PARÂMETROS DE SISTEMAS IRRADIANTES - ALTURA DO DIPOLO EM RELAÇÃO AO SOLO

INSTITUTO DE AERONÁUTICA E ESPAÇO - IAE - FACULDADES INTEGRADAS ESPÍRITA - FIES Plano Trabalho Progr Cientifico Convenio CRS UNIBEM  CTA PLANO DE TRABALHO  2006

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PY5AAL PROFESSOR ANGELO ANTONIO LEITHOLD
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(c)py5aalFigura 1: Relação entre altura e impedância de uma antena vertical e uma horizontal (Fonte: Ângelo Antônio Leithold - PY5AAL-1995)


(c)py5aalO gráfico representado na figura 1 mostra a variação da impedância de antenas quando próximas à terra ou próximas de refletores planos ou não, que possam ser enxergados pelas antenas como um terra virtual. O efeito da interação entre a antena, elemento terra, e demais interferentes do meio são enxergados pela antena como elementos terra que pode ser considerado como um refletor perfeito de dimensão infinita, formando uma imagem da antena tal qual a imagem formada por um objeto qualquer num espelho. Na presença da terra temos o incremento do efeito imagem, isto é, a terra e antena passam a ter uma relação interativa, e desta surge uma componente reativa, resultando uma variação na sintonia (ressonância), impedância e ganho das antenas. A cada quarto de onda acima do plano terra a impedância é próxima de 73 ohms. De acordo com a altura e o efeito da terra, o ganho de um dipolo pode ser até 6 dBd (decibéis sobre o dipolo no espaço livre) e impedância. 

(c)py5aalTendo diversas antenas dispostas paralelamente sobre uma superfície perfeitamente refletora, para cada uma, haverá uma imagem. Quando se varia a distância de um dipolo ao solo, variará o ângulo de partida, o alcance, a impedância, entre outros parâmetros, a distribuição de energia ocorre numa só direção. Cada vez que se dobra a estrutura metálica de uma rede, há um incremento no ganho do sistema em 3 dB. Dois refletores dispostos em 90 graus entre si, estando a rede à uma distância dentro dos parâmetros funcionais do sistema, ocorre a multiplicação dos diagramas resultantes, ao dobrar o plano refletor em dois semi planos muito grandes em relação aos dipolos dobra a imagem, conseqüentemente o ganho aumentará. Este efeito é utilizado em freqüências muito altas (SHF), na construção de antenas impressas. Dependendo da altura do dipolo à terra haverá variação dos parâmetros da antena. Tanto na polarização horizontal, quanto na vertical, o efeito terra pode ser analisado como um refletor perfeito, desde que dentro das faixas de freqüência admissíveis. Ao construir antenas próximas à terra ou superfície que se comporte como um plano de terra, a sua influência pode ser vista como um elemento irradiante.

(c)py5aalSendo o plano de terra visto como condutor perfeito, as componentes tangencial e normal são anuladas entre si. Desta forma, as cargas e correntes induzidas passam a fazer parte do sistema, ocorrerão dois efeitos, o imagem e o real. Tanto para o dipolo horizontal, quanto para o dipolo vertical, existe o dipolo imagem. Este atua de maneira que a terra altera o diagrama de irradiação, impedância, ganho, dentre outros parâmetros.

(c)py5aalAssim uma antena próxima a qualquer estrutura condutiva, seja terra, metal, "n" dipolos, outras antenas, etc, forma-se uma rede de antenas. A interação ocorre simultaneamente em todos os seus elementos, reais e virtuais. Assim, o sistema deve obedecer a certos aspectos físicos de proximidade entre seus elementos em comprimentos de onda e a resultante será um acoplamento concomitante, isto é, haverá somatórias de todas as características de todos os elementos interferentes. O nome dado a este sistema é acoplamento mútuo.

(c)py5aalAs direções dos campos magnético e elétrico são perpendiculares à direção de propagação. O vetor elétrico no plano num dado ponto do espaço pode ser decomposto em duas componentes ortogonais (x e y). A amplitude do vetor do campo elétrico varia senoidalmente. As duas componentes têm duas características que podem diferir, pois podem não ter a mesma amplitude nem a mesma fase, assim podem não alcançar os seus máximos e mínimos ao mesmo tempo. É necessário arbitrar que as componentes têm a mesma amplitude e fase. O efeito do acoplamento mútuo, tanto para antena em polarização horizontal, quanto em polarização vertical, têm em sua imagem a indução de cargas e correntes. Suas impedâncias, seus lóbulos, e ganhos se interam.

(c)py5aalUm sistema irradiante ou receptor numa determinada distância de um elemento terra possui a “antena real” e a “antena imagem”. As correntes induzidas no dipolo real terão seu equivalente no dipolo imagem, desta forma num dipolo vertical muito próximo ao solo, tem reforçado o campo irradiado e o campo recebido. No caso do dipolo horizontal, a impedância resultante do sistema será muito próxima de zero ohm, colocando o sinal em curto-circuito com a terra, anulando a antena (interação destrutiva). Numa antena monopolo em polarização vertical, seu funcionamento quando no solo, será similar ao dipolo vertical no espaço livre, pois sua imagem complementará o segmento real.


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