ANTENA RESSONANTE - 2.1 - PROJETOS DE ANTENAS

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INSTITUTO DE AERONÁUTICA E ESPAÇO - IAE
CONVÊNIO 2002-2012
PROFESSOR ANGELO ANTONIO LEITHOLD, PROFESSOR ONEIDE JOSÉ PEREIRA
INSTITUTO DE FÍSICA ASTRONOMIA E CIÊNCIAS ESPACIAIS - IFAE


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           Entre muitos fatores que interessam no projeto de antenas, alguns podem ser considerados, sua ressonância, largura de banda, comprimento efetivo, dentre outros. Naturalmente, estas características são muito importantes no equacionamento do seu rendimento. De maneira sucinta, se pode considerar uma antena como um circuito sintonizado, composto de uma indutância e de uma capacitância, e, como conseqüência, tem uma freqüência ressonante quando as reatâncias capacitiva e indutiva são nulas. Neste ponto, aparenta ser puramente resistiva, a impedância uma combinação de fatores de resistividade e resistência de radiação propriamente dita.

          A capacitância e indutância de uma antena são determinadas pelas suas propriedades físicas e do meio ambiente circundante, a principal característica é a sua dimensão. Por exemplo, quanto menores os seus elementos, maior é a freqüência ressonante. As antenas de UHF têm elementos relativamente pequenos, à medida que se aumenta o seu comprimento, a freqüência de ressonância diminui. A maioria das antenas são explotadas em todo seu ponto de ressonância. Isto significa que só existe uma largura reduzida de banda em que se pode operá-las de maneira eficiente. Fora da ressonância, os níveis de reatâncias dão lugar a parâmetros que podem ser demasiado fora para o seu funcionamento satisfatório. A largura de banda é especialmente importante quando se trata de transmissores muito sensíveis, pois a antena, se é operada fora de sua gama de funcionamento, e o transmissor de potência não estando adequadamente protegido, certamente este se danificará. Para efeitos de recepção, o rendimento de uma antena é menos crítico, se pode, por exemplo, operar fora de sua banda normal sem temor. Dependendo da linha de transmissão, seu comprimento ajudará inclusive a receber várias estações distantes. Naturalmente, por se tratar de um circuito sintonizado, para a melhor recepção é necessário garantir que o rendimento da antena seja ótimo

          Uma das principias características de uma antena é a sua impedância, quando se varia a freqüência do transmissor, pelo fato da antena ser um circuito sintonizado, sua impedância varia, e, é provocada assim uma variação da potência refletida. Se a antena é utilizada em transmissão, pode ser que a partir de um determinado nível de potência refletida ocorra algum tipo de dano ao transmissor. Assim, a largura de banda é um fator que limita o funcionamento de uma emissora. Atualmente, a maioria dos transmissores tem alguma forma de proteção “SWR”, ou algum tipo de circuito que evita os danos causados ao sistema. Isso ocorre devida redução de potência de saída a um nível aceitável, se comparado aos aumentos dos níveis de potência refletida. Por sua vez, se a eficiência da estação está fora de uma determinada largura de banda, esta para ser melhorada necessita de uma série de correções. Uma delas é a utilização de elementos de maior diâmetro na antena, outra seria, no caso de um dipolo, uma técnica de “dobradura”, ou seja, dobrar o seu comprimento físico em forma de loop de uma espira.

          Quando se trata de comprimento de uma antena, se deve levar em conta alguns detalhes. Dependendo da freqüência de operação, esta sendo extremamente baixa, o sistema irradiante pode se tornar tão grande que sua construção seria proibitiva. No caso de freqüências muito altas, as dimensões extremamente reduzidas dos irradiadores também causariam inconvenientes devido diâmetro ou geometria dos tais.

Quando se trata de baixas freqüências, cujos comprimentos das antenas excedem aos 100 m, no caso de antenas verticais, sua altura, ou seu comprimento é que determinarão o grau de dificuldade de sua construção. Assim, conceituou-se a efetividade do comprimento de uma antena, isto é, até que ponto o sistema irradiante deve ter incrementada a sua dimensão. Assim, o comprimento efetivo de um sistema irradiante ou receptor , chamado de “hef”, pode ser definido como a relação entre a “fem” induzida nos seus terminais e o campo que lhe gera, podemos expressa-la como a equação 2.1.1:

                                                                                                                                                                                                                                                                           (2.1.1)

 

 

Em antenas de quadro, ou loop E variará de acordo com a orientação, assim o hef  corresponderá à intensidade de campo máxima tanto na transmissão quanto na recepção dos sinais.

