SEGUNDA PARTE:

CONCEITOS DE ANTENAS , ALGUNS TIPOS PRINCIPAIS DE ANTENAS E COMENTÁRIOS

GERAIS

HEINRICH

RUDOLF

HERTZ

Físico Alemão

1857 - 1894

UMA ANTENA PARABÓLICA

ANTES DE APRESENTARMOS NOSSAS

CONSIDERAÇÕES SOBRE ANTENAS É

IMPORTANTE QUE COLOQUEMOS UM

IMPORTANTE FATO DA TEORIA

ELETROMAGNÉTICA :

SEMPRE QUE CARGAS ELÉTRICAS OSCILAM OU SÃO ACELERADAS ,

OCORRE A GERAÇÃO DE UMA OEM

TODA OEM É RESULTANTE DA ACELERAÇÃO OU OSCILAÇÃO DE

CARGAS ELÉTRICAS

EM OUTRAS PALAVRAS :

ASSIM ..., UMA ANTENA AO SER ALIMENTADA POR

UM GERADOR DE RF OU POR UM OSCILADOR IRÁ APRESENTAR UMA ACELERAÇÃO OU OSCILAÇÃO DE

CARGAS ELÉTRICAS O QUE PRODUZIRÁ UMA OEM A QUAL SE PROPAGA PELO ESPAÇO. A EXPLICAÇÃO BÁSICA DESTE FATO ESTÁ NO TERMO DESCOBERTO POR MAXWELL .?

?

D

t

NUMA OEM OS CAMPOS E E H SÃO ORTOGONAIS

MELHORANDO O VISUAL DE E X H TEMOS :

AFINAL ... O QUE É UMA ANTENA ?

Podemos definir uma antena como sendo uma estruturametálica encarregada de transmitir ou receber ondas de rádio que se propagam em um determinado meio e com determinada faixa de freqüência. Podemos, ainda, definir uma antena como sendo uma interfaceinterface entre uma estrutura guiada e o espaço livre , capaz de transformar uma onda eletromagnética guiada em ondaeletromagnética (OEM) irradiada e vice-versa.

“Quanticamente” falando, uma antena converte fótonsem elétrons e elétrons em fótons.

OBS. A energia E de um f’óton é dada por E = hf

onde h = 6,626 x 10-34 J.s

é a constante de Planck e f é a freqüência da OEM, a qual, se propaga pelo espaço em “pacotes” de

energia conforme foi sugerido por Einstein .

Estes “pacotes” foram denominados fótons.

CAMPO PRÓXIMO ( near field ) E CAMPO DISTANTE ( far field) DE UMA ANTENA

* O CAMPO PRÓXIMO É TAMBÉM DENOMINADO

“CAMPO DE INDUÇÃO” OU “CAMPO LOCAL”

* O QUE OCORRE NESTE CAMPO É APENAS UMA TROCA DE ENERGIA REATIVA ENTRE A ANTENA E A REGIÃO PRÓXIMA À

MESMA

* A INTENSIDADE DO CAMPO PRÓXIMO DE REDUZ RAPIDAMENTE À MEDIDA QUE NOS AFASTAMOS DA ANTENA

* O CAMPO PRÓXIMO NÃO CONTRIBUI EM NADA

COM A PROPAGAÇÃO DA ONDA ELETROMAGNÉTICA ATRAVÉS DO ESPAÇO

* NO CAMPO PRÓXIMO OS CAMPOS E E H ESTÃO DEFASADOS DE 90 GRAUS E SÃO PERPENDICULARES ENTRE SÍ

* O CAMPO DISTANTE É TAMBÉM DENOMINADO “CAMPO DE RADIAÇÃO” ( EM ALGUNS TEXTOS COSTUMA-SE DENOMINAR

“CAMPO DE IRRADIAÇÃO”)

* A INTENSIDADE DO CAMPO DISTANTE DIMINUI À MEDIDA QUE NOS AFASTAMOS DA ANTENA

* OBVIAMENTE QUE PARA SE FAZER UM “LINK”

DE DUAS ANTENAS É NECESSÁRIO QUE CADA UMA ESTEJA DENTRO DO CAMPO DISTANTE DA OUTRA

* O CAMPO DISTANTE É QUEM REALMENTE POSSIBILITA A PROPAGAÇÃO DE UMA ONDA ELETROMAGNÉTICA NO ESPAÇO

•NO CAMPO DISTANTE OS CAMPOS E E H ESTÃO

EM FASE E SÃO PERPENDICULARES ENTRE SÍ

ONDE COMEÇA O CAMPO DISTANTE ?

