#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDPY5AALUma antena de loop consiste em um loop ou bobina de fio, tubo ou outro condutor elétrico , que para transmissão é alimentado por uma fonte de energia balanceada ou para recepção alimenta uma carga balanceada. Os grandes loops também são chamados de antenas de loop auto-ressonantes ou loops de onda completa, têm um perímetro próximo a um ou mais comprimentos de onda inteiros na frequência operacional , o que os torna auto- ressonantes nessa frequência. Eles são os mais eficientes de todos os tipos de antenas para transmissão e recepção. As grandes antenas de loop têm um padrão de radiação de dois lóbulos em sua primeira ressonância de onda completa, com pico em ambas as direções perpendiculares ao plano do loop. Os grandes loops são os mais eficientes , por uma ordem de magnitude , de todos os projetos de antenas de tamanho semelhante. As antenas loop halos são frequentemente explicados como dipolos encurtados que foram dobrados em um loop que pode ter diversas geometrias, com as extremidades não se tocando. Alguns escritores preferem excluí-los das antenas de loop, uma vez que podem ser bem compreendidos como dipolos dobrados , outros fazem dos halos uma categoria intermediária entre loops grandes e pequenos, ou o limite de tamanho superior extremo para pequenos loops de transmissão, em forma e desempenho, as antenas de halo são muito semelhantes a pequenos loops, distinguindo-se apenas por serem auto-ressonantes e terem uma resistência à radiação muito maior.
#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDPY5AAL Os pequenos loops também são chamados de loops magnéticos ou loops sintonizados, eles têm um perímetro menor que a metade do comprimento de onda operacional 1/3 a 1/4 de comprimento de onda. Eles são usados principalmente como antenas receptoras, mas às vezes são usados para transmissão, apesar de sua eficiência reduzida loops com uma circunferência menor que cerca de 1/10 de comprimento de eonda se tornam tão ineficientes que raramente são usados para transmissão. Um exemplo comum de pequeno loop é a antena de ferrite (loopstick) usada na maioria dos rádios de AM (OM). O padrão de radiação de pequenas antenas de loop é máximo em direções dentro do plano do loop, portanto perpendicular aos máximos de grandes loops. Pequenos loops de recepção são antenas compactas otimizadas para capturar ondas de rádio muito maiores do que seu tamanho, onde antenas de tamanho normal seriam inviáveis ou impossíveis. Se seus perímetros forem mantidos menores do que 1/10 de onda , eles têm direções "nulas" excepcionalmente precisas (onde o sinal desaparece), o que fornece uma antena minúscula para localização de direção, melhor do que a maioria das antenas moderadamente grandes e tão boa quanto muitas antenas enormes. Pequenos loops de transmissão são otimizados para antenas compactas que são os "menos-piores" radiadores de sinal. Antenas pequenas de qualquer tipo são ineficientes , mas quando uma antena de tamanho normal não é prática, fazer um pequeno loop com um perímetro o mais próximo possível de 1/2 onda o mais baixa possível (embora geralmente não mais que 0,3 onda ) torna o pequeno loop melhor para transmissão, embora sacrifique ou perca completamente a direção "nula" precisa de pequenos loops menores.
#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDPY5AAL Para a descrição de grandes loops, a frequência operacional do rádio é assumida como sintonizada na primeira ressonância da antena. Nessa frequência, um comprimento de onda de espaço livre inteiro é ligeiramente menor do que o perímetro do loop, que é o menor que um loop "grande" pode ser. Antenas loop auto-ressonantes para as chamadas frequências de onda “curta” são relativamente grandes, com um perímetro apenas um pouco maior do que o comprimento de onda pretendido para operação, portanto, para diâmetros de loops circulares entre aproximadamente 53 m no máximo, em torno de 1,8 MHz . Em frequências mais altas, seus tamanhos se tornam menores, caindo para um diâmetro de cerca de 3,4 m a 30 MHz e podem ser pensadas como um dipolo dobrado cujos fios paralelos foram separados e abertos em alguma forma oval ou poligonal . A forma do loop pode ser um círculo, triângulo, quadrado, retângulo ou, na verdade, qualquer polígono fechado, mas para ressonância o perímetro do loop deve ser ligeiramente maior do que um comprimento de onda. O formato mais popular no é a antena quádrupla ou "quad", um loop auto-ressonante em formato quadrado para que possa ser construído com fios esticados em uma estrutura de suporte em formato de ' × '. Pode haver um ou mais loops adicionais empilhados paralelamente ao primeiro como diretor 'parasita' e/ou elemento(s) refletor(es) , criando um conjunto de antenas que é unidirecional com ganho que aumenta com cada elemento parasita adicional. Este design também pode ser girado 45 graus para um formato de diamante suportado em uma estrutura em formato de ' + '. Loops triangulares (' △ ') também foram usados para loops verticais, pois podem ser suportados por um único mastro. Um retângulo duas vezes mais alto que sua largura obtém ganho ligeiramente aumentado e também corresponde a 50 Ω diretamente se usado como um único elemento. Ao contrário de uma antena dipolo , a polarização de uma antena de loop ressonante não é óbvia a partir da orientação do próprio loop, mas depende do posicionamento do seu ponto de alimentação. Se um loop orientado verticalmente for alimentado na parte inferior, sua radiação será polarizada horizontalmente; alimentá-lo pela lateral o tornará polarizado verticalmente.
#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDPY5AAL O padrão de radiação de um loop de primeira ressonância atinge o pico em ângulos retos em relação ao plano do loop, à medida que a frequência progride para a segunda e terceira ressonâncias, a radiação perpendicular desaparece e surgem lóbulos fortes perto do plano do loop. Nas frequências de ondas curtas mais baixas, um loop completo é fisicamente muito grande, e sua única instalação prática é "deitado plano", com o plano do loop horizontal ao solo e o fio da antena apoiado na mesma altura relativamente baixa por mastros ao longo de seu perímetro. Isso resulta em radiação polarizada horizontalmente, que atinge o pico em direção à vertical perto do harmônico mais baixo, esse padrão é bom para a comunicação NVIS regional , mas infelizmente não é útil para fazer contatos em escala continental. Acima de cerca de 10 MHz, o loop tem aproximadamente 10 metros de seção, e se torna mais prático para o loop ser montado "em pé" – isto é, com o plano do loop vertical, para direcionar seu feixe principal em direção ao horizonte. Se a frequência for alta o suficiente, o loop pode ser pequeno o suficiente para ser conectado a um rotor de antena , para girar nessa direção conforme desejado. Comparado a um dipolo ou dipolo dobrado, um loop vertical grande desperdiça menos energia irradiando em direção ao céu ou ao solo, resultando em um ganho cerca de 1,5 dB maior nas duas direções horizontais favorecidas. Para um ganho adicional (e um padrão de radiação unidirecional ) é geralmente obtido com uma matriz de tais elementos, seja como uma matriz endfire acionada ou em uma configuração Yagi – com apenas um dos loops sendo acionado pela linha de alimentação e todos os loops restantes sendo refletores e diretores "parasitas" . Este último é amplamente usado na configuração "quad". Loops de um comprimento de onda de baixa frequência "deitados" são às vezes usados para comunicação NVIS local, isso às vezes é chamado de lazy quad, seu padrão de radiação consiste em um único lóbulo reto para cima (radiação em direção ao solo que não é absorvida é refletida de volta para cima). O padrão de radiação e especialmente a impedância de entrada são afetados por sua proximidade com o solo. Se alimentada com frequências mais altas, a impedância de entrada da antena geralmente incluirá uma parte reativa e um componente resistivo diferente, exigindo o uso de um sintonizador de antena . Conforme a frequência aumenta acima do primeiro harmônico, o padrão de radiação se divide em múltiplos lóbulos que atingem o pico em ângulos mais baixos em relação ao horizonte, o que é uma melhoria para comunicação de longa distância para frequências bem acima do segundo harmônico do loop. Pequenos loops são "pequenos" em comparação ao seu comprimento de onda operacional. Ao contrário do padrão de grandes antenas de loop, a recepção e a intensidade da radiação de pequenos loops atingem o pico dentro do plano do loop, em vez de na lateral (perpendicular) a ele.
