10 INTERAÇÃO ENTRE ANTENAS - NOTAS DE AULA

INSTITUTO DE AERONÁUTICA E ESPAÇO - IAE - FACULDADES INTEGRADAS ESPÍRITA - FIES

 ©2008 Plano Trabalho Progr Cientifico Convenio CRS UNIBEM  ©2006 CTA PLANO DE TRABALHO ©1985 Angelo Antonio Leithold © 1987-2010  Ângelo Antônio Leithold -  ©1995-2016  Professor  Ângelo Antônio Leithold py5aal

ANTENAS BALUN

As antenas, quando instaladas próximas umas das outras ou mesmo de estruturas metálicas quaisquer, sempre sofrerão interações e alterações de suas impedâncias. A este efeito chama-se acoplamento mútuo, e a corrente de uma das duas antenas dependerá do campo irradiado pela outra. Assim, o diagrama de irradiação resultará das duas correntes. Por isso a impedância de entrada de uma antena sempre depende dos efeitos mútuos ambientais, principalmente se ocorre sintonia, isto é, comprimentos de ondas de estruturas próximas às antenas com comprimentos de ondas próximos e à distâncias entre comprimentos de ondas próximas também.

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Antena quadra cubica 2 elementos by Angelo Antonio Leithold, Leithold, A. A. ; py5aal is licensed under a Creative Commons Atribuição-Uso Não-Comercial-Vedada a Criação de Obras Derivadas 3.0 Brasil License.

#ANGELOLEITHOLDPY5AALUm conjunto de antenas é composto múltiplas antenas conectadas que funcionam juntas como uma única antena, para transmitir ou receber ondas de rádio . As antenas individuais (chamadas de elementos ) são geralmente conectadas a um único receptor ou transmissor por linhas de alimentação que alimentam a energia aos elementos em uma relação de fase específica . As ondas de rádio irradiadas por cada antena individual combinam-se e se sobrepõem , somando-se ( interferindo construtivamente ) para aumentar a potência irradiada nas direções desejadas e cancelando ( interferindo destrutivamente ) para reduzir a potência irradiada em outras direções. Da mesma forma, quando usadas para recepção, as correntes de radiofrequência separadas das antenas individuais combinam-se no receptor com a relação de fase correta para melhorar os sinais recebidos das direções desejadas e cancelar os sinais das direções indesejadas. Antenas de arranjo mais sofisticados podem ter múltiplos módulos transmissores ou receptores, cada um conectado a um elemento de antena separado ou grupo de elementos. Um conjunto de antenas pode atingir maior ganho ( diretividade ), ou seja, um feixe de ondas de rádio mais estreito, do que poderia ser alcançado por um único elemento. Em geral, quanto maior o número de elementos de antena individuais utilizados, maior será o ganho e mais estreito será o feixe. Alguns conjuntos de antenas (como radares militares em fase ) são compostos de milhares de antenas individuais. Matrizes podem ser usadas para obter maior ganho, para fornecer diversidade de caminho (também chamada de MIMO ) , o que aumenta a confiabilidade da comunicação, para cancelar interferências de direções específicas, para direcionar o feixe de rádio eletronicamente para apontar em direções diferentes e para localização de direção de rádio. (RDF). 

#ANGELOLEITHOLDPY5AALO termo conjunto de antenas mais comumente significa um conjunto acionado que consiste em vários elementos acionados idênticos , todos conectados ao receptor ou transmissor. Uma matriz parasita consiste em um único elemento acionado conectado à linha de alimentação e outros elementos que não o são, chamados de elementos parasitas . Geralmente é outro nome para uma antena Yagi–Uda . Um phased array geralmente significa um array digitalizado eletronicamente ; um conjunto de antenas acionadas em que cada elemento individual é conectado ao transmissor ou receptor por meio de um deslocador de fase controlado por um computador. O feixe de ondas de rádio pode ser direcionado eletronicamente para apontar instantaneamente em qualquer direção em um amplo ângulo, sem mover as antenas. No entanto, o termo "phased array" às vezes é usado para significar um conjunto de antenas comum. 

#ANGELOLEITHOLDPY5AALA partir do critério de Rayleigh , a diretividade de uma antena, a largura angular do feixe de ondas de rádio que ela emite, é proporcional ao comprimento de onda das ondas de rádio dividido pela largura da antena. Antenas pequenas com tamanho de cerca de um comprimento de onda, como monopolos de quarto de onda e dipolos de meia onda , não têm muita diretividade ( ganho ); são antenas omnidirecionais que irradiam ondas de rádio em um grande ângulo. Para criar uma antena direcional ( antena de alto ganho ), que emite ondas de rádio em um feixe estreito, técnicas gerais podem ser usadas como usar a reflexão por grandes superfícies metálicas, como refletores parabólicos ou chifres , ou a refração por lentes dielétricas para mudar a direção das ondas de rádio, para focar as ondas de rádio de uma única antena de baixo ganho em um feixe. Este tipo é chamado de antena de abertura . Uma antena parabólica é um exemplo desse tipo de antena. Outra técnica é usar múltiplas antenas alimentadas pelo mesmo transmissor ou receptor; isso é chamado de conjunto de antenas ou conjunto de antenas. Se as correntes forem alimentadas nas antenas com a fase adequada , devido ao fenômeno de interferência, as ondas esféricas das antenas individuais se combinam (se sobrepõem) na frente do conjunto para criar ondas planas , um feixe de ondas de rádio viajando em uma direção específica. . Nas direções em que as ondas das antenas individuais chegam em fase , as ondas se somam ( interferência construtiva ) para aumentar a potência irradiada. Nas direções em que as ondas individuais chegam fora de fase , com o pico de uma onda coincidindo com o vale de outra, as ondas se cancelam ( interferência destrutiva ) reduzindo a potência irradiada naquela direção. Da mesma forma, ao receber, as correntes oscilantes recebidas pelas antenas separadas das ondas de rádio recebidas das direções desejadas estão em fase e quando combinadas no receptor reforçam-se mutuamente, enquanto as correntes das ondas de rádio recebidas de outras direções estão fora de fase e quando combinadas em o receptor se cancela. 

#ANGELOLEITHOLDPY5AALO padrão de radiação de tal antena consiste em um feixe forte em uma direção, o lóbulo principal , mais uma série de feixes mais fracos em diferentes ângulos chamados lóbulos laterais , geralmente representando radiação residual em direções indesejadas. Quanto maior a largura da antena e maior o número de elementos componentes da antena, mais estreito será o lóbulo principal e maior será o ganho que pode ser alcançado, e menores serão os lóbulos laterais. Matrizes nas quais os elementos de antena são alimentados em fase são matrizes broadside; o lóbulo principal é emitido perpendicularmente ao plano dos elementos. Os maiores conjuntos de antenas são interferômetros de rádio usados ​​​​no campo da radioastronomia , nos quais vários radiotelescópios constituídos por grandes antenas parabólicas são interligados em um conjunto de antenas, para obter maior resolução. Usando a técnica chamada síntese de abertura, tal arranjo pode ter a resolução de uma antena com diâmetro igual à distância entre as antenas. Na técnica chamada Interferometria de Linha de Base Muito Longa (VLBI), antenas em continentes separados foram interligadas, criando "arranjos de antenas" com milhares de quilômetros . A maioria dos conjuntos de antenas pode ser dividida em duas classes com base na forma como o eixo das antenas componentes se relaciona com a direção da radiação. Um broadside array é um array unidimensional ou bidimensional em que a direção da radiação ( lóbulo principal ) das ondas de rádio é perpendicular ao plano das antenas. Para irradiar perpendicularmente, as antenas devem ser alimentadas em fase. Uma matriz endfire é uma matriz linear em que a direção da radiação está ao longo da linha das antenas. As antenas devem ser alimentadas com diferença de fase igual à separação das antenas adjacentes. Existem também arrays (como phased arrays ) que não pertencem a nenhuma dessas categorias, nos quais a direção da radiação está em algum outro ângulo em relação ao eixo da antena. As antenas matriciais também podem ser categorizadas pela forma como as antenas dos elementos são organizadas.

