Telecomunicações
UNIVERSIDADE ANHANGUERA – FACNET ANTENAS Etapa 1 Ariana da Silva Pinho Rayssa Reis Fontenele I 1 Swipe to page RA 0984000046 RA: 0991027457 Rodrigo de paula Malenha ROdrguesRA 1034969970 energia e o espaço. Muitas vezes também são chamadas de sistemas irradiantes. Note que o mesmo dispositivo pode ser usado para transmitir ou receber esta energia. Vamos começar vendo uma representação simplificada de um sistema de transmissão e recepção. [picl 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 nformação pelo meio (ar), até que ela chega a outra antena, que nesse caso fará a recepção do sinal, fazendo com o mesmo continue o camnho pelo cabo até o dispositivo que fará, por exemplo, a demodulação (e outros tratamentos), recuperando a informação original. As antenas geralmente são feitas com matériais metálicos (aluminio/latão). Esses metais, são formados por átomos. Quando todos os átomos são reunidos – para formar o metal, temos então um conjunto de elétrons livres.
E quando esse conjunto de elétrons livres é submetido a uma Tensão Elétrica (campo elétrico), os mesmos começam a se ovimentar e vibrar. Quando os elétrons vibram de um lado a outro da antena, eles criam uma radiação eletromagnética na forma de ondas de rádio. As ondas de rádio eletromagnéticas que saem da antena de transmissão viajam pelo meio, por exemplo, o ar, e chegam até a outra antena – recepção. O efeito desse campo eletromagnético atingindo a outra antena é fazer com que os elétrons livres da mesma vibrem – o que agora gera uma corrente elétrica com o sinal que foi enviado a partir da antena de transmissão.
Na transmissão as antenas convertem a corrente elétr a partir da antena de transmissão. Na transmissão as antenas convertem a corrente elétrica (elétrons) em onda eletromagnética (fótons), e na recepção fazem o inverso – transformam as ondas eletromagnéticas (fótons) em corrente elétrica (elétrons). A informação é preservada porque a antena atua como um transdutor casando os condutores que geram esses campos. Por exemplo, na transmissão, o campo eletromagnético gerado corresponde à determinada tensão e corrente alternada. Já na recepção, a mesma referência de tensão e corrente alternada será induzida.
Uma Antena Simples Considere a representação do tipo mais simples de antenas, a antena dipolo. Como o próprio nome sugere, é uma antena com dois pólos. Consiste de dois pedaços de fio de mesmo comprimento, separados um do outro por um isolador central, podendo ter um isolador em cada extremidade para fixá- lo a um suporte. [pic] Vamos usar esse exemplo para falar de antenas, mas agora vamos a uma questão basicamente simples, mas que muita gente não consegue explicar: “Como é possível haver uma corrente na antena, se as duas partes finais estão abertas?
Isso foge totalmente daquilo que aprendemos, onde para haver corrente, precisamos de um clrcuito fechado, não? ‘ Para responder isso, novamente voltamos aos conhecidos onceitos de circuitos eletricos. Você deve se lembrar do conceito de Capacitância (C), definida através do uso de ca acitores. existe um tipo de inevitável de capacitân surge entre os AGF3rJF-i1 circuito – e geralmente indesejada: a capacitância parasita. Só que no nosso caso, essa capac tância é o que permite que a antena funcione!
Em alta frequência, a capacitância parasita entre os dois braços da antena apresenta baixa impedância, e representa o caminho de retorno da corrente. IJma antena sintonizada pode ser considerada como um circuito RCC (Resistência R, Indutância (L) e Capacitância (C). A antena vai sempre procurar um plano de referência para atuar como “terra”, como por exemplo uma haste de metal próxima. Ressonância A ressonância é o fenômeno que ocorre em uma determinada frequência onde temos uma transferência de energia máxima possível.
No caso de antenas, para que haja ressonância, o seu tamanho (comprimento físico) deve ser múltiplo de seu comprimento de onda. Nesse caso, teremos então uma frequência principal onde a antena entrega a máxima quantidade de energia possível – ressonante. E quanto maior o tamanho (comprimento) dos elementos da antena, menor é a frequência essonante. Em termos mais técnicos, temos ressonância na frequência onde as reatâncias capacitivas e indutivas se anulam temos uma impedância puramente resistiva.
