Antenas/Definição de Antena: diferenças entre revisões

[edição verificada][edição não verificada]
Conteúdo apagado Conteúdo adicionado
He7d3r.bot (discussão | contribs)
Correção de typos e formatação geral, typos fixed: à 0 → a 0 utilizando AWB
m Helder.wiki moveu a página Antena para Antenas/Definição de Antena sem deixar um redireccionamento: Fusão (para que os autores do original da Wikipédia apareçam no histórico)
Linha 1:
'''Antena''' é o dispositivo cuja [[função]] é transformar [[energia]] [[electromagnetismo|eletromagnética]] guiada pela [[linha de transmissão]] em [[energia eletromagnética]] irradiada, pode-se também dizer que esta lei serve também no sentido inverso, isto é, transformar energia eletromagnética irradiada em energia eletromagnética guiada para a linha de transmissão. Portanto, sua função é primordial em qualquer [[comunicação]] onde exista [[radiofreqüência]].
{{Movido da Wikipédia}}
==Definição==
[[image:Radar antenna.jpg|thumb|Antena.]]
: Por sua natureza, deduz-se que a antena ocupa sempre o último lugar na cadeia de [[transmissão]] e o primeiro lugar na cadeia de [[recepção]], daí a importância de seu estudo e entendimento para as [[telecomunicações]].
{{TOC-direita}}
 
:: No estudo e projeto de antenas, pode-se dizer que não importa em que [[freqüência]] do [[espectro eletromagnético]] seja aplicada, sempre serão usados os mesmos princípios [[matemática|matemáticos]], [[física|físicos]] e práticos da [[teoria eletromagnética]], ela é constante, imutável e invariável.
'''Antena''' é o dispositivo cuja função é transformar energia eletromagnética guiada pela linha de transmissão em energia eletromagnética irradiada, pode-se também dizer que esta lei serve também no sentido inverso, isto é, transformar energia eletromagnética irradiada em energia eletromagnética guiada para a linha de transmissão. Portanto, sua função é primordial em qualquer comunicação onde exista radiofreqüência.
 
::: Quanto maior a freqüência de utilizada nas antenas, maior deve ser a precisão dos dispositivos, equipamentos e medições.
Por sua natureza, na transmissão de ondas eletromagnéticas a antena está em último lugar na transmissão e é o primeiro dispositivo que recebe os sinais emitidos.
 
No estudo e projeto de antenas, não importa em que freqüência do espectro seja aplicada, sempre serão usados os mesmos princípios físicos da teoria eletromagnética, ela é constante, imutável e invariável.
 
==Campos de irradiação e propagação==
Por isso, quanto maior a freqüência de utilização nas antenas, maior deve ser a precisão dos dispositivos, equipamentos e medições.
 
==Campos de irradiação e propagação==
 
O princípio da pedra jogada numa lagoa, é o mais elucidativo exemplo de campos de [[irradiação]] e [[propagação]].
Quando jogamos um objeto massivo numa lagoa (por exemplo: uma pedra) cujas águas estão em completo repouso, as ondas produzidas na massa líquida continuam se propagando mesmo depois do objeto ter atingido ao fundo. A pedra e sua queda, não são necessárias à manutenção das ondas, mas prementes à sua criação. Cessando a causa (queda da pedra), o efeito (propagação de ondas) teve seu prosseguimento, independentemente daquela ter cessado.
 
: As [[ondas]] produzidas no meio de uma [[massa]] [[líquido|líquida]] por uma pedra lançada, depois que chegou ao fundo, continuam se propagando.
As linhas de fluxo concêntricas transportam energia em forma de ondas. Este deslocamento da energia, define-se como '''propagação''', e a energia contida nas ondas, chama-se '''energia irradiada''' analogamente, campo distante. A água espirrada e acelerada pelo impacto da pedra e, em volta dela, pode ser por analogia definida (se fosse radiofreqüência) como campo próximo.
 
