antenas

LUCAS MARTINS SABADINIMATEUS BONI DIASMATEUS MATIAS CRIADOOTAVIO DA SILVA CAVALCANTEWANDER PEREIRA

LUCAS MARTINS SABADINIMATEUS BONI DIASMATEUS MATIAS CRIADOOTAVIO DA SILVA CAVALCANTEWANDER PEREIRA

1. CONCEITOS2. DEFINIÇÃO3. TIPOS DE ANTENAS4. ANTENA ISOTRÓPICA5. GANHO6. POLARIZAÇÃO, DIREÇÃO7. DIAGRAMA DE RADIAÇÃO 8. REFERÊNCIAS

1. CONCEITOS2. DEFINIÇÃO3. TIPOS DE ANTENAS4. ANTENA ISOTRÓPICA5. GANHO6. POLARIZAÇÃO, DIREÇÃO7. DIAGRAMA DE RADIAÇÃO 8. REFERÊNCIAS

ROTEIRO

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Antena:É o elemento de uma ligação via rádio responsável pela radiação ou pela recepção de ondas radioelétricas. Transfere energia de um circuito para o espaço e vice-versa.Transição entre propagação guiada (circuitos) e propagação não-guiada (espaço);ANTENA TRANSMISSORA: transforma elétrons em fótons

ANTENA RECEPTORA: transforma fóton em elétrons3

CONCEITO

“Um dispositivo metálico para irradiar ou receber ondas de rádio”.O Instituto de Engenheiros Eletricistas e Eletrônicos (IEEE) define antena como:“Um meio para irradiar ou receber ondas de rádio“

INVENÇÃO:Criada por Henirich Hertz em 1886

OBJETIVO:Inicialmente projetada para auxiliar no estudoe desenvolvimento das teorias eletromagnéticas propostapelo matemático e físico James Clerk Maxwell.4

ANTENASDefinição

Protótipo de hertz:Era formado por duas placas de metal conectadas a dois bastões metálicos. Estes dispositivos eram ligados a duas esferas, separadas entre si por uma distância pré-determinada. Nas esferas era adaptada uma bobina, que gerava descargas por centelhamento, e as centelhas, ao atravessarem o espaço entre esferas, produziam ondas eletromagnéticas oscilatórias nos bastões.Tipos atuais:

Antenas de rádio: Antenas FM, AMAntenas de celular

Antenas de transmissão de televisão: Yagi – Uda, Log – Periódica, Painel Dipolo DMO/ DOC , Painel Dipolo Cruzado, Painel H (Duplo Delta), Superturnstile (Batwing), Parabólicas, SlotAntenas de Internet

Antenas Naturais 5

ANTENASTipos

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ANTENA ISOTRÓPICAConceitoQuando o ganho diretivo é máximo dá-se o nome de diretividade;

É a relação entre o campo irradiado pela antena na direção de máxima irradiação e o campo que seria gerado por uma antena isotrópica que recebesse a mesma potência;A diretividade de uma antena define sua capacidade deconcentrar a energia irradiada numa determinada direção;

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Quanto maior o ganho de uma antena, mais direcional ela é, ou seja, a energia é concentrada numa única direçãoo que também nos garante um menor ângulo de radiação;

Antena isotrópica é aquela que irradia igualmenteem todas as direções. Essa antena pode ser comparada a uma lâmpada que ilumina igualmente em todas as direções;A antena isotrópica existe somente na teoria (não existe antena ideal), e sua finalidade é servir comopadrão de referência na medição de outras antenas;

ANTENA ISOTRÓPICAConceito

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Figura 1 - Diagrama de irradiação da antena isotrópica Fonte: http://es.slideshare.net/alejandroozm/introduccion-a-las-comunicaciones-por-microondas

ANTENA ISOTRÓPICAConceito

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Não é o aumento de potência de recepção;Tampouco é o aumento da sensibilidade de recepção, pois antenas não amplificam sinais.

O ganho de uma antena consiste em:Quantas vezes mais se aproxima da antena ideal. Aquela que recebe e entrega maior potência do meio, ou seja,

aquela que irradia e recebe maior quantidade de energia possível.A unidade de medida do ganho é dada em DECIBEL (dB).

Decibel define uma relação de potência:apenas tem significado quando é comparado com algo.

GANHODefinição

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GANHOConclusão

Então:O ganho de cada antena é o quanto ela é mais diretiva que a antena de referência (isotrópica).É dado pela expressão:

G (dB) = 10 x log

G (dB) = 10 x log

Essa equação nos permite calcular quantos dBuma dada potência P2 é maior que P1.

