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Antenas (Parte 1)

Antenas convertem sinais elétricos em ondas eletromagnéticas e vice-versa de forma eficiente. Neste post, serão apresentados uma introdução sobre antenas, os parâmetros e alguns tipos de antenas.

Como funcionam?

Antenas são feitas de materiais condutores, que recebem sinais de corrente alternada. Estes sinais produzem ondas eletromagnéticas que se propagam pelo ar. Também podem receber ondas eletromagnéticas e converter em sinal elétrico.

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Parâmetros da antena

Toda antena tem características que determinam como vão transmitir e receber ondas eletromagnéticas.

  • Polarização: Determina a posição do plano do campo elétrico, uma antena com condutores na vertical produzirá ondas com polarização vertical.

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Uma onda com polarização horizontal é produzida por antenas posicionadas na horizontal, estas animações mostram apenas o campo elétrico. Outras polarizações derivam destas duas.

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  • Diagrama de irradiação: Representação gráfica que mostra como a antena propaga as ondas eletromagnéticas nos planos horizontal (H) e vertical (E). Os lóbulos representam a distribuição de potência.

  • Ganho: Embora antenas sejam componentes passivos, elas têm ganho. Representa a capacidade da antena de receber sinais, comparando com uma antena de referência. A fórmula do ganho em dBi é:

G(dBi)=10log(\frac{P}{P_{r}})

P é a potência de irradiação da antena e P_{r} é a potência de irradiação de uma antena de referência. Geralmente uma antena isotrópica, que irradia para todos os lados, é usada como referência.

  • Diretividade: é o valor máximo do ganho diretivo, ou seja, a capacidade de concentrar potência irradiada em uma direção. É calculada pela razão entre a intensidade de irradiação máxima (U_{max}) e a intensidade de irradiação média (U_{med}).

D=\frac{U_{max}}{U_{med}}

  • Largura de banda: Toda antena tem uma faixa de frequência de operação determinada pela largura de banda. Depende da polarização e da impedância de entrada que varia com a frequência. A frequência onde tem a menor impedância é chamada de frequência de ressonância. Entrarei com mais detalhes sobre impedância das antenas em outro post.
  • Resistência de irradiação R_{ir}: Para o gerador de sinal, a antena é como se fosse uma carga resistiva ideal, que irradia ondas eletromagnéticas em vez de calor. Quanto maior esta resistência, maior é a potência irradiada no espaço livre.

Alguns tipos de antenas

A antena dipolo tem dois condutores apontados para direções opostas, o comprimento total dos condutores é igual a metade do comprimento de onda \lambda, no qual esta antena opera. Por isso, é chamada de dipolo de meia onda.

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O diagrama de irradiação e um exemplo de antena dipolo respectivamente. A resistência de irradiação é de 73Ω.

A antena monopolo de um quarto de onda é a metade de um dipolo em um plano condutor. O tamanho da antena é um quarto do comprimento de onda.

Este é o diagrama de irradiação deste tipo de antena no plano vertical. A resistência de irradiação é de 36,5Ω.

Na antena em anel pequeno, as dimensões do anel são muito menores que o comprimento de onda.

A resistência de irradiação é calculada desta forma.

R_{ir}=\frac{320\pi ^{4}S^{2}}{\lambda ^{4}}

Na próxima parte, falarei sobre os vários outros tipos de antenas e outros parâmetros.

 

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