:: A pedra e sua [[gravidade|queda]], não são necessárias à manutenção das ondas, mas foram prementes à sua criação, cessou a [[causa]] (Queda da pedra), porém o [[efeito]] (propagação de ondas) teve seu prosseguimento, independente daquela ter cessado.
Em eletromagnetismo existem dois tipos de distribuição de linhas de campo:
 
:: As [[linhas de fluxo]], concêntricas em forma de ondas transportam [[energia]], a este deslocamento, define-se como propagação, e a energia contida nas ondas, chama-se energia irradiada ou [[campo distante]] (analogamente no caso da água), a água espirrada acelerada pelo impacto da pedra e, em volta dela, chama-se [[campo próximo]].
* As mais próximas da antena que deixam de existir imediatamente ao cessar a causa chamadas de campo de "Fresnel", "campo de indução" ou "campo próximo" (quando cessa a corrente esta sofre a anulação por um semiciclo, as linhas não chegam a se fechar, portanto, não se propagam pelo espaço).
* As linhas que chegam a se fechar se propagam no espaço, continuam carregando consigo energia irradiada, ao campo gerado se denomina "campo distante", " campo de Fraunhofer" ou "campo de irradiação".
 
====Tipos de linhas de campo====
A principal conclusão, é que o campo elétrico na região distante varia com o inverso da distância, enquanto que na região próxima isto não acontece.
A região de indução (campo próximo) é geralmente usada no projeto de antenas com um ou vários "elementos" de forma a induzir nestes energia redirecionando-a induzindo-a aos elementos parasitas, tanto diretores, quanto refletor, se for o caso.
 
======Campo próximo======
Existem duas expressões para a determinação das regiões próxima e distante:
: R= 10 l
: R= 2L2 / l
onde:
*R= separação entre as duas regiões.
*L= o maior tamanho da antena.
*l= comprimento de onda.(lâmbda representado como l )
 
Existem dois tipos de distribuição de [[linhas de campo]], as mais próximas da antena que deixam de existir imediatamente ao cessar a causa, quando cessa a [[corrente]] esta sofre a anulação por um [[semi-ciclo]], e não chegam a se fechar, portanto, não se propagam, chama-se a este, efeito campo próximo, de [[Fresnel]] ou campo de [[indução]].
==Irradiação e diretividade==
======Campo distante======
[[Image:Silvermine Echelon Antenna 3 - Through the wire.JPG|thumb|right|200px|Fotografia de uma antena utilizada para o projecto norte-americano [[w:Echelon|ECHELON]].]]
Quanto às linhas que se fecham, portanto se propagam no [[espaço]] e continuam carregando consigo energia irradiada, análogo ao exemplo acima, denomina-se campo distante ou de [[Fraunhofer]], campo de irradiação.
[[Image:Instalacao de antenas por satelite bidireccionais.jpg|thumb|right|200px|Fotografia de antenas utilizadas para o acesso à Internet via Satélite e serviço Telefónico.]]
Quando usada como elemento irradiante, a antena é um sistema que emite energia eletromagnética. A partir do processamento dos dados de irradiação, pode-se levantar sua eficiência e a distribuição da energia irradiada através do campo dentro do espectro conhecido, ou arbitrado.
 
: Na antena com [[refletor]], ambos são importantíssimos, ''o [[campo elétrico]] na região distante varia com o inverso da distância, enquanto que na região próxima isto não acontece''.
O diagrama de irradiação de uma antena, nada mais é do que o mapeamento da energia irradiada ou recebida, levando em conta o campo tridimensional.
======Importância do campo próximo======
A região de indução (campo próximo) é geralmente usada no projeto de antenas com um ou vários elementos de forma a induzir nestes a energia que estaria perdida, aproveitando-a, induzindo-a ao [[elemento parasita]], tanto [[diretor]], quanto [[refletor]], se for o caso.
======Importância do campo distante======
A região distante é importante para as [[radiocomunicações]], portanto, deve ser delimitada a [[fronteira]] entre elas.
 
====Delimitação de campos próximo e distante====
Existem diversas maneiras de levantar a "carta de irradiação" de uma antena. Algumas mais simples, outras mais trabalhosas. Neste caso, vale o princípio científico da Navalha de Ocam, onde se um ou mais sistemas de análise chegarem ao mesmo resultado, sempre se utilizará o mais simples.
 
R= 10l e R= 2L2 / l
Para se levantar o diagrama de irradiação, o ponto de partida deve levar em conta uma distância e localização onde não seja possível a interferência de elementos estranhos ao meio onde se encontram a antena de prova e a antena de teste.
 
R= separação entre as duas regiões.
A distância entre as antenas de prova e teste não podem ser inferiores a dez vezes ao comprimento de onda da freqüência central.
L= o maior tamanho da antena.
Por exemplo, se um sistema que opera no comprimento de onda de quarenta metros, deve-se tomar as medições no mínimo à quatrocentos metros de distância.
l= comprimento de onda.(lâmbda representado como l )
As fórmulas acima são arbitradas e são aproximações abstratas para chegar-se a um valor preliminar inicial razoável.
 
