|
ALGUNS
TIPOS:
|
|
|
|
Antenas são dispositivos passivos,
que transmitem ou recebem radiações eletromagnéticas. Nesta
página, algumas considerações básicas sobre este importante
componente das telecomunicações.
As formulações
matemáticas de alguns parâmetros podem ser bastante complexas
e, nestes casos, são dados apenas os resultados, evitando-se
considerações mais profundas.
|
|
Dipolo
de meia onda
|
É um tipo básico de
antena, formado por dois condutores retilíneos, cada um de
comprimento de 1/4 do comprimento de onda da radiação a ser
transmitida ou recebida (fig 1A).
No vácuo (e de forma
aproximada para o ar), a relação entre o comprimento de onda e
a freqüência é dada por:
l = 3 108 / f, onde l é o comprimento de onda em metros e f, a
freqüência em hertz. A constante
3 108 é a
velocidade aproximada de propagação (velocidade da
luz).
Desde que a velocidade de propagação nos meios
condutores é menor, na prática os comprimentos das antenas são
cerca de 95% dos calculados pela fórmula anterior. |
 |
A figura 1B dá uma idéia da
variação e tensão e corrente (em valores absolutos) ao longo
do dipolo. No centro a corrente é máxima e a tensão é mínima.
Isso permite deduzir que o dipolo é equivalente a um circuito
ressonante RLC série (Fig 1C).
Na ressonância, as
reatâncias indutiva e capacitiva se anulam e, portanto, a
impedância é puramente resistiva. Para dipolos de meia onda, a
impedância na freqüência de ressonância é aproximadamente 72
ohms (lembrar que impedância não significa necessariamente um
resistor físico. Afinal os elementos são eletricamente
separados. É uma característica que pode ser calculada. Ver
página Linhas de
transmissão para uma analogia). |
Antena
isotrópica
|
 |
Uma antena isotrópica pode ser considerada como
um elemento puntiforme, cuja potência irradiada (ou recebida)
é a mesma em todas as direções (Pi da figura 2 ao
lado).
Na prática ela não existe. É apenas um modelo
matemático para comparação com antenas reais. Pode ser
simulada de forma aproximada por uma combinação de dipolos de
meia onda. |
|
As antenas reais não são
isotrópicas, isto é, a potência irradiada (ou recebida) varia
de acordo com a orientação (é claro que se considera o aspecto
tridimensional, isto é, no espaço. Algumas antenas práticas
irradiam de forma aproximadamente uniforme em um determinado
plano).
|
Ganho
de uma antena
|
|
O conceito de ganho de
uma antena deve ser entendido de forma diferente do de um
amplificador. Antenas são elementos passivos, não amplificam
sinais. O ganho de uma antena expressa a relação com uma
antena de referência. Veja exemplo a seguir. |
 |
A figura 3 dá a curva aproximada da
potência irradiada por um dipolo de meia onda. Um vetor
traçado do centro do dipolo até um ponto qualquer da curva
representa a potência irradiada na direção do vetor. Assim, a
potência máxima irradiada é dada pelo vetor P (ou o oposto de
180°, na outra parte da curva). |
|
Considere agora uma
antena isotrópica conforme item anterior, na mesma posição do
dipolo e alimentada com a mesma potência da linha de
transmissão. Ela irradia uma potência máxima Pi, que é a mesma
para todas as direções. Então, o ganho do dipolo de meia onda
tendo como referência a antena isotrópica é dado pela relação
ente essas potências, expressa em decibéis. Portanto, ganho = 10 log (P/Pi). E o valor
encontrado é simbolizado por dBi,
para indicar a antena isotrópica como referência . Uma antena isotrópica tem ganho de 0
dBi.
Um dipolo de meia onda apresenta um ganho de 2,14
dBi. Alguns fabricantes de antenas indicam o ganho tendo como
referência o dipolo de meia onda. Assim, para efeito de
comparação, é importante saber a referência, pois há uma
diferença de 2,14 dB entre as
duas. |
Polaridade
da radiação
|
|
O ângulo que a antena
faz com o plano horizontal determina a orientação dos campos
elétrico e magnéticos irradiados, os quais são perpendiculares
entre si. |
 |
Para maior eficiência do conjunto
transmissor e receptor, as antenas de ambos devem ter a mesma
polarização.
A figura 4 ao lado dá uma representação
gráfica. |
|
Antena
quarto de onda
|
 |
É um arranjo bastante utilizado em
comunicação móvel, pois oferece um padrão onidirecional no
plano horizontal.
O elemento excitador é um condutor
vertical retilíneo de comprimento igual a 1/4 do comprimento
de onda do sinal, que é conectado ao condutor central do cabo
coaxial. Os elementos auxiliares (4 ou mais) fazem um plano de
terra horizontal e as ondas refletidas interagem com a
incidente, resultando em uma distribuição uniforme no plano
horizontal. A impedância característica está na faixa de 36
ohms. |
|
Notar que as hastes que
formam o plano terra podem ser dispensadas quando um já
existe, como, por exemplo, o teto de um
automóvel.
|
Antena
não múltipla de quarto de onda
|
 |
Se o comprimento do elemento
excitador da antena não é múltiplo de 1/4 do comprimento de
onda do sinal, ela não será ressonante, ou seja, não terá o
melhor desempenho.
Veja exemplo da Figura 6: uma antena
de 5/8 do comprimento de onda tem uma reatância líquida
capacitiva. Um indutor L colocado na base com uma reatância
indutiva igual, em valor absoluto, a essa reatância líquida
anula a mesma e o conjunto se torna ressonante na freqüência
do sinal. |
|
Dipolo
fechado
|
 |
Conforme Fig 7, pode ser
considerado como dois dipolos de meia onda em paralelo. Nesta
situação, a impedância é multiplicada por 22 (4) e,
portanto,
Z = 4 x 72 = 288 ohms. É um valor bastante
próximo da impedância dos fios paralelos de 300 ohms e, por
isso, bastante usados em sinais de VHF, como TV. Se fossem 3,
a impedância seria multiplicada por 23 (8). |
|
Antena
Yagi
|
|
O nome se deve ao seu
inventor, professor Hidetsugu Yagi que, junto com seu
assistente Shintaro Uta, desenvolveu por volta de 1924 uma
antena sensível e bastante direcional. |
 |
É formada por um dipolo de meia
onda como elemento excitador, um refletor e um ou mais
diretores, conforme Fig 8.
Na transmissão, a interação
eletromagnética entre os elementos produz múltiplas
irradiações do sinal, na direção dos diretores, com
significativo ganho do total irradiado. Na recepção, a malha
formada pelos diretores e refletor reforça o
sinal.
Devido à simetria e igualdade de impedâncias,
não há corrente entre elementos e um suporte condutor pode ser
usado. Apenas o dipolo deve ser isolado. |
|
|
A impedância é baixa, em
geral menor que 50 ohms. Para aumentá-la, muitas vezes é usado
um dipolo fechado conforme item anterior. |
 |
Dependendo do número de diretores,
o ganho pode ser alto. Valores típicos vão de 7 a 15
dB.
Conforme já dito, é bastante direcional. Na Fig 8,
uma curva aproximada da potência de
irradiação.
Apresenta uma largura de banda estreita, o
que pode ser vantajoso para algumas aplicações e limitante
para outras. |
|
| Embora possa ser usada
para transmissão, não é adequada para altas potências devido
ao efeito corona entre os
elementos. |
Antena
log-periódica
|
 |
Conforme dito no início desta
página, por enquanto não cabem aqui considerações matemáticas
mais profundas. Apenas para esclarecimento, o nome se deve à
variação periódica de alguns parâmetros com o logaritmo da
freqüência.
A Fig 10 dá a disposição de uma com 5
elementos. São dipolos de comprimentos diferentes e com
espaçamentos diferentes, interligados de forma alternada e com
um loop no final.
O arranjo confere uma vantagem
importante: a ampla faixa de freqüências em que pode
operar. |
|
Se, por exemplo, o
receptor sintoniza um sinal de freqüência igual ou próxima à
de ressonância do segundo dipolo (da esquerda para a direita),
o primeiro atua como refletor e os outros como diretores. E de
forma análoga para os demais dipolos. Pode-se assim dizer que
o elemento excitador varia de acordo com a freqüência do
sinal.
Na prática, antenas log-periódicas podem ser
construídas para operar em faixas de freqüências da ordem de
2:1 ou mesmo superiores. Ganhos da ordem de 6,5 a 10,5 dBi são
comuns.
Devido à elevada largura de banda, este tipo é
amplamente empregado na recepção de sinais de televisão
aberta, evitando o uso de múltiplas antenas, conforme ocorrido
até certa época.
|
Antena
parabólica
|
 |
Quando as freqüências chegam à
faixa de microondas, isto é, com valores contados em
gigahertz, o comportamento das antenas muda. As indutâncias e
capacitâncias próprias dos condutores tornam-se significativas
e, de forma simplificada, pode-se dizer que os sinais tendem
mais a se refletirem nos condutores do que serem conduzidos
pelos mesmos.
|
|
| A Fig 11 dá exemplo de uma antena tipo
corneta para microondas. É um tipo de
guia de ondas de formato cônico, fechado em uma extremidade.
Os sinais captados pela corneta são levados ao circuito por um
pino condutor, indicado em vermelho na figura. |
 |
Desde que as dimensões da corneta
têm relação com o comprimento de onda, elas são pequenas e o
ganho não é dos maiores. Para contornar isso, usa-se um
refletor parabólico, conforme arranjo da Fig 12.
A
parábola é uma curva matemática que tem uma propriedade
especial: todos os raios incidentes paralelos ao eixo são
refletidos para o mesmo ponto, chamado foco da
parábola. Portanto, uma corneta situada no foco recebe uma
intensidade significativa de sinal, tanto maior quanto maiores
as dimensões do refletor. |
|
O conjunto permite
formar antenas com os maiores ganhos. Valores como 60 dB ou
maiores são possíveis. Isso é fundamental para a recepção de
sinais de satélites, uma vez que as limitações do artefato
impedem a transmissão com potências
altas.
|
|
|
|
|
|
|