#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDPY5AAL No caso de loops pequenos, como todas as antenas que são fisicamente muito menores do que o comprimento de onda operacional, têm pequena resistência à radiação que é ofuscada por perdas ôhmicas , resultando em uma baixa eficiência da antena . Elas são, portanto, usadas principalmente como antenas receptoras em frequências mais baixas. Pequenos loops têm vantagens como antenas receptoras em frequências abaixo de 10 MHz. Embora as perdas de um pequeno loop possam ser altas, a mesma perda se aplica tanto ao sinal quanto ao ruído, então a relação sinal-ruído de recepção de um pequeno loop pode não sofrer nessas frequências mais baixas, onde o ruído recebido é dominado pelo ruído atmosférico e estático em vez do ruído interno do receptor . A capacidade de girar de forma mais gerenciável uma antena menor pode ajudar a maximizar o sinal e rejeitar interferências. Várias técnicas de construção são usadas para garantir que as direções nulas dos pequenos loops receptores sejam "nítidas", incluindo a adição de blindagem quebrada dos braços do loop e a manutenção do perímetro ao redor de 1/10 de comprimento de onda (ou 1/4 de onda no máximo). Os perímetros dos pequenos loops de transmissão são, em vez disso, tornados tão grandes quanto possível, até 1/3 ~ 1/2 , a fim de aproveitar ao máximo sua eficiência geralmente baixa, embora isso sacrifique nulos acentuados.
#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDPY5AAL A pequena antena de loop também é conhecida como loop magnético uma vez que a resposta de um loop de recepção eletricamente pequeno é proporcional à taxa de variação do fluxo magnético através do loop. Em frequências mais altas (ou comprimentos de onda mais curtos), quando a antena não é mais eletricamente pequena, a distribuição de corrente através do loop pode não ser mais uniforme e a relação entre sua resposta e os campos incidentes se torna mais complicada. No caso da transmissão, os campos produzidos por um loop eletricamente pequeno são os mesmos de um "dipolo magnético infinitesimal" cujo eixo é perpendicular ao plano do loop. Devido à sua escassa resistência à radiação, as propriedades de pequenos loops tendem a ser mais frequentemente otimizadas intensivamente do que as antenas de tamanho normal, e as propriedades otimizadas para transmissão não são exatamente as mesmas que para recepção. Com antenas de tamanho normal, a reciprocidade entre transmissão e recepção geralmente torna as distinções sem importância, mas como algumas propriedades de RF importantes para recepção diferem daquelas para transmissão – particularmente abaixo de cerca de 10~20 MHz – pequenos loops destinados à recepção têm pequenas diferenças de pequenos loops de transmissão. Se o perímetro de uma antena de loop for muito menor do que os comprimentos de onda operacionais pretendidos em torno de 1/8 para 1/100 de cpmprimento de onda, então a antena é chamada de pequeno loop de recepção , já que antenas de loop tão pequenas são práticas apenas para recepção. Vários fatores de desempenho, incluindo potência recebida, escalam em proporção à área do loop. Para uma determinada área de loop, o comprimento do condutor (e, portanto, sua resistência à perda líquida ) é minimizado se o perímetro for circular, tornando um círculo a forma ideal para pequenos loops. Pequenos loops de recepção são normalmente usados abaixo de 14 MHz, onde o ruído atmosférico natural e feito pelo homem dominam. Assim, a relação sinal-ruído do sinal recebido não será afetada adversamente pela baixa eficiência, desde que o loop não seja excessivamente pequeno. Um diâmetro típico de loops de recepção com "centros de ar" é entre 30 e 100 cm. Para aumentar o campo magnético no loop e, portanto, sua eficiência, enquanto reduz muito o tamanho, a bobina de fio é frequentemente enrolada em torno de um núcleo magnético de haste de ferrite, chamado de antena de loop de ferrite . Essas antenas de loop de ferrite são usadas em quase todos os receptores de transmissão AM, com a notável exceção de rádios de carro , já que a antena para a banda AM precisa estar fora do chassi de metal do carro que está obstruindo. As pequenas antenas de loop também são populares para localização de direção de rádio , em parte devido ao seu "nulo" extremamente nítido e claro ao longo do eixo do loop: quando o eixo do loop é apontado diretamente para o transmissor, o sinal alvo desaparece abruptamente. A resistência à radiação R rad de um pequeno loop é geralmente muito menor do que a resistência à perda R ℓoss devido aos condutores que compõem o loop, levando a uma baixa eficiência da antena . [h] Consequentemente, a maior parte da energia fornecida a uma pequena antena de loop será convertida em calor pela resistência à perda, em vez de fazer um trabalho útil de emitir ondas de rádio ou reuni-las. O desperdício de energia é indesejável para uma antena transmissora, no entanto, para uma antena receptora, a ineficiência não é importante em frequências abaixo de cerca de 15 MHz. Nessas frequências mais baixas, o ruído atmosférico (estático) e o ruído artificial ( interferência de radiofrequência ), mesmo um sinal fraco de uma antena ineficiente, é muito mais forte do que o ruído térmico interno ou Johnson gerado no próprio circuito do receptor de rádio, de modo que o sinal fraco de uma antena de loop pode ser amplificado sem degradar a relação sinal-ruído , uma vez que ambos são ampliados pelo mesmo fator de amplificação. [10] Por exemplo, a 1 MHz o ruído artificial pode ser 55 dB acima do piso de ruído térmico. Se a perda de uma pequena antena de loop for de 50 dB (como se a antena incluísse um atenuador de 50 dB), a ineficiência elétrica dessa antena terá pouca influência na relação sinal-ruído do sistema receptor.
#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDPY5AAL Em frequências mais baixas, de cerca de 20 MHz e acima, uma antena com perda de 50 dB pode degradar a relação sinal-ruído recebida em até 50 dB, resultando em um desempenho terrível. Surpreendentemente, o padrão de radiação e recepção de um pequeno loop é perpendicular ao de um grande loop auto-ressonante (cujo perímetro é próximo a um comprimento de onda). Como o loop é muito menor do que um comprimento de onda, a corrente em qualquer momento é quase constante ao redor da circunferência. Por simetria, pode-se ver que as tensões induzidas nos enrolamentos do loop em lados opostos do loop se cancelarão quando um sinal perpendicular chegar ao eixo do loop. Portanto, há um nulo nessa direção. Em vez disso, o padrão de radiação atinge o pico em direções que estão no plano do loop, porque os sinais recebidos de fontes naquele plano não se cancelam completamente devido à diferença de fase entre a chegada da onda no lado próximo e no lado distante do loop. Aumentar essa diferença de fase aumentando o tamanho do loop causa um aumento desproporcionalmente grande na resistência à radiação e na eficiência da antena resultante . Outra maneira de olhar para um pequeno loop como uma antena é considerá-lo simplesmente como uma bobina indutiva acoplada ao campo magnético na direção perpendicular ao plano da bobina, de acordo com a lei de Ampère . Então considere uma onda de rádio propagando-se também perpendicular a esse plano. Como os campos magnéticos (e elétricos) de uma onda eletromagnética no espaço livre são transversais (nenhum componente na direção de propagação), pode-se ver que esse campo magnético e o de uma pequena antena de loop estarão em ângulos retos e, portanto, não acoplados. Pelo mesmo motivo, uma onda eletromagnética propagando-se dentro do plano do loop, com seu campo magnético perpendicular a esse plano, é acoplada ao campo magnético da bobina. Como os campos magnético e elétrico transversais de uma onda eletromagnética propagando-se estão em ângulos retos, o campo elétrico de tal onda também está no plano do loop e, portanto, a polarização da antena (que é sempre especificada como sendo a orientação do campo elétrico, não magnético) é dita estar nesse plano. Assim, a montagem do loop em um plano horizontal produzirá uma antena omnidirecional que é polarizada horizontalmente; a montagem do loop verticalmente produz uma antena polarizada verticalmente e fracamente direcional, mas com nulos excepcionalmente nítidos ao longo do eixo do loop. Critérios de tamanho que favorecem loops com um perímetro de 1/4 de onda ou menor garantem a nitidez do nulo de recepção do loop. Pequenos loops destinados à transmissão são projetados tão grandes quanto possível para melhorar a resistência marginal à radiação, sacrificando o nulo nítido usando perímetros tão grandes quanto 1/3 ~ 1/2 onda . Pequenos loops de transmissão são “pequenos” em comparação a um comprimento de onda completo, mas consideravelmente maiores do que um loop “pequeno” somente de recepção . Eles são normalmente usados em frequências entre 14–30 MHz. Diferentemente dos loops de recepção, os tamanhos dos pequenos loops de transmissão devem ser ampliados para comprimentos de onda maiores, a fim de evitar que a resistência à radiação caia para níveis inutilmente baixos; seus tamanhos maiores borram ou apagam os nulos especialmente nítidos que os pequenos loops de recepção fornecem. Um loop de transmissão geralmente consiste em uma única volta de condutor de grande diâmetro; eles são tipicamente redondos ou octogonais para fornecer a área fechada máxima para um determinado perímetro, maximizando assim a resistência à radiação . Os menores desses loops são muito menos eficientes do que o desempenho extraordinário de loops auto-ressonantes de tamanho normal, ou a eficiência moderada de monopolos , dipolos e halos , mas onde o espaço para um loop de onda completa ou um dipolo de meia onda não está disponível, pequenos loops podem fornecer comunicações adequadas com eficiência baixa, mas tolerável.
