Definição

ANTENAS
Profs. Fernando J.S. Moreira e Cássio G. Rego © 2010 - DELT/UFMG
Definição
A antena é um dispositivo que, em rádio frequências (RF), faz
a adaptação da energia eletromagnética guiada para o espaço
livre e vice-versa.
Canal
Rádio
Transmissor
Receptor
O sinal de informação em geral modula a amplitude ou a fase
de uma portadora (onda eletromagnética com uma certa
frequência), que transmite tal informação do transmissor ao
receptor.
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Sistemas de Telecomunicações
A informação pode ser transferida de um ponto a outro por:
Meios guiados: linhas de transmissão (par trançado), cabos coaxiais,
fibras ópticas, etc. Práticos quando atendem a diversos usuários
simultaneamente.
UTP
STP
Cabo Coaxial
Atmosfera: antenas e propagação.
comunicações móveis, via satélite, etc.)
Maior
Guia de Onda
flexibilidade
Fibra Óptica
(por
ex.,
ANTENAS
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Sistemas de Telecomunicações
Os enlaces envolvendo antenas podem ser classificados
(basicamente) como:
Ponto-a-ponto: duas antenas apontando
diretamente uma para a outra (visada direta).
Requer duas antenas diretivas.
Ponto-multiponto: uma das antenas cobrindo
uma região (ex., radiodifusão, “rádio-base”
em telefonia celular, antena embarcada em
satélite, etc.). Esta antena não possui a
“máxima diretividade possível”.
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Espectro Eletromagnético
Faixa
VLF (Very Low Frequency)
3 a 30 kHz
Mecanismos de Propagação
Aplicações
Onda guiada entre a camada D da
ionosfera e a superfície da Terra e
refratada no solo e no mar.
Radionavegação. Comunicação móvel
marítima com alcance mundial.
Radiolocalização. Padrões horários.
LF (Low Frequency)
30 a 300 kHz
Onda guiada até 100 kHz, com a onda
ionosférica tornando-se distinta acima
desta frequência.
Radionavegação. Comunicação móvel
marítima. Radiolocalização. Radiodifusão.
MF (Medium Frequency)
300 a 3.000 kHz
Onda de superfície à curta distância e
em frequências mais baixas e onda
ionosférica a longa distância.
Radiodifusão AM. Radionavegação.
Comunicação Móvel Marítima.
HF (High Frequency)
3 a 30 MHz
Onda ionosférica acima da distância
mínima; onda de superfície a distâncias
curtas.
Telefonia fixa e móvel à longa distância.
Radiodifusão internacional. Rádio amador.
Comunicação móvel marítima e aeronáutica.
VHF (Very High Frequency)
30 a 300 MHz
Propagação troposférica: visibilidade
direta, reflexão, difração e tropodifusão.
Telefonia. Radiodifusão FM e TV. Rádio
amador. Radionavegação. Radioastronomia.
Serviços de despacho (táxi, polícia, etc.)
UHF (Ultra High Frequency)
300 a 3.000 MHz
Propagação troposférica: visibilidade
direta, reflexão, difração e tropodifusão.
Telefonia móvel celular. Radiodifusão UHF.
Radionavegação. Radioastronomia. Radar.
Telefone sem fio. WLAN. Wi-Fi.
SHF (Super High Frequency)
3 a 30 GHz
Visibilidade direta.
Sistemas de média e alta capacidade.
Radioastronomia. Microondas. Via-satélite.
Radar. Sensoreamento remoto.
EHF (Extremely High Frequency)
30 a 300 GHz
Visibilidade direta.
Via-satélite. Radar. Sensoreamento remoto.
Aplicações em fase experimental
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Características Básicas
As características elétricas de uma antena dependem da
distribuição espacial das correntes induzidas na superfície (ou
no volume) da antena e das dimensões elétricas desta antena
(dimensões relativas ao comprimento de onda).

λ

J
c 3 × 10 (m/s )
λ= ≈
f
f (Hz )
8
Como o sinal (campo eletromagnético) de comunicação é
formado por várias componentes de frequências distintas, a
antena deve ser projetada (sintetizada) para operar, com certa
uniformidade, dentro de uma determinada faixa de operação.
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Características Básicas
Diagrama de Radiação (Diretividade): representação
gráfica da densidade de potência radiada em função da
direção em torno da antena.
Diagrama Tridimensional de um dipolo
de comprimento = 1.25λ
Diagrama Polar
do mesmo dipolo
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Características Básicas
Perda de Retorno (Eficiência): indicativo da percentagem de
potência média efetivamente radiada (na transmissão) ou
recebida (recepção).
Potência Fornecida
pelo Gerador
Potência
Radiada
Potência Refletida
pela Antena
Eficiência Total =
Potência Radiada
Potência do Gerador
Perda de Retorno na
Faixa de Operação
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Características Básicas
Polarização: orientação do campo eletromagnético
radiado/recebido.

