Teoria da Antena - Guia Rápido

Uma pessoa que precisa transmitir um pensamento, uma ideia ou uma dúvida pode fazê-lo voice communication.

A ilustração a seguir mostra duas pessoas se comunicando. Aqui, a comunicação ocorre através desound waves. No entanto, se duas pessoas que estão a distâncias maiores querem se comunicar, temos que converter essas ondas sonoras emelectromagnetic waves. O dispositivo, que converte o sinal de informação necessário em ondas eletromagnéticas, é conhecido como umAntenna.

O que é uma antena?

Uma antena é um transdutor que converte energia elétrica em ondas eletromagnéticas e vice-versa.

Uma antena pode ser usada como um transmitting antenna ou um receiving antenna.

• UMA transmitting antenna é um, que converte sinais elétricos em ondas eletromagnéticas e as irradia.

• UMA receiving antenna é um, que converte ondas eletromagnéticas do feixe recebido em sinais elétricos.

• Na comunicação bidirecional, a mesma antena pode ser usada para transmissão e recepção.

A antena também pode ser denominada como um Aerial. Plural disso é,antennae ou antennas. Hoje em dia, as antenas têm sofrido muitas modificações, de acordo com seu tamanho e formato. Existem muitos tipos de antenas, dependendo de sua ampla variedade de aplicações.

As fotos a seguir são exemplos de diferentes tipos de antenas.

Neste capítulo, você aprenderá os conceitos básicos de antena, especificações e diferentes tipos de antenas.

Necessidade de antena

No campo dos sistemas de comunicação, sempre que surge a necessidade de comunicação sem fio, ocorre a necessidade de uma antena. Antennatem a capacidade de enviar ou receber ondas eletromagnéticas para fins de comunicação, onde você não pode esperar estabelecer um sistema de fiação. O cenário a seguir explica isso.

Cenário

Para entrar em contato com uma área remota, a fiação deve ser instalada ao longo de todo o percurso ao longo dos vales, montanhas, caminhos tediosos, túneis, etc., para chegar ao local remoto. A evolução da tecnologia sem fio tornou todo esse processo muito simples. A antena é o elemento-chave dessa tecnologia sem fio.

Na imagem acima, as antenas ajudam a comunicação a ser estabelecida em toda a área, incluindo vales e montanhas. Esse processo obviamente seria mais fácil do que instalar um sistema de fiação em toda a área.

Mecanismo de Radiação

A única funcionalidade de uma antena é power radiationou recepção. A antena (quer ela transmita, receba ou os dois) pode ser conectada ao circuito da estação por meio de uma linha de transmissão. O funcionamento de uma antena depende do mecanismo de radiação de uma linha de transmissão.

Um condutor, que é projetado para transportar corrente por grandes distâncias com perdas mínimas, é denominado como um transmission line. Por exemplo, um fio, que é conectado a uma antena. Uma linha de transmissão conduzindo corrente com velocidade uniforme, sendo a linha reta com extensão infinita,radiates no power.

Para uma linha de transmissão, para se tornar um guia de ondas ou para irradiar energia, deve ser processada como tal.

• Se a potência tiver que ser irradiada, embora a condução da corrente seja com velocidade uniforme, o fio ou linha de transmissão deve ser dobrado, truncado ou terminado.

• Se esta linha de transmissão tiver corrente, que acelera ou desacelera com uma constante variável no tempo, ela irradia a energia mesmo que o fio seja reto.

• O dispositivo ou tubo, se dobrado ou terminado para irradiar energia, é chamado de waveguide. Eles são especialmente usados ​​para a transmissão ou recepção de microondas.

Isso pode ser bem compreendido observando o seguinte diagrama -

O diagrama acima representa um guia de ondas, que atua como uma antena. A energia da linha de transmissão viaja através do guia de ondas que tem uma abertura para irradiar a energia.

Tipos básicos de antenas

As antenas podem ser divididas em vários tipos, dependendo -

• A estrutura física da antena.

• As faixas de freqüência de operação.

• O modo de aplicativos etc.

Estrutura física

A seguir estão os tipos de antenas de acordo com a estrutura física. Você aprenderá sobre essas antenas em capítulos posteriores.

• Antenas de fio
• Antenas de abertura
• Antenas refletoras
• Antenas de lente
• Antenas de tira micro
• Matriz de antenas

Freqüência de operação

A seguir estão os tipos de antenas de acordo com a frequência de operação.

• Freqüência muito baixa (VLF)
• Baixa frequência (LF)
• Média frequência (MF)
• Alta Frequência (HF)
• Frequência muito alta (VHF)
• Ultra alta frequência (UHF)
• Super alta frequência (SHF)
• Microondas
• Onda de rádio

Modo de Aplicações

A seguir estão os tipos de antenas de acordo com os modos de aplicação -

• Comunicações ponto a ponto
• Aplicativos de transmissão
• Comunicações de radar
• Comunicações via satélite

Os parâmetros básicos de comunicação são discutidos neste capítulo para se ter uma ideia melhor sobre a comunicação sem fio usando antenas. A comunicação sem fio é feita em forma de ondas. Portanto, precisamos dar uma olhada nas propriedades das ondas nas comunicações.

Neste capítulo, vamos discutir sobre os seguintes parâmetros -

• Frequency
• Wavelength
• Impedância
• VSWR e potência refletida
• Bandwidth
• Largura de banda percentual
• Intensidade de radiação

Agora, vamos aprendê-los em detalhes.

Frequência

De acordo com a definição padrão, “A taxa de repetição de uma onda durante um determinado período de tempo é chamada de frequency. ”

Simplesmente, frequência se refere ao processo de quantas vezes um evento ocorre. Uma onda periódica se repete após cada‘T’ segundos (período de tempo). Frequency da onda periódica nada mais é do que o recíproco do período de tempo (T).

Expressão Matemática

Matematicamente, é escrito como mostrado abaixo.

$$f = \frac{1}{T}$$

Onde

• f é a frequência da onda periódica.

• T é o período de tempo em que a onda se repete.

Unidades

A unidade de frequência é Hertz, abreviado como Hz.

A figura fornecida acima representa uma onda senoidal, que é plotada aqui para a tensão em milivolts em relação ao tempo em milissegundos. Esta onda se repete a cada 2 t milissegundos. Então, período de tempo, T = 2t milissegundos e frequência,$f = \frac{1}{2T}KHz$

Comprimento de onda

De acordo com a definição padrão, “A distância entre dois pontos máximos consecutivos (cristas) ou entre dois pontos mínimos consecutivos (vales) é conhecida como o wavelength. ”

Simplesmente, a distância entre dois picos positivos imediatos ou dois picos negativos imediatos nada mais é do que o comprimento dessa onda. Pode ser denominado comoWavelength.

A figura a seguir mostra uma forma de onda periódica. owavelength (λ)e a amplitude são denotadas na figura. Quanto maior a freqüência, menor será o comprimento de onda e vice-versa.

Expressão Matemática

A fórmula para o comprimento de onda é,

$$\lambda = \frac{c}{f}$$

Onde

• λ é o comprimento de onda

• c é a velocidade da luz ($3 * 10^{8}$ metros / segundo)

• f é a frequência

Unidades

O comprimento de onda λé expresso em unidades de comprimento, como metros, pés ou polegadas. O termo comumente usado émeters.

Impedância

De acordo com a definição padrão, “O valor aproximado da impedância de um transmissor, quando igual ao valor aproximado da impedância de um receptor, ou vice-versa, é denominado como Impedance matching. ”

A correspondência de impedância é necessária entre a antena e o circuito. A impedância da antena, a linha de transmissão e os circuitos devem corresponder para quemaximum power transfer ocorre entre a antena e o receptor ou transmissor.

Necessidade de correspondência

Um dispositivo ressonante é aquele que oferece melhor saída em certas bandas estreitas de frequências. Antenas são assimresonant devices cuja impedância, se combinada, oferece uma saída melhor.

• A potência irradiada por uma antena, será efetivamente irradiada, se o antenna impedance corresponde à impedância do espaço livre.

• Para receiver antenna, a impedância de saída da antena deve corresponder à impedância de entrada do circuito amplificador do receptor.

• Para transmitter antenna, a impedância de entrada da antena deve corresponder à impedância de saída do amplificador do transmissor, junto com a impedância da linha de transmissão.

Unidades

A unidade de impedância (Z) é Ohms.

VSWR e energia refletida

De acordo com a definição padrão, “A relação entre a tensão máxima e a tensão mínima em uma onda estacionária é conhecida como Voltage Standing Wave Ratio. ”

Se a impedância da antena, da linha de transmissão e do circuito não corresponderem, a energia não será irradiada de forma eficaz. Em vez disso, parte da energia é refletida de volta.

Os principais recursos são -

• O termo que indica que a incompatibilidade de impedância é VSWR.

• VSWRsignifica Voltage Standing Wave Ratio. Também é chamado deSWR.

• Quanto maior a diferença de impedância, maior será o valor de VSWR.

• O valor ideal de VSWR deve ser 1: 1 para radiação efetiva.

• A potência refletida é a potência desperdiçada com a potência direta. Tanto a potência refletida quanto o VSWR indicam a mesma coisa.

Largura de banda

De acordo com a definição padrão, "Uma banda de frequências em um comprimento de onda, especificada para a comunicação particular, é conhecida como bandwidth. ”

O sinal, quando transmitido ou recebido, é feito em uma faixa de frequências. Essa faixa específica de frequências é atribuída a um determinado sinal, de modo que outros sinais não interfiram em sua transmissão.

• Bandwidth é a banda de frequências entre as frequências mais altas e mais baixas pela qual um sinal é transmitido.

• A largura de banda, uma vez atribuída, não pode ser usada por outras pessoas.

• Todo o espectro é dividido em larguras de banda para alocar a diferentes transmissores.

A largura de banda, que acabamos de discutir, também pode ser chamada de Absolute Bandwidth.

Largura de banda percentual

De acordo com a definição padrão, “A proporção da largura de banda absoluta para a frequência central dessa largura de banda pode ser denominada como percentage bandwidth. ”

A frequência específica dentro de uma banda de frequência, na qual a intensidade do sinal é máxima, é chamada de resonant frequency. Também é chamado decenter frequency (fC) da banda.

• As frequências mais altas e mais baixas são denotadas como f_H and f_L respectivamente.

• A largura de banda absoluta é dada por - f_H - f_L.

• Para saber quão maior é a largura de banda, fractional bandwidth ou percentage bandwidth tem que ser calculado.

Expressão Matemática

o Percentage bandwidth é calculado para saber quanta variação de frequência um componente ou sistema pode suportar.

$$Percentage\ bandwidth = \frac{absolute\ bandwidth}{center frequency} = \frac{f_{H} - f_{L}}{f_{c}}$$

Onde

• ${f_{H}}$ é de maior frequência

• ${f_{L}}$ é a frequência mais baixa

• ${f_{c}}$ é a frequência central

Quanto maior a porcentagem de largura de banda, mais ampla será a largura de banda do canal.

Intensidade de radiação

“Radiation intensity é definido como a potência por unidade de ângulo sólido ”

A radiação emitida por uma antena que é mais intensa em uma determinada direção, indica a intensidade máxima dessa antena. A emissão de radiação na máxima extensão possível nada mais é que a intensidade da radiação.

Expressão Matemática

A intensidade da radiação é obtida multiplicando-se a potência irradiada pelo quadrado da distância radial.

$$U = r^{2} \times W_{rad}$$

Onde

• U é a intensidade da radiação

• r é a distância radial

• W_rad é o poder irradiado.

A equação acima denota a intensidade de radiação de uma antena. A função de distância radial também é indicada comoΦ.

Unidades

A unidade de intensidade de radiação é Watts/steradian ou Watts/radian².

A intensidade da radiação de uma antena está intimamente relacionada com a direção do feixe focado e a eficiência do feixe nessa direção. Neste capítulo, vamos dar uma olhada nos termos que tratam desses tópicos.

Diretividade

De acordo com a definição padrão, "A razão da intensidade máxima de radiação da antena em questão para a intensidade de radiação de uma antena isotrópica ou de referência, irradiando a mesma potência total é chamada de directivity. ”

Uma antena irradia energia, mas a direção em que ela irradia é muito importante. A antena, cujo desempenho está sendo observado, é denominada comosubject antenna.

Está radiation intensityestá focado em uma direção específica, enquanto está transmitindo ou recebendo. Portanto, diz-se que a antena tem seudirectivity nessa direção particular.

• A relação entre a intensidade da radiação em uma determinada direção de uma antena e a intensidade da radiação calculada em todas as direções é denominada diretividade.

• Se essa direção particular não for especificada, então a direção em que a intensidade máxima é observada pode ser tomada como a diretividade daquela antena.

• A diretividade de uma antena não isotrópica é igual à razão entre a intensidade da radiação em uma determinada direção e a intensidade da radiação da fonte isotrópica.

Expressão Matemática

A potência irradiada é função da posição angular e da distância radial do circuito. Portanto, é expresso considerando ambos os termosθ e Ø.

$$Directivity = \frac{Maximum\ radiation\ intensity\ of\ subject\ antenna}{Radiation \ intensity \ of \ an\ isotropic \ antenna}$$ $$D = \frac{\phi(\theta,\phi)_{max}(from \ subject\ antenna)}{\phi_{0}(from \ an \ isotropic \ antenna) }$$

Onde

• ${\phi(\theta,\phi)_{max}}$ é a intensidade máxima de radiação da antena em questão.

• ${\phi_{0}}$ é a intensidade de radiação de uma antena isotrópica (antena com perdas zero).

Eficiência de abertura

De acordo com a definição padrão, “Aperture efficiency de uma antena, é a relação entre a área de radiação efetiva (ou área efetiva) e a área física da abertura. ”

Uma antena tem uma abertura pela qual a energia é irradiada. Essa radiação deve ser eficaz com perdas mínimas. A área física da abertura também deve ser levada em consideração, pois a eficácia da radiação depende da área da abertura, fisicamente na antena.

Expressão Matemática

A expressão matemática para eficiência de abertura é a seguinte -

$$\varepsilon_{A} = \frac{A_{eff}}{A_{p}}$$

Onde

• $\varepsilon_{A}$ é a eficiência da abertura.

• ${A_{eff}}$ é a área efetiva.

• ${A_{p}}$ é uma área física.

Eficiência da antena

De acordo com a definição padrão, “Antenna Efficiency é a razão entre a potência irradiada da antena e a potência de entrada aceita pela antena. ”

Simplesmente, uma antena se destina a irradiar potência fornecida em sua entrada, com perdas mínimas. A eficiência de uma antena explica o quanto uma antena é capaz de fornecer sua saída de forma eficaz com perdas mínimas na linha de transmissão.

Isso também é chamado de Radiation Efficiency Factor da antena.

Expressão Matemática

A expressão matemática para a eficiência da antena é fornecida abaixo -

$$\eta_{e} = \frac{P_{rad}}{P_{input}}$$

Onde

• $\eta_{e}$é a eficiência da antena.

• ${P_{rad}}$ é o poder irradiado.

• ${P_{input}}$ é a potência de entrada da antena.

Ganho

De acordo com a definição padrão, “Gain de uma antena é a relação entre a intensidade da radiação em uma determinada direção e a intensidade da radiação que seria obtida se a potência aceita pela antena fosse irradiada isotropicamente ”.

Simplesmente, o ganho de uma antena leva em conta a diretividade da antena junto com seu desempenho efetivo. Se a potência aceita pela antena foi irradiada isotropicamente (ou seja, em todas as direções), então a intensidade de radiação que obtemos pode ser tomada como referencial.

• O termo antenna gain descreve quanta energia é transmitida na direção do pico de radiação para uma fonte isotrópica.

• Gain geralmente é medido em dB.

• Ao contrário da diretividade, o ganho da antena leva em consideração as perdas que ocorrem e, portanto, concentra-se na eficiência.

Expressão Matemática

A equação de ganho, G, é mostrada abaixo.

$$G = \eta_{e}D$$

Onde

• G é o ganho da antena.

• $\eta_{e}$é a eficiência da antena.

• D é a diretividade da antena.

Unidades

A unidade de ganho é decibels ou simplesmente dB.

Depois dos parâmetros da antena discutidos no capítulo anterior, outro tópico importante a ser considerado é o campo próximo e as regiões do campo distante da antena.

A intensidade da radiação quando medida mais perto da antena, difere do que está longe da antena. Embora a área esteja longe da antena, ela é considerada eficaz, pois a intensidade da radiação ainda é alta lá.

Perto do campo

O campo, que está mais próximo da antena, é chamado de near-field. Tem um efeito indutivo e, portanto, também é conhecido comoinductive field, embora tenha alguns componentes de radiação.

Campo distante

O campo, que fica longe da antena, é denominado como far-field. Também é chamado deradiation field, já que o efeito da radiação é alto nesta área. Muitos dos parâmetros da antena, juntamente com a diretividade da antena e o padrão de radiação da antena, são considerados apenas nesta região.

Padrão de Campo

A distribuição de campo pode ser quantificada em termos de intensidade de campo é conhecida como padrão de campo. Isso significa que a potência irradiada da antena quando traçada, é expressa em termos de campo elétrico, E (v / m). Por isso, é conhecido comofield pattern. Se for quantificado em termos de potência (W), é conhecido comopower pattern.

A distribuição gráfica do campo irradiado ou potência será em função de

• ângulos espaciais (θ, Ø) para campo distante.

• ângulos espaciais (θ, Ø) e distância radial (r) para campo próximo.

A distribuição das regiões de campo próximas e distantes pode ser bem compreendida com a ajuda de um diagrama.

O padrão de campo pode ser classificado como -

• Região de campo próximo reativa e região de campo próximo irradiada - ambas denominadas de campo próximo.

• Região de campo distante irradiada - simplesmente chamada de campo distante.

O campo, que fica bem perto da antena, é reactive near field ou non-radiative fieldonde a radiação não é predominante. A região próxima a ele pode ser denominada comoradiating near field ou Fresnel’s field como a radiação predomina e a distribuição do campo angular, depende da distância física da antena.

A região ao lado dele é radiating far-fieldregião. Nesta região, a distribuição do campo é independente da distância da antena. O padrão de radiação efetivo é observado nesta região.

Radiação é o termo utilizado para representar a emissão ou recepção de frente de onda na antena, especificando sua intensidade. Em qualquer ilustração, o esboço desenhado para representar a radiação de uma antena é o seuradiation pattern. Pode-se simplesmente entender a função e diretividade de uma antena dando uma olhada em seu padrão de radiação.

A energia quando irradiada da antena tem seu efeito nas regiões de campo próximas e distantes.

• Graficamente, a radiação pode ser traçada como uma função de angular position e radial distance da antena.

• Esta é uma função matemática das propriedades de radiação da antena representada como uma função das coordenadas esféricas, E (θ, Ø) e H (θ, Ø).

Padrão de radiação

A energia irradiada por uma antena é representada pelo Radiation patternda antena. Os padrões de radiação são representações diagramáticas da distribuição da energia irradiada no espaço, em função da direção.

Vejamos o padrão de radiação de energia.

A figura acima mostra o padrão de radiação de uma antena dipolo. A energia sendo irradiada é representada pelos padrões desenhados em uma direção particular. As setas representam as direções da radiação.

Os padrões de radiação podem ser padrões de campo ou padrões de energia.

• o field patternssão plotados como uma função de campos elétricos e magnéticos. Eles são plotados em escala logarítmica.

• o power patternssão plotados como uma função do quadrado da magnitude dos campos elétricos e magnéticos. Eles são plotados em logarítmico ou comumente em escala dB.

Padrão de radiação em 3D

O padrão de radiação é uma figura tridimensional e representada em coordenadas esféricas (r, θ, Φ) assumindo sua origem no centro do sistema de coordenadas esféricas. Parece a seguinte figura -

A figura fornecida é um padrão de radiação tridimensional para um Omni directional pattern. Isso indica claramente as três coordenadas (x, y, z).

Padrão de radiação em 2D

O padrão bidimensional pode ser obtido a partir do padrão tridimensional, dividindo-o em planos horizontais e verticais. Esses padrões resultantes são conhecidos comoHorizontal pattern e Vertical pattern respectivamente.

As figuras mostram o padrão de radiação Omni direcional nos planos H e V conforme explicado acima. O plano H representa o padrão horizontal, enquanto o plano V representa o padrão vertical.

