Antena

Antena é um dispositivo criado para transmitir ou receber energia eletromagnética, casando essas fontes de energia e o espaço. Elas também são chamadas de sistemas irradiantes. O mesmo dispositivo pode ser usado para transmitir ou receber esta energia.

Funcionamento

A informação original é alterada, por exemplo, através de algum tipo de modulação e tratamento, e continua transmitida ou guiada por um cabo até a antena. A antena então irradia essa informação pelo meio (ar), até que ela chega à outra antena, que nesse caso fará a recepção do sinal, fazendo com o mesmo continue o caminho pelo cabo até o dispositivo que fará, por exemplo, a demodulação, recuperando a informação original.

Mecanismos de Irradiação

Uma das primeiras perguntas que surge sobre as antenas é “como se dá o processo de radiação de uma antena?“. Em outras palavras como um campo eletromagnético é gerado em uma fonte, guiada por uma linha e escapa para o espaço livre?

Vamos considerar uma fonte de tensão conectada a uma linha de transmissão de dois condutores que é conectada a uma antena. A tensão aplicada nos dois condutores cria um campo elétrico entre os dois condutores da linha. O campo elétrico tem associado a ele suas linhas de força as quais são tangentes ao campo elétrico em cada ponto e sua intensidade é proporcional à intensidade do campo elétrico. As linhas de força do campo elétrico têm uma tendência de atuar nos elétrons livres associados aos condutores e força os mesmos a se deslocarem. O movimento das cargas cria uma corrente que por sua vez cria em torno dos um campo magnético. Associados ao campo magnético estão às linhas força magnéticas as quais são tangentes ao campo magnético.

As linhas de força magnética sempre formam loops fechados fazendo ciclos com os condutores porque não há carga magnética.

As linhas do campo elétrico desenhadas entre os dois condutores auxiliam a distribuição das cargas. Se assumirmos que a fonte de tensão é senoidal, esperamos que o campo elétrico entre os condutores também é senoidal com período igual ao da fonte.

A intensidade do campo elétrico indicará a densidade das linhas de força com a seta mostrando a direção relativa (positiva ou negativa). A criação do campo elétrico e magnético variável no tempo entre os dois condutores forma uma onda eletromagnética que viaja ao longo da linha de transmissão. A onda eletromagnética entra na antena e tem associado a ela cargas elétricas e as correspondentes correntes. As ondas no espaço livre são periódicas, mas um ponto de fase constante Po move para fora com velocidade da luz e desloca para uma distância /2 (ponto P1) em um tempo de meio período.

As linhas de força partem do campo elétrico partem das cargas positivas para as negativas. Elas também podem partir das cargas positivas e terminar no infinito ou partir do infinito e terminar nas cargas negativas ou formar um loop não partindo nem terminando em nenhuma carga.

Ganho

Quando o transmissor entrega uma potência a uma antena, parte da energia é irradiada na forma de onda eletromagnética que chega até o receptor e outra parte será perdida na forma de perda ôhmica como no caso das antenas filamentares, ou ainda devido à desfocalização proveniente à rugosidade da superfície no caso das antenas parabólicas. O ganho de uma antena é definido como:

G = Ed

Como se vê o ganho de uma antena é menor do que a diretividade, pois a eficiência é sempre menor do que a unidade. O ganho então está relacionado à potência efetivamente irradiada levando em consideração as perdas. Analisaremos a seguir a eficiência de uma antena dipolo ideal, em termos de eficiência.

Impedância de uma antena

Toda antena como um circuito elétrico apresenta nos seus terminais uma corrente e uma tensão e, no entanto podemos definir e calcular impedância de entrada de uma antena como,

Zin = Rin + j Xin

Onde: Rin é a resistência que relaciona a potência dissipação na forma de calor mais a potência irradiada, que é dada pela soma da resistência ôhmica com a resistência de irradiação. A potência Pin, isto é a potência entregue à antena é a soma da potência dissipada no fio da antena na forma de calor mais a potência irradiada e pode ser expressa por, onde Iin é valor RMS da corrente na entrada da antena.

A potência de entrada é a soma da potência dissipada (ôhmica) Pôhmica e da potência irradiada (Pr). Podemos definir uma resistência hipotética Rri, chamada a resistência de irradiação que está relacionada com a potência irradiada pela antena. A potência de irradiação pode então ser expressa pela equação que relaciona a corrente com a resistência de irradiação Rri.

A resistência de irradiação de um dipolo ideal é função do comprimento do dipolo e da frequência, para o caso de z / = 10, o valor da resistência de irradiação é dada por, Rr 8.

Podemos calcular a eficiência de uma antena em função das resistência de irradiação e resistência ôhmica.

Polarização da Antena

Uma antena emite uma onda eletromagnética que poderá ter o campo elétrico polarizado de maneira linear, circular ou elíptica. Na polarização linear, circular ou elíptica a resultante do campo elétrico sempre está ao longo de uma linha, círculo ou elipse respectivamente.

A polarização circular poderá ser direita ou esquerda conforme a resultante do campo gira no sentido horário ou anti-horário para um observador colocado no sentido da propagação da onda. Diferentes tipos de polarização são usados em telecomunicações, que dependem da aplicação. Em televisão usa-se polarização horizontal, enquanto em rádio difusão AM usa-se polarização vertical. Os sistemas de televisão por difusão usam normalmente polarização vertical e horizontal para transmitir diferentes canais usando a mesma frequência, isto é chamado de reuso de frequência, e é usado no Brasilsat.

Tipos de Antenas

A eficiência de um sistema de telecomunicações é dependente do desempenho dos sistemas irradiantes ou de recepção a ele conectados, por isso se desenvolveram diversos modelos de antenas, dentre estas, podem ser citadas as mais comuns: a monopolo e a dipolo. As antenas direcionais cujas mais conhecidas são: yagi-uda (Chamada somente de yagi) e a parabólica. Também existem as multifrequenciais: