4 PROFESSOR ANGELO ANTONIO LEITHOLD - 1.1 Antenas não ressonantes

INSTITUTO DE AERONÁUTICA E ESPAÇOCAMPUS DE PESQUISAS GEOFÍSICAS MAJOR EDSEL DE FREITAS COUTINHOPROFESSOR ANGELO ANTONIO LEITHOLDNOTA DE AULA - 1.1 NOTA DE AULA 04Antena não ressonante - T2FDAntena Não Ressonante - T2FDestá licenciado sob CC BY-NC-ND 4.0© 1 por PROFESSOR ANGELO ANTONIO LEITHOLD PROIBIDA CÓPIA, ADAPTAÇÃO, USO COMERCIAL

SUMÁRIO

ANTENAS NÃO RESSONANTES- NOTA DE AULA 26 ANTENAS NÃO RESSONANTES - NOTAS DE AULA 126

PROFESSOR ANGELO ANTONIO LEITHOLD NOTA DE AULA(c) Ângelo Antônio Leithold 1987 - (c) 1978 - 2016 Ângelo Antônio Leithold - LEITHOLD, A. A. BIBLIOTECA Plano Trabalho Progr Cientifico Convenio CRS UNIBEM.pdf - 121 KB Download CTA PLANO DE TRABALHO nov 2006.pdf - e113 KB Download CONVÊNIO 2002-2012

ÍNDICE ANTENAS ANTENAS NÃO RESSONANTES - NOTAS DE AULA PY5AAL Antenas ressonantes - Antenas não ressonantes - Dipolos Índice

A obra Antenas não ressonantes de LEITHOLD, ANGELO ANTONIO; Angeloleithold; py5aal foi licenciada com uma Licença Creative Commons - Atribuição - Uso Não Comercial - Obras Derivadas Proibidas 3.0 Não Adaptada. Com base na obra disponível em sites.google.com. Podem estar disponíveis permissões adicionais ao âmbito desta licença em https://sites.google.com/site/0antena/antenasnoressonantes.

INTRODUÇÃO

#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDPY5AAL Quase não é encontrada uma literatura mais técnica sobre as antenas não ressonantes. Muito do que se vê pela Internet é resultado de puro empirismo, e muitas vezes conceitos totalmente equivocados. O estudo das antenas é muito complexo e apaixonante, e deve ser tratado com seriedade. Os experimentos, por exemplo, ultimamente têm se resumido à puras simulações de computador, e sempre levando em conta fatores muito duvidosos. É impossível contextualizar o estudo de antenas sem levar em conta o terreno, elementos interferentes e interações das mais diversas. O simplismo muitas vezes tende a demonstrar uma realidade parcial, e muitos erros de projetos podem ser cometidos em função disto. Os fenômenos eletromagnéticos, e seu formalismo não são simples de se entender, carecem de estudo e dedicação. É sabido que o campo magnético de uma antena induz corrente elétrica em qualquer superfície condutora, no entanto, se essa superfície tem um comprimento característico da corrente induzida, esta será muito mais forte. Uma antena ressonante é muito mais eficiente na conversão (de recepção ou transmissão) do campo em determinado comprimento de onda, e isto não é mito, como está demonstrado mais adiante. A antena não ressonante tem a vantagem de operar em diversas frequências mas não é tão eficiente, pois, se assim o fosse as estações profissionais (Broadcast) tais com o BBC de Londres, e outras tantas, não teriam um parque de antenas ressonantes, seria mais fácil, por exemplo, utilizar somente um sistema irradiante repetido para cada frequência de utilização. Assim a escolha de qual tipo de antena de se deve usar cabe a cada projeto específico e ao uso propriamente dito. Muitos amadores, por exemplo, preferem por questões óbvias as antenas não ressonantes, enquanto outros as ressonantes. As antenas não ressonantes são projetadas para uma impedância de entrada constante, conforme está provado no formalismo matemático mais adiante. A irradiação daqueles sistemas funciona numa ampla gama de freqüências. A dimensão máxima de uma antena não ressonante é próxima do limite da menor freqüência de irradiação. O modelo de utilização da antena não ressonante é muito parecido com o modelo da antena ressonante. Porém, a antena não ressonante pode inclusive ser mono direcional, neste caso, somente existem ondas diretas propagantes, isto é, o sinal se propaga direcionalmente e no mesmo sentido das ondas.

#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDPY5AAL De uma forma simples, o exemplo da mecânica clássica de uma pedra jogada numa lagoa, mostra claramente o comportamento de campos de irradiação e propagação. As ondas produzidas no meio de uma massa líquida por uma pedra lançada, depois que chegou ao fundo, continuam se propagando. A pedra e sua queda, não são necessárias à manutenção das ondas, mas foram prementes à sua criação, cessando causa (Queda da pedra), o efeito (propagação de ondas) teve seu prosseguimento, independe daquela ter cessado. As linhas de fluxo, concêntricas em forma de ondas transportam energia, este deslocamento da energia, define-se como propagação, e a energia contida nas ondas, chama-se energia irradiada ou campo distante (analogamente no caso da água), a água espirrada acelerada pelo impacto da pedra e, em volta dela, pode ser definido o análogo de um campo próximo. Existem dois tipos de distribuição de linhas de campo, as mais próximas da antena que deixam de existir imediatamente ao cessar a causa, isto é quando cessa a corrente esta sofre a anulação por um semiciclo, e não chegam a se fechar, portanto, não se propagam, chama-se a este efeito campo próximo, de Fresnel ou campo de indução. Quanto às linhas que se fecham, portanto se propagam no espaço e continuam carregando consigo energia irradiada, análogo ao exemplo acima, denomina-se campo distante ou de Fraunhofer, ou para ser mais exato, campo de irradiação. Na antena com refletor, ambos são importantíssimos. O campo elétrico na região distante varia com o inverso da distância, enquanto que na região próxima isto não acontece. A região de indução (campo próximo) é geralmente usada no projeto de antenas com um ou vários elementos de forma a induzir nestes a energia que estaria perdida, aproveitando-a, induzindo-a ao elemento parasita, tanto diretor, quanto refletor, se for o caso.