Formação de lóbulo

Na representação do padrão de radiação, muitas vezes nos deparamos com formas diferentes, que indicam as áreas de radiação maiores e menores, pelas quais o radiation efficiency da antena é conhecido.

Para uma melhor compreensão, considere a figura a seguir, que representa o padrão de radiação de uma antena dipolo.

Aqui, o padrão de radiação tem lóbulo principal, lóbulos laterais e lóbulo posterior.

• A maior parte do campo irradiado, que cobre uma área maior, é o main lobe ou major lobe. Esta é a porção onde existe a máxima energia irradiada. A direção deste lóbulo indica a diretividade da antena.

• As outras partes do padrão onde a radiação é distribuída em alas laterais são conhecidas como side lobes ou minor lobes. Estas são as áreas onde a energia é desperdiçada.

• Existe outro lóbulo, que é exatamente oposto à direção do lóbulo principal. É conhecido comoback lobe, que também é um lóbulo menor. Uma quantidade considerável de energia é desperdiçada mesmo aqui.

Exemplo

Se as antenas usadas em sistemas de radar produzem lóbulos laterais, o rastreamento do alvo se torna muito difícil. Isso ocorre porque os alvos falsos são indicados por esses lobos laterais. É complicado rastrear os reais e identificar os falsos. Conseqüentemente,elimination destes side lobes é necessário, a fim de melhorar o desempenho e economizar energia.

Remédio

A energia irradiada, que está sendo desperdiçada em tais formas, precisa ser utilizada. Se esses lobos menores forem eliminados e esta energia for desviada em uma direção (que é em direção ao lobo principal), então odirectivity da antena aumenta, o que leva a um melhor desempenho da antena.

Tipos de padrões de radiação

Os tipos comuns de padrões de radiação são -

• Padrão omnidirecional (também chamado de padrão não direcional): O padrão geralmente tem um formato de rosca na visualização tridimensional. No entanto, na vista bidimensional, ele forma um padrão em forma de oito.

• Padrão de feixe de lápis - O feixe tem um padrão pontiagudo em forma de lápis direcional.

• Padrão de feixe em leque - O feixe tem um padrão em forma de leque.

• Padrão de feixe modelado - O feixe, que não é uniforme e sem padrão, é conhecido como feixe modelado.

Um ponto de referência para todos esses tipos de radiação é a radiação isotrópica. É importante considerar a radiação isotrópica, embora seja impraticável.

No capítulo anterior, examinamos o padrão de radiação. Para uma melhor análise a respeito da radiação de uma antena, é necessário um ponto referencial. A radiação de uma antena isotrópica, preenche este espaço.

Definição

Isotropic radiation é a radiação de uma fonte pontual, irradiando uniformemente em todas as direções, com a mesma intensidade independentemente da direção da medição.

A melhoria do padrão de radiação de uma antena é sempre avaliada usando a radiação isotrópica dessa antena. Se a radiação for igual em todas as direções, é conhecido comoisotropic radiation.

• A fonte pontual é um exemplo de radiador isotrópico. Porém, essa radiação isotrópica é praticamente impossível, pois toda antena irradia sua energia com alguma diretividade.

• A radiação isotrópica nada mais é do que Omni-directional radiation.

• Ele tem um padrão em forma de rosquinha quando visto em 3D e um padrão em forma de oito quando visto em 2D.

As figuras fornecidas acima mostram o padrão de radiação de um padrão isotrópico ou omnidirecional. A Figura 1 ilustra o padrão em forma de donut em 3D e a Figura 2 ilustra o padrão em forma de oito em 2D.

Ganho

O radiador isotrópico tem ganho de unidade, o que significa ter um fator de ganho de 1 em todas as direções. Em termos de dB, pode ser chamado de ganho de 0dB (perda zero).

Potência isotrópica irradiada equivalente

De acordo com a definição padrão, “A quantidade de potência que uma antena isotropical irradia para produzir a densidade de potência de pico observada na direção do ganho máximo da antena, é chamada de Equivalent Isotropic Radiated Power. ”

Se a energia irradiada de uma antena for feita para se concentrar em um lado ou em uma direção específica, onde a radiação é equivalente à potência isotrópica irradiada daquela antena, tal radiação seria denominada como EIRP, isto é, Potência Isotrópica Radiada Equivalente.

Ganho

Embora a radiação isotrópica seja imaginária, é o melhor que uma antena pode oferecer. O ganho dessa antena será de 3dBi, onde 3dB é um fator de 2 e 'i' representa o fator da condição isotrópica.

Se a radiação for focada em determinado ângulo, a EIRP aumenta junto com o ganho da antena. O ganho da antena é melhor alcançado focalizando a antena em determinada direção.

Potência Efetiva Radiada

Se a potência irradiada é calculada tomando dipolo de meia onda como referência, em vez de uma antena isotrópica, então pode ser denominado como ERP (Effective Radiated Power).

$$ERP(dBW) = EIRP(dBW) - 2.15dBi$$

Se o EIRP for conhecido, o ERP pode ser calculado a partir da fórmula fornecida acima.

Este capítulo trata dos parâmetros do feixe irradiado da antena. Esses parâmetros nos ajudam a saber sobre as especificações do feixe.

Área de Viga

De acordo com a definição padrão, “a área do feixe é o ângulo sólido através do qual toda a potência irradiada pela antena fluiria se P (θ, Ø) mantivesse seu valor máximo acima de Ω _A e fosse zero em outro lugar”.

O feixe irradiado da antena sai de um ângulo na antena, conhecido como ângulo sólido, onde a intensidade da radiação de energia é máxima. estesolid beam angle é denominado como o beam area. É representado porΩ_A.

A intensidade da radiação P (θ, Ø) deve ser mantida constante e máxima ao longo do ângulo do feixe sólido Ω _A , seu valor sendo zero em qualquer lugar.

$$Power\ radiated = P(\theta,\Phi)\Omega_{A} \:watts$$

O ângulo do feixe é um conjunto de ângulos entre os pontos da metade da potência do lóbulo principal.

Expressão Matemática

A expressão matemática para a área do feixe é

$$\Omega_{A} =\int_{0}^{2\pi}\int_{0}^{\pi}P_{\pi}(\theta,\Phi)d\Omega\ wattts$$ $$d\Omega = \sin\theta\ d\theta\ d\Phi\ watts$$

Onde

• $\Omega_{A}$ é o ângulo de feixe sólido.
• $\theta$ é a função da posição angular.
• $\Phi$ é a função da distância radial.

Unidades

A unidade de área do feixe é watts.

Eficiência de feixe

De acordo com a definição padrão, “O beam efficiency declara a relação entre a área do feixe principal e a área total do feixe irradiado. ”

A energia, quando irradiada de uma antena, é projetada de acordo com a diretividade da antena. A direção em que uma antena irradia mais potência tem eficiência máxima, enquanto parte da energia é perdida nos lóbulos laterais. A energia máxima irradiada pelo feixe, com perdas mínimas, pode ser denominada comobeam efficiency.

Expressão Matemática

A expressão matemática para a eficiência do feixe é -

$$\eta_{B} = \frac{\Omega_{MB}}{\Omega_{A}}$$

Onde,

• $\eta_{B}$ é a eficiência do feixe.
• $\Omega_{MB}$ é a área do feixe principal.
• $\Omega_{A}$ é o ângulo de feixe sólido total (área do feixe).

Polarização de Antena

Uma antena pode ser polarizada dependendo de nossa necessidade. Ele pode ser polarizado linearmente ou circularmente. O tipo de polarização da antena decide o padrão do feixe e a polarização na recepção ou transmissão.

Polarização linear

Quando uma onda é transmitida ou recebida, isso pode ser feito em diferentes direções. olinear polarizationda antena ajuda a manter a onda em uma determinada direção, evitando todas as outras direções. Embora essa polarização linear seja usada, o vetor do campo elétrico permanece no mesmo plano. Portanto, usamos esta polarização linear para melhorar odirectivity da antena.

Polarização circular

Quando uma onda é polarizada circularmente, o vetor do campo elétrico parece estar girado com todos os seus componentes perdendo a orientação. O modo de rotação também pode ser diferente às vezes. No entanto, usandocircular polarization, o efeito do multicaminho fica reduzido e, portanto, é usado em comunicações por satélite, como GPS.

Polarização horizontal

A polarização horizontal torna a onda fraca, pois os reflexos da superfície terrestre a afetam. Eles geralmente são fracos em frequências baixas abaixo de 1 GHz.Horizontal polarization é usado na transmissão de TV signals para obter uma melhor relação sinal-ruído.

Polarização vertical

As ondas polarizadas verticalmente de baixa frequência são vantajosas para a transmissão de ondas terrestres. Eles não são afetados pelos reflexos da superfície como os polarizados horizontalmente. Portanto, overtical polarization é usado para mobile communications.

Cada tipo de polarização tem suas próprias vantagens e desvantagens. Um projetista de sistema de RF é livre para selecionar o tipo de polarização, de acordo com os requisitos do sistema.

Neste capítulo, discutiremos sobre outro fator importante no padrão de radiação de uma antena, conhecido como beam width. No padrão de radiação de uma antena, o lóbulo principal é o feixe principal da antena onde a energia máxima e constante irradiada pela antena flui.

Beam widthé o ângulo de abertura de onde a maior parte da energia é irradiada. As duas principais considerações desta largura de feixe são meia largura de feixe de potência(HPBW) e a largura do primeiro feixe nulo (FNBW).

Largura do feixe de meia potência

De acordo com a definição padrão, “A separação angular, em que a magnitude do padrão de radiação diminui em 50% (ou -3dB) do pico do feixe principal, é o Half Power Beam Width. ”

Em outras palavras, a largura do feixe é a área onde a maior parte da potência é irradiada, que é a potência de pico. Half power beam width é o ângulo em que a potência relativa é superior a 50% da potência de pico, no campo irradiado efetivo da antena.

Indicação de HPBW

Quando uma linha é desenhada entre a origem do padrão de radiação e os pontos da metade da potência no lobo principal, em ambos os lados, o ângulo entre esses dois vetores é denominado como HPBW, largura do feixe de meia potência. Isso pode ser bem compreendido com a ajuda do diagrama a seguir.

A figura mostra pontos de meia potência no lóbulo principal e HPBW.

Expressão Matemática

A expressão matemática para largura de feixe de meia potência é -

$$Half\: power\: Beam \:with=70\lambda_{/D} $$

Onde

• $\lambda$ é o comprimento de onda (λ = 0,3 / frequência).

