de forma independente (mas na verdade com o mesmo sinal em fases de quadratura no projeto da antena da catraca).

REFERÊNCIAS

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17 "Diagramas de resposta polar aérea" . ATV/Fracarro.

18 Projeto de sistema sem fio de banda larga fixa , p. 130, no Google Livros

19 Antenas Monopole , pág. 340, no Google Livros

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25, Jeremy Keith (2007) Antenas Unipole Dobradas: Teoria e aplicações. Engenharia Eletrônica (1ª ed.). McGraw Hill.ISBN 978-0-07-147485-6; ISBN0-07-147485-4