#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDPY5AALUma pequena antena de loop de transmissão com um perímetro de 10% ou menos do comprimento de onda terá uma distribuição de corrente relativamente constante ao longo do condutor e o lóbulo principal estará no plano do loop, então eles mostrarão o nulo forte familiar no padrão de radiação de pequenos loops de recepção. Loops de qualquer tamanho entre 10% e 30% de um comprimento de onda no perímetro, até quase exatamente 50% na circunferência , podem ser construídos e ajustados com capacitor em série para ressonância, mas sua corrente não uniforme reduzirá ou eliminará o padrão nulo dos pequenos loops. Um capacitor é necessário para uma circunferência menor que meia onda, um indutor para loops maiores que meia onda e menores que uma onda completa. Os loops na faixa de tamanho dos pequenos loops de transmissão podem não ter nem a corrente uniforme de loops muito pequenos, nem a corrente sinusoidal de loops grandes e, portanto, não podem ser analisados usando as suposições úteis para os pequenos loops de recepção nem antenas de loop de onda completa. O desempenho é mais convenientemente determinado usando a análise NEC . As antenas dentro dessa faixa de tamanho incluem o halo e o loop G0CWT (Edginton). Para resumir, artigos introdutórios sobre pequenas antenas de loop às vezes limitam a discussão a loops menores em circunferência do que 1/10 de comprimento de onda, uma vez que para loops com circunferências maiores que 1/10 onda a suposição simplificadora de corrente uniforme ao redor de todo o loop se torna imprecisa. Como o halo maior também tem uma análise simples, antenas de loop pequeno de tamanho moderado e sua análise complicada são frequentemente omitidas, deixando muitos construtores de antenas bem informados no escuro em relação ao desempenho obtido com loops moderadamente pequenos. Tornar o loop maior em diâmetro diminuirá a tensão de gap, bem como melhorará a eficiência, no entanto, todas as outras melhorias de eficiência tenderão a aumentar a tensão de gap. A eficiência pode ser aumentada ao fazer o loop de um condutor mais grosso. Outras medidas para diminuir a resistência à perda do condutor incluem soldar ou brasar as conexões, em vez de soldar. Mas como a redução da resistência à perda aumenta o Q da antena , a consequência de uma melhor eficiência é uma tensão ainda maior no capacitor no gap do loop. Para uma determinada frequência, um loop pequeno menor é mais perigoso do que um loop pequeno maior e, perversamente, um loop de transmissão pequeno comparativamente eficiente é mais perigoso do que um ineficiente. Além de outras técnicas comuns de correspondência de impedância , como a correspondência gama, pequenos loops de recepção e transmissão são às vezes correspondidos em impedância conectando a linha de alimentação a um loop de alimentação ainda menor dentro da área cercada pelo loop principal. Embora ainda deva/possa ter uma conexão de aterramento independente, isso deixa o loop principal sem nenhuma outra conexão CC com o transmissor. O loop de alimentação e o loop principal são efetivamente as bobinas primária e secundária de um transformador , com energia no campo próximo indutivamente acoplada do loop de alimentação ao loop principal, que por sua vez é conectado ao capacitor ressonante e irradia a maior parte da energia do sinal.
#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDPY5AALSe tanto o loop principal quanto o alimentador forem de volta única, a taxa de transformação de impedância dos loops aninhados é quase exatamente a taxa das áreas dos dois loops separadamente, ou o quadrado da taxa de seus diâmetros (assumindo que eles têm o mesmo formato). Loops alimentadores típicos são 1/8 para 1/5 o tamanho do loop principal da antena, que fornece taxas de transformação de 64:1 a 25:1, respectivamente. Ajustar a proximidade e o ângulo do loop do alimentador em relação ao loop principal e distorcer o formato do alimentador, ambos fazem pequenas a moderadas mudanças na taxa de transformação e permitem um ajuste fino da impedância do ponto de alimentação. Para loops principais com múltiplas voltas, mais frequentemente usados para frequências de ondas médias , o loop do alimentador pode ter uma ou duas voltas no mesmo quadro que as voltas do loop principal, em cujo caso a taxa de transformação da impedância é quase o quadrado da razão do número de voltas em cada loop.
REFERÊNCIAS
Balanis, Constantine (2005).Antenna Theory(terceira ed.). Wiley-Interscience.
Biblioteca Angelo Antonio Leithold Py5aal
