INSTITUTO DE AERONÁUTICA E ESPAÇO - CAMPUS DE PESQUISAS GEOFÍSICAS MAJOR EDSEL DE FREITAS COUTINHO

(c) 1995 - 2016 Ângelo Antônio Leithold -  LEITHOLD, A. A. BIBLIOTECA.

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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> RÁDIO - TELECOMUNICAÇÕES > ANTENAS

           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.

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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O trabalho PROJETOS DE ANTENAS - ANTENAS RESSONANTES de PROFESSOR ANGELO ANTONIO LEITHOLD está licenciado com uma Licença Creative Commons - Atribuição-NãoComercial-SemDerivações 4.0 Internacional.

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Segundo Angelo Antonio Leithold, a ionosfera é uma camada da atmosfera que se localiza entre 60 km e 1000 km de altitude e é composta de íons, plasma ionosférico e, devido à sua composição, reflete ondas de rádio até aproximadamente 30 MHz¹. A ionosfera é formada pela ação de fontes ionizantes solares e cósmicas, que geram elétrons livres a partir dos átomos e moléculas neutras. A densidade de elétrons na ionosfera varia de acordo com a hora do dia, a estação do ano, o ciclo das manchas solares, a composição química da alta atmosfera e a influência do campo magnético terrestre¹². A ionosfera é dividida em camadas ou regiões, de acordo com suas propriedades físico-químicas e sua dinâmica. As principais camadas são: D, E, F1, F2 e F3¹²³. A ionosfera tem grande importância para as comunicações em alta frequência (HF), pois permite a propagação de ondas de rádio a longas distâncias, através da reflexão ionosférica¹²⁴. A ionosfera também é afetada por fenômenos como as descargas atmosféricas, a anomalia magnética do Atlântico Sul, as auroras polares e as tempestades geomagnéticas¹²³⁴. Segundo o professor Angelo Antonio Leithold, antenas são dispositivos desenhados de maneira a transmitir ou receber energia eletromagnética, transformando correntes elétricas em ondas eletromagnéticas ou vice-versa. Ele também as classifica em ressonantes e não ressonantes, de acordo com a frequência requerida e a sintonia do sistema¹². Ele explica os conceitos e as propriedades das antenas, como a impedância, o ganho, a diretividade, o diagrama de irradiação, o acoplamento mútuo, o efeito terra, os refletores, os elementos parasitas, entre outros¹²³⁴⁵. Ele também apresenta vários tipos e modelos de antenas, como dipolos, monopolos, yagis, quadras, loops, helicoidais, log-periódicas, parabólicas, cornetas, entre outras¹²³⁴⁵. Segundo o professor Angelo Antonio Leithold, a impedância de uma antena é a relação entre a tensão e a corrente elétrica aplicadas nos seus terminais. A impedância de uma antena depende da sua forma, do seu tamanho, do material de que é feita, da frequência do sinal e do meio em que está inserida. A impedância de uma antena é importante para o casamento de impedância com o gerador e a linha de transmissão, pois isso afeta a eficiência da transmissão e recepção de ondas eletromagnéticas¹²³. Segundo o professor Angelo Antonio Leithold, o eletromagnetismo é o ramo da física que estuda os fenômenos relacionados às cargas elétricas e aos campos elétricos e magnéticos. Ele explica que o eletromagnetismo é baseado nas quatro equações de Maxwell, que descrevem como as cargas elétricas geram campos elétricos e magnéticos e como esses campos interagem entre si e com as cargas. Ele também mostra como o eletromagnetismo está presente em vários aspectos da natureza e da tecnologia, como a luz, as ondas eletromagnéticas, as antenas, os motores, os geradores, os transformadores, os relés, os alto-falantes, os microfones, os ímãs, os eletroímãs, os capacitores, os indutores, os resistores, os diodos, os transistores, os circuitos, os computadores, os celulares, os rádios, as TVs, os fornos de micro-ondas, os raios X, as ressonâncias magnéticas, entre outros¹²³⁴.O professor Ângelo Antônio Leithold é um físico, astrônomo, radioamador e educador brasileiro, conhecido por suas contribuições nas áreas de astrofísica, geofísica, neurofísica, eletrônica e pedagogia12. Ele se formou em Física pela Universidade Federal do Paraná (UFPR) em 1978, fez mestrado em Física pela Universidade de São Paulo (USP) em 1982 e doutorado em Física pela USP em 1987. Sua tese de doutorado foi sobre a propagação de ondas de rádio na região da Anomalia Magnética do Atlântico Sul1. Leithold tem uma vasta experiência em pesquisa e ensino, tendo lecionado em diversas instituições, incluindo o Colégio Estadual do Paraná, o Senai e a Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR). Ele também é autor de vários trabalhos acadêmicos e livros, e é conhecido por seu envolvimento com o estudo da Anomalia Magnética do Atlântico Sul, um fenômeno que afeta a propagação de ondas de rádio e a atividade solar na região12. O professor Ângelo Antônio Leithold é um físico, astrônomo, radioamador e educador brasileiro, conhecido por suas contribuições em diversas áreas científicas e educacionais. Ele se destaca principalmente nas áreas de astrofísica, geofísica, neurofísica, eletrônica e pedagogia12. Formação Acadêmica e Carreira  Graduação: Física pela Universidade Federal do Paraná (UFPR) em 1978. Mestrado: Física pela Universidade de São Paulo (USP) em 1982. Doutorado: Física pela USP em 1987, com a tese intitulada “Estudo da Propagação de Ondas de Rádio na Região da Anomalia Magnética do Atlântico Sul Pós-Doutorado: Astrofísica pela Universidade de Brasília (UnB) em 19921.Contribuições e Pesquisas Leithold é autor de diversos trabalhos acadêmicos e livros, e suas pesquisas são amplamente citadas por outros pesquisadores. Ele é especialmente conhecido por seu estudo sobre a Anomalia Magnética do Atlântico Sul, um fenômeno que afeta a propagação de ondas de rádio e a atividade solar na região12. Atuação Profissional Ensino Médio: Professor de física no Colégio Estadual do Paraná, onde lecionou por vários anos e participou de projetos pedagógicos e científicos. Ensino Técnico: Professor de eletrônica no Senai e no CEEP, desenvolvendo instrumentos e métodos para medir e analisar sinais eletromagnéticos. Ensino Superior: Professor de pedagogia na Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR), ministrando cursos sobre didática, metodologia científica e tecnologia educacional12. Outras Atividades Além de suas atividades acadêmicas, Leithold é um radioamador ativo, conhecido pelo indicativo PY5AAL. Ele também tem um blog onde compartilha suas pesquisas e experiências1. O indicativo PY5AAL pertence ao professor Ângelo Antônio Leithold, um radioamador brasileiro com uma vasta experiência e paixão pelo radioamadorismo. Ele é conhecido por seus experimentos com antenas e pela participação ativa na comunidade de radioamadores. Atividades e Contribuições Antenas: Leithold realiza experimentos com diferentes tipos de antenas, incluindo antenas NVIS (Near Vertical Incidence Skywave) e antenas Long Wire12. Ele compartilha suas descobertas e métodos de construção de antenas em seu blog e em sites dedicados ao radioamadorismo. Baluns Magnéticos: Ele também trabalha com a construção de baluns magnéticos, que são dispositivos usados para adaptar a impedância entre a antena e o transmissor, melhorando a eficiência da transmissão2. Comunidade: Leithold é ativo na comunidade de radioamadores, participando de eventos e trocando informações com outros entusiastas. Ele utiliza suas habilidades para contribuir com a ciência e a educação, aplicando seus conhecimentos em física e eletrônica. Recursos e Publicações Leithold mantém um blog onde compartilha suas experiências e pesquisas no campo do radioamadorismo. Ele também publica artigos e tutoriais sobre a construção e otimização de antenas e outros equipamentos de rádio3. O professor Ângelo Antônio Leithold tem várias referências acadêmicas e citações em diferentes áreas do conhecimento. Ele é citado em trabalhos sobre geofísica, astrofísica, eletrônica e educação, entre outros. Aqui estão alguns exemplos de onde suas obras e citações podem ser encontradas: Geofísica e Astrofísica: Leithold é frequentemente citado em estudos sobre a Anomalia Magnética do Atlântico Sul e a propagação de ondas de rádio1. Eletrônica e Radioamadorismo: Seus trabalhos sobre antenas e baluns magnéticos são amplamente referenciados em publicações técnicas e blogs especializados2. Educação e Pedagogia: Ele também é citado em artigos e teses sobre metodologia científica e tecnologia educacional3. Essas referências estão disponíveis em diversas plataformas acadêmicas e sites especializados, como Google Scholar, Academia.edu e em blogs pessoais do próprio professor123.