Nesta era moderna de comunicação sem fio , muitos engenheiros estão demonstrando interesse em fazer especialização nas áreas de comunicação, mas isso requer conhecimento básico de conceitos fundamentais de comunicação, como tipos de antenas, radiação eletromagnética e vários fenômenos relacionados à propagação, etc. No caso de sistemas de comunicação sem fio, as antenas desempenham um papel proeminente papel, pois eles convertem os sinais eletrônicos em ondas eletromagnéticas de forma eficiente.

Tipos de Antenas

As antenas são componentes básicos de qualquer circuito elétrico pois fornecem links de interconexão entre o transmissor e o espaço livre ou entre o espaço livre e o receptor. Antes de discutirmos sobre os tipos de antena, existem algumas propriedades que precisam ser compreendidas. Além dessas propriedades, também abordamos em detalhes os diferentes tipos de antenas usadas no sistema de comunicação.

Propriedades das antenas

Ganho da antena
Abertura
Diretividade e largura de banda
Polarização
Comprimento efetivo
Diagrama polar

Ganho da antena: O parâmetro que mede o grau de diretividade do padrão radial da antena é conhecido como ganho. Uma antena com um ganho maior é mais eficaz em seu padrão de radiação. As antenas são projetadas de forma que a potência sobe na direção desejada e diminui nas direções indesejadas.

G = (potência irradiada por uma antena) / (potência irradiada por antena de referência)

Abertura: Essa abertura também é conhecida como a abertura efetiva da antena que participa ativamente da transmissão e recepção de ondas eletromagnéticas. A potência recebida pela antena fica associada à área coletiva. Esta área coletada de uma antena é conhecida como abertura efetiva.

Pr = Pd * A watts
A = pr / pd m2

Diretividade e largura de banda: A diretiva de uma antena é definida como a medida da radiação de potência concentrada em uma direção particular. Pode ser considerada como a capacidade de uma antena de direcionar a energia irradiada em uma determinada direção. Também pode ser notado como a relação entre a intensidade de radiação em uma determinada direção e a intensidade média de radiação. A largura de banda é um dos parâmetros desejados para escolher uma antena. Pode ser definido como a faixa de frequências sobre a qual uma antena pode irradiar e receber energia adequadamente.

Polarização: Uma onda eletromagnética lançada de uma antena pode ser polarizada verticalmente e horizontalmente. Se a onda for polarizada na direção vertical, o vetor E é vertical e requer uma antena vertical. Se o vetor E estiver na forma horizontal, ele precisa de uma antena horizontal para lançá-lo. Às vezes, a polarização circular é usada, é uma combinação de formas horizontais e verticais.

Comprimento efetivo: O comprimento efetivo é o parâmetro das antenas que caracteriza a eficiência das antenas em transmitir e receber ondas eletromagnéticas. O comprimento efetivo pode ser definido para antenas de transmissão e recepção. A proporção de EMF na entrada do receptor para a intensidade do campo elétrico ocorrido na antena é conhecida como comprimento efetivo do receptor. O comprimento efetivo do transmissor pode ser definido como o comprimento do espaço livre no condutor, e a distribuição de corrente em seu comprimento gera a mesma intensidade de campo em qualquer direção de radiação.

Comprimento efetivo = (Área sob distribuição de corrente não uniforme) / (Área sob distribuição de corrente uniforme)

Diagrama polar: A propriedade mais significativa de uma antena é seu padrão de radiação ou diagrama polar. No caso de uma antena transmissora, este é um gráfico que discute sobre a força do campo de potência irradiado pela antena em várias direções angulares, conforme mostrado no gráfico abaixo. Um gráfico também pode ser obtido para os planos vertical e horizontal - e também é denominado como padrões verticais e horizontais, respectivamente.

Até agora, cobrimos as propriedades das antenas e agora discutiremos os diferentes tipos de antenas que são usadas para diferentes aplicações.

Tipos de Antenas

Registrar Antenas Periódicas

Antenas de gravata borboleta
Matriz Dipolo Log-Periódica

Antenas de Arame

Antena Dipolo Curta
Antena dipolo
Antena Monopolo
Loop Antenna

Antenas de ondas itinerantes

Antenas helicoidais
Antenas Yagi-Uda

Antenas De Microondas

Antenas retangulares de microfitas
Antenas planas invertidas-F

Antenas refletoras

Refletor de canto
Refletor Parabólico

1. Antenas Log-Periódicas

Log Periodic Antenna

Uma antena log periódica também é chamada de matriz log periódica. É uma antena de feixe estreito direcional de vários elementos que funciona em uma ampla faixa de frequências. Esta antena é feita de uma série de dipolos colocados ao longo do eixo da antena em diferentes intervalos de tempo, seguidos por uma função logarítmica de frequência. A antena log periódica é usada em uma ampla gama de aplicações onde largura de banda variável é necessária junto com o ganho e diretividade da antena.

Antenas de gravata borboleta

Antena Gravata Borboleta

Uma antena de gravata borboleta também é conhecida como antena bicônica ou antena borboleta. A antena bicônica é uma antena omnidirecional de banda larga. De acordo com o tamanho desta antena, ela tem resposta em baixa frequência e atua como um filtro passa-alta. Conforme a frequência vai para limites mais altos, longe da frequência do projeto, o padrão de radiação da antena fica distorcido e se espalha.

