Antenas

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Seminário sobre Antenas apresentado na disciplina de Princípios de Telecomunicações do curso de Engenharia da Computação, do Centro Universitário de Votuporanga - UNIFEV.

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Antenas

  1. 1. LUCAS MARTINS SABADINI MATEUS BONI DIAS MATEUS MATIAS CRIADO OTAVIO DA SILVA CAVALCANTE WANDER PEREIRA LUCAS MARTINS SABADINI MATEUS BONI DIAS MATEUS MATIAS CRIADO OTAVIO DA SILVA CAVALCANTE WANDER PEREIRA
  2. 2. 1. CONCEITOS 2. DEFINIÇÃO 3. TIPOS DE ANTENAS 4. ANTENA ISOTRÓPICA 5. GANHO 6. POLARIZAÇÃO, DIREÇÃO 7. DIAGRAMA DE RADIAÇÃO 8. REFERÊNCIAS 1. CONCEITOS 2. DEFINIÇÃO 3. TIPOS DE ANTENAS 4. ANTENA ISOTRÓPICA 5. GANHO 6. POLARIZAÇÃO, DIREÇÃO 7. DIAGRAMA DE RADIAÇÃO 8. REFERÊNCIAS ROTEIRO 2
  3. 3. 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 elétrons 3 CONCEITO
  4. 4. “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 estudo e desenvolvimento das teorias eletromagnéticas proposta pelo matemático e físico James Clerk Maxwell. 4 ANTENAS Definição
  5. 5. 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, AM Antenas 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, Slot Antenas de Internet Antenas Naturais 5 ANTENAS Tipos
  6. 6. 6 ANTENA ISOTRÓPICA Conceito Quando 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 de concentrar a energia irradiada numa determinada direção;
  7. 7. 7 Quanto maior o ganho de uma antena, mais direcional ela é, ou seja, a energia é concentrada numa única direção o que também nos garante um menor ângulo de radiação; Antena isotrópica é aquela que irradia igualmente em 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 como padrão de referência na medição de outras antenas; ANTENA ISOTRÓPICA Conceito
  8. 8. 8 Figura 1 - Diagrama de irradiação da antena isotrópica Fonte: http://es.slideshare.net/alejandroozm/introduccion-a-las-comunicaciones-por-microondas ANTENA ISOTRÓPICA Conceito
  9. 9. 9 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. GANHO Definição
  10. 10. 10 GANHO Conclusão 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 dB uma dada potência P2 é maior que P1.
  11. 11. 11 GANHO Cálculo Exemplos: 6 dB = 3 dB + 3 dB = 2 x 2 = 4 vezes/ganho 13 dB = 10 dB + 3 dB = 10 x 2 = 20 vezes/ganho 16 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.
  12. 12. 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). 12 GANHO Cálculo η Potência total aplicada = Potência radiada + Perdas ôhmicas G = η.D (0 ≤ η ≤ 1) Para antena sem perdas (η = 1): Ganho = Diretividade
  13. 13. • Antena é o elemento responsável pela radiação ou recepção de ondas eletromagnéticas. • É responsável por transferir energia de um circuito para o espaço e vice-versa. • A polarização de uma onda eletromagnética é o plano no qual se encontra a componente elétrica desta onda. 13 POLARIZAÇÃO
  14. 14. Polarização linear vertical, mostrando somente o campo elétrico: 14 POLARIZAÇÃO Vídeo 1 – Polarização linear vertical. Fonte: http://www.qsl.net/py4zbz/antenas/polarizacao.htm
  15. 15. Polarização linear horizontal, mostrando somente o campo elétrico: 15 POLARIZAÇÃO Vídeo 2 – Polarização linear horizontal. Fonte: http://www.qsl.net/py4zbz/antenas/polarizacao.htm
  16. 16. A combinação de duas ondas linearmente polarizadas, uma vertical e outra horizontal, e eletricamente em fase, resulta em uma onda linearmente polarizada inclinada: 16 POLARIZAÇÃO Vídeo 3 - Onda Linearmente polarizada inclinada. Fonte: http://www.qsl.net/py4zbz/antenas/polarizacao.htm
  17. 17. 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: 17 POLARIZAÇÃO Vídeo 4 - Onda circularmente polarizada. Fonte: http://www.qsl.net/py4zbz/antenas/polarizacao.htm
  18. 18. Definição da polarização da onda circular: 18 POLARIZAÇÃO Figura 2 - Polarização da onda circular. Fonte: http://www.qsl.net/py4zbz/antenas/polarizacao.htm
  19. 19. Propagação da onda eletromagnética com a polarização circular: 19 POLARIZAÇÃO Figura 3 – Polarização circular RHCP Fonte: http://www.qsl.net/py4zbz/antenas/polarizacao.htm
  20. 20. • A e B são ondas linearmente polarizadas, uma vertical e outra horizontal. • C é a onda resultante de A + B. 20 POLARIZAÇÃO Vídeo 5 – Somatória de ondas linearmente polarizadas Fonte: http://www.qsl.net/py4zbz/antenas/polarizacao.htmb A B C
  21. 21. 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 Ponto Fonte: http://www.teleco.com.br/tutoriais/tutorialredeswifi1/pagina_4.asp DIAGRAMA DE RADIAÇÃO Aplicação DIAGRAMA DE RADIAÇÃO Aplicação
  22. 22. 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. 22 DIAGRAMA DE RADIAÇÃO Aplicação DIAGRAMA DE RADIAÇÃO Aplicação Figura 5 – Link Ponto a Ponto Fonte: http://www.teleco.com.br/tutoriais/tutorialredeswifi1/pagina_4.asp
  23. 23. 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°). 23 DIAGRAMA DE RADIAÇÃODIAGRAMA DE RADIAÇÃO Figura 6 – Diagrama de radiação tridimensional Fonte: Camargo, 2008.
  24. 24. 24 DIAGRAMA DE RADIAÇÃODIAGRAMA DE RADIAÇÃO Vídeo 6 – Diagramas de Radiação das antenas GPS/GSM Linha Serie 1: Fonte: https://www.youtube.com/watch?v=ZQxD8pbPL30
  25. 25. 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. 25 DIAGRAMA DE RADIAÇÃODIAGRAMA DE RADIAÇÃO Figura 7 – Carta polar http://www.gta.ufrj.br/seminarios/semin2003_1/miguel/Capitulo4.htm
  26. 26. 26 DIAGRAMA DE RADIAÇÃODIAGRAMA DE RADIAÇÃO Figura 8 – Carta polar http://coral.ufsm.br/gpscom/professores/andrei/Semfio/cap6tulo%203.pdf
  27. 27. 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; 27 DIAGRAMA DE RADIAÇÃODIAGRAMA DE RADIAÇÃO
  28. 28. Largura de feixe de meia potência ou ângulo de abertura (HPBW, de “Half Power Beam Width”): 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 tridimensional Largura 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. 28 DIAGRAMA DE RADIAÇÃODIAGRAMA DE RADIAÇÃO
  29. 29. 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. 29 DIAGRAMA DE RADIAÇÃODIAGRAMA DE RADIAÇÃO Figura 8 – diagrama de irradiação Fonte: Camargo, 2008.
  30. 30. • 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

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