• D é diâmetro.

Units

The unit of HPBW is radians or degrees.

First Null Beam Width

According to the standard definition, “The angular span between the first pattern nulls adjacent to the main lobe, is called as the First Null Beam Width.”

Simply, FNBW is the angular separation, quoted away from the main beam, which is drawn between the null points of radiation pattern, on its major lobe.

Indication of FNBW

Draw tangents on both sides starting from the origin of the radiation pattern, tangential to the main beam. The angle between those two tangents is known as First Null Beam Width (FNBW).

This can be better understood with the help of the following diagram.

The above image shows the half power beam width and first null beam width, marked in a radiation pattern along with minor and major lobes.

Mathematical Expression

The mathematical expression of First Null Beam Width is

$$FNBW = 2 HPBW$$ $$FNBW\:2\left ( 70\lambda/D \right )\:=140\lambda/D$$

Where

• $\lambda$ is wavelength (λ = 0.3/frequency).
• D is Diameter.

Units

The unit of FNBW is radians or degrees.

Effective Length & Effective Area

Among the antenna parameters, the effective length and effective area are also important. These parameters help us to know about the antenna’s performance.

Effective length

Antenna Effective length is used to determine the polarization efficiency of the antenna.

Definition− “The Effective length is the ratio of the magnitude of voltage at the open terminals of the receiving antenna to the magnitude of the field strength of the incident wave front, in the same direction of antenna polarization.”

When an incident wave arrives at the antenna’s input terminals, this wave has some field strength, whose magnitude depends upon the antenna’s polarization. This polarization should match with the magnitude of the voltage at receiver terminals.

Mathematical Expression

The mathematical expression for effective length is −

$$l_{e} = \frac{V_{oc}}{E_{i}}$$

Where

• $l_{e}$ is the effective length.

• $V_{oc}$ is open-circuit voltage.

• $E_{i}$ is the field strength of the incident wave.

Effective area

Definition − “Effective area is the area of the receiving antenna, which absorbs most of the power from the incoming wave front, to the total area of the antenna, which is exposed to the wave front.”

The whole area of an antenna while receiving, confronts the incoming electromagnetic waves, whereas only some portion of the antenna, receives the signal, known as the effective area.

Only some portion of the received wave front is utilized because some portion of the wave gets scattered while some gets dissipated as heat. Hence, without considering the losses, the area, which utilizes the maximum power obtained to the actual area, can be termed as effective area.

Effective area is represented by $A_{eff}$.

An antenna can be used as both transmitting antenna and receiving antenna. While using so, we may come across a question whether the properties of the antenna might change as its operating mode is changed. Fortunately, we need not worry about that. The properties of antenna being unchangeable is called as the property of reciprocity.

Properties under Reciprocity

The properties of transmitting and receiving antenna that exhibit the reciprocity are −

• Equality of Directional patterns.
• Equality of Directivities.
• Equality of Effective lengths.
• Equality of Antenna impedances.

Let us see how these are implemented.

Equality of Directional patterns

The radiation pattern of transmitting antenna1, which transmits to the receiving antenna2 is equal to the radiation pattern of antenna2, if it transmits and antenna1 receives the signal.

Equality of Directivities

Directivity is same for both transmitting and receiving antennas, if the value of directivity is same for both the cases i.e. the directivities are same whether calculated from transmitting antenna’s power or receiving antenna’s power.

Equality of Effective lengths

The value of maximum effective aperture is same for both transmitting and receiving antennas. Equality in the lengths of both transmitting and receiving antennas is maintained according to the value of the wavelength.

Equality in Antenna Impedances

The output impedance of a transmitting antenna and the input impedance of a receiving antenna are equal in an effective communication.

These properties will not change though the same antenna is operated as a transmitter or as a receiver. Hence, the property of reciprocity is followed.

Antennas radiate Electromagnetic energy to transmit or to receive information. Therefore, the terms Energy and Power are associated with these electromagnetic waves and we have to discuss them. An electromagnetic wave has both electric and magnetic fields.

Consider the wave at any instant, which can be viewed in both the vectors. The following figure shows the representation of electric and magnetic field components in an Electromagnetic wave.

The electric wave is present vertical to the propagation of EM wave, while the magnetic wave is horizontally located. Both the fields are at right angles to each other.

Poynting Vector

Poynting vector describes the energy of the EM Wave per unit time per unit area at any given instant of time. John Henry Poynting first derived this vector in 1884 and hence it was named after him.

Definition − “Poynting vector gives the rate of energy transfer per unit area”

or

“The energy that a wave carries per unit time per unit area is given by the Poynting vector.”

Poynting vector is represented by Ŝ.

Units

The SI unit of Poynting vector is W/m².

Mathematical Expression

The quantity that is used to describe the power associated with the electromagnetic waves is the instantaneous Poynting vector, which is defined as

$$\hat{S} = \hat{E} \times \hat{H}$$

Where

• $\hat{S}$ is the instantaneous Poynting vector (W/m²).

• $\hat{E}$ is the instantaneous electric field intensity (V/m).

• $\hat{H}$ is the instantaneous magnetic field intensity (A/m).

The important point to be noted here is that the magnitude of E is greater than H within an EM wave. However, both of them contribute the same amount of energy. Ŝ is the vector, which has both direction and magnitude. The direction of Ŝ is same as the velocity of the wave. Its magnitude depends upon the E and H.

Derivation of Poynting Vector

To have a clear idea on Poynting vector, let us go through the derivation of this Poynting vector, in a step-by-step process.

Let us imagine that an EM Wave, passes an area (A) perpendicular to the X-axis along which the wave travels. While passing through A, in infinitesimal time (dt), the wave travels a distance (dx).

$$dx = C\ dt$$

Where

$$C = velocity\ of\ light = 3\times 10^{8}m/s$$ $$volume, dv = Adx = AC\ dt$$ $$d\mu = \mu\ dv = (\epsilon_{0}E^{2})(AC\ dt)$$ $$= \epsilon_{0} AC \ E^{2}\ dt$$

Therefore, Energy transferred in time (dt) per area (A) is −

$$S = \frac{Energy}{Time\times Area} = \frac{dW}{dt\ A} = \frac{\epsilon_{0}ACE^{2}\ dt}{dt\ A} = \epsilon_{0}C\:E^{2}$$

Since

$$\frac{E}{H} = \sqrt{\frac{\mu_{0}}{\epsilon_{0}}} \ then\ S= \frac{CB^{2}}{\mu_{0}}$$

Since

$$C = \frac{E}{H} \ then \ S = \frac{EB}{\mu_{0}}$$ $$= \hat{S} = \frac{1}{\mu_{0}}(\hat{E}\hat{H})$$

Ŝ denotes the Poynting vector.

The above equation gives us the energy per unit time, per unit area at any given instant of time, which is called as Poynting vector.

Antennas have to be classified to understand their physical structure and functionality more clearly. There are many types of antennas depending upon the applications applications.

Type of antenna	Examples	Applications
Wire Antennas	Dipole antenna, Monopole antenna, Helix antenna, Loop antenna	Personal applications, buildings, ships, automobiles, space crafts
Aperture Antennas	Waveguide (opening), Horn antenna	Flush-mounted applications, air-craft, space craft
Reflector Antennas	Parabolic reflectors, Corner reflectors	Microwave communication, satellite tracking, radio astronomy
Lens Antennas	Convex-plane, Concave-plane, Convex-convex, Concaveconcave lenses	Used for very highfrequency applications
Micro strip Antennas	Circular-shaped, Rectangularshaped metallic patch above the ground plane	Air-craft, space-craft, satellites, missiles, cars, mobile phones etc.
Array Antennas	Yagi-Uda antenna, Micro strip patch array, Aperture array, Slotted wave guide array	Used for very high gain applications, mostly when needs to control the radiation pattern

Let us discuss the above-mentioned types of antennas in detail, in the coming chapters.

Wire antennas are the basic types of antennas. These are well known and widely used antennas. To have a better idea of these wire antennas, first let us have a look at the transmission lines.

Transmission Lines

The wire or the transmission line has some power, which travels from one end to the other end. If both the ends of transmission line are connected to circuits, then the information will be transmitted or received using this wire between these two circuits.

If one end of this wire is not connected, then the power in it tries to escape. This leads to wireless communication. If one end of the wire is bent, then the energy tries to escape from the transmission line, more effectively than before. This purposeful escape is known as Radiation.

For the radiation to take place effectively, the impedance of the open end of the transmission line should match with the impedance of the free-space. Consider a transmission line of a quarter-wave length size. The far end of it is kept open and bent to provide high impedance. This acts as a half-wave dipole antenna. Already, it has low impedance at one end of the transmission line. The open end, which has high impedance, matches with the impedance of free space to provide better radiation.

Dipole

The radiation of energy when done through such a bent wire, the end of such transmission line is termed as dipole or dipole antenna.

The reactance of the input impedance is a function of the radius and length of the dipole. The smaller the radius, the larger the amplitude of the reactance. It is proportional to the wavelength. Hence, the length and radius of the dipole should also be taken into consideration. Normally, its impedance is around 72Ω.

Isso é melhor compreendido com a ajuda da figura a seguir.

A figura mostra o diagrama de circuito de um dipolo normal conectado a uma linha de transmissão. A corrente para um dipolo é máxima no centro e mínima em suas extremidades. A tensão é mínima em seu centro e máxima em suas extremidades.

Os tipos de antenas de fio incluem dipolo de meia onda, dipolo dobrado de meia onda, dipolo de onda completa, dipolo curto e dipolo infinitesimal. Todas essas antenas serão discutidas em capítulos posteriores.

A antena dipolo é cortada e dobrada para uma radiação eficaz. O comprimento total do fio, que está sendo usado como um dipolo, é igual a metade do comprimento de onda (ou seja, l = λ / 2). Essa antena é chamada dehalf-wave dipole antenna. Esta é a antena mais utilizada devido às suas vantagens. Também é conhecido comoHertz antenna.

Alcance de frequência

A faixa de frequência em que o dipolo de meia onda opera é em torno de 3KHz a 300GHz. Isso é usado principalmente em receptores de rádio.

Construção e Trabalho de Dipolo de Meia Onda

É uma antena dipolo normal, onde a frequência de sua operação é half of its wavelength. Por isso, é chamada de antena dipolo de meia onda.