E
Polarização Linear

E
Polarização Circular
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Antenas e Propagação
Radiodifusão AM (MF, 0,55 a 1,6 MHz):



Monopolos (torres) de λ/4 (≈ 100 metros) ou unipoles.
Propagação por onda de superfície (eficiente até 3 MHz).
Alta potência (5 a 50 KW).
Conjunto FM
no topo
Monopolo
onda de superfície
Transformador
Isolador
Solo
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Antenas e Propagação
Refração Ionosférica (HF, 3 a 30 MHz):


Ionosfera refrata ondas de rádio até 30 MHz.
km
Ex.: radiodifusão intercontinental.
mi
D: pico ∼12h. Some
à noite. Absorve
fortemente até 10
MHz.
E: perde ionização
mais lentamente à
noite. Refrata até 30
MHz no pico.
F1 e F2: combinam
na camada F à noite,
podendo refratar até
15 MHz. No pico
(dia) até 30 MHz.
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Antenas e Propagação
Direto
VHF e UHF (30 a 3.000 MHz):

Refletido


Duto
Troposférico
Antenas menores podem ser usadas.
Multipercurso (mais de um mecanismo
de propagação).
Atenuações e desvanecimentos.
REGIÃO DE
SOMBRA
Desvanecimentos
Difratado
Difração
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Antenas e Propagação
FM
VHF e UHF (30 a 3.000 MHz):

Ex.: TV aberta (VHF e UHF) e
Rádio FM (88—108 MHz)
TV
Pol.
Linear
Dipolo meia onda
Dipolo dobrado
Pol.
Circular
Super-turnstyle
Painel de dipolos
Dipolos em V
Anel
ANTENAS
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Antenas e Propagação
VHF e UHF (30 a 3.000 MHz):

Ex.: telefonia móvel e PCS
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Antenas e Propagação
SHF e EHF (3 a 300 GHz):



Antenas refletoras altamente diretivas.
Visada direta e fortes atenuações
causadas pela atmosfera e vapor d’água.
Ex.: comunicação via satélite.
Refletor
Conjunto de
Alimentadores
Reflectarray
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Tipos de Antenas
Antenas Filamentares (Lineares)
Monopolo
• Simples (menores custos)
• Baixa diretividade
Antena Yagi-Uda
Antenas Log-Periódicas
ANTENAS
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Tipos de Antenas
Antenas de Abertura
• Maiores custos (material, precisão
mecânica, alinhamento, etc.)
• Maior diretividade
Corneta
Duplo-Refletor
Cassegrain
Refletor Front-Fed
Refletor Offset
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Tipos de Antenas
Conjuntos
Slot Array
• Maior diretividade
• Reconfigurabilidade (ex., “tilt” elétrico)
• Sistema de alimentação mais complexo
Very Large Array (27 elementos de 25m)
Novo México - EUA
Conjunto de Dipolos Dobrados
em uma Câmara Anecóica
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Tipos de Antenas
Conjuntos (cont.)
Conjunto de
log-periódicas
Conjunto de
helicoidais
Conjunto de
Yagi-Udas
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Tipos de Antenas
Conjuntos (cont.)
•
•
Radiotelescópio ATA (0.5—11.5 GHz)
350 elementos (10.000 m2) até 2010
Reprodução artística do conjunto
Duplo-Refletor Gregoriano Offset
(6.10 m de abertura)
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Tipos de Antenas
Conjuntos (cont.)
•
Estancia, NM
UHF (125-950 MHz)
Synthetic Apertures
Albuquerque, NM: Banda Ku (15 GHz) vs. foto (óptica)
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Tipos de Antenas
Conjuntos (cont.)
• Antenas impressas
substrato
W
H
plano terra
Z 0 = Z 0 (W , H , t , ε )
fita condutora
ε
W
dielétrico
plano terra
t
H
Conjunto de antenas em microfita
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Tipos de Antenas
Conjuntos (cont.)
• Antenas impressas
Sistema de
alimentação
Diagrama de
Radiação
7 elementos
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Tipos de Antenas
Conjuntos (cont.)
• Antenas impressas
Antenas impressas protegidas por radome e diagrama de radiação