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GANHOCálculo

Exemplos:6 dB = 3 dB + 3 dB = 2 x 2 = 4 vezes/ganho

13 dB = 10 dB + 3 dB = 10 x 2 = 20 vezes/ganho16 dB = 10 dB + 3 dB + 3 dB = 10 x 2 x 2 = 40 vezes/ganho

26 dB = 10 dB + 10 dB + 3 dB + 3 dB = 10 x 10 x 2 x 2 = 400 vezes/ganho

Quando tivermos 10 dB:A potência P2 será 10 vezes maior que P1.Quantas vezes uma potência é maior que outra:Separe os dB em somas de 3 dB,multiplique por 2 cada vez que tivermos um 3.

Se tivermos um múltiplo de 10:Basta multiplicar por 10.

O ganho de uma antena depende de sua:DIRETIVIDADE (D): Capacidade da antena de direcionar a potência radiada.RENDIMENTO (η): Eficiência de irradiar aproveitando ao máximo as características do material (área, ângulo).

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GANHOCálculo

η Potência total aplicada =Potência radiada + Perdas ôhmicas

G = η.D(0 ≤ η ≤ 1)

Para antena sem perdas (η = 1): Ganho = Diretividade

• Antena é o elemento responsável pela radiação ou recepçãode ondas eletromagnéticas.• É responsável por transferir energia de um circuito para oespaço e vice-versa.• A polarização de uma onda eletromagnética é o plano noqual se encontra a componente elétrica desta onda.

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POLARIZAÇÃO

Polarização linear vertical, mostrando somente o campo elétrico:

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POLARIZAÇÃO

Vídeo 1 – Polarização linear vertical.Fonte: http://www.qsl.net/py4zbz/antenas/polarizacao.htm

Polarização linear horizontal, mostrandosomente o campo elétrico:

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POLARIZAÇÃO

Vídeo 2 – Polarização linear horizontal.Fonte: http://www.qsl.net/py4zbz/antenas/polarizacao.htm

A combinação de duas ondas linearmente polarizadas, uma vertical e outra horizontal, e eletricamente em fase, resulta em uma

onda linearmente polarizada inclinada:

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POLARIZAÇÃO

Vídeo 3 - Onda Linearmente polarizada inclinada.Fonte: http://www.qsl.net/py4zbz/antenas/polarizacao.htm

A combinação de duas ondas linearmente polarizadas, uma vertical e outra horizontal, de mesma amplitude e eletricamente defasadas de 90 graus,

resulta em uma onda circularmente polarizada:

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POLARIZAÇÃO

Vídeo 4 - Onda circularmente polarizada.Fonte: http://www.qsl.net/py4zbz/antenas/polarizacao.htm

Definição da polarização da onda circular:

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POLARIZAÇÃO

Figura 2 - Polarização da onda circular.Fonte: http://www.qsl.net/py4zbz/antenas/polarizacao.htm

Propagação da onda eletromagnética com a polarização circular:

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POLARIZAÇÃO

Figura 3 – Polarização circular RHCPFonte: http://www.qsl.net/py4zbz/antenas/polarizacao.htm

• A e B são ondas linearmente polarizadas, uma vertical e outra horizontal.• C é a onda resultante de A + B.

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POLARIZAÇÃO

Vídeo 5 – Somatória de ondas linearmente polarizadasFonte: http://www.qsl.net/py4zbz/antenas/polarizacao.htmb

A B C

Conhecer o padrão de radiação de uma antena, ou ainda controlar este comportamento pode ser de extrema

importância para um determinado projeto, a distribuição da energia eletromagnética de maneira ineficaz pode afetar o funcionamento ou rendimento de determinados sistemas,

ou seja, como exemplo em um sistema de link Ponto a Ponto deseja-se estabelecer uma comunicação pontual

entre duas regiões do espaço, não se deseja radiar energia eletromagnética em outros pontos, conforme sugere a figura 4. O diagrama que melhor atenderia o perfil do

enlace Ponto a Ponto seria antenas bem diretivas.21

Figura 4 – Link Ponto a PontoFonte: http://www.teleco.com.br/tutoriais/tutorialredeswifi1/pagina_4.asp

DIAGRAMA DE RADIAÇÃOAplicaçãoDIAGRAMA DE RADIAÇÃOAplicação

Contudo, existem casos onde o espalhamento desta energia no espaço é de suma importância para o

correto funcionamento, podemos citar como exemplo os sistemas de comunicação móvel, seja

celular, ou até mesmo o tradicional WIFI, como um sistema onde a diretividade nas antenas não são muito viáveis devido a constante mobilidade dos

dispositivos, conforme sugere a figura 5. O diagrama, neste caso tende ser menos diretivo,

ou até mesmo Omni direcional.

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DIAGRAMA DE RADIAÇÃOAplicaçãoDIAGRAMA DE RADIAÇÃOAplicação

Figura 5 – Link Ponto a PontoFonte: http://www.teleco.com.br/tutoriais/tutorialredeswifi1/pagina_4.asp

O diagrama de radiação representa graficamente o comportamento da antena quanto a sua irradiação.