A borda do dipolo tem tensão máxima. Esta tensão é alternada (AC) por natureza. No pico positivo da voltagem, os elétrons tendem a se mover em uma direção e no pico negativo, os elétrons se movem na outra direção. Isso pode ser explicado pelos números abaixo.

As figuras apresentadas acima mostram o funcionamento de um dipolo de meia onda.

• A Fig. 1 mostra o dipolo quando as cargas induzidas estão em meio ciclo positivo. Agora, os elétrons tendem a se mover em direção à carga.

• A Fig. 2 mostra o dipolo com cargas negativas induzidas. Os elétrons aqui tendem a se mover para longe do dipolo.

• A Fig. 3 mostra o dipolo com o próximo meio ciclo positivo. Conseqüentemente, os elétrons novamente se movem em direção à carga.

O efeito cumulativo disso produz um efeito de campo variável que é irradiado no mesmo padrão produzido nele. Portanto, a saída seria uma radiação efetiva seguindo os ciclos do padrão de tensão de saída. Assim, um dipolo de meia ondaradiates effectively.

A figura acima mostra a distribuição de corrente em dipolo de meia onda. A diretividade do dipolo de meia onda é 2,15dBi, o que é razoavelmente bom. Onde, 'i' representa a radiação isotrópica.

Padrão de radiação

O padrão de radiação deste dipolo de meia onda é Omni-directionalno plano H. É desejável para muitas aplicações, como comunicações móveis, receptores de rádio, etc.

A figura acima indica o padrão de radiação de um dipolo de meia onda no plano H e no plano V.

O raio do dipolo não afeta sua impedância de entrada neste dipolo de meia onda, porque o comprimento deste dipolo é de meia onda e é o primeiro comprimento ressonante. Uma antena funciona bem em seuresonant frequency, que ocorre em seu comprimento ressonante.

Vantagens

A seguir estão as vantagens da antena dipolo de meia onda -

• A impedância de entrada não é sensível.

• Combina bem com a impedância da linha de transmissão.

• Possui comprimento razoável.

• O comprimento da antena corresponde ao tamanho e diretividade.

Desvantagens

A seguir estão as desvantagens da antena dipolo de meia onda -

• Não é muito eficaz devido ao único elemento.

• Ele pode funcionar melhor apenas com uma combinação.

Formulários

A seguir estão as aplicações da antena dipolo de meia onda -

• Usado em receptores de rádio.

• Usado em receptores de televisão.

• Quando empregado com outros, é usado para uma ampla variedade de aplicações.

Um dipolo dobrado é uma antena, com dois condutores conectados em ambos os lados, e dobrados para formar uma forma fechada cilíndrica, para a qual a alimentação é fornecida no centro. O comprimento do dipolo é a metade do comprimento de onda. Portanto, é chamado dehalf wave folded dipole antenna.

Alcance de frequência

A faixa de frequência na qual o dipolo dobrado de meia onda opera é em torno de 3 KHz a 300 GHz. Isso é usado principalmente em receptores de televisão.

Construção e Trabalho de Dipolo Dobrado de Meia Onda

Essa antena é comumente usada com antenas do tipo array para aumentar a resistência de alimentação. O mais comumente usado é com a antena Yagi-Uda. A figura a seguir mostra uma antena dipolo dobrada de meia onda.

Esta antena usa um elemento condutor extra (um fio ou uma haste) quando comparada com a antena dipolo anterior. Isso é continuado com a colocação de alguns elementos condutores em paralelo, com isolamento entre eles, em um tipo de conjunto de antenas.

A figura a seguir explica o funcionamento de uma antena dipolo dobrada de meia onda, quando fornecida com excitação.

Se o diâmetro do condutor principal e do dipolo dobrado forem iguais, haverá quatro aumento dobrado (duas vezes do quadrado) na impedância de alimentação da antena. Este aumento na impedância de alimentação é a principal razão para o uso popular desta antena dipolo dobrada. Devido ao condutor duplo, a impedância será em torno de 300Ω.

Padrão de radiação

O padrão de radiação de dipolos dobrados em meia onda é o mesmo das antenas dipolo em meia onda. A figura a seguir mostra o padrão de radiação da antena dipolo dobrada em meia onda, que éOmni-directional padronizar.

Antenas dipolo dobradas de meia onda são usadas onde a transferência de energia ideal é necessária e onde grandes impedâncias são necessárias.

Este dipolo dobrado é o principal elemento em Yagi-Uda antenna. A figura a seguir mostra umYagi-Uda antenna, que estudaremos mais tarde. O principal elemento usado aqui é este dipolo dobrado, ao qual a antena é fornecida. Esta antena tem sido amplamente usada para recepção de televisão nas últimas décadas.

Vantagens

A seguir estão as vantagens da antena dipolo dobrada de meia onda -

• Recepção de sinais balanceados.

• Recebe um determinado sinal de uma banda de frequências sem perder a qualidade.

• Um dipolo dobrado maximiza a força do sinal.

Desvantagens

A seguir estão as desvantagens da antena dipolo dobrada de meia onda -

• O deslocamento e o ajuste da antena são um incômodo.

• O gerenciamento externo pode ser difícil quando o tamanho da antena aumenta.

Formulários

A seguir estão as aplicações da antena dipolo dobrada de meia onda -

• Usado principalmente como um elemento alimentador na antena Yagi, antena parabólica, antena catraca, antena log periódica, matrizes de fase e refletor, etc.

• Geralmente usado em receptores de rádio.

• Mais comumente usado em antenas de receptor de TV.

Se o comprimento do dipolo, ou seja, o fio total, é igual ao comprimento de onda completo λ, então é chamado de full wave dipole. Se um dipolo de comprimento de onda completo for usado para transmissão ou recepção, vamos ver como será a radiação.

Construção e Trabalho de Dipolo de Onda Completa

O dipolo de onda completa com sua distribuição de tensão e corrente é mostrado aqui. Ambos os picos positivo e negativo da onda induzem tensões positivas e negativas, respectivamente. No entanto, como as tensões induzidas se cancelam, não há dúvida de radiação.

A figura acima mostra a distribuição de tensão do dipolo de onda completa, cujo comprimento é λ. É visto que dois dipolos de meia onda são unidos para formar um dipolo de onda completa.

O padrão de voltagem quando induz suas cargas positivas e negativas ao mesmo tempo, anula-se mutuamente, conforme mostrado na figura. As cargas induzidas não fazem mais tentativas de radiação, pois foram canceladas. A radiação de saída será zero para um dipolo de transmissão de onda completa.

Padrão de radiação

Como não há padrão de radiação, nem diretividade nem ganho, o dipolo de onda completa raramente é usado como antena. O que significa que, embora a antena irradie, é apenas alguma dissipação de calor, o que é um desperdício de energia.

Desvantagens

A seguir estão as desvantagens da antena dipolo de onda completa.

• Dissipação de calor
• Desperdício de energia
• Sem padrão de radiação
• Sem diretividade e sem ganho

Devido a essas desvantagens, o dipolo de onda completa raramente é usado.

UMA short dipoleé uma antena de fio simples. Uma extremidade dele está em circuito aberto e a outra extremidade é alimentada com fonte CA. Este dipolo recebeu esse nome por causa de seu comprimento.

Alcance de frequência

A faixa de frequência em que o dipolo curto opera é em torno de 3KHz a 30MHz. Isso é usado principalmente em receptores de baixa frequência.

Construção e Trabalho de Dipolo Curto

o Short dipoleé a antena dipolo tendo o comprimento de seu fio mais curto que o comprimento de onda. Uma fonte de tensão é conectada em uma extremidade enquanto uma forma de dipolo é feita, ou seja, as linhas são terminadas na outra extremidade.

O diagrama do circuito de um dipolo curto com comprimento L é mostrado. O tamanho real da antena não importa. O fio que leva à antena deve ter menos de um décimo do comprimento de onda. Isso é

$$L < \frac{\lambda}{10}$$

Onde

• L é o comprimento do fio do dipolo curto.

• λ é o comprimento de onda.

Outro tipo de dipolo curto é o dipolo infinitesimal, cujo comprimento é muito menor do que o comprimento de onda. Sua construção é semelhante, mas usa uma placa de capacitor.

Dipolo Infinitesimal

Um dipolo cujo comprimento é muito menor do que o comprimento de onda é infitesimal dipole. Esta antena é realmente impraticável. Aqui, o comprimento do dipolo é menor que quinquagésima parte do comprimento de onda.

O comprimento do dipolo, Δl << λ. Onde, λ é o comprimento de onda.

$$\Delta l = \frac{\lambda}{50}$$

Portanto, este é o dipolo infinitamente pequeno, como o nome indica.

Como o comprimento desses dipolos é muito pequeno, o fluxo de corrente no fio será dI. Esses fios são geralmente usados ​​com placas de capacitor em ambos os lados, onde é necessário um baixo acoplamento mútuo. Por causa das placas do capacitor, podemos dizer que a distribuição uniforme da corrente está presente. Portanto, a corrente não é zero aqui.

As placas do capacitor podem ser simplesmente condutores ou equivalentes de fio. Os campos irradiados pelas correntes radiais tendem a se cancelar no campo distante de modo que os campos distantes da antena da placa do capacitor podem ser aproximados pelo dipolo infinitesimal.

Padrão de radiação

O padrão de radiação de um dipolo curto e dipolo infinitesimal é semelhante a um dipolo de meia onda. Se o dipolo for vertical, o padrão será circular. O padrão de radiação tem a forma de “figure of eight”Padrão, quando visto em padrão bidimensional.

A figura a seguir mostra o padrão de radiação de uma antena dipolo curta, que está em omni-directional pattern.

Vantagens

A seguir estão as vantagens da antena dipolo curta -

• Facilidade de construção, devido ao pequeno tamanho

• A eficiência de dissipação de energia é maior

Desvantagens

A seguir estão as desvantagens da antena dipolo curta -

• Perdas resistivas altas
• Dissipação de alta potência
• Baixa relação sinal-ruído
• A radiação é baixa
• Não tão eficiente

Formulários

A seguir estão as aplicações da antena dipolo curta -

• Usado em aplicações de banda estreita.
• Usado como antena para circuitos sintonizadores.

Neste capítulo, as antenas de fio curto populares e mais amplamente utilizadas foram discutidas. Discutiremos as antenas de fio longo nos próximos capítulos.

Nós passamos por diferentes tipos de antenas de fio curto. Agora, vamos dar uma olhada nas antenas de fio longo. olong wire antennassão formados usando uma série de dipolos. O comprimento do fio neste tipo de antenas én vezes λ/2

$$L = n \ \lambda/2$$

Onde,

• L é o comprimento da antena,

• n é o número de elementos,

• λ é o comprimento de onda

À medida que 'n' aumenta, as propriedades direcionais também aumentam.

Tipos de antenas de fio longo

As antenas de fio longo são divididas em dois tipos, a saber - Resonant Antennas e Non-resonant Antennas.

Antenas ressonantes

Antenas ressonantes são aquelas para as quais um pico agudo na potência irradiada é interceptado pela antena em certa frequência, para formar uma onda estacionária. O padrão de radiação da onda irradiada não é compatível com a impedância de carga neste tipo de antena.

As antenas ressonantes são periódicas por natureza. Elas também são chamadas de antenas de ondas viajantes bidirecionais, pois a onda irradiada se move em duas direções, o que significa que tanto as ondas incidentes quanto as refletidas ocorrem aqui. Nessas antenas, o comprimento da antena e a frequência são proporcionais um ao outro.

Antenas não ressonantes

Antenas não ressonantes são aquelas para as quais a frequência ressonante não ocorre. A onda se move na direção para frente e, portanto, não forma uma onda estacionária. O padrão de radiação da onda irradiada coincide com a impedância de carga nas antenas não ressonantes.

Essas antenas não ressonantes são de natureza não periódica. Elas também são chamadas de antenas de ondas viajantes unidirecionais, pois a onda irradiada se move apenas na direção para frente, o que significa que apenas a onda incidente está presente. Conforme a frequência aumenta, o comprimento da antena diminui e vice-versa. Portanto, a frequência e o comprimento são inversamente proporcionais um ao outro.

Essas antenas de fio longo são os elementos básicos para a construção de antenas em forma de V ou antenas rômbicas.

Uma versão melhor de antenas de fio longo é o V-Antenna. Esta antena é formada organizando o fio longo em um padrão em forma de V. Os fios finais são chamados de pernas. Esta antena é uma antena ressonante bidirecional.

Alcance de frequência

A faixa de frequência de operação da antena V é de cerca 3 to 30 MHz. Esta antena funciona na faixa de alta frequência.

Construção e funcionamento de antenas V

Dois fios longos são conectados em forma de V para fazer um V-antenna. Os dois fios longos estão excitados com 180˚ fora de fase. Conforme o comprimento desses fios aumenta, o ganho e a diretividade também aumentam.

A figura a seguir mostra uma antena V com a impedância da linha de transmissão ze o comprimento do fio λ / 2, formando um ângulo Φ _m com o eixo, que é denominado comoapex angle.

o gainalcançado por V-antena é maior do que a antena de fio único longo normal. O ganho nesta formação em V énearly twiceem comparação com a única antena de fio longo, que tem um comprimento igual às pernas da antena em V. Se uma ampla faixa de radiação deve ser alcançada, o ângulo do ápice deve ter um valor médio entre as frequências mais altas e mais baixas em termos do número de λ / 2 em cada perna.

Padrão de radiação

O padrão de radiação de uma antena em V é bi-directional. A radiação obtida em cada linha de transmissão é adicionada para obter o padrão de radiação resultante. Isso é bem explicado na figura a seguir -

A figura mostra o padrão de radiação da antena em V. As duas linhas de transmissão que formam o padrão V são AA 'e BB'. Os padrões de linhas de transmissão individuais e o padrão resultante são mostrados na figura. O padrão resultante é mostrado ao longo do eixo. Este padrão se assemelha aobroad-side array.

Se outra antena V for adicionada a esta antena e alimentada com 90˚ de diferença de fase, então o padrão resultante seria end-fire, dobrando o ganho de potência. A diretividade é aumentada ainda mais com a adição da matriz de antenas V.

Vantagens

A seguir estão as vantagens da antena em V -

• A construção é simples
• Alto ganho
• Baixo custo de fabricação

Desvantagens

A seguir estão as desvantagens da antena em V -

• Ondas estacionárias são formadas
• Os lóbulos menores ocorridos também são fortes
• Usado apenas para operações de frequência fixa

Formulários

A seguir estão as aplicações da antena V -

• Usado para fins comerciais
• Usado em comunicações de rádio

No capítulo anterior, estudamos a antena em V. Sua frequência de operação é limitada. Isso pode ser modificado usando outra antena, que é uma antena não ressonante ou uma antena de onda viajante. Uma antena de onda progressiva não produz onda estacionária, conforme discutido anteriormente.

Alcance de frequência

A faixa de frequência de operação de uma antena em V invertido (ou antena em V) é cerca 3 to 30 MHz. Esta antena funciona na faixa de alta frequência.

Construção e funcionamento da antena V invertida

Uma antena de onda viajante, usada na banda de alta frequência, é um inverted V-antenna. Esta antena em V invertida é facilmente instalada em um mastro não condutor.

Dê uma olhada na imagem a seguir. Mostra uma antena em V invertida montada no topo do telhado.

A radiação máxima para uma antena em V invertida está em seu centro. É semelhante a uma antena dipolo de meia onda. A antena é colocada em forma de V invertido, com suas duas linhas de transmissão ou pernas dobradas em direção ao solo, formando um ângulo de 120 ° ou 90 ° entre elas. O centro da antena não deve ser superior a λ / 4.

O ângulo formado por uma das pernas com o eixo da antena, é conhecido como o tilt angle e é denotado por θ.

Padrão de radiação

O padrão de radiação da antena V invertida é uni-directional pattern, como nenhuma onda estacionária é formada aqui. Pode ser claramente compreendido pelo padrão de radiação mostrado abaixo.

A figura ilustra o padrão de radiação de uma antena em V invertida. O campo irradiado primário é mostrado junto com os campos quando os ângulos de inclinação são 120˚ e 90˚ na figura fornecida acima. O ganho e a diretividade são aprimorados por ter um conjunto de antenas.

Vantagens

A seguir estão as vantagens da antena V invertida -

• Ocupa menos lugar horizontal

• Nenhuma onda estacionária é formada

• Alto ganho

Desvantagens

A seguir estão as desvantagens da antena em V invertida -

• Possui lobos menores indesejáveis ​​consideráveis

• Lóbulos menores criam ondas polarizadas horizontalmente

Formulários

A seguir estão as aplicações da antena V invertida -

• Usado em aplicações de circuito sintonizado

• Usado em comunicações de rádio

• Usado em aplicações comerciais

Depois da antena V e da antena V invertida, outra antena de fio longo importante é a Rhombic antenna. É uma combinação de duas antenas em V. Isso é discutido no próximo capítulo.

o Rhombic Antennaé uma antena em forma de paralelogramo equilátero. Geralmente, tem dois ângulos agudos opostos. O ângulo de inclinação, θ é aproximadamente igual a 90 ° menos o ângulo do lóbulo principal. A antena rômbica funciona sob o princípio do radiador de ondas viajantes. Ele é organizado em forma de losango ou diamante e suspenso horizontalmente acima da superfície da terra.

Alcance de frequência

A faixa de frequência de operação de uma antena Rhombic é de cerca 3MHz to 300MHz. Esta antena funciona emHF e VHF gamas.

Construção de Antena Rômbica

A antena rômbica pode ser considerada como duas antenas em forma de V conectadas de ponta a ponta para formar ângulos obtusos. Devido à sua simplicidade e facilidade de construção, tem muitos usos -

• Em transmissão e recepção HF

• Comunicação comercial ponto a ponto

A construção da antena rômbica tem a forma de losango, conforme mostrado na figura.

Os dois lados do losango são considerados os condutores de uma linha de transmissão de dois fios. Quando esse sistema é projetado corretamente, há uma concentração de radiação ao longo do eixo principal de radiação. Na prática, metade da potência é dissipada na resistência de terminação da antena. O resto do poder é irradiado. A energia desperdiçada contribui para os lobos menores.

A Figura 1 mostra a construção de rhombic antennapara comunicação ponto a ponto nos velhos tempos. A Figura 2 mostra orhombic UHF antenna para recepção de TV, usada atualmente.

O ganho máximo de uma antena rômbica é ao longo da direção do eixo principal, que passa pelo ponto de alimentação para terminar no espaço livre. A polarização obtida de uma antena rômbica horizontal está no plano do losango, que é horizontal.

Padrão de radiação

O padrão de radiação da antena rômbica é mostrado na figura a seguir. O padrão resultante é o efeito cumulativo da radiação em todas as quatro pernas da antena. Este padrão éuni-directional, embora possa ser bidirecional removendo a resistência de terminação.

A principal desvantagem da antena rômbica é que as porções da radiação, que não se combinam com o lóbulo principal, resultam em lóbulos laterais consideráveis ​​com polarização horizontal e vertical.

Vantagens

A seguir estão as vantagens da antena Rhombic -

• A impedância de entrada e o padrão de radiação são relativamente constantes

• Várias antenas rômbicas podem ser conectadas

• Transmissão simples e eficaz

Desvantagens

A seguir estão as desvantagens da antena rômbica -

• Perda de energia no resistor de terminação

• Requisito de grande espaço

• Eficiência de transmissão reduzida

Formulários

A seguir estão as aplicações da antena rômbica -

• Usado em comunicações HF

• Usado em propagações de ondas do céu de longa distância

• Usado em comunicações ponto a ponto

Outro método de usar fio longo é dobrar e fazer o fio em um padrão em forma de loop e observar seus parâmetros de radiação. Este tipo de antenas é denominado comoloop antennas.

Uma bobina transportadora de corrente de RF recebe uma única volta em um loop, pode ser usada como uma antena chamada loop antenna. As correntes através desta antena de quadro estarão em fase. O campo magnético será perpendicular a todo o loop que conduz a corrente.

Alcance de frequência

A faixa de frequência de operação da antena de quadro é de cerca 300MHz to 3GHz. Esta antena funciona emUHF alcance.

Construção e funcionamento de antenas em loop

Uma antena de quadro é uma bobina que transporta corrente de radiofrequência. Pode ter qualquer formato, como circular, retangular, triangular, quadrado ou hexagonal de acordo com a conveniência do designer.