 
==Irradiação e diretividade de uma antena==
 
====Definição====
 
A antena é um sistema que irradia energia eletromagnética, podemos conhecê-la a partir do [[processamento]] da irradiação, da [[eficiência]] e da distribuição da energia irradiada através do campo, dentro do [[espectro]] conhecido, ou arbitrado.
 
====Diagrama de irradiação====
 
: O [[diagrama]] de irradiação nada mais é do que o mapeamento da distribuição de energia irradiada, levando em conta o campo [[tridimensional]].
 
====Levantamento do diagrama de irradiação====
 
:: Para levantar-se o diagrama de irradiação, deve-se tomá-lo a partir de uma distância e localização onde não seja possível a interferência de elementos estranhos ao meio onde se encontram a antena de prova e a antena de teste.
==Diagrama de irradiação==
 
====Procedimentos====
Para levantar o diagrama de irradiação de uma antena, devem ser usados alguns procedimentos básicos. Em primeiro lugar, devem ser utilizadas uma antena de prova, e uma antena de teste.
 
::: Normalmente levanta-se o diagrama à separações entre antenas de prova e teste não inferiores a dez vezes ao [[comprimento de onda]] da freqüência de teste.
Deixa-se a antena de teste a uma distância confiável da antena de prova, de forma a não haver interação de sinais entre elas e o meio circundante.
 
Três passos devem se seguidos, após tomadas todas as precauções.
Após tomadas precauções mínimas para evitar interações com o meio, inicia-se o processo de levantamento do diagrama.
 
1-Gira-se a antena sob teste de forma a descrever um [[círculo]].
 
2- A intervalos regulares, a cada dez graus por exemplo, toma-se a medida do campo irradiado de forma a obter-se um gráfico.
 
3- Os valores devem ser anotados ou em valores absolutos, ou em valores relativos ao seu máximo.
 
 
#Gira-se a antena sob teste de forma a descrever um círculo.
#A intervalos regulares, a cada dez graus por exemplo, toma-se a medida do campo irradiado de forma a obter-se um gráfico retangular.
#Os valores devem ser anotados ou em valores absolutos, ou em valores relativos ao seu máximo.
 
As medidas e características servem tanto para transmissão quanto para a recepção, obedecendo a lei da reciprocidade.
 
====Resultante do diagrama de irradiação====
Levantado o diagrama de irradiação do campo da antena é importante verificar se tratamos de campo ou de potência; se a polarização é vertical , ou horizontal; e o levantamento deve ser executado em 360 graus.
 
Na resultante da experiência temos o que se chama [[diagrama de irradiação]] do campo da antena, e por conseqüência torna-se mister em suas especificações se tratamos de campo ou de [[potência]], se a [[polarização]] é [[vertical]] , ou [[horizontal]], e o principal, o levantamento, sempre que possível deve ser executado em 360 [[graus]].
No caso de uma antena dipolo, na polarização horizontal, é perfeitamente possível a diagramação da irradiação em dois sentidos, isto é, existem duas frentes de onda, há um lóbulo principal de irradiação e lóbulos secundários de menor amplitude.
 
==Dipolo==
Para antenas de feixe estreito, helicoidais, antenas de radar, por exemplo, é melhor utilizar o diagrama retangular.
 
Numa antena [[dipolo]], na polarização horizontal, é perfeitamente possível a [[diagrama|diagramação]] da irradiação em dois sentidos, isto é, existem duas frentes de onda.
Devido à dualidade da energia emitida e à lei de reciprocidade, pode-se usar a análise gráfica tanto para irradiação, quanto para campo, próximo e distante.
: Sempre há um [[lóbulo] principal de irradiação e lóbulos secundários de menor [[amplitude]].
==Antenas de feixe estreito==
Para antenas de [[feixe estreito]], [[helicoidal|helicoidais]], antenas de [[radar]], por exemplo, carece utilizar o diagrama [[retangular]] e não o [[polar]], devido à precisão necessária.
 
:: Devido à dualidade da energia emitida e à lei de reciprocidade, pode-se usar a análise gráfica tanto para irradiação, quanto para
Num diagrama de irradiação de campo cujo valor máximo arbitra-se igual a unidade (1,0) a amplitude correspondente à meia potência equivale a 0,707.
campo, próximo/distante.
 
==Valores==
O diagrama de fase da antena é a representação espacial da variação de fase do campo irradiado.
 
Devemos lembrar que num diagrama de irradiação de campo cujo valor máximo arbitra-se igual a unidade (1,0 ) a amplitude correspondente à meia potência equivale à 0,707.
Considerando uma antena irradiando uma potencia total (W), situada ao centro de um campo espacial cuja superfície seja uma esfera perfeita. Imaginemos esta esfera flutuando no espaço e o ponto de irradiação, ou seja a antena esteja em seu centro geométrico onde seu raio (r) seja imensamente maior do que o tamanho físico da antena, de forma que a vejamos como se fosse um ponto infinitesimal.
 
==Diagrama de fase==
Onde (P) seja o valor médio da densidade de potência provocada pela antena à distância (r).
 
O diagrama de fase é a representação espacial da variação de fase do campo irradiado.
Onde (Pr) seja o valor médio da densidade de potência provocada outra antena idêntica à primeira antena à distância (r).
 
==Densidade de Potência e diretividade====
Tenderemos à definir a diretividade da primeira antena em relação à segunda em relação à segunda como:
Consideremos uma antena irradiando uma potencia total ( W ), situada ao centro de um campo espacial fictício cuja superfície seja uma esfera perfeita, imaginemos uma bola de sabão flutuando no espaço e o ponto de irradiação, ou seja a antena esteja em sua superfície [[esfera|esférica]] onde seu [[raio]] ( r ) seja imensamente maior do que o tamanho físico da antena, de forma que a vejamos como se fosse um ponto infinitesimal.
 
: Onde ( P ) seja o valor médio da [[densidade]] de potência provocada pela antena à distância
:D = P / Pr .
( r ).
 
:: Onde ( Pr ) seja o valor médio da densidade de potência provocada outra antena idêntica à primeira antena à distância ( r ).
Como a densidade é função do ponto, a diretividade também o será, portanto temos como medir a capacidade de concentração de energia de uma antena numa região pré-determinada do espaço tridimensional.
 
::: Tenderemos à definir a diretividade da primeira antena em relação à segunda em relação à segunda como:
Quanto mais agudo o lóbulo principal, maior a irradiação ou iluminação desta antena e seu lóbulo, numa determinada direção.
 
:::: D = P / Pr .
==Antena Isotrópica==
 
::: Como a densidade é função do [[ponto]], a diretividade também o será, portanto, temos como medir a capacidade de concentração de energia de uma antena numa região pré-determinada do espaço.
A diretividade e a densidade de potência são funções de ponto. Um cone cuja geratriz é um ponto e a distribuição de densidade de potência pode ser deduzida como função de área de uma semi-esfera se propagando através do tempo e aumentando sua área em função deste até atingir a parede interna de uma esfera virtual iluminando-a.
 
Podemos::Quanto usarmais aagudo densidadeo de[[lóbulo]] potênciaprincipal para medirmaior a capacidadeirradiação queou umailuminação desta antena teme deseu concentrar energia (iluminar)lóbulo, numa determinada região do espaçodireção.
 
Quanto mais agudo o ângulo do cone de propagação formado pelo lóbulo principal (mais estreito o feixe), maior é a diretividade da antena, maior é a densidade de potência que ilumina uma pré determinada área do espaço na direção de máxima irradiação, na esfera virtual.
 
==Antena isotrópica==
Para se ter um parâmetro de comparação, temos necessidade de usar uma antena hipotética, onidirecional, que ilumine a parede interna de uma esfera virtual hipoteticamente flutuando no espaço.
 
====Definição====
Esta é a definição de antena isotrópica onde:
 
:Pr = Po
: A diretividade e a densidade de potência são funções de ponto, isto é um cone teórico cuja [[geratriz]] é um ponto e a distribuição de densidade de potência pode ser deduzida como função de área de uma semi esfera se propagando através do tempo e aumentando sua área em função deste até atingir hipoteticamente a parede interna de uma esfera virtual iluminando-a.
A diretividade (D) ficará :
:D = P/ Po
====Concentração de energia====
Imaginemos uma esfera perfeita, uma bolha de sabão por exemplo, esta esfera contém em seu centro uma lâmpada sem refletor de espécie alguma , emitindo luz para todos os pontos.
 
:: Podemos usar a densidade de potência para medir a capacidade que uma antena tem de concentrar energia numa determinada região do espaço.
 