#ANGELOLEITHOLDPY5AALMatriz acionada – Esta é uma matriz na qual as antenas componentes individuais são todas “acionadas” – conectadas ao transmissor ou receptor. As antenas individuais, que geralmente são idênticas, geralmente consistem em elementos acionados únicos , como dipolos de meia onda , mas também podem ser antenas compostas, como antenas Yagi ou antenas de catraca .

#ANGELOLEITHOLDPY5AALMatriz colinear – uma matriz broadside que consiste em múltiplas antenas dipolo idênticas orientadas verticalmente em uma linha. Esta é uma antena omnidirecional de alto ganho , frequentemente usada na banda VHF como antenas de transmissão para estações de televisão e antenas de estação base para rádios bidirecionais móveis terrestres .

#ANGELOLEITHOLDPY5AALSuperturnstile ou Batwing array - antena vertical especializada usada para transmissão de televisão que consiste em múltiplas antenas dipolo cruzadas montadas colinearmente em um mastro. Padrão de radiação omnidirecional de alto ganho com ampla largura de banda.

#ANGELOLEITHOLDPY5AALMatriz planar– um conjunto plano bidimensional de antenas. Como um conjunto de antenas omnidirecionais irradia dois feixes separados por 180° de ambos os lados da antena, geralmente é montado na frente de um refletor plano ou é composto de antenas diretivas, como Yagi ou antenas helicoidais , para fornecer um feixe unidirecional. .

#ANGELOLEITHOLDPY5AALMatriz reflexiva – uma matriz planar de antenas, geralmente dipolos de meia onda alimentados em fase, na frente de um refletor plano, como uma placa de metal ou tela de arame. Isso irradia um único feixe de ondas de rádio perpendicular (lado largo) ao conjunto. Usado como antenas de televisão UHF e antenas de radar.

#ANGELOLEITHOLDPY5AALMatriz de cortina - uma antena de transmissão de ondas curtas de fio externo que consiste em uma matriz planar de dipolos de fio suspensos na frente de um refletor vertical feito de uma "cortina" de fios paralelos. Usado na banda HF como antena de transmissão de longa distância para estações de transmissão de ondas curtas. Pode ser direcionado como phased array.

#ANGELOLEITHOLDPY5AALAntena microfita - um conjunto de antenas patch fabricadas em uma placa de circuito impresso com folha de cobre no verso funcionando como refletor. Os elementos são alimentados através de striplines feitos de folha de cobre. Usado como antenas de recepção de televisão por satélite e UHF.

#ANGELOLEITHOLDPY5AALArray digitalizado eletronicamente – Um array planar no qual o feixe pode ser direcionado eletronicamente para apontar em qualquer direção em um grande ângulo na frente do array, sem mover fisicamente a antena. A corrente do transmissor é alimentada para cada antena componente através de um deslocador de fase , controlado por um computador. Ao alterar a fase relativa das correntes de alimentação, o feixe pode ser apontado instantaneamente em diferentes direções. Amplamente utilizada em radares militares, esta técnica está se espalhando rapidamente para aplicações civis.

#ANGELOLEITHOLDPY5AALPassive Electronically Scanned Array (PESA) – Um phased array conforme descrito acima, no qual os elementos da antena são alimentados a partir de um único transmissor ou receptor através de deslocadores de fase.

#ANGELOLEITHOLDPY5AALActive Electronically Scanned Array (AESA) – Um phased array em que cada elemento de antena possui seu próprio módulo transmissor e/ou receptor, controlado por um computador central. Esta tecnologia de phased array de segunda geração pode irradiar vários feixes em múltiplas frequências simultaneamente e é usada principalmente em radares militares sofisticados.

#ANGELOLEITHOLDPY5AALMatriz conforme – uma matriz em fases bidimensional que não é plana, mas se adapta a alguma superfície curva. Os elementos individuais são acionados por deslocadores de fase que compensam os diferentes comprimentos do caminho, permitindo que a antena irradie um feixe de onda plana. Antenas conformadas são frequentemente integradas na superfície curva de aeronaves e mísseis, para reduzir o arrasto aerodinâmico.

