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A proximidade entre antenas, ou destas entre o solo, ou mesmo estruturas metálicas, dos problemas de instalação, são dos mais difíceis de equacionar. Isso ocorre porque ao se instalar um sistema irradiante, este tem induzidas correntes e tensões nos mais diversos elementos próximos a si. Estas induções inserem alguns parâmetros muitas vezes inesperados, dentre estes, o principal é a variação da impedância da antena em função da proximidade ou sintonia de um elemento interferente. Em termos de comprimentos de onda, duas antenas próximas, ou uma antena próxima a uma estrutura metálica, ocorre uma alteração nas características elétricas do sistema. Esta alteração ocorre devido o acoplamento mútuo, uma vez que a corrente, nestes casos, de uma antena dependerá do campo irradiado da outra. Assim, a antena não excitada diretamente suporta a corrente de outra antena que está em seu campo de influência, desta forma, a irradiação resultante resultará dos efeitos de ambas correntes, do excitado e do “passivo”. Por isso a impedância de entrada de uma antena depende dos chamados “efeitos mútuos”, logo podemos expressar duas impedâncias, ou características de antenas situadas no espaço livre, seriam a impedância mútua e a impedância própria. Define-se a impedância mútua pela relação entre a tensão induzida nos terminais de uma antena e a corrente de entrada na outra. Os campos E e H produzidos por um dipolo a partir de um transmissor chamado “J1”, induzirão uma corrente num dipolo “Ji2”, os campos E21 e E22 do dipolo 1 , no segundo dipolo, ou na região onde se encontra, serão campos no espaço livre. Esta situação está bem descrita e definida tanto na teoria como na prática. Existirá sempre a reciprocidade entre fontes ativas e passivas, e entre fontes ativas concomitantes, assim as fontes podem ser intercambiáveis, e não há, desta forma alterações nos efeitos de irradiação, desde obedecidas as condições de sintonia. No caso de dipolos muito finos, a impedância mútua é determinada a partir da distribuição de corrente dos dois dipolos paralelos. A resistência e reatância mútuas de antenas de meio comprimento de onda têm seu comportamento indicado nos links disponibilizados. Os campos elétricos e magnéticos que emanam de um elemento de antena acionado geralmente afetam as tensões e correntes em antenas próximas, elementos de antena ou outros condutores. Isso é particularmente verdadeiro quando o condutor afetado é um elemento ressonante (múltiplo de meio comprimento de onda em comprimento) em aproximadamente a mesma frequência, como é o caso em que os condutores são todos parte do mesmo conjunto de antenas ativas ou passivas Como os condutores afetados estão no campo próximo, não se pode simplesmente tratar duas antenas como transmitindo e recebendo um sinal de acordo com a fórmula de transmissão de Friis, por exemplo, mas deve-se calcular a matriz de impedância mútua que leva em conta tensões e correntes (interações por meio dos campos elétrico e magnético). Assim, usando as impedâncias mútuas calculadas para uma geometria específica, pode-se resolver o padrão de radiação de uma antena Yagi–Uda ou as correntes e tensões para cada elemento de um conjunto em fase . Tal análise também pode descrever em detalhes a reflexão de ondas de rádio por um plano de aterramento ou por um refletor de canto e seu efeito na impedância (e padrão de radiação) de uma antena em sua vizinhança. Frequentemente, essas interações de campo próximo são indesejadas e perniciosas. Correntes em objetos metálicos aleatórios perto de uma antena transmissora frequentemente estarão em condutores ruins, causando perda de potência de RF, além de alterar imprevisivelmente as características da antena. Por meio de um projeto cuidadoso, é possível reduzir a interação elétrica entre condutores próximos. Por exemplo, o ângulo de 90 graus entre os dois dipolos que compõem a antena de catraca garante que não haja interação entre eles, permitindo que sejam acionados independentemente (mas, na verdade, com o mesmo sinal em fases de quadratura no projeto A impedância de uma antena ressonante, quando medida em seus terminais, é predominantemente resistiva na frequência de ressonância. Isso significa que a reatância capacitiva e indutiva se cancelam, permitindo que a corrente elétrica flua com maior facilidade e a antena irradie energia de forma mais eficiente. Em outras palavras, a antena ressonante oferece uma transferência de potência ideal com o sistema de transmissão ou recepção.
Entendendo a Impedância em Antenas Ressonantes:
Ressonância:
Uma antena ressonante é projetada para funcionar em uma frequência específica, onde seu comprimento é um múltiplo do comprimento de onda da onda eletromagnética.
Impedância:
A impedância de uma antena é a resistência que ela oferece à passagem de corrente elétrica.
Impedância na Ressonância:
Em sua frequência de ressonância, a impedância da antena é predominantemente resistiva, com uma reatância próxima de zero.
Transferência de Potência:
A correspondência de impedância entre a antena e o sistema de transmissão (ou receptor) é crucial para uma transferência de potência eficiente. Quando a impedância daA impedância de uma antena ressonante, quando medida em seus terminais, é predominantemente resistiva na frequência de ressonância. Isso significa que a reatância capacitiva e indutiva se cancelam, permitindo que a corrente elétrica flua com maior facilidade e a antena irradie energia de forma mais eficiente. Em outras palavras, a antena ressonante oferece uma transferência de potência ideal com o sistema de transmissão ou recepção.
Entendendo a Impedância em Antenas Ressonantes:
Ressonância:
Uma antena ressonante é projetada para funcionar em uma frequência específica, onde seu comprimento é um múltiplo do comprimento de onda da onda eletromagnética.
Impedância:
A impedância de uma antena é a resistência que ela oferece à passagem de corrente elétrica.
Impedância na Ressonância:
Em sua frequência de ressonância, a impedância da antena é predominantemente resistiva, com uma reatância próxima de zero.
Transferência de Potência:
A correspondência de impedância entre a antena e o sistema de transmissão (ou receptor) é crucial para uma transferência de potência eficiente. Quando a impedância da antena é igual à impedância do sistema, a potência é transferida com a máxima eficiência.
Exemplo:
Uma antena dipolo comum, quando ajustada para sua frequência de ressonância, possui uma impedância característica que geralmente é de cerca de 73 ohms.
Fatores que Influenciam a Impedância:
Comprimento da Antena:
O comprimento da antena em relação ao comprimento de onda da frequência de operação é um fator determinante na ressonância e, consequentemente, na impedância.
Formato da Antena:
O formato da antena (dipolo, monopolo, etc.) e a presença de elementos adicionais (como refletores) também afetam a impedância.
Proximidade de Objetos:
A proximidade de objetos condutores (como edifícios ou o solo) pode alterar a impedância da antena.
Frequência de Operação:
A impedância de uma antena pode variar com a frequência, especialmente fora da sua faixa de ressonância.
Medição da Impedância:
Analisador de Rede Vetorial (VNA): Um VNA é um instrumento usado para medir a impedância de antenas, permitindo a análise detalhada de sua resposta em frequência.
Método da Ponte de Impedância: Outro método comum para medir impedância.
Método da Linha Ranhurada: Uma técnica mais antiga para medição de impedância de linhas de transmissão e antenas.
antena é igual à impedância do sistema, a potência é transferida com a máxima eficiência.
Exemplo:
Uma antena dipolo comum, quando ajustada para sua frequência de ressonância, possui uma impedância característica que geralmente é de cerca de 73 ohms.
Fatores que Influenciam a Impedância:
Comprimento da Antena:
O comprimento da antena em relação ao comprimento de onda da frequência de operação é um fator determinante na ressonância e, consequentemente, na impedância.
Formato da Antena:
O formato da antena (dipolo, monopolo, etc.) e a presença de elementos adicionais (como refletores) também afetam a impedância.
Proximidade de Objetos:
A proximidade de objetos condutores (como edifícios ou o solo) pode alterar a impedância da antena.
Frequência de Operação:
A impedância de uma antena pode variar com a frequência, especialmente fora da sua faixa de ressonância.
Medição da Impedância:
Analisador de Rede Vetorial (VNA): Um VNA é um instrumento usado para medir a impedância de antenas, permitindo a análise detalhada de sua resposta em frequência.
Método da Ponte de Impedância: Outro método comum para medir impedância.
Método da Linha Ranhurada: Uma técnica mais antiga para medição de impedância de linhas de transmissão e antenas.
da antena de catraca). Ao considerar a autoimpedância da antena, assumimos que a antena é sem perdas e isolada de outros objetos e do solo. Mas muitas vezes em grandes sistemas de antenas, qualquer antena pode ser colocada nas proximidades de outras antenas ativas. Em tais casos, a impedância do terminal da antena não é simplesmente igual à autoimpedância da antena, mas outra impedância é introduzida devido às correntes que fluem em outras antenas ativas colocadas perto da antena considerada. Tal impedância é chamada de impedância mútua da antena. Antes de discutir a impedância mútua da antena, vamos considerar os circuitos acoplados com dois circuitos mantidos muito próximos um do outro. Quando a corrente flui no circuito-1, a tensão é induzida nos terminais abertos do circuito-2. Da mesma forma, a corrente que flui no circuito-2 induz tensão nos terminais abertos do circuito-1. É ilustrado na Fig. 7 (a) e (b).
#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDPY5AAL Assim, a impedância mútua do circuito acoplado é definida como a razão negativa da voltagem induzida nos terminais abertos de um circuito para a corrente em outro circuito. Matematicamente, podemos escrever que a impedância mútua e a impedância de transferência são conceitos completamente diferentes. A impedância mútua é a razão negativa da voltagem induzida em um circuito para a corrente em P.
#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDPY5AAL Enquanto a impedância de transferência é a razão entre a voltagem imposta em um circuito e a corrente em outro circuito. Na impedância mútua, a voltagem induzida é medida em terminais abertos, enquanto na impedância de transferência, a corrente é medida em terminais em curto-circuito. Vamos considerar duas antenas mantidas muito próximas uma da outra (tais antenas podem ser chamadas de antenas acopladas), conforme mostrado na Fig. 8 (a) e (b).
#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDPY5AAL A impedância mútua depende da magnitude da tensão induzida, diferença de fase entre a tensão induzida e a corrente de entrada e condições de sintonia das antenas acopladas. Em geral, uma antena irradia energia para o espaço livre na forma de ondas eletromagnéticas. Então a energia dissipada é dada pela resistência que relaciona a energia irradiada pela antena radiante e a corrente que flui através da antena é uma resistência fictícia. Tal resistência é chamada de resistência de radiação da antena e é denotada por Rrad ou Rr, ou Ro. A resistência de radiação é uma resistência fictícia tal que quando é conectada em série com a antena dissipa a mesma energia que a antena realmente irradia. Mas praticamente a energia fornecida à antena não é completamente irradiada na forma de ondas eletromagnéticas, mas há certas perdas de radiação devido à resistência de perda denotada por Rloss.
#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDPY5AAL A resistência à radiação da antena depende da configuração , da proporção entre comprimento e diâmetro do condutor utilizado, da localização da antena em relação ao solo e outros objetos. Ao excitar o elemento radiador com uma tensão, uma distribuição de corrente é gerada ao longo do condutor produzindo ondas eletromagnéticas que são irradiadas. Quando o elemento parasita é introduzido nas proximidades do dipolo excitado, uma distribuição de corrente é induzida neste elemento. Esta corrente é função do acoplamento mútuo entre os elementos e da intensidade do campo irradiado pelo dipolo. Um importante parâmetro a ser analisado nesta estrutura é a impedância de entrada da antena. Na configuração de dipolos lado a lado a impedância de entrada da antena (Zin), depende tanto da impedância própria quanto da impedância mútua. A impedância mútua em (5) pode ser calculada através do Método da Força Eletromotriz Induzida. Este consiste em um método clássico, utilizado para cálculos de impedância mútua entre antenas paralelas lado a lado, colineares e paralelas em degrau. Outro parâmetro importante a ser analisado é o campo eletromagnético irradiado. Para sua determinação, definem-se dois dipolos posicionados ao longo do eixo z e separados entre si por uma distância d.
#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDPY5AAL O campo distante irradiado por estes dipolos pode ser calculado como a soma dos campos emitidos pelo excitador e parasita, no entanto, a onda irradiada por este último possui uma diferença de fase em relação ao excitador em função da discrepância de percursos e defasagem elétrica entre correntes (dependendo de impedâncias próprias e mútuas). O campo elétrico irradiado por um dipolo é escrito de acordo com a equação (2). Levando em consideração a contribuição dos dois dipolos, o campo total irradiado será igual a soma dos campos individuais:
#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDPY5AAL A intensidade do campo elétrico irradiado a uma distância r qualquer determina o diagrama de radiação da antena (ESTEVES, 1980). Este diagrama pode apresentar o máximo de radiação no lado do elemento ativo ou não, conforme já discutido anteriormente. A comparação entre o máximo do lobo principal e o máximo de campo em sentido oposto estabelece a relação frente-costa da antena. O diagrama de radiação mostrado foi obtido através da simulação da antena Yagi-Uda, de dois elementos, no software de simulação numérica Mini Numerical Electromagnetics Code (MININEC). A freqüência utilizada foi de 1,8 GHz, o comprimento do elemento refletor e excitador foram respectivamente 0,5λ e 0,48λ e o espaçamento entre os elementos foi de 0,1λ. Observa-se que o lobo principal está na direção do elemento ativo.
Leithold, Angelo Antônio. Proximidade de Antenas, um Estudo Sobre Impedância.pdf
Gráfico da percentagem de energia RF refletida Leithold Angelo Antonio
SOBRE BALUNS Leithold Angelo Antonio
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