Figura 1 – Esquerda: Na antena não ressonante não existem ondas estacionárias, desde que seja inserida uma terminação correta ( R ) que assegura a não reflexão de potência. Direta: Cerca de 66% da potência é irradiada.(Fonte: Angelo Leithold py5aal)

#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDPY5AAL Um exemplo de antena não ressonante é a T2FD ("Tilted Terminated Folded Dipole), ela não é direcional e devida sua construção tem banda larga para HF. Trata de um dipolo dobrado com terminador resistivo de 600 Ohms no centro. O resistor não pode ser indutivo e é utilizado a antena não ressonar em uma frequência específica. A dissipação do terminador não pode ser inferior a 35% da potência de transmissão. Deve ser utilizado um balun de ferrite para adaptar os 600 ohms de impedância característica da antena para 50 ohms. Os fios que compõe o dipolo dobrado podem ser de cobre ou aço inoxidável. A distância entre os fios deve ser um centésimo do maior comprimento de onda utilizável e o comprimento dos condutores cerca de um terço do comprimento de onda máximo. É aconselhável que a menor distância do extremo mais baixo não seja inferior a 1,83 m e a inclinação não seja inferior a 20° nem superior a 40°.

Figura 2 – Diagrama da antena T2FD (Fonte: Angelo Leithold py5aal)

#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDPY5AAL Um dipolo pode ser modificado de maneiras diferentes, de forma a estender sua ''largura de banda''. Mais precisamente, é possível estender a atuação de um dipolo para a operação multibanda, deixando-o não ressoante, ou fazendo-o ressoar em diversas frequências. Embora pareça um conceito paradoxal, este explica porque certas antenas funcionam ''inexplicavelmente'' em frequências diversas dos harmônicos para os quais foram calculadas. Por exemplo, ao montar uma antena dipolo em determinado local, la ressona na ''fundamental'' mas também em outras frequências, este poderia ser considerado um fator ''ambiental'', ou seja, cercas, varais, calhas, elementos metálicos, etc, ''interferem'' no funcionamento da antena pela interação ocorrida na região do campo próximo. A inserção proposital de elementos parasitas (Não confundir com antenas Yagi, ou antenas multi-elementos, embora os princípios sejam semelhantes.), que podem ser definidos grosseiramente como ''armadilhas'', atuam através da interação entre a antena propriamente dita e os tais elementos. Estas armadilhas permitem a operação com a menor frequência fundamental para a qual o comprimento elétrico do dipolo é L/2 (L é o comprimento de onda Lâmbda), mas que seletivamente desconectam algumas porções do dipolo, inserindo assim uma componente de impedância que pode ser vista como uma alta impedância em série em freqüências mais altas do que a fundamental.

Fig. 3 - Medida ponto de alimentação p/ R, X, ROE x freq. - Antena L/2 40 m, dist. solo10 m. Linhas sólidas dipolo 18 m radiador sem trap (dados da Tabela 20-1). Linhas tracejadas: Mesma antena com trap. Estendida p/ 80 m (L=30m) extensões adicionadas em cada extremidade para fazer a antena utilizáveis em 80 m. (Fonte: Angelo Leithold, LACEC - Laboratório de Construção de Equipamentos Científicos - Campus de Pesquisas Geofísicas Major Edsel de Freitas Coutinho - IAE - Instituto de Aeronáutica e Espaço - 2007)

#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDPY5AAL A componente elétrica efetiva pode alterar o comprimento do dipolo encurtado para L / 2 sobre a banda de frequência mais alta. Mas, como tudo na natureza é harmônico, Quando existe um ''ganho'' em determinado sentido, gera um ''custo'' indesejável em outro. Ao utilizar o método da armadilha (Elemento interferente inserido propositadamente próximo à antena), é possível ao dipolo, por exemplo, uma operação multi-banda, claro que existem certos limites, e cabe ao experimentador descobri quais são. Um efeito, que é muito observado, é a ocorrência de uma alteração da largura de banda operacional em todas as frequências em que a armadilha do dipolo opera, esta é muito mais estreita do que o da separação em antenas dipolos simples com corte de L / 2 para cada banda, semelhante à operação de antenas muito próximas umas das outras. A freqüência de operação pode se afastar da ressonância de L / 2. A resistência elétrica e a reatância da antena alteram significativamente a ROE. A banda de operação tem uma alteração significativa e a ROE pode alterar rapidamente, o efeito armadilha pode necessitar da adição de ''trap's'' (Cuja tradução também é ''armadilha'') para melhorar o casamento. Os termos trap e armadilha neste caso, não podem ser confundidos, pois a armadilha cria uma espécie de realimentação, ou loop, enquanto o trap propriamente dito, é uma forma de melhorar o casamento, por isso, muitos amadores percebem um ''retorno'' de RF em suas estações. O tal retorno é causado pelo efeito armadilha, que devida a proximidade do sistema irradiante gera efeitos indesejáveis. Na figura 3 estão demonstrados os efeitos das alterações de ROE e impedância em dipolos ressonantes e não ressonantes.