#ANGELOLEITHOLDPY5AALAntena inteligente , antena reconfigurável ou matriz adaptativa - uma matriz receptora que estima a direção de chegada das ondas de rádio e otimiza eletronicamente o padrão de radiação de forma adaptativa para recebê-la, sintetizando um lóbulo principal nessa direção. [3] Como um phased array, ele consiste em vários elementos idênticos com deslocadores de fase nas linhas de alimentação, controlados por um computador.

#ANGELOLEITHOLDPY5AALMatriz dipolo log-periódica (LPDA) – uma matriz endfire que consiste em muitos elementos acionados por dipolo em uma linha, com comprimento aumentando gradualmente. Ela atua como uma antena de banda larga de alto ganho. Usado como antenas de recepção de televisão e para comunicação por ondas curtas.

#ANGELOLEITHOLDPY5AALMatriz parasita - Esta é uma matriz endfire que consiste em vários elementos de antena em uma linha da qual apenas um, o elemento acionado , está conectado ao transmissor ou receptor, enquanto os outros elementos, chamados de elementos parasitas , não estão. Os elementos parasitas funcionam como ressonadores , absorvendo as ondas de rádio do elemento acionado e reirradiando-as com uma fase diferente, para modificar o padrão de radiação da antena, aumentando a potência irradiada na direção desejada. Como possuem apenas um elemento acionado, são frequentemente chamadas de "antenas" em vez de "matrizes".

#ANGELOLEITHOLDPY5AALAntena Yagi – Uda ou antena Yagi – este conjunto endfire consiste em vários elementos dipolo de meia onda em uma linha. Consiste em um único elemento acionado com vários elementos parasitas "diretores" na direção da radiação e, geralmente, um único elemento parasita "refletor" atrás dele. Eles são amplamente utilizados nas bandas HF , VHF e UHF como antenas de televisão, antenas de comunicação por ondas curtas e em conjuntos de radar.

#ANGELOLEITHOLDPY5AALAntena quádrupla – Consiste em múltiplas antenas de loop em uma linha, com uma loop acionada e as outras parasitas. Funciona de forma semelhante à antena Yagi.

#ANGELOLEITHOLDPY5AALEm um arranjo de antenas que fornece um padrão de radiação fixo, podemos considerar que a rede de alimentação faz parte do arranjo de antenas. Assim, o conjunto de antenas possui uma única porta. Podem ser formados feixes estreitos, desde que o faseamento de cada elemento do conjunto seja apropriado. Se, além disso, a amplitude da excitação recebida por cada elemento (durante a emissão) também for bem escolhida, é possível sintetizar um arranjo de porta única tendo um padrão de radiação que se aproxima muito de um padrão especificado. Muitos métodos foram desenvolvidos para síntese de padrões de array. Questões adicionais a serem consideradas são correspondência, eficiência de radiação e largura de banda. O projeto de um conjunto de antenas eletronicamente orientáveis ​​é diferente, porque o faseamento de cada elemento pode ser variado e, possivelmente, também a amplitude relativa de cada elemento. Aqui, o conjunto de antenas possui múltiplas portas, de modo que os assuntos de correspondência e eficiência são mais envolvidos do que no caso de porta única. Além disso, o casamento e a eficiência dependem da excitação, exceto quando as interações entre as antenas podem ser ignoradas. Um conjunto de antenas usado para diversidade espacial e/ou multiplexação espacial (que são diferentes tipos de comunicação de rádio MIMO) sempre possui múltiplas portas.  Destina-se a receber excitações independentes durante a emissão e a fornecer sinais mais ou menos independentes durante a recepção. Aqui também, os assuntos de correspondência e eficiência estão envolvidos, especialmente no caso de um conjunto de antenas de um dispositivo móvel, uma vez que, neste caso, o entorno do conjunto de antenas influencia seu comportamento e variam com o tempo. Métricas de correspondência e métricas de eficiência adequadas levam em consideração as piores excitações possíveis. 

REFERÊNCIAS

#ANGELOLEITHOLDPY5AAL#ANGELOLEITHOLDPY5AALANTENAS PRÁTICAS

#ANGELOLEITHOLDPY5AAL#ANGELOLEITHOLDPY5AALANTENAS LINEARES

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