No caso de um dipolo, por exemplo, sua resposta em freqüência seria igual a um circuito ressonante, cujas indutância e capacitância estariam concentradas. Assim a largura de faixa do circuito ressonante depende do tipo de configuração mecânica ou construção da antena. De algumas características físico-mecânicas, poderia ser exemplificada uma antena construída de fio de cobre fino. O comportamento do circuito, (como será visto adiante), seria de um circuito sintonizado cujo "Q" é bastante elevado. Isso resulta numa antena altamente seletiva, que redundaria numa resposta de funcionamento numa faixa muito "fina" de freqüências.


2.1.1 RELAÇÃO FREQUÊNCIA E COMPRIMENTO DO DIPOLO


PY5AAL O melhor rendimento de uma antena é ligado ao seu comprimento e frequên-cia. Na figura 17 se observa as distribuições de energia sobre uma linha bifilar se com-portando como irradiador. Se nota que o campo elétrico atinge um nulo a cada meia onda, e um pico na metade do intervalo de cada meia onda, seja em um quarto de onda.

PY5AAL O ponto marcado como L é o extremo do dipolo da linha bifilar, l/2 marca o ponto onde se abriria o dipolo, conforme será visto adiante, a distância s é a distân-cia entre os condutores da linha bifilar, a dimensão d é o diâmetro do condutor da linha, E0 marca a máxima tensão do campo elétrico, I é a corrente circulante em L/2, seja, a corrente e tensão marcarão a potência irradiada.


Fig. 17: Distribuição de energia sobre uma linha bifilar funcionando mostrada como um dipolo elementar. (Fonte: Angelo Leithold)


PY5AAL Na medida em que se abre uma angulação no ponto L em L/2, conforme a figura 18, notar-se-á que ocorre um seccionamento na distribuição de energia, ou seja, o campo eletromagnético começa a abrir e se propagar ao longo da angulação configurada. A formação das linhas de campo começa a ser mais uniforme e obser-vável, pois a abertura propiciará o fechamento das linhas de campo, consequentemente há a formação dos campos próximo e distante, com o fechamento e posterior abertura das linhas.

Fig. 19: Abertura 90 graus linha bifilar, formando dipolo. (Fonte: Angelo Leithold)


Aumentando o ângulo de abertura, as linhas de campo vão mais e mais se propagando e propiciando uma irradiação mais aberta. Quando L atinge 90 graus,



REFERÊNCIAS


Antenas índice.pdf 31k 

>  Antenas Básico py5aal.pdf 1004k 


Ondas Eletromagneticas py5aal.pdf 1391k 

Antenas Básico py5aal.pdf 1004k


>  Fenômenos de Transmissão e Reflexão da Radiofrequência .pdf 364k 
    

Ondas eletromagnéticas e antenas .pdf (12,35 MB) 

As Ondas Planas Uniformes .pdf 395k 
     

O Eletromagnetismo e as Antenas .pdf 224k  
      

A Propagação de Radiofrequência em Dupla Refração Média .pdf 203k 
      

As Estruturas Multicamadas .pdf 702k 


A Incidência Oblíqua de Ondas Eletromagnéticas .pdf 651k 
      

Aplicações Filme Multicamadas .pdf 695k 


Guias de Ondas .pdf 346k 
        

Um Estudo das Linhas de transmissão.pdf 761k 


Linhas de acoplamento .pdf 226k 
         

A Impedância Correspondente em Sistemas Irradiantes .pdf 639k 
          

Scattering Parameters (Parâmetros de Dispersão).pdf 636k 
           

Campos de Radiação .pdf 333k 


Parâmetros das Antenas de Transmissão e de Recepção .pdf 401k 
            

As Antenas Lineares e as Antenas Loop .pdf 410k > Radiação por Aberturas .pdf 1650k 
              

Parâmetros das Aberturas de Antenas.pdf 1459k 


Antenas Múltiplas.pdf 834k 
                 

Métodos de Desenho de Antenas Múltiplas .pdf 909k 
                  

Distribuição de Correntes em Antenas Lineares .pdf 340k 
                    

Acoplamentos de Antenas .pdf 542k 


Antenas Constantes Físicas .pdf 176k


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Angelo Leithold,
30 de out de 2013 09:49