Antenas De Propagação

Introdução

Antena é um dispositivo por meio do qual recebe ou transmite uma onda eletromagnética. Qualquer pedaço de fio pode ser usado como uma antena, sendo que evidentemente poderão possuir um bom rendimento. É comum pendurar um pedaço de fio na entrada da antena de uma TV ou rádio para melhorar a recepção do sinal. A explicação porque uma antena transmite ou recebe um campo elétrico, não é uma tarefa as vezes fácil. A análise e cálculo dos campos irradiados e recebidos de uma antena é explicado pelas equações de Maxwell, que por meio das quais calculamos os campos elétrico e magnético à uma distância qualquer da antena, como veremos futuramente. Uma outra função de uma antena é direcionar a intensidade de radiação em uma determinada direção na qual se deseja transmitir o sinal, como é o caso de ligação ponto a ponto de um enlace de microondas e comunicação via satélite ponto de um enlace de microondas e comunicação via satélite.

Figura 1.1 Antena como um dispositivo de transmissão1

Os principais tipos de antenas existentes são:

Radiador Isotrópico

O radiador isotrópico é uma antena hipotética que irradia igualmente em todas as direções, como se fosse uma fonte pontual. Normalmente as propriedades das outras antenas são definidas com respeito ao radiador isotrópico.

Dipolo meia onda e maior do que meia onda

O dipolo meia onda é uma antena tipo filamentar que possui tamanho l =λ/2 e é o mais usado na prática, devido a sua facilidade de construção e de casamento de impedância.Outras antenas de tamanho maior como de um comprimento de onda, um e meio comprimento de onda , etc. também podem ser encontradas na literatura. A figura 1.2b mostra um dipolo meia onda com sua distribuição de corrente ao longo do mesmo. As figuras 1.2c e 1.2d mostra um dipolo para outros comprimentos diferentes do meio comprimento de onda, com suas distribuições de correntes.

Dipolo ideal e dipolo curto

Figura 1.2 dipolo (a) curto, (b) meia onda, (c) e (d) outros valores de l

O dipolo curto e dipolo ideal são antenas do tipo filamentar, cujo comprimento (l) da mesma é muito menor do que o comprimento de onda ( l <<λ) . Estas antenas são usadas quando a frequência é muito baixa, como é o caso de f < 1 Mhz. A figura 1.2a apresenta um dipolo curto alimentado por uma corrente de intensidade linear I. O grande problema destas antenas surge devido ao casamento de impedância pois a resistência de radiação das antena dipolo curto é muito baixa, como veremos. Estas antenas apresentam também com elemento capacitivo dificultando também o casamento de impedância, sendo necessário adicionar uma bobina no circuito da antena. A vantagem desta antena é possuir um tamanho reduzido, pois quando trabalhamos com baixas frequências o comprimento de onda é grande, e o tamanho da antena dipolo meia onda fica muito impraticável ( como por exemplo para uma frequência de 1 MHz, uma antena dipolo meia onda terá comprimento de 150m ).

Antena tipo loop

A antena tipo loop apresenta na forma de uma espira ou mais como mostra a Fig. 1.3b. Ela as vezes pode ser feita como uma bobina, em que o núcleo pode ser de ar ou ferrite. Uma antena muito utilizada na prática quando se usa polarização circular é a antena helicoidal, como mostra a Fig. 1.3c.

Figura 1.3 (a) dipolo, (b) loop circular, (c) helicoidal

Antena Monopolo

A antena dipolo curto é uma antena filamentar de tamanho igual à um quarto de comprimento de onda ( l =λ/2). Elas são usadas em transmissão de rádio AM, e são colocadas verticalmente próximo a superfície da terra, e como a frequência é baixa a terra torna boa condutora fazendo com que a teoria das imagens seja aplicada, e tudo se passa em termos de radiação como se antena fosse de meio comprimento de onda. Para aumentar a condutividade do solo, coloca os fios de cobre radialmente distribuídos a partir do ponto central é colocada a antena. Em algumas situações estas antenas são colocadas sobre regiões pantanosas, pois, nestas regiões a condutividade do solo é alta.

Antenas faixa Larga

As antenas faixa larga são usadas quando se deseja que a mesma opere em uma faixa de frequência larga como é o caso a banda dos canais de TV. As duas antenas mais comuns usadas como faixa larga são : helicoidal e log-periódica .A antena helicoidal é construída como uma hélice e sua polarização é circular. A antena log-periódica é constituída de vários dipolos colocados em paralelo. O ganho desta antena pode variar de 10 até aproximadamente 100 vezes comparado ao radiador isotrópico.

Antena Yagi-Uda

Antena Yagi pode ser implementada nas faixas de VHF e UHF, opera segundo a orientação mecânica dos seus elementos em polarização linear horizontal ou linear vertical, mediante a incorporação de uma segunda antena mecanicamente a 90 graus e alimentada em quadratura de fase (defasada em 90 graus elétricos) com a primeira, a antena Yagi pode ser implementada para operação em polarização circular.

A antena Yagi-Uda (Fig. 1.4a) é formada também de um conjunto de dipolos em paralelo