02 ANTENA DIPOLO DIDÁTICA
Material retirado de minhas notas de aula.
Antena é o dispositivo cuja função é transformar energia eletromagnética guiada pela linha de transmissão em energia eletromagnética irradiada, pode-se também dizer que esta lei serve também no sentido inverso, isto é, transformar energia eletromagnética irradiada em energia eletromagnética guiada para a linha de transmissão. Portanto, sua função é primordial em qualquer comunicação onde exista radiofrequência. A relação entre as potências de emissão e recepção é proporcional e obedece à Fórmula de Friis.
As primeiras antenas presume-se, foram criadas por Heinrich Hertz, em 1886, com a finalidade de auxiliar no estudo e desenvolvimento das teorias eletromagnéticas.
Hertz pesquisou diversos dispositivos durante a realização de seus experimentos para testar e provar a teoria eletromagnética, esta proposta pelo matemático e físico James Clerk Maxwell.
As primeiras antenas que se tem notícia foram produzidas por Hertz. Na verdade eram duas placas de metal conectadas a dois bastões metálicos. Estes dispositivos eram ligados a duas esferas, e estas separadas entre si por uma distância pré-determinada. Nas esferas era adaptada uma bobina que gerava descargas por centelhamento. As centelhas por sua vez, ao atravessar o espaço entre esferas, produziam ondas eletromagnéticas oscilatórias nos bastões.
Desde as primeiras antenas até a atualidade, os princípios físicos que regem seu projeto e desenvolvimento foram sendo aprimorados e descobertas novas maneiras e tecnologias de se transmitir e receber sinais eletromagnéticos.
A antena dipolo é definida como retilínea, sem ligação com o potencial terra, cuja extensão é de um comprimento de onda. Normalmente é alimentada pelo centro. A figura 3.8 mostra uma antena dipolo na prática, note-se, que a linha de transmissão é representada como um cabo coaxial, embora existam outras linhas.
Figura 3.8 A antena dipolo (Fonte: Ângelo Leithold)
Em qualquer antena, a impedância de entrada dependerá de muitos fatores, dentre estes estão as resistências diversas que compõe o sistema. Por exemplo, as tensões elétricas, as freqüências de trabalho, as correntes, a resistência elétrica dos condutores, as fugas dos isoladores, a altura do solo e sua condutividade, além de elementos interferentes à sua volta, geram perdas que podem ser interpretadas como integrantes da impedância resultante.
No caso do dipolo de meia onda, o problema da impedância é bem conhecido, às fugas de isoladores, pode-se chamá-las de correntes resultantes da "Resistência de fuga", esta é representada por "Rf ". Para os condutores, o valor de sua resistência ôhmica dependerá da resistividade do material e da freqüência de operação, também aparecerá um efeito chamado "efeito pelicular", assim, podemos chamar o conjunto das resistências dos fios da antena de "resistência de perdas", ou simplesmente "Rp ".
Uma vez que a energia que está a ser emitida pela antena é radiofrequência, seu comportamento ôhmico é semelhante à um resistor trabalhando sob corrente contínua. Parte das correntes que estão a circular pela linha de transmissão em direção à antena, pode ser considerada como perda, outra parte como energia irradiada, que sob certo ponto de vista, para facilitar a determinação da impedância do dipolo, pode ser vista como "perda por irradiação", enxergada do ponto de vista da linha de transmissão, pode-se considerá-la simplesmente como "resistência de irradiação" ou "Rr ". Claro está que não é uma perda, pois esta energia que está a ser irradiada do ponto de vista da entrada da antena, esta é uma espécie de "resistência falsa", pois aquela de fato está a ser emitida para o meio.
Concluindo, a resistência total do sistema é a soma de todas as resistências que o compõe, ou seja:
Também existe uma outras componentes importantes que devem ser levadas em conta, são a resistência ôhmica própria do condutor e a da terra, que serão definidas "resistência de terra (ground)" ou "Rg". Logo, todas as "resistências" listadas formarão uma só "resistência total", ou "Rt".
Da equação:
Rt=Rf+Rp+Rr +Rg
Substituindo temos: Win=I2(Rf+Rp+Rr+Rg)2
No caso ideal, ou em freqüências maiores que 30 MHz, Rf , Rp , Rg podem ser consideradas desprezíveis, pois Rf tem valor tão alto em relação à Rr que sua presença na não influencia Rt, ocorrendo o mesmo para as demais resistências Rg e Rp .
Assim, Win é a potência total irradiada pela antena, logo a equação resultante será
:
Win=I2.Rr /2 (3.19)
logo:
As antenas dipolo básicas são constituídas dois fios cujo comprimento total são proporcionais aos comprimentos de ondas elétricos e dependem das frequências de operação. As antenas dipolo comuns podem ser de meia onda com um quarto de onda para cada lado a partir do centro. Por questões práticas não são utilizadas antenas dipolos de onda completa por questões práticas, elas podem ser polarizadas horizontal ou verticalmente e os campos magnético e elétrico estão situados a 90 graus com uma variação de fase de 0 grau e sua polarização é definida pelo campo elétrico ou, se o campo elétrico está na horizontal a polarização do dipolo é horizontal, se vertical, a polarização da antena dipolo é vertical.