Observemos que, de modo geral , não existem sistemas de telecomunicações sem a

presença de antenas pois elas são o “princípio” e o “fim”

de tais sistemas.

UMA ANTENA HIPOTÉTICA OU IDEAL :A ANTENA ISOTRÓPICA

Trata-se de antena ideal que não apresenta uma direção de propagação privilegiada (isotrópica) , ou seja, ela propaga seucampo eletromagnético igualmente em todas as direções . A antena isotrópica é utilizada como elemento de comparação de

ganho para as demais antenas.

Imagine que esta imagem cinza é

uma esfera vista de “perfil”

A ANTENA BÁSICA : DIPOLO DE HERTZ

A primeira antena de que se tem notícia foi construída por HERTZ , entre 1886 e 1889, quando desenvolvia experimentos para detectar as ondas eletromagnéticas previstas na teoria de MAXWELL. Infelizmente , MAXWELL não viveu para ver

sua teoria comprovada pelo gênio prático de HERTZ . Devido a descoberta de HERTZ , as ondas eletromagnéticas foram por

muitos anos denominadas ONDAS HERTZIANAS .

OSCILAÇÃO DE CARGAS

NUMA ANTENA

DIPOLO E...

A CONSEQUENTE PROPAGAÇÃO DE

UMA OEM .

O DIPOLO DE HERTZ E SEUS DIAGRAMAS DE IRRADIAÇÃO V - H

..também denominado :

DOUBLET,

DIPOLO CURTO DE HERTZ , OU

SIMPLESMENTE, DIPOLO CURTO

LÓBULOSÂngulo de elevação ?

O MESMO DIAGRAMA TRIDIMENSIONAL NUM VISUAL MAIS BONITO ....

USO DO MATLAB® PARA TRAÇAR O DIAGRAMA HORIZONTAL DA ANTENA DIPOLO CURTO

Equação do diagrama polar : Z = sen2 ?

NOTA : ? é o ângulo de elevação do diagrama de irradiação ( visto anteriormente )

MATLAB V6.2 MATHWORKS, INC

» teta = 0:0.01:2*pi;

» z = (sin(teta)).^2;

» polar(teta,z)

PROGRAMA

E TEMOS O SEGUINTE GRÁFICO POLAR :

0.2

0.4

0.6

0.8

1

30

210

60

240

90

270

120

300

150

330

180 0

LARGURA DE FEIXE = ÂNGULO ENTRE OS PONTOS ONDE O GANHO É O,707 VEZES O GANHO MÁXIMO OU –3dB

DIRETIVIDADE : UM PARÂMETRO IMPORTANTE

A DIRETIVIDADE É UM VALOR RELATIVO E ADIMENSIONAL QUE NOS DÁ UMA IDÉIA DA

PERFORMANCE DE UMA ANTENA EM TERMOS DA SUA IRRADIAÇÃO NUM DETERMINADO ÂNGULO . QUANTO

MENOR ESTE ÂNGULO, TANTO MAIOR SERÁ A DIRETIVIDADE DA ANTENA , OU SEJA , MAIS

CONCENTRADO SERÁ SEU “FEIXE” DE IRRADIAÇÃO NA DIREÇÃO ANGULAR CONSIDERADA .

ESTA CARACTERÍSTICA DE

MAIOR CONCENTRAÇÃO DE FEIXE

É ESPECIALMENTE ÚTIL EM SATÉLITES DE

COMUNICAÇÃO E DE RASTREAMENTO.

Antena com alta diretividade

Antena com baixa diretividade

•A DIRETIVIDADE DE UMA ANTENA ISOTRÓPICA É IGUAL A 1

( DE FATO, ELA IRRADIA IGUALMENTE EM TODAS AS DIREÇÕES ).

ESTE É O MENOR VALOR POSSÍVEL DE DIRETIVIDADE DE UMA ANTENA.

•A DIRETIVIDADE PODE VARIAR DE 1 A INFINITO.

A DIRETIVIDADE DA ANTENA DIPOLO CURTO É IGUAL A 1,5

( conforme é demonstrado num curso de antenas )

ESTE VALOR INDICA QUE A POTÊNCIA IRRADIADA PELA ANTENA DIPLO CURTO É 50%

MAIOR DO QUE A POTÊNCIA IRRADIADA POR UMA ANTENA ISOTRÓPICA NAS MESMAS CONDIÇÕES DA ANTENA DIPOLO CURTO

CONSIDERADA

Esta antena foi desenvolvida pelo engenheiro e professor japonês SHINTARO UDA por volta de 1926 .

Entretanto, foi o professor HIDETSUGU YAGI, colega e colaborador de UDA, quem teve a iniciativa de divulgar

esta antena no ocidente, quando fez uma viagem aos Estados Unidos em 1928, para apresentar algumas palestras sobre as pesquisas da dupla YAGI-UDA .

A FAMOSA ANTENA YAGI

A antena YAGI é formada , basicamente , por um elemento

denominado refletor , um elemento denominado dipolo ativo

ou dipolo excitador e um ou mais elementos parasitas ou

elementos diretores .

Num CURSO DE ANTENAS são

discutidas suas respectivas geometrias, bem como, as fórmulas para projeto das mesmas .

FOTO DE UMA ANTENA YAGI COMUM :

Antena YAGI para VHFDiagrama de irradiação

(1 antena YAGI)

Antena YAGI para VHFDiagrama de irradiação

(2 antenas YAGI separadas em 180º)

Antena YAGI para VHFDiagrama de irradiação

(3 antenas YAGI separadas em 120º)

Antena YAGI para VHFDiagrama de irradiação

( 4 antenas YAGI separadas em 90º )

OBSERVE QUE O DIAGRAMA AO LADO

TENDE A SE IGUALAR AO DIAGRAMA DE UMA

ANTENA ISOTRÓPICA

Quatro antenas YAGI separadas em 90º

(FOTO DA MONTAGEM MECÂNICA)

YAGI DE DISCOS – UM TIPO ESPECIAL

Este tipo de YAGI possui grande diretividade

ESTA IMPORTANTE CLASSE DE ANTENAS FOI DESENVOLVIDA POR DOIS PROFESSORES DA UNIVERSIDADE DE ILLINOIS (USA):

DuHAMEL E ISBELL , OS QUAIS PUBLICARAM UM ARTIGO SOBRE SUAS PESQUISAS EM 1957.

A ANTENA LOG PERIÓDICA É UMA ANTENA DE FAIXA LARGA E SEU PROJETO GEOMÉTRICO É PRATICAMENTE INDEPENDENTE

DA FREQÜÊNCIA DO SINAL DE OPERAÇÃO.

A ANTENA LOG PERIÓDICA

UMA CARACTERÍSTICA ÚNICA DESTE TIPO DE ANTENA É QUE SUA IMPEDÂNCIA É UMA

FUNÇÃO PERIÓDICA DO LOGARÍTMO DA FREQÜÊNCIA

E , FOI POR ISSO , QUE ELA RECEBEU A DENOMINAÇÃO DE LOG PERIÓDICA.

A ANTENA LOG PERIÓDICA É MUITO UTILIZADA EM SISTEMAS MÓVEIS DE COMUNICAÇÃO NOS QUAIS EXISTEM DIVERSOS CANAIS QUE DEVEM SER

SUPORTADOS POR UM ÚNICO SISTEMA DE ANTENAS COM BOAS CARACTERÍSTICAS

DIRECIONAIS.

Antena Log Periódicapara VHF

Antena LOG PERIÓDICA para VHFDiagrama de irradiação

Antena LOG PERIÓDICA para VHF( 2 antenas separadas em 180º )

OBSERVE QUE O DIAGRAMA AO LADO

TENDE A SE IGUALAR AO DIAGRAMA DE

UMA ANTENA

ISOTRÓPICA

As antenas helicoidais foram concebidas e projetadas em 1946 por

John Daniel Kraus , professor da Ohio State University (USA)

e são as mais utilizadas , até hoje , em

comunicações espaciais .

Prof. John Daniel Kraus

(1910)

AS ANTENAS HELICOIDAIS

As principais características da antena helicoidal são :

•Alta diretividade

•Polarização circular (direita ou esquerda)

•Ampla largura de faixa

•Projeto estrutural não-crítico

ANTENAS HELICOIDAIS PARA 225 A 470 MHz

Fabricadas no Brasil por BrasilSat Herald SA

www.brasilsat.com.br

Num CURSO DE ANTENASsão desenvolvidas e discutidas

as fórmulas para projeto dessas antenas

ANTENA DIRECIONAL

COM OPÇÃO DE GRADE REFLETORA

MODELO PTX-12 <www.pluton.com.br>

A Grade Refletora Pluton PTK-24 pode ser acoplada a uma antena Pluton PTX-12.

Supondo que por algum motivo um cliente com

antena PTX-12 tenha que aumentar o comprimento

dos cabos ou alterar o local de instalação então basta adquirir a Grade Refletora

PTK-24 e refazer a instalação. Dessa forma, o investimento inicial não éperdido e tem-se um bom

aumento de ganho do sistema.

A antena parabólica foi desenvolvida e construída

pelo engenheiro GROTE REBER em 1938 nos

Estados Unidos. De lá para cá, muitas inovações

foram sendo introduzidas e, nos dias de hoje, as

antenas parabólicas ocupam um lugar de alto

prestígio no mundo das antenas.

A ANTENA PARABÓLICA

As antenas parabólicas são muito

versáteis , altamente direcionais e de construção relativamente fácil .

Num CURSO DE ANTENAS são discutidas as

características e as fórmulas necessárias ao projeto das mesmas .

ANTENA PARABÓLICA SÓLIDA

60cm para f = 2.5 ou 3.5GHz

Diagrama de irradiação de umaANTENA PARABÓLICA Sólida F = 60cm f = 2.5 ou 3.5GHz

ANTENA PARABÓLICA VAZADAF = 2m para f = 2.5 ou 3.5GHz

OBSERVE QUE A PARABÓLICA DOS 2 SLIDES ANTERIORES TRABALHA NAS MESMAS FREQÜÊNCIAS DA PARABÓLICA AO LADO E , NO ENTANTO , A ANTERIOR TEM APENAS 60cm DE DIÂMETRO !

COMO JUSTIFICAR ISTO ?

UM ARRANJO GIGANTESCO DE ANTENAS

PARABÓLICAS PARA PESQUISAS ESPACIAIS (USA)

UMA CLASSE ESPECIAL : ANTENAS DE MICROFITAS

O desenvolvimento das antenas de microfitas de baixo perfil utilizadas freqüentemente em veículos de

alta velocidade, tais como : aviões , mísseis, espaçonaves ,celulares, entre outros.

Teve grande aceitação, devido a seu baixo peso, custo e tamanho reduzidos, possuindo alto desempenho e

facilidade na instalação.

A idéia de se projetar estes tipos de antenas não é nova mas o surgimento de novos tipos

de materiais para fabricá-las é que vem impulsionando, cada vez mais, a utilização

das mesmas.

Uma antena de microfita consiste basicamente em duas placas condutoras, paralelas, separadas por um substrato

dielétrico, sendo uma das placas o elemento irradiante e a outra o plano de

terra , conforme mostrado nos slides seguintes .

ANTENA DE MICROFITA

RETANGULAR

ANTENA DE MICROFITA CIRCULAR

x

z

y

Plano de Dipolos

Substrato Dielétrico

E AQUI ESTÁ A FAMOSA YAGI-UDA NA VERSÃO MICROFITA ...

ALGUNS ASPECTOS TÉCNICOS DAS ANTENAS DE MICROFITAS

•Os materiais condutores geralmente utilizados são o cobre e o ouro, enquanto que os materiais mais usados como substrato dielétrico são a alumina e as fibras texturizadas (teflon)

_____________________

_____________________

•A placa irradiante pode assumir qualquer formato, mas

normalmente são utilizadas formas convencionais, para simplificar a análise de suas características de

irradiação

_____________________

_____________________

•Pode-se alimentar uma antena de microfita através de um cabo coaxialconectado a um ponto escolhido da

antena. Para se fazer o casamento do sistema, liga-se a malha condutora do

cabo coaxial ao plano de terra da microfita e o condutor central do cabo

coaxial no elemento irradiante da antena____________

_______________________________

BASICAMENTE, ELAS SERÃO AS MESMAS QUE VIMOS NESTA PALESTRA , PORÉM COM NOVAS TECNOLOGIAS

ASSOCIADAS , TAIS COMO :

* UTILIZAÇÃO DE MATERIAIS MAIS LEVES E , AO MESMO TEMPO, MAIS RESISTENTES DE MODO A GARANTIR UMA MELHOR PERFORMANCE DAS ANTENAS EM RELAÇÃO AO MEIO AMBIENTE

(VENTOS, CHUVAS, RAIOS, INTERFERÊNCIAS, etc)

AVANÇOS NAS PESQUISAS NO CAMPO DAS ANTENASAVANÇOS NAS PESQUISAS NO CAMPO DAS ANTENAS

* UTILIZAÇÃO CRESCENTE DE SISTEMAS ADAPTATIVOS UTILIZANDO DSPs ( “SMART

ANTENNAS” ) ATAVÉS DOS QUAIS AS ANTENAS SE AUTO-AJUSTAM EM TERMOS DE GANHO,

DIRETIVIDADE, LARGURA DE FEIXE E OUTROS PARÂMETROS...

•APRIMORAMENTO DA TECNOLOGIA DE ANTENAS DE MICROFITAS PARA PROJETO DE ARRANJOS MAIS EFICIENTES DE ANTENAS...

•Antenas em balões estratosféricos (“SKY-STATION”)...

•ETC , ...