A maioria das antenas de gravata borboleta são derivadas de antenas bicônicas. O disco é uma espécie de antena semi-bicônica. A antena de gravata borboleta é plana e, portanto, direcional.

Matriz Dipolo Log-Periódica

Antena Dipolo Periódica Log

O tipo mais comum de antena usado em tecnologia de comunicação sem fio é uma matriz dipolo periódica logarítmica que compreende fundamentalmente uma série de elementos dipolo. Essas antenas dipolo-array reduzem o tamanho da extremidade posterior para a extremidade dianteira. O feixe principal desta antena RF vem da extremidade frontal menor.

O elemento na extremidade posterior da matriz é grande em tamanho, com meio comprimento de onda operando em uma faixa de baixa frequência. O espaçamento do elemento é reduzido em direção à extremidade frontal da matriz, onde as menores matrizes são colocadas. Durante esta operação, conforme a frequência varia, uma transição suave ocorre ao longo da matriz dos elementos, o que leva a formar uma região ativa.

2. Antenas de fio

Antena de Arame

As antenas de fio também são conhecidas como antenas lineares ou curvas. Essas antenas são muito simples, baratas e são usadas em uma ampla gama de aplicações. Essas antenas são subdivididas em quatro, conforme explicado a seguir.

Antena dipolo

Uma antena dipolo é um dos alinhamentos de antena mais simples. Esta antena dipolo consiste em duas hastes de metal finas com uma diferença de voltagem senoidal entre elas. O comprimento das hastes é escolhido de forma que elas tenham um quarto do comprimento de onda nas frequências operacionais. Essas antenas são usadas para projetar suas próprias antenas ou outras antenas. Eles são muito simples de construir e usar.

Antena dipolo

A antena dipolo consiste em duas hastes metálicas através das quais fluem a corrente e a frequência. Este fluxo de corrente e tensão cria uma onda eletromagnética e os sinais de rádio são irradiados. A antena consiste em um elemento radiante que divide as hastes e faz com que a corrente flua através do centro usando um alimentador no transmissor que leva do receptor. Os diferentes tipos de antenas dipolo usadas como Antenas RF incluem meia onda, múltiplo, dobrado, não ressonante e assim por diante.

Antena Dipolo Curto:

“qual é o valor do capacitor ”

Antena Dipolo Curta

É o mais simples de todos os tipos de antenas. Esta antena é um fio de circuito aberto no qual curto denota “relativo a um comprimento de onda”, portanto, esta antena dá prioridade ao tamanho do fio em relação ao comprimento de onda da frequência de operação. Ele leva qualquer consideração sobre o tamanho absoluto da antena dipolo. A antena dipolo curta é composta por dois condutores colineares que são colocados ponta a ponta, com um pequeno vão entre os condutores por um alimentador. Um dipolo é considerado curto se o comprimento do elemento radiante for menor que um décimo do comprimento de onda.

eu<λ/10

A antena dipolo curta é feita de dois condutores colineares que são colocados ponta a ponta, com um pequeno intervalo entre os condutores por um alimentador.

A antena dipolo curta raramente é satisfatória do ponto de vista da eficiência porque a maior parte da energia que entra nessa antena é dissipada conforme o calor e as perdas resistivas também se tornam gradualmente altas.

Antena Monopolo

Uma antena monopolo é a metade de uma antena dipolo simples localizada sobre um plano aterrado, conforme mostrado na figura abaixo.

O padrão de radiação acima do plano aterrado será o mesmo da antena dipolo de meia onda, no entanto, a potência total irradiada é a metade de um dipolo, o campo é irradiado apenas na região do hemisfério superior. A diretividade dessas antenas torna-se o dobro em comparação com as antenas dipolo.

As antenas monopolo também são usadas como antenas montadas em veículos, pois fornecem o plano de aterramento necessário para as antenas montadas acima da terra.

Loop Antenna

Loop Antenna

As antenas de loop compartilham características semelhantes com as antenas dipolo e monopolo porque são simples e fáceis de construir. As antenas de loop estão disponíveis em diferentes formatos, como circular, elíptica, retangular, etc. As características fundamentais da antena de loop são independentes de seu formato. Eles são amplamente utilizados em links de comunicação com frequência em torno de 3 GHz. Essas antenas também podem ser usadas como sondas de campo eletromagnético nas bandas de microondas.

A circunferência da antena de quadro determina a eficiência da antena como semelhante à das antenas dipolo e monopolo. Essas antenas são classificadas em dois tipos: eletricamente pequenas e eletricamente grandes com base na circunferência do loop.

Antena de loop eletricamente pequena ———> Circunferência≤λ⁄10

Antena de loop eletricamente grande ———> Circunferência≈λ

Loops eletricamente pequenos de uma única volta têm pequena resistência à radiação em comparação com sua resistência à perda. A resistência à radiação de antenas de loop pequeno pode ser melhorada adicionando mais voltas. Os loops multivoltas têm melhor resistência à radiação, mesmo que tenham menos eficiência.