O diagrama de radiação mostra a amplitude do campo elétrico ou da potência radiada (geralmente normalizados em relação ao seu valor máximo) em função dos ângulos

θ e φ na região de campo distante. No caso geral, o diagrama é uma figura tridimensional, mas na maioria das

vezes é representado como figuras bidimensionais (planos de corte). Os planos de corte principais são o

plano vertical ou de elevação (geralmente φ= 0° ou φ = 90°) e o horizontal ou azimutal (θ = 90°).

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DIAGRAMA DE RADIAÇÃODIAGRAMA DE RADIAÇÃO

Figura 6 – Diagrama de radiação tridimensional Fonte: Camargo, 2008.

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Vídeo 6 – Diagramas de Radiação das antenas GPS/GSM Linha Serie 1:Fonte: https://www.youtube.com/watch?v=ZQxD8pbPL30

Uma forma de se representar é através das cartas polares ou cartesianas onde ambas representam a variação da potência em dB irradiada pela antena de acordo com a

variação do ângulo f de 0 a 2π. Onde a carta é normalizada, portanto a potência de 0dB representa a

direção onde há a maior irradiação de potência. O exemplo abaixo é de uma carta polar para uma antena

diretiva qualquer e o segundo é uma carta cartesiana, onde o lobo maior é o principal e é onde se concentra

maior parte da energia irradiada.

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Figura 7 – Carta polarhttp://www.gta.ufrj.br/seminarios/semin2003_1/miguel/Capitulo4.htm

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Figura 8 – Carta polarhttp://coral.ufsm.br/gpscom/professores/andrei/Semfio/cap6tulo%203.pdf

Lobo ou feixe principal: feixe do diagrama que aponta na direção de máxima radiação;Lobo menor: qualquer outro lobo que não seja o principal. Os lobos laterais

geralmente designam os lobos menores que ocupam o mesmo hemisfério do lobo principal e os lobos posteriores usualmente referem-se àqueles que ocupam o hemisfério na direção oposta à do lobo principal. Lobos menores geralmente

representam radiação em direções indesejadas e devem ser minimizados;Nível de lobo lateral (SLL, de “Side Lobe Level”): razão entre a amplitude do lobo principal e a amplitude do maior lobo lateral. Geralmente é dado em decibéis;

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Largura de feixe de meia potência ou ângulo de abertura (HPBW, de “Half Power BeamWidth”): abertura angular definida pelos feixes nos quais a potência radiada é metade do valor de potência na direção de máxima radiação. É também conhecida como largura de

feixe de 3 dB. É importante salientar que a largura de feixe é definida para um plano apenas. Assim, certas antenas possuirão várias larguras de feixe correspondentes a

diferentes cortes no diagrama tridimensionalLargura de feixe entre os primeiros nulos (BWFN ou FNBW, de “Beam Width between First

Nulls”): abertura angular definida pelos primeiros nulos adjacentes ao lobo principal; Relação frente-costas (FB, de “Front to Back Ratio”): razão entre a amplitude do lobo

principal e a do lobo posterior diametralmente oposto. Geralmente é dada em decibéis.

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Também é possível representar na forma retangular, onde geralmente utilizado nas antenas de alto

ganho, onde a pequena abertura do lóbulo principal compromete a interpretação do diagrama de

irradiação polar.

Os diagramas de radiação são de grande importância, pois com uma rápida análise é possível

escolher a antena que melhor atende as necessidades do sistema.

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Figura 8 – diagrama de irradiaçãoFonte: Camargo, 2008.

• https:// 5CMicroondas_2%5CAntenas%20e%20Propagatpo%5CAntenas_MUITO_BOM.pdf• https://sites.google.com/site/antenaspy5aal/home/ganho-de-antenas• https://pt.wikibooks.org/wiki/Antenas/Defini%C3%A7%C3%A3o_de_Antena• http://coral.ufsm.br/gpscom/professores/andrei/Semfio/cap6tulo%203.pdf• http://es.slideshare.net/alejandroozm/introduccion-a-las-comunicaciones-por-microondas• http://www.compuland.com.br/helio/mestrado/conceitos%20de%20antenas.pdf• http://paginas.fe.up.pt/~amoura/APROWEB/AAM_Param_Fundamentais.pdf• http://rota61.webnode.com.br/antenas/antena-isotropica/• https://prezi.com/776mvyebtypc/diretividade-e-ganho-da/• http://www.qsl.net/py2rlm/antena4.html• http://coral.ufsm.br/gpscom/professores/andrei/Semfio/cap6tulo%203.pdf• http://www.gta.ufrj.br/seminarios/semin2003_1/miguel/Capitulo4.htm• http://www.qsl.net/py2rlm/antena2.html• http://www.teleco.com.br/tutoriais/tutorialredeswifi1/pagina_4.asp• Camargo Tiago F. de. Estudo de antenas planares para aplicações em 2,4GHz. São Carlos 2008 30

REFERÊNCIAS

antenas

Technology