ANT022808 2022 2 AULA01

Introdução à teoria de antenas e seus tipos

OBJETIVOS

Os objetivos de aprendizagem desta aula são:

• Compreender o conceito de antena, explicando os fundamentos básicos que a definem.
• Conhecer os principais parâmetros antenas, seus tipos e suas aplicações, relacionando com suas faixas de frequência de operação nessas aplicações.

METODOLOGIA

Será uma aula expositiva e dialogada, utilizando apresentação de slides, onde serão abordados através de exemplos os seguintes assuntos:

• Por que estudar antenas?
• Conceitos básicos sobre antenas e aplicações;
• Principais tipos de antenas e categorias.

PARA ESTUDO

O material de estudo para esta aula é principalmente (BALANIS, 2008, vol 1), capítulo 1, e (RIBEIRO, 2012), capítulo 2. Complementarmente, indica-se a leitura do capítulo 1 do (STUTZMAN, 2016).

– Destacam-se os exercícios 6.1, 6.6, 6.8, 6.10 do (RIBEIRO, 2012) e o 1.4-1 do (STUTZMAN, 2016).

Para saber mais sobre o funcionamento dos diversos tipos de antenas, recomenda-se assistir ao longo da primeira parte do semestre letivo (subunidade I) as videoaulas 10 à 23 da playlist de antenas do prof. Walter (UFSC):

O que é uma antena?

Antena é um dispositivo que transforma energia eletromagnética guiada pela linha de transmissão em energia eletromagnética irradiada, ou o contrário, isto é, transforma energia eletromagnética irradiada em energia eletromagnética guiada para a linha de transmissão. Por isso, a função da antena é primordial em qualquer comunicação realizada por radiofrequência. A relação entre as potências de emissão e recepção é proporcional e obedece à Fórmula de Friis.

Antena é definida pelo dicionário como

"Um dispositivo metálico para irradiar ou receber ondas de rádio."

A definição oficial do IEEE é mais simples ainda

"Um meio para irradiar ou receber ondas de rádio."

Essas definições estão corretas para as obras em que figuram: as antenas são um meio para irradiar e receber ondas de rádio. Aplicam-se diversas técnicas de diretividade, onde fatores como a frequência e o ganho desejado são fundamentais para definir seu formato e dimensão.

De forma geral, existe uma proporção entre o comprimento da onda eletromagnética e o tamanho da 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.

No estudo e projeto de antenas, não importa em que frequência do espectro eletromagnético seja aplicada, sempre serão usados os mesmos princípios matemáticos, físicos e práticos da teoria eletromagnética, ela é constante, imutável e invariável.

Quanto maior a frequência utilizada nas antenas, maior deve ser a precisão dos dispositivos, equipamentos e medições.

Figura 1 - Ondas confinadas X Ondas não confinadas.

Antena isotrópica

Antena isotrópica é aquela que irradia igualmente em todas as direções. Os diagramas de irradiação vertical e horizontal são em forma esférica. 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 como padrão de referência na medição de outras antenas, embora alguns fabricantes considerem a antena dipolo um elemento bem melhor como padrão de referência, porque ele é uma antena real e não imaginária.

De qualquer forma, a escolha de uma ou outra referência não altera em nada as características da antena medida. É a mesma coisa que medir uma mesa em metros ou polegadas; apesar dos números se apresentarem diferentes, o tamanho da mesa será igual. É lógico que sempre é necessário indicar qual a unidade que foi usada (metros ou polegas). A mesma coisa acontece no caso da antena: devemos indicar qual o padrão de referência que usamos para expressar o seu ganho.

Figura 2 - Antena isotrópica.

Potência total radiada (transmitida)

P_T [W]

Densidade de potência

$\rho ={\frac {P_{T}}{A\pi r^{2}}}$ [W/m²]

Para uma onda eletromagnética que se propaga pelo espaço liver, temos:

$\rho ={\frac {E^{2}}{2\eta _{0}}}$

Onde:

Falhou ao verificar gramática (erro de sintaxe): {\displaystyle \eta_0=377 \Omega}}

Referências

[1] https://youtube.com/playlist?list=PLV2ClAMG4tOiSlM0BfQaypjBoGHn8kHtG

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