Small Loop Antenna

Devido a isso, as pequenas antenas de quadro são usadas principalmente como antenas receptoras onde as perdas não são obrigatórias. Loops pequenos não são usados como antenas de transmissão devido à sua baixa eficiência.

As antenas de loop ressonante são relativamente grandes e são direcionadas pela operação do comprimento de onda. Elas também são conhecidas como antenas de loop grande, pois são usadas em frequências mais altas, como VHF e UHF, onde seu tamanho é conveniente. Eles podem ser vistos como antenas dipolo dobradas e deformadas em diferentes formas, como esféricas, quadradas, etc., e têm características semelhantes, como alta eficiência de radiação.

3. Antenas de ondas itinerantes

Antenas helicoidais

As antenas helicoidais também são conhecidas como antenas helicoidais. Eles têm estruturas relativamente simples com um, dois ou mais fios, cada um enrolado para formar uma hélice, geralmente apoiado por um plano de aterramento ou refletor moldado e acionado por uma alimentação apropriada. O projeto mais comum é um único fio apoiado no solo e alimentado por uma linha coaxial.

Em geral, as propriedades de radiação de uma antena helicoidal estão associadas a esta especificação: o tamanho elétrico da estrutura, em que a impedância de entrada é mais sensível ao passo e tamanho do fio.

Antena helicoidal

As antenas helicoidais têm dois modos de radiação predominantes: o modo normal e o modo axial. O modo axial é usado em uma ampla gama de aplicações. No modo normal, as dimensões da hélice são pequenas em comparação com seu comprimento de onda. Esta antena atua como uma antena dipolo curta ou monopolo. No modo axial, as dimensões da hélice são as mesmas em comparação com seu comprimento de onda. Esta antena funciona como uma antena direcional.

Antena Yagi-Uda

Antena Yagi-Uda

Outra antena que faz uso de elementos passivos é a Antena Yagi-Uda . Este tipo de antena é barato e eficaz. Pode ser construído com um ou mais elementos refletores e um ou mais elementos diretores. As antenas Yagi podem ser feitas usando uma antena com um refletor, um elemento ativo dipolo dobrado acionado e diretores montados para polarização horizontal na direção direta.

“como fazer um motor de indução ”

4. Antenas de microondas

As antenas que operam em frequências de microondas são conhecidas como antenas de microondas . Essas antenas são usadas em uma ampla gama de aplicações.

Antenas retangulares de microfitas

Antenas retangulares de microfitas

Para aplicações em naves espaciais ou aeronaves - com base nas especificações como tamanho, peso, custo, desempenho, facilidade de instalação, etc. - as antenas de baixo perfil são preferidas. Essas antenas são conhecidas como antenas de microfita retangulares ou antenas remendadas; elas precisam apenas de espaço para a linha de alimentação, normalmente colocada atrás do plano de aterramento. A principal desvantagem de usar essas antenas é sua largura de banda ineficiente e muito estreita, que normalmente é uma fração de um por cento ou, no máximo, alguns por cento.

Antenas planas invertidas-F

Uma Antena F Invertida Planar pode ser considerada como um tipo de antena F Invertida (IFA) linear na qual o elemento radiante do fio é substituído por uma placa para aumentar a largura de banda. A vantagem dessas antenas é que elas podem ser escondidas na caixa do celular quando comparadas a diferentes tipos de antenas, como um chicote, haste ou antenas helicoidais, etc. A outra vantagem é que elas podem reduzir a radiação reversa em direção ao topo do a antena por absorção de energia, o que aumenta a eficiência. Eles fornecem alto ganho nos estados horizontal e vertical. Esse recurso é mais importante para qualquer tipo de antenas usadas em comunicações sem fio.

5. Antenas refletoras

Antena Refletor de Canto

Antena Refletor de Canto

A antena que compreende um ou mais elementos dipolo colocados na frente de um refletor de canto, é conhecida como antena refletor de canto. A diretividade de qualquer antena pode ser aumentada usando refletores. No caso de uma antena de fio, uma folha condutora é usada atrás da antena para direcionar a radiação na direção para frente.

Antena Refletor Parabólico

A superfície radiante de uma antena parabólica tem dimensões muito grandes em comparação com seu comprimento de onda. As ópticas geométricas, que dependem de raios e frentes de onda, são usadas para conhecer certas características dessas antenas. Certas propriedades importantes dessas antenas podem ser estudadas usando ótica de raios e de outras antenas usando a teoria do campo eletromagnético.

Antena parabólica

Uma das propriedades úteis desta antena é a conversão de uma frente de onda esférica divergente em uma frente de onda paralela que produz um feixe estreito da antena. Os vários tipos de alimentação que usam esse refletor parabólico incluem alimentação de chifre, alimentação cartesiana e alimentação dipolo.

Neste artigo, você estudou sobre os diferentes tipos de antenas e suas aplicações em comunicações sem fio e o uso de antenas na transmissão e recepção de dados. Para qualquer ajuda relacionada a este artigo, entre em contato conosco comentando na seção de comentários abaixo.

créditos fotográficos: