163 PROFESSOR ANGELO ANTONIO LEITHOLD

INSTITUTO DE AERONÁUTICA E ESPAÇOCAMPUS DE PESQUISAS GEOFÍSICAS MAJOR EDSEL DE FREITAS COUTINHOPROFESSOR ANGELO ANTONIO LEITHOLD - NOTAS DE AULARADAR - 2 INTERAÇÃO ENTRE ANTENASINTERAÇÃO ENTRE ANTENASestá licenciado sob CC BY-NC-ND 4.0© 1 por PROFESSOR ANGELO ANTONIO LEITHOLD

REFLETORES E EFEITO TERRA.

#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLD#NOTASDEAULA#PY5AALOs refletores se disseminaram largamente nos sistemas irradiantes, a alteração de impedância e o diagrama resultante da distância de uma antena ao solo é largamente utilizada. A forma e a distância do refletor à antena força seu comportamento, se determinado um diagrama a antena trabalha dentro dele. Um dos parâmetros que imediatamente percebidos, é a relação frente/costas no caso de antenas direcionais, pois à medida que esta relação aumenta, conseqüentemente aumentará a diretividade da antena. A reflexão na ionosfera e alteração de lóbulos é função da distância e diâmetro dos elementos. Com o passar do tempo e experiências, chegou-se à conclusão que estes praticamente se igualam em forma e dimensões aos dipolos ou monopolos dos quais fazem parte. Numa antena direcional cilíndrica, por exemplo, recomenda-se que os elementos parasitas também o sejam, os comprimento físicos daqueles, se refletores devem ser ligeiramente maiores que o elemento ativo em cinco a dez por cento. No caso de refletores planos sua superfície não precisa ser infinita, basta que seja ressonante, ou seja, uma superfície refletora contínua cuja malha não ultrapasse a 10% do comprimento de onda aplicado. Uma vez feito este procedimento alterará a impedância e largura de faixa do sistema resultante, o dipolo, não mais será um dipolo isolado, passará a se comportar como uma rede com todas as características dadas pela disposição dos elementos interferentes. Para uma antena situada a uma distância considerada "S" da superfície ressonante, tem-se um sistema com uma antena real e uma antena virtual, isto é uma rede com seu dipolo e sua imagem a uma distância 2S, funciona como se fossem duas antenas interagindo.

Na vertical:

î - |

h î |

I + | plano terra

//////////////////////////////////////////////////////////////////

Î - |

h î |

I__ + |

#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLD#NOTASDEAULA#PY5AALSendo: E'q a senq , E'r a cosq , E'q a sen [p - q] = senq , E'r a cos [p - q] = -cosq, tanto para o dipolo horizontal, quanto para o dipolo vertical, existe o dipolo imagem, este atua de forma que seu efeito, juntamente ao efeito terra alterem o diagrama de irradiação, impedância, ganho, dentre outros parâmetros da antena como se fosse um refletor, daí para efetuar a análise o sistema de estudo dos efeitos causados pela proximidade de duas antenas. Uma antena próxima a qualquer estrutura condutiva, "n" dipolos, outra antena, ou antenas, forma-se uma rede que deve ter certos aspectos físicos de proximidade entre seus elementos em comprimentos de onda. O sistema resultante tem um acoplamento concomitante e haverá somatórias de todas as características de todos os elementos ou acoplamento mútuo. O efeito do acoplamento mútuo, tanto para antena em polarização horizontal, quanto vertical têm em sua imagem a indução de correntes, suas impedâncias, lóbulos, e ganhos se interam, formando um sistema complexo. Uma antena a uma determinada distância da terra, existe a antena real e sua imagem. As correntes induzidas no dipolo real terão seu equivalente no dipolo imagem. O dipolo vertical muito próximo ao solo tem reforçados 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 com a terra, anulando a antena. No caso do monopolo em polarização vertical, seu funcionamento no solo será similar ao dipolo vertical no espaço livre, sua imagem complementará o segmento real.

#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLD#NOTASDEAULA#PY5AALNum dipolo de meia onda, dependendo da sua altura em comprimento de onda da terra, o efeito desta sobre aquele é de substancial importância. Além de alterar o ângulo de tiro (partida) da antena, também ocorre um efeito sobre a impedância no sistema irradiante. A antena passa a se comportar de forma sistêmica, ocorre o efeito de interação entre antena e terra, esta pode ser considerada como um refletor perfeito de dimensão infinita, formando uma imagem da antena tal qual a imagem formada por um objeto qualquer num. Tomando como exemplo o dipolo horizontal de meia onda que esteja ressonando em determinada freqüência, onde R 73 , como R 70 , R 70 para X 0 a uma distância de um comprimento de onda sobre a terra, ocorre o efeito imagem, ou uma “antena” refletida na terra, assim, a imagem plano horizontal pode ser esquematizada como:

î +++ à ---

I plano terra

//////////////////////////////////////////////////////////////////

h --- ß +++

I__

A imagem plano vertical

î - |

h î |

I + | plano terra

//////////////////////////////////////////////////////////////////

Î - |

h î |

I__ + |

#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLD#NOTASDEAULA#PY5AALO comprimento do monopolo em posição vertical em relação à terra que está na horizontal. A base da antena está exatamente sobre a superfície do terra, isto é a medida passada na coluna da direita é a medida da ponta da haste à base, e não da distância do monopolo ao solo. O acoplamento da antena à sua imagem, e suas resultantes, sempre vai depender da altura desta para a terra (Ou elemento condutivo), seja esta superfície terrestre propriamente dita ou um elemento disposto de forma a criar um campo enxergado como um terra virtual, radiais para a monopolo, ou simplesmente o refletor no caso da antena Yagi-Uda. O diagrama de irradiação também se altera com a altura da antena ao solo. Os parâmetros de uma antena variam com a distância desta a qualquer elemento interferente tridimensionalmente. Antenas e estruturas metálicas próximas quando ressonantes interagem entre si, e podem ser vistas como uma “rede de antenas”.

Impedância da antena dipolo pola-rização horizontal

97,5

58,7

73,5

82,5

73,5

Altura da antena em relação à terra em l (Em comprimento de onda)

0,001

0,015

0,031

0,047

0,062

0,078

0,093

0,102

0,125

0,140

0,156

0,172

0,187

0,202

0,218

0,234

0,250

0,266

0,281

0,312

0,375

0,406

0,437

0,469

0,500

0,531

0,562

0,581

0,625

0,687

0,719

0,734

0,750

0,781

0,844

0,937

0,981

1,000

1,044

1,144

1,200

1,250

1,281

1,375

1,481

1,500

1,625

2,000

Altura do dipolo em comprimento de onda

0,28

0,30

0,33

0,35

0,42

0,485

0,56

0,635

0,71

0,79

0,87

0,955

1,03

1,12

1,19

1,28

Ângulo de partida

63,5

56,3

50,2

45,0

36,8

31,0

26,6

23,2

20,6

18,4

16,7

15,2

14,0

13,0

12,1

11,3

Alcance da 1a reflexão em Km

300

400

500

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

2200

2400

2600

2800

3000

Impedância da antena monopolopolarização vertical

100

105

97,5

100

110

120

130

132.5

130

115

110

100

Comprimento da haste da antena em l (Comprimento de onda)

00.5

0.10

0.15

0.20

0.24

0.26

0.275

0.30

0.325

0.34

0.35

0.375

0.400

0.45

0,50

0,525

0.55

0,57

0.59

0.62

0.65

0.70

0.74

0.77

0.79

0.80

0.815

0.825

0.85

0.87

0.88

0.965

0.975

1.000

1.05

1.075

1.1

REFERÊNCIAS

Theoretical investigations into the Transmitting and Receiving Qualities of Antenae, vol 2 n.º 4 série IV,1938

Esteves, Luiz Cláudio, 1980 - Antenas- Teoria Básica e Aplicações,

Krauss, Antenas, 1978

Schelkunoff, Antenae Phenomena, 1969

Jordan, Antenna Book, Transactions (IRE), Vol 9 AP3 n 4 pg 163 out 1954,

Yagi-Uda Antennas, 1954, pg 19 e 20,

Mullin, E.E.,Radio Aerials, Oxford, 1949

Embratel, Manual de Antenas, Apostila de Sistematização de gráficos e ábacos, 1969. Sites da Internet, 2003.

Refletores e Efeito Terra Antenas .pdf 106k

Fenômenos de Transmissão e Reflexão da Radiofrequência .pdf 364k

Muito se discute e muitas experiências são feitas para "desacreditar" o trabalho alheio sobre o efeito da interação entre antenas em HF com refletores sob si, ou mesmo diretores sobre si. Me admira supostos professores universitários "teimarem" em provar o improvável, sem método científico, usando o mais puro empirismo e amadorismo no sentido lato da palavra e, pior, fazer "testes" sem critério, equipamento, pessoal adequado e, repito, sem método científico. Para levantar dados de sistemas irradiantes (antenas) não é esticando dois pedaços de fio e "jogando ao chão o mais rápido possível para evitar fading ...por favor!". Devem ser tomadas muitas medidas, pois diferenças de 1,0 dBd até 3,0 dBd são difíceis de detectar e, mesmo utilizando equipamentos modernos o resultado deste tipo de coisa não é confiável, critério é primordial! Devem haver critérios nas tomadas de medidas à distância quando existe a dinâmica magnetosférica/solar/ionosférica, pois existem influências muito além da "propagação", que é somente um detalhe. Os testes devem ser feitos usando, por exemplo enlaces em VHF ou on-line, medidores de campo em diversos pontos e distâncias das antenas sob teste e prova. Medições criteriosas devem ser feitas comparativas e simultâneas sem mexer nas configurações das antenas, DEVEM SER FEITAS DUAS ANTENAS TX E DUAS RX, NO MÍNIMO, E TESTADAS AO MESMO TEMPO! Ou seja, não é pendurando um refletor e "jogando-o no chão" o mais rápido (por favor!) que se consegue uma medida criteriosa, isso eu fazia no quarto ano do primário quando brincava com o "Engenheiro Eletrônico da Phillips em 1967...". Ciência não é isso, sinto muito! Ciência é coisa séria e, tentar desacreditar trabalho de outrem com esse tipo de coisa somente desacredita academicamente o "pesquisador" que o faz e macula a ciência. ©2003 Ângelo Antônio Leithold. SOMENTE poderá ser utilizado para fins educacionais. Sendo expressamente proibido o uso comercial e a publicação em outros sites sem a autorização expressa do autor. Interação de terra, refletores e antenas by LEITHOLD, ANGELO ANTONIO, PY5AAL is licensed under a Creative Commons Atribuição-Uso Não-Comercial-Vedada a Criação de Obras Derivadas 3.0 Brasil License. (c) py5aal

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 pedagogia1 2. 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 região1 2. 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 pedagogia1 2. 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 região1 2. 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 educacional1 2. 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 Wire1 2. 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 transmissão 2. 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 rádio 3. 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 especializados 2. Educação e Pedagogia: Ele também é citado em artigos e teses sobre metodologia científica e tecnologia educacional 3. Essas referências estão disponíveis em diversas plataformas acadêmicas e sites especializados, como Google Scholar, Academia.edu e em blogs pessoais do próprio professor1 2 3.

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