::: Quanto mais [[agudo]] o ângulo do [[cone]] de propagação formado pelo lóbulo principal (mais estreito o feixe), maior é a diretividade da antena, maior é a densidade de potência que ilumina uma pré determinada área do espaço na direção de máxima irradiação, na esfera virtual.
 
:::: Para se ter um parâmetro de comparação, temos necessidade de usar uma antena hipotética, [[onidirecional]], que ilumine a parede interna de uma esfera [[virtual]] uniformemente.
====Diretividade do Isotrópico====
Esta é o que podemos chamar de antena isotrópica onde se hipoteticamente Pr = Po então logicamente a diretividade ficará :
 
D = P/ Po
 
====Emissão do Isotrópico====
 
:: Imaginemos uma esfera perfeita, uma bolha de sabão por exemplo, esta esfera contém em seu centro uma lâmpada sem refletor de espécie alguma , emitindo luz para todos os pontos.
 
::: A iluminação, se a fonte for um ponto, será uniformemente distribuída em toda a área desta esfera, logo a distribuição de potência seguirá ao mesmo princípio.
 
====Emissão do Dipolo====
 
Agora, a lâmpada, não é mais um ponto, e sim um segmento, no centro da esfera, um [[filamento]], digamos.
 
: Como temos um segmento longitudinal (semelhante ao filamento de uma lâmpada) no centro de uma esfera perfeita, se olharmos de frente para este segmento,veremos (no exemplo de filamento), um fio esticado emitindo luz, se girarmos esta esfera em noventa graus, ao invés de enxergarmos um traço enxergaremos um ponto emitindo luz.
 
:: Ao observarmos o fio esticado de lado, a luz não irradiará em todos os sentidos, ela se propagará na frente, nas costas, em cima, em baixo, só não haverá iluminação nas laterais (ou esta será mínima). Para facilitar este raciocínio, transformemos nossa esfera em cubo perfeito, observaremos mais claramente este efeito.
 
::: Houve uma alteração da diretividade em relação ao isotrópico (fonte pontual), ficam duas faces de nosso [[cubo]] sem receber a [[luz]] (as laterais) e as outras quatro recebendo eqüitativamente a quantidade de luz que não foi para as laterais.
 
==Ganho==
 
Podemos verificar a validade do fenômeno do [[ganho]]. Não houve aumento da luz, o que houve foi um redimensionamento da distribuição em outras direções portanto, o ganho sempre é referente a uma determinada direção.
A iluminação, se a fonte for um ponto, será uniformemente distribuída em toda a área interna da esfera, logo, a distribuição de potência seguirá ao mesmo princípio, isto é energia irradiada em todas as direções isotropicamente.
 
==Links externos==
Imaginemos uma esfera com uma lâmpada em seu centro. A lâmpada, não é mais sendo um ponto, e sim um segmento em forma de filamento.
 
[http://py5aal.vilabol.uol.com.br/py5aal.html Compilação geral- Antenas]
Como temos um segmento longitudinal (semelhante ao filamento de uma lâmpada) no centro de uma esfera perfeita, se olharmos de frente para este segmento, veremos um fio esticado emitindo luz, se girarmos esta esfera em noventa graus no sentido horizontal, ao invés de enxergarmos um traço enxergaremos um ponto emitindo luz. Ao observarmos o fio esticado de lado, a luz não irradiará em todos os sentidos, ela se propagará em sua maioria para frente, para trás, para cima, e para baixo. Não haverá iluminação nas laterais (ou esta será mínima).
 
[http://geocities.yahoo.com.br/angeloleithold/teoriaantena.html Teoria básica de Antenas]
Imaginemos que ao invés de esfera tenhamos cubo perfeito, observaremos mais claramente este efeito.
 
[http://geocities.yahoo.com.br/angeloleithold/py5aal.refletores.html Efeito Terra, Refletores]
Houve uma alteração da diretividade em relação ao isotrópico (fonte pontual), ficam duas faces do cubo sem receber iluminação (as laterais) e as outras quatro recebem equitativamente a quantidade de luz que não foi para as laterais. Desta forma verificamos a validade do fenômeno do ganho. Não houve aumento da luz, o que houve foi um redimensionamento da distribuição em outras direções. Portanto, o ganho sempre é referente ao redirecionamento de uma porção de energia para uma determinada direção.
 
[[Categoria:Física]]
{{AutoCat}}
[[Categoria:Eletrônica]]
[[Categoria:Engenharia]]
[[Categoria:Radioamadorismo]]