Antenas

Introdução:

Uma antena é um dispositivo que converte um sinal eléctrico numa onda electromagnética e irradia-a para o espaço.

Da mesma maneira, capta uma onda electromagnética e converte-a num sinal eléctrico.

O princípio de funcionamento de uma antena baseia-se no princípio que um campo eléctrico oscilante gera um campo magnético oscilante.

Por sua vez um campo magnético oscilante gera um campo eléctrico oscilante… e por aí fora!

E temos a onda a ser gerada e a ser radiada para o espaço.

Onda electromagnética

Ressonância e largura de banda

Uma antena pode ser vista como um circuito ressonante série, com elementos distribuídos RLC (circuito real constituido por uma resistência, indutância e capacidade)

Portanto, de um ponto de vista eléctrico, a antena pode ser vista como uma impedância.

A sua resposta em frequência revela um comportamento resistivo (frequência de ressonância), comportamento capacitivo abaixo da freq. de ressonância e comportamento indutivo acima da freq. de ressonância.

A largura de banda utilizável numa antena é o intervalo onde esta apresenta as menores componentes indutivas ou capacitivas, sendo a zona puramente resistiva que será a mais utilizável.

A impedância que uma antena apresenta á linha de transmissão (ou guia de ondas) deve corresponder em valor ao da linha (ou guia).

Se isso não acontecer, há uma desadaptação de impedâncias entre a linha de transmissão e a antena. Isso provoca uma deficiente transmissão de energia, havendo parte da energia que não entra na antena, sendo reflectida de volta.

Essa energia reflectida, somada com a energia incidente, vai gerar na linha de transmissão a chamada onda estacionária.

Claro que é sempre possível adaptar qualquer tipo de impedância aos 50 ohm do cabo coaxial… mas isso é outra história!

Temos sempre que pensar no comportamento da antena em termos de diagrama de radiação. É isso que nos interessa realmente. Não chega só termos uma adaptação de impedâncias perfeita, a antena tem que radiar da maneira que nós queremos!

Diagrama de radiação

A capacidade de uma antena radiar mais numas certas direcções do que noutras é o que torna interessante estes dispositivos! Imaginem o que é concentrarmos toda a energia que chega à nossa antena num só ponto! É perfeito!

Esta capacidade de concentrar a energia é dado o nome de directividade… o que leva ao ganho. Sim, não esquecer que uma antena neste mundo imperfeito também tem perdas. Essas perdas são geradas por causa da resistência dos metais de que são feitas as antenas.

O ganho das antenas é o produto da directividade pelo rendimento destas (ganho = directividade x rendimento).

Mede-se a directividade de uma antena comparando-a com uma antena isotrópica. Uma antena isotrópica é um modelo teórico de uma antena que radia igualmente em todas as direcções. Imagine-se um esfera…

Esquema de radiação de uma antena isotrópica

O ganho de uma antena isotrópica é de 0 dBi. O “i” significa os decibéis em relação à “i”sotropica…

Costuma apresentar-se o diagrama de radiação de uma antena em dois planos: horizontal e vertical.

Diagrama de radiação de uma omnidireccional nos planos horizontal, vertical, e no espaço.

Diagrama de uma omnidireccional de baixo ganho.

Diagrama de uma omnidireccional de elevado ganho.

Esquema ilustrativo da radiação de um dipolo.

Diagrama tridimensional de radiação de uma yagi.

Polarização

A direcção do vector campo eléctrico define a polarização de uma onda:

Se o vector está na vertical diz-se que a onda está polarizada verticalmente, se o vector está na horizontal a onda está polarizada horizontal, se o vector roda a polarização diz-se circular. Se rodar no sentido dos ponteiros do relógio diz-se polarização circular direita, se rodar no sentido contrario diz-se polarização circular esquerda.

É fundamental que as antenas emissoras e receptora estejam com a mesma polarização! Se isso não acontecer acontecem perdas que, teoricamente, podem chegar aos 100dB`s…

Um sistema com polarização linear se comunicar com um sistema com polarização circular perde logo à partida 3 dBs…

Exemplos:

a) Esquema de polarização linear, circular e elíptica;

b) Propagação segundo polarização linear (campo eléctrico a azul);

c) Propagação segundo polarização circular.