O assunto deste post são as antenas de matriz em fase. São vários radiadores arranjados para se comportarem como uma única antena.
Princípio de funcionamento
As antenas de matriz em fase se comportam como uma única antena que pode mudar a direção de propagação da onda eletromagnética sem realizar um movimento mecânico, usando o princípio da interferência das ondas.
Interferências construtiva e destrutiva
Quando duas ou mais ondas se encontram em um mesmo ponto, ocorre uma interferência. A interferência será totalmente construtiva (à direita) se as ondas que se encontrarem tiverem na mesma fase, a onda resultante terá amplitude maior que as individuais que se encontrarem. Se a diferença de fase for de 180º, a interferência é totalmente destrutiva (à esquerda) e as ondas se cancelam.
E se a diferença de fase for entre 0 e 180º (ou π)? Quanto mais próxima de 0, mais construtiva será e quanto mais próxima de 180º, mais destrutiva será a interferência.
As antenas de matriz em fase
Se todas as antenas transmitirem na mesma fase, a onda eletromagnética resultante se propagará na direção perpendicular ao alinhamento das antenas.
A fórmula para calcular a variação de fase (\Delta\phi) entre as antenas.
\Delta\phi=\frac{360^{\circ}d\cdot sen(\theta_{S})}{\lambda}
Onde \lambda é o comprimento da onda transmitida.
Tipos de antenas de matriz em fase
- Arranjo linear.
- Arranjo planar.
- Matriz de varredura de frequência: cada radiador transmite em uma frequência diferente para mudar a direção de propagação. É mais simples por não ter deslocador de fase, mas por usar várias frequências, é mais sujeito às interferências e tem a limitação da largura de banda.
- PESA (Matriz Passiva Dirigida Eletronicamente): é usado um único transceptor (transmissor e receptor) para todas as antenas.
- AESA (Matriz Ativa Dirigida Eletronicamente): cada radiador possui um transceptor.
- HBF (Formação de Feixe Híbrido): é a combinação de PESA e AESA, a matriz é dividida em submatrizes e cada uma destas submatrizes possui um transmissor e receptor para um subconjunto de antenas.
Vantagens e desvantagens
As vantagens são:
- Permite uma mudança muito rápida na direção do feixe.
- A substituição de partes mecânicas por eletrônicas tornam o sistema mais leve.
- Alta diretividade, o que reduz a interferência.
- Permite múltiplas direções.
Quanto às desvantagens:
- A varredura é limitada a até 120º nos dois eixos.
- Ainda tem alto custo.
- Alta complexidade.
Algumas aplicações
- Sistemas de comunicação sem fio 5G.
- Radares militares que precisam rastrear um grande número de alvos em alta velocidade usam antenas de matriz em fase.
- Comunicação espacial entre satélites ou entre um satélite e uma sonda.
