ANT022808 2022 2 AULA07

Atividade de Simulação Eletromagnética - Radiadores básicos

OBJETIVOS

Os objetivos de aprendizagem desta aula são:

• Complementar o conhecimento sobre radiadores básicos a partir de simulação eletromagnética.

METODOLOGIA

A aula será baseada em uma atividade de simulação eletromagnética e preenchimento de relatório (modelo será disponibilizado).

PARA ESTUDO

O instalador do software de simulação assim como alguns tutoriais podem ser encontrados no site: https://www.qsl.net/4nec2/

INTRODUÇÃO

O intuito desta atividade é complementar e auxiliar na compreensão da teoria sobre o funcionamento dos radiadores básicos de tipo dipolo, monopolo e antena de quadro a partir de simulações eletromagnéticas.

Tabela 1. Resumo de radiadores básicos (STUTZMAN, 2016):

Parte 1 - Dipolo curto (electricamente pequeno) - análise de diagrama de radiação

Nesta parte, você irá analisar os resultados simulados para um dipolo curto tais como padrão de radiação e parâmetros principais, ganho, componentes de campo elétrico, e resistência de entrada, assim como compará-los com os esperados conforme a teoria.

1. Configure a impedância de referência para 75 Ohms na janela de menu principal (Settings > Char. impedance). ATENÇÃO: Mantenha essa configuração igual para todas as simulações das demais antenas.
2. No editor*, construa um dipolo (Edit > input (.nec) file) disposto no eixo z, centrado na origem, com comprimento total de 2 cm e raio de espessura de 0,1 mm. Configure 11 elementos (segmentos), com excitação no segmento central (magnitude 1 V, fase 0). A frequência de simulação será de 300 MHz, e o ambiente (environment) será o espaço livre. Salve o arquivo de edição .nec (File > save as). *Observação: Você pode optar por construir a estrutura usando o editor gráfico (Settings > Geometry edit) ou o textual (Settings > NEC editor (new)).
3. Na mesma frequência, simule o diagrama de radiação de campo distante com uma resolução de um grau (1 deg.) (Calculate > NEC output data > Far field pattern > Generate).
4. No menu principal, anote (em um papel ou diretamente no relatório) a impedância de entrada (impedance) e razão de onda estacionária (SWR) mostradas. Observação: a configuração realizada até o momento prevê fios de condutividade infinita, e portanto, nenhuma resistência de perdas. Se você quiser configurar a condutividade do fio para contabilizar as perdas e analisar a eficiência da antena, faça isso através da aba Source/loads na janela do editor ativando a opção “show loads” e preenchendo a linha com o tipo “wire conductivity”, o tag correspondente e o material desejado.
5. No menu da janela de geometria, visualize e analise a distribuição de corrente (Currents> Current Magnitude, e Currents> Magnitude as color). Pode clicar na figura e rotacionar para melhorar a visualização, e também ajustar o zoom (View > reset ou zoom in/out). Também, visualize e analise o diagrama 3D (Show > Near/Far Field). Opcional: outra maneira de visualizar a distribuição de corrente e do diagrama é na visualização 3D, no menu principal (Window > 3D Viewer). ATENÇÃO: caso alguma janela de resultados de simulação seja fechada acidentalmente, simule novamente. Para evitar que isso aconteça , tente afastar e não clicar na janela de edição desnecessariamente.
6. No menu do diagrama de radiação (Pattern), conforme esperado na teoria, analise os diagramas de ganho total 2D em ambos planos vertical (elevação) e horizontal (azimutal). A visualização dos planos pode ser alterada usando: Farfield > Vertical Plane. Além disso, pode mudar os valores de phi/theta para os planos vertical/horizontal utilizando as teclas de direção (esquerda, direita, acima, abaixo); o valor do ângulo phi ou theta correspondente aparece no canto inferior esquerdo. Analise a variação desses ângulos, e veja se condiz com o esperado para o diagrama de radiação em questão.
7. Volte para o diagrama de ganho total 2D no plano vertical e Phi = 0, e tome nota do ganho máximo que aparece em dBi em cor azul no canto inferior direito e observe o ângulo de elevação (theta) onde isso acontece. Pode também obter informação do ganho máximo nas abas do menu (Show > info). Anote também a largura de feixe de meia potência (HPBW) desse plano que aparece dessa informação.
8. Ative a vista de ambos planos horizontal e vertical simultaneamente* (Far field > Show both), analise, e em seguida salve a figura (Show > Print > Save as) e/ou copie (Copy) diretamente no relatório. *Atenção: caso não consiga ativar ambos planos, salve figuras independentes para cada plano.
9. Finalmente, ainda no menu do diagrama de radiação (Pattern), analise agora os diagramas de campo elétrico, nas duas componentes E(phi) e E(theta) (Show > Next/previous Pattern) em ambos planos para cada uma delas. O nome do tipo de diagrama aparece em negrita no canto superior esquerdo. Verifique se os diagramas dessas componentes estão conforme o esperado pela teoria.
10. Com a vista de ambos planos horizontal e vertical simultaneamente ativa, salve as figuras correspondentes a ambas componentes de campo elétrico.

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