As antenas de loop são de dois tipos.

• Antenas de loop grande
• Antenas de pequeno loop

Antenas de loop grande

Antenas de loop grande também são chamadas de resonant antennas. Eles têm alta eficiência de radiação. Essas antenas têm comprimento quase igual ao comprimento de onda pretendido.

$$L =\lambda$$

Onde,

• L é o comprimento da antena

• λ é o comprimento de onda

O principal parâmetro desta antena é o comprimento do seu perímetro, que tem cerca de um comprimento de onda e deve ser um loop fechado. Não é uma boa ideia serpentear o loop para reduzir o tamanho, pois isso aumenta os efeitos capacitivos e resulta em baixa eficiência.

Antenas de pequeno loop

Antenas de pequeno loop também são chamadas de magnetic loop antennas. Estes são menos ressonantes. Estes são usados ​​principalmente como receptores.

Essas antenas têm o tamanho de um décimo do comprimento de onda.

$$L =\frac{\lambda}{10}$$

Onde,

• L é o comprimento da antena

• λ é o comprimento de onda

As características das antenas de pequeno loop são -

• Uma pequena antena de quadro tem baixa resistência à radiação. Se forem usadas construções de núcleo de ferrite multi-voltas, então uma alta resistência à radiação pode ser alcançada.

• Possui baixa eficiência de radiação devido às grandes perdas.

• Sua construção é simples, com tamanho e peso reduzidos.

Devido à sua alta reatância, sua impedância é difícil de combinar com o transmissor. Se a antena de quadro tiver que atuar como uma antena de transmissão, essa incompatibilidade de impedância seria definitivamente um problema. Portanto, essas antenas de loop funcionam melhor comoreceiver antennas.

Loops usados ​​com frequência

As antenas de pequeno loop são principalmente de dois tipos -

• Antenas de loop circular
• Antenas de loop quadrado

Esses dois tipos de antenas de loop são amplamente usados. Outros tipos (retangulares, delta, elípticos etc.) também são feitos de acordo com as especificações do projetista.

As imagens acima mostram circular and square loop antennas. Esses tipos de antenas são usados ​​principalmente como receptores de AM devido à alta relação sinal-ruído. Eles também são facilmente sintonizáveis ​​no circuito Q-tank em receptores de rádio.

Polarização de Loop

A polarização da antena de quadro será polarizada vertical ou horizontalmente dependendo da posição de alimentação. A polarização vertical é dada no centro do lado vertical, enquanto a polarização horizontal é dada no centro do lado horizontal, dependendo da forma da antena de quadro.

A pequena antena de quadro é geralmente um linearly polarized1. Quando essa pequena antena de quadro é montada em cima de um receptor portátil, cuja saída é conectada a um medidor, ela se torna um ótimo localizador de direção.

Padrão de radiação

O padrão de radiação dessas antenas será o mesmo da antena dipolo horizontal curta.

o radiation patternpara antenas de loop pequenas e de alta eficiência é mostrado na figura acima. Os padrões de radiação para diferentes ângulos de looping também são ilustrados claramente na figura. A linha tangente em 0 ° indica polarização vertical, enquanto a linha com 90 ° indica polarização horizontal.

Vantagens

A seguir estão as vantagens da antena de loop -

• Tamanho compacto
• Alta diretividade

Desvantagens

A seguir estão as desvantagens da antena de loop -

• A correspondência de impedância pode nem sempre ser boa
• Tem um fator de qualidade de ressonância muito alto

Formulários

A seguir estão as aplicações da antena de loop -

• Usado em dispositivos RFID
• Usado em receptores MF, HF e ondas curtas
• Usado em receptores de aeronaves para localização de direção
• Usado em transmissores UHF

Helical antennaé um exemplo de antena de fio e ela mesma tem a forma de uma hélice. Esta é uma antena VHF e UHF de banda larga.

Alcance de frequência

A faixa de frequência de operação da antena helicoidal é em torno 30MHz to 3GHz. Esta antena funciona emVHF e UHF gamas.

Construção e funcionamento da antena helicoidal

Helical antennaou antena helicoidal é a antena na qual o fio condutor é enrolado em forma de hélice e conectado à placa de aterramento com uma linha de alimentação. É a antena mais simples, que fornececircularly polarized waves. É usado em comunicações extraterrestres nas quais estão envolvidos relés de satélite, etc.

A imagem acima mostra um sistema de antena helicoidal, que é usado para comunicações por satélite. Essas antenas requerem mais espaço ao ar livre.

Consiste em uma hélice de fio de cobre espesso ou tubo enrolado na forma de uma rosca de parafuso usada como antena em conjunto com uma placa de metal plana chamada placa de aterramento. Uma extremidade da hélice é conectada ao condutor central do cabo e o condutor externo é conectado à placa de aterramento.

A imagem de uma antena helicoidal detalhando as partes da antena é mostrada acima.

A radiação da antena helicoidal depende do diâmetro da hélice, do espaçamento da volta e do ângulo de inclinação.

Pitch angle é o ângulo entre uma linha tangente ao fio da hélice e o plano normal ao eixo da hélice.

$$\alpha = \tan^{-1}(\frac{S}{\pi D})$$

Onde,

• D é o diameter da hélice.

• S é o turn spacing (centro a centro).

• α é o pitch angle.

Modos de operação

Os modos predominantes de operação de uma antena helicoidal são -

• Normal ou modo perpendicular de radiação.

• Axial ou fim de fogo ou modo de feixe de radiação.

Vamos discuti-los em detalhes.

Modo normal

No modo normal de radiação, o campo de radiação é normal ao eixo da hélice. As ondas irradiadas são polarizadas circularmente. Este modo de radiação é obtido se as dimensões da hélice forem pequenas em comparação com o comprimento de onda. O padrão de radiação desta antena helicoidal é uma combinação de dipolo curto e antena de loop.

A figura acima mostra o padrão de radiação para o modo normal de radiação em antena helicoidal.

Depende dos valores do diâmetro da hélice, D e seu espaçamento entre curvas, S. As desvantagens deste modo de operação são a baixa eficiência de radiação e largura de banda estreita. Portanto, dificilmente é usado.

Modo axial

Dentro axial modede radiação, a radiação está na direção final do fogo ao longo do eixo helicoidal e as ondas são circularmente ou quase circularmente polarizadas. Este modo de operação é obtido aumentando a circunferência para a ordem de um comprimento de onda(λ) e espaçamento de aproximadamente λ/4. O padrão de radiação é amplo e direcional ao longo do feixe axial, produzindo lobos menores em ângulos oblíquos.

A figura mostra o padrão de radiação para modo axial de radiação em antena helicoidal.

Se esta antena for projetada para ondas polarizadas circularmente para destros, ela não receberá ondas polarizadas circularmente para canhotos e vice-versa. Este modo de operação é gerado com grande facilidade e émore practically used.

Vantagens

A seguir estão as vantagens da antena helicoidal -

• Design simples
• Diretividade mais alta
• Largura de banda mais ampla
• Pode alcançar polarização circular
• Também pode ser usado nas bandas HF e VHF

Desvantagens

A seguir estão as desvantagens da antena helicoidal -

• A antena é maior e requer mais espaço
• A eficiência diminui com o número de voltas

Formulários

A seguir estão as aplicações da antena helicoidal -

• Uma única antena helicoidal ou sua matriz é usada para transmitir e receber sinais VHF

• Freqüentemente usado para comunicações de satélite e sonda espacial

• Usado para links de telemetria com mísseis balásticos e satélites em estações terrestres

• Usado para estabelecer comunicações entre a lua e a Terra

• Aplicações em radioastronomia

Uma antena com uma abertura no final pode ser denominada como um Aperture antenna. O guia de ondas é um exemplo de antena de abertura. A borda de uma linha de transmissão, quando terminada com uma abertura, irradia energia. Esta abertura que é uma abertura, a torna umAperture antena.

Os principais tipos de antenas de abertura são -

• Antena guia de ondas
• Antena de chifre
• Antena de slot

Vamos agora dar uma olhada nesses tipos de antenas de abertura.

Antena Guia de Ondas

UMA Waveguideé capaz de irradiar energia quando excitado em uma extremidade e aberto na outra extremidade. A radiação na guia de onda é maior do que uma linha de transmissão de dois fios.

Alcance de frequência

A faixa de frequência operacional de um guia de onda é em torno 300MHz to 300GHz. Esta antena funciona emUHF e EHFfaixas de frequência. A imagem a seguir mostra um guia de ondas.

Este guia de ondas com extremidade terminada atua como uma antena. Mas apenas uma pequena parte da energia é irradiada, enquanto uma grande parte dela é refletida de volta no circuito aberto. Isso significaVSWR(relação da onda estacionária de tensão, discutida no capítulo de parâmetros básicos) o valor aumenta. A difração ao redor do guia de ondas fornece radiação pobre e padrão de radiação não diretivo.

Padrão de radiação

A radiação da antena do guia de ondas é fraca e o padrão não é diretivo, o que significa omnidirecional. Aomni-directional padrão é aquele que não tem diretividade certa, mas irradia em todas as direções, por isso é chamado de non-directive radiation pattern.

A figura acima mostra uma vista da seção superior de um padrão omnidirecional, que também é chamado de non-directional pattern. A vista bidimensional é um padrão em forma de oito, como já sabemos.

Vantagens

A seguir estão as vantagens da antena de abertura -

• A radiação é maior do que a linha de transmissão de dois fios
• A radiação é omnidirecional

Desvantagens

A seguir estão as desvantagens da antena de abertura -

• VSWR aumenta
• Radiação pobre

Formulários

A seguir estão as aplicações da antena de abertura -

• Aplicações de micro ondas
• Aplicativos de radar de pesquisa de superfície

A antena do guia de ondas tem que ser modificada para alcançar melhor desempenho, o que resulta na formação de Horn antenna.

Para melhorar a eficiência de radiação e diretividade do feixe, o guia de onda deve ser fornecido com uma abertura estendida para fazer a descontinuidade abrupta da onda em uma transformação gradual. Para que toda a energia na direção para frente seja irradiada. Isso pode ser denominado comoFlaring. Agora, isso pode ser feito usando uma antena em forma de chifre.

Alcance de frequência

A faixa de frequência operacional de uma antena de chifre é de cerca 300MHz to 30GHz. Esta antena funciona emUHF e SHF faixas de frequência.

Construção e funcionamento da antena de chifre

A energia do feixe ao se transformar lentamente em radiação, as perdas são reduzidas e a focalização do feixe melhora. UMAHorn antenna pode ser considerado como um flared out wave guide, pelo qual a diretividade é melhorada e a difração é reduzida.

A imagem acima mostra o modelo de uma antena em forma de chifre. O brilho do chifre é mostrado claramente. Existem várias configurações de buzina, das quais três configurações são mais comumente usadas.

Chifre setorial

Este tipo de antena em forma de chifre se espalha em apenas uma direção. Flaring na direção do vetor elétrico produz osectorial E-plane horn. Da mesma forma, queimando na direção do vetor magnético, produz osectorial H-plane horn.

Chifre piramidal

Este tipo de antena em forma de chifre possui alargamento em ambos os lados. Se o alargamento for feito em ambas as paredes E e H de um guia de onda retangular, entãopyramidal horn antennaé produzido. Esta antena tem a forma de uma pirâmide truncada.

Chifre cônico

Quando as paredes de um guia de onda circular são alargadas, isso é conhecido como conical horn. Esta é uma terminação lógica de um guia de onda circular.

As figuras acima mostram os tipos de configurações de buzina, que foram discutidos anteriormente.

O alargamento ajuda a combinar a impedância da antena com a impedância do espaço livre para uma melhor radiação. Ele evita a proporção da onda estacionária e fornece maior diretividade e largura de feixe mais estreita. O guia de onda alargado pode ser denominado tecnicamente comoElectromagnetic Horn Radiator.

Ângulo de alargamento, Φda antena em forma de chifre é um fator importante a ser considerado. Se for muito pequeno, a onda resultante será esférica em vez de plana e o feixe irradiado não será diretivo. Portanto, o ângulo de alargamento deve ter um valor ideal e está intimamente relacionado ao seu comprimento.

Combinações

Antenas de corneta, também podem ser combinadas com antenas refletoras parabólicas para formar um tipo especial de antenas de corneta. Estes são -

• Antena cass-horn

• Refletor de chifre de porco ou chifre triplamente dobrado

Dentro Cass-horn antenna, as ondas de rádio são coletadas pela grande superfície inferior, que é curva parabolicamente e refletida para cima em um ângulo de 45 °. Depois de atingir a superfície superior, eles são refletidos para o ponto focal. O ganho e a largura do feixe deles são como refletores parabólicos.

Dentro hog-hornantena, um cilindro parabólico é unido ao chifre piramidal, onde o feixe atinge o ápice do chifre. Ele forma uma antena de micro-ondas de baixo ruído. A principal vantagem da antena de chifre de porco é que seu ponto de recepção não se move, embora a antena seja girada em torno de seu eixo.

Padrão de radiação

O padrão de radiação de uma antena de chifre é uma frente de onda esférica. A figura a seguir mostra oradiation patternde antena chifre. A onda irradia da abertura, minimizando a difração das ondas. A queima mantém o feixe focado. O feixe irradiado tem alta diretividade.

Vantagens

A seguir estão as vantagens da antena Horn -

• Pequenos lobos menores são formados
• A correspondência de impedância é boa
• Maior diretividade
• Largura do feixe mais estreita
• Ondas estacionárias são evitadas

Desvantagens

A seguir estão as desvantagens da antena de chifre -

• Projetando o ângulo de alargamento, decide a diretividade
• O ângulo e o comprimento do alargamento não devem ser muito pequenos

Formulários

A seguir estão as aplicações da antena de chifre -

• Usado para estudos astronômicos
• Usado em aplicações de microondas

Slot Antennaé um exemplo de antena de abertura. Uma fenda retangular é feita na folha condutora. Essas antenas de slot podem ser formadas simplesmente fazendo um corte na superfície onde são montadas.

Alcance de frequência

A faixa de frequência usada para a aplicação da antena Slot é 300 MHz to 30 GHz. Funciona emUHF e SHF faixas de frequência.

Construção e trabalho de antenas de slot

O uso de antenas de slot é bem compreendido por meio de seu princípio de funcionamento. Vamos dar uma olhada na estrutura de uma antena slot.

Quando uma folha condutora infinita é feita um corte retangular e os campos são excitados na abertura (que é chamada de fenda), é denominado como Slot antenna. Isso pode ser entendido observando a imagem de uma antena de fenda. A imagem a seguir mostra o modelo de uma antena Slot.

O funcionamento da Slot Antenna pode ser facilmente compreendido através do princípio óptico de Babinet. Este conceito fornece uma introdução às antenas de slot.

Princípio de Babinet

O princípio de Babinet afirma que- “Quando o campo atrás de uma tela com uma abertura é adicionado ao campo de uma estrutura complementar, a soma é igual ao campo quando não há tela”.

As imagens acima explicam claramente o princípio. Em todas as regiões, que não são colineares com o feixe, as duas telas acima, nas figuras 1 e 2, produzem o mesmo padrão de difração.

Case 1- Considere uma fonte de luz e um plano condutor (campo) com uma abertura antes de uma tela. A luz não passa pela área opaca, mas passa pela abertura.

Case 2- Considere a fonte de luz e um plano condutor do tamanho da abertura do caso anterior, sendo segurado contra a tela. A luz não passa pelo plano, mas pelo resto.

Case 3- Combine esses dois planos condutores de ambas as caixas e coloque antes da fonte de luz. A tela não está posicionada para observar a combinação resultante. O efeito da tela é anulado.

Trabalho de antena de slot

Este princípio óptico é aplicado às ondas eletromagnéticas para que a onda seja irradiada. É verdade que quando existe um campo HF através de uma fenda estreita em um plano condutor, a energia é irradiada.

A imagem mostra um slot de antena, o que explica bem seu funcionamento.

Considere que uma tela condutora de plano infinito é tomada e perfurada com aberturas de formato e tamanho desejados e esta será a tela da antena slot. Outra tela é considerada trocando os locais de abertura e área da tela que é a tela complementar.

Essas duas telas seriam complementarypois resultam em uma tela de metal infinita completa. Agora, isso se torna a antena de slot. A impedância terminal é bastante desejável para a radiação.

Padrão de radiação

O padrão de radiação da antena Slot é Omni-directional, assim como uma antena dipolo de meia onda. Dê uma olhada na ilustração a seguir. Ele mostra o padrão de radiação da antena Slot desenhada nos planos horizontal e vertical, respectivamente

Vantagens

A seguir estão as vantagens da antena Slot -

• Pode ser fabricado e escondido dentro de objetos metálicos
• Ele pode fornecer comunicações secretas com um pequeno transmissor

Desvantagens

A seguir estão as desvantagens da antena Slot -

• Níveis mais altos de polarização cruzada
• Menor eficiência de radiação

Formulários

A seguir estão as aplicações da antena Slot -

• Normalmente para fins de navegação por radar
• Usado como uma matriz alimentada por um guia de ondas

As antenas micro strip são antenas de baixo perfil. Um remendo de metal montado no nível do solo com um material dielétrico no meio constitui umMicro strip ou Patch Antenna. Estas são antenas de tamanho muito baixo com baixa radiação.

Alcance de frequência

As antenas patch são populares para aplicações de baixo perfil em frequências acima 100MHz.

Construção e trabalho de antenas de microfitas

Micro strip antennaconsiste em uma tira metálica muito fina colocada em um plano de aterramento com um material dielétrico no meio. O elemento radiante e as linhas de alimentação são colocados pelo processo de fotocondicionamento no material dielétrico. Normalmente, o remendo ou microtira é escolhido para ter formato quadrado, circular ou retangular para facilitar a análise e a fabricação. A imagem a seguir mostra uma micro-tira ou antena patch.

O comprimento do remendo de metal é λ / 2. Quando a antena é excitada, as ondas geradas dentro da dielétrica sofrem reflexos e a energia é irradiada das bordas do remendo de metal, que é muito baixo.

Padrão de radiação

O padrão de radiação da microtira ou antena patch é broad. Possui baixa potência de radiação e largura de banda de frequência estreita.

o radiation patternde uma microtira ou antena patch é mostrado acima. Tem menos diretividade. Para ter uma maior diretividade, uma matriz pode ser formada usando essas antenas patch.

Vantagens

A seguir estão as vantagens da antena de tira micro -

• Lighteweight
• Baixo custo
• Facilidade de instalação

Desvantagens

A seguir estão as desvantagens da antena de fita micro -

• Radiação ineficiente
• Largura de banda de frequência estreita

Formulários

A seguir estão as aplicações da antena de tira micro -

• Usado em aplicações de nave espacial
• Usado em aplicações de aeronaves
• Usado em aplicações de antena de baixo perfil

As antenas, que discutimos até agora, usavam a superfície plana. As antenas de lente usam a superfície curva para transmissão e recepção.Lens antennassão feitos de vidro, onde as propriedades convergentes e divergentes das lentes são seguidas. As antenas de lente são usadas para aplicações de alta frequência.

Alcance de frequência

A faixa de frequência de uso da antena de lente começa em 1000 MHz mas seu uso é maior em 3000 MHz and above.

Para entender melhor a antena da lente, o princípio de funcionamento de uma lente deve ser conhecido. Uma lente de vidro normal funciona com base no princípio da refração.

Construção e funcionamento da antena de lente

Se uma fonte de luz estiver presente em um ponto focal de uma lente, que está a uma distância focal da lente, os raios passam pela lente como raios colimados ou paralelos na frente de onda plana.

Os raios que passam pelo centro da lente são menos refratados do que os raios que passam pelas bordas da lente. Todos os raios são enviados paralelamente à frente da onda plana. Este fenômeno de lente é chamado dedivergence.

O mesmo procedimento é revertido se um feixe de luz for enviado do lado direito para o esquerdo da mesma lente. Em seguida, o feixe é refratado e se encontra em um ponto denominado ponto focal, a uma distância focal da lente. Este fenômeno é chamadoconvergence.

O mesmo pode ser melhor compreendido observando o seguinte diagrama -

O diagrama de raios representa o ponto focal e a distância focal da fonte até a lente. Os raios paralelos obtidos também são chamados de raios colimados.

Na figura acima, a fonte no ponto focal, a uma distância focal da lente, é colimada na frente da onda plana. Este fenômeno pode ser revertido, o que significa que a luz, se enviada do lado esquerdo, converge para o lado direito da lente.