A maioria das antenas é utilizada em sua frequência de ressonância. Isso porque quando nos afastamos dessa frequência de ressonância, os níveis de reatâncias dão lugar a parâmetros que podem comprometer nto, por exemplo, o apresentando uma impedância complexa – nos dois sentidos da palavra, o que acaba trazendo um comportamento indesejado. Uma antena não ressonante também funciona – transmite e recebe. Mas precisa de um transmissor muito mais otente (pois uma menor parte da energia de entrada vai estar presente na sa(da).
E pelo mesmo motivo, precisa de um receptor com uma sensitividade muito maior. Comprimento de Onda X Comprimento da Antena Uma antena sintonizada funciona como um circuito RCC — a Tensão (Diferença de potencial): em um Curto Circulto é igual a Zero;em um Circuito Aberto é Máxima. Pois bem, na extremidade da antena, temos um Circuito Aberto – portanto o ponto com a Máxima Tensão. E considerando as duas extremidades – uma com a máxima tensão positiva, e outra com a máxima tensão negativa – temos no centro o ponto com Tensão Zero.
Essa distância ente a extremidade e o ponto central é a distância entre o ponto de Máxima Tensão (bolinha amarela na flgura) e o ponto de Tensão Zero (bolinha verde na figura) — e é de um quarto do comprimento de onda. [PiC] TIPOS DE ANTENAS Os tipos de antenas são vários, toda antena desempenha o mais importante papel na cadeia de transmissáo-recepção ou sistemas de telecomunica ões. através delas que ocorre a transferência da energia a smissor para meio onde AIGFsr)F-i1 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: antena longa (Long-wire) e a log-periódica. [pic]Antena vertical Chamada antena monopolo, é muito utilizada desde as gigantescas antenas de ELF (Extremely Low Frequency ou Freqüências Extra Baixas de 3,0 Hz a 30 Hz) até as microscópicas monopolos impressas de EHF(Extremely High Frequency ou Frequências Extra Altas de 30 GHz a 300 GHz).
A mais conhecida é a antena monopolo de um quarto de onda, muito utilizada atualmente, devido padrão da radiação omnidirecional, pois não recisa ser orientada para manter os sinais constantes quando há mudança de seu posicionamento. Outra característica dessas antenas, é que diferente dos sinais que são direcionados para cma em outros tipos antenas, ela não perde parte do sinal. A antena monopolo de quarto de onda “deve” ter obrigatoriamente um plano de terra, pois é deste que deriva a sua polarização, (Embora, este plano não precisa estar necessariamente em paralelo à Terra).
A monopola deve necessariamente estar polarizada em relação ao seu plano de terra verticalmente. Antena dipolo Consiste em dois condutores, contendo em seu comprimento otal o tamanho desejado da onda que se deseja captar (como o dipolo de meia onda, que contêm o mesmo tamanho da metade do comprimento da onda). De forma mais simples, uma antena dipolo é uma antena retilí o com o potencial de antena retilínea sem ligação com o potencial de terra, com a extensão de um comprimento de onda em geral.
Contudo, não se utilizam dipolos de onda completa por questões práticas, mas sm dlpolos de meia onda. Desta forma, se pode considerar um dipolo de meia onda também uma antena retilínea, porém, o comprimento dos condutores é a metade de um comprimento e onda, sua alimentação é pelo centro, onde a impedância de entrada varia de acordo com sua distância ao solo em comprimento de onda. Pode ser polarizada horizontalmente ou verticalmente, pois a onda eletromagnética é composta de campo elétrico e campo magnético, estes estão ortogonalmente dispostos.
Quando se diz polarização de uma onda eletromagnética, seja vertical ou horizontal, o campo magnético e o campo elétrico estão situados a 90 graus com uma variação de fase de O grau. A polarização de uma antena dipolo é definida então pelo “campo elétrico”, ou seja, se o campo elétrico está a horizontal, a polarização do dipolo é horizontal, se o campo elétrico está na vertical, a polarização da antena dipolo é vertical.
Antenas direcionais Existe uma grande variedade de antenas direcionais, os mais conhecidos são: • Antena yagi-uda, consiste de um dipolo e outros elementos chamados de “‘parasíticos”, que podem ser “refletores ou diretores”, ou, “refletores e diretores”. Um refletor deve ser maior em tamanho que o dipolo quando inserido no sistema irradiante. Está posto na direção contrária à propagação das ondas eletromagnéticas. Alguns, de forma simplificada, montam o efletor 5% maior que o dipolo. ? utilizado em antena Yagi de dois elementos com refletor, pois na antena Vagi de dois elementos com dire em antena Yagi de dois elementos com refletor, pois na antena Yagi de dois elementos com diretor, o elemento parasita é “montado na direção de propagação da onda eletromagnética” Em geral, o diretor também pode ser confeccionado em torno de 5% menor que o dipolo até a antena Yagi de três elementos. Nas antenas de mais elementos, a montagem se torna mais complexa, pois os parasitas são “enxergados” pelo dipolo como uma “rede” de antenas, assim, o método prático de configuração % menos não é válido.
Quando são inseridos outros elementos à uma antena, o sinal emitido é direcionado no sentido dos elementos menores e reduzido na direção em que está o elemento maior (Refletor), reciprocamente, na recepção ocorre o mesmo, isto é, o sinal provindo da frente (Diretor) é melhor recebido que o que provém de trás (Refletor) da antena, a esse efeito é dada uma relação chamada “relação frente-costasi’, se aplica à antenas direcionais de qualquer tipo, sejam Yagis, parabólicas, helicoidais, etc.
As antenas Vagi, da mesma forma que as antenas dipolo, também podem ter polarização horizontal u vertical, dependendo do fim para que se destinam. • Antena parabólica é muito útil quanto à transmissão e a recepção é utilizada para diversos fins, recepção ou transmissão de sinais, repetidoras, satélites, radares, etc. Tem alto ganho e funciona em frequências altas (que podem chegar a 300 GHz).
Além de captar sinais com baixa potência sua abertura é pequena, isso lhe possibilita grande direcionalidade, pois o disco parabólico direciona os raios recebidos paralelamente para um ponto chamado de foco, neste podem ser montadas antenas dipolo, dutos sintonizados, cornetas, etc. Long e foco, neste podem ser montadas antenas dipolo, dutos sintonizados, cornetas, etc. Longo,’ire Fácil de construir, se tornou a antena mais popular utilizada na recepção de sinais por amadores. Contudo, é uma antena muito ruidosa, o que reduz seu desempenho.
O nome significa “fio comprido”, não possui linha de transmissão. O fio sai diretamente do receptor em direção a um mastro, e desce num ponto distante do equipamento, esta configuração lhe dá a aparência de um “L” invertido. Antena wideband Pode ter largura de faixa estreita ou larga, dependendo da forma como é montada. Pode funcionar em HF, VHF, UHF ou SHF. Sua estrutura é formada por duas partes em paralelo e por dipolos conectados a cada parte formando pares intercalados.
Seu ganho dela pode ser aumentado de acordo com a quantidade de elementos. Conforme qualquer antena, pode ser montada na polarização horizontal ou vertical. Seu nome deriva da possibiidade de se obter a radiação de modo periódico, que ocorre em função do logaritmo da frequência de sua faixa de funcionamento. O dipolo simples é uma antena de fácil montagem como a antena de comprimento randômico, mas apresenta vantagem de diretividade e sintonização em relação à sua anterior.
Seu comprimento total (dos radiadores) é projetado para metade do comprimento de onda (l /2) do sinal a ser recebido, pelo que também é conhecida como antena meia onda. PAGFgDF11 dois radiadores de quarto de onda (1 14), separados no centro por um isolante. Na ponta de cada um deles, junto ao isolante central, puxa-se um fio e o par assim formado inicia a linha de transmissão para o receptor. Os radiadores podem ser simples fios no 12 ou 14, ou ainda tubos de alumínio.. O comprimento total (l /2) da antena, para captação de um sinal de frequência F (em MHz) é dado pela fórmula:
L(metros)- 142,6 / F(MHz) Por exemplo, a captação do sinal de uma transmissora de Rádio com frequência 12,540 MHz exige uma antena dipolo de comprimento total: 11,37 metros assm, cada radlador (114) terá 5,68 metros. Na fórmula acima está embutida uma correção de 5%, diminuindo o comprimento da antena. Se ela for instalada em altura muito alta, correspondendo a vários I do sinal, então a fórmula correta é: 150 / F(MHZ) impedância do dipolo x altura acima da terra MECANISMO DE IRRADIAÇAO Um campo eletromagnético é gerado em uma fonte, guiada por uma linha e escapa para o espaço livre.
O campo létrico tem associado à 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 as linhas força magnética as quais são tangentes ao campo magnético. As linhas de força magnética sempre formam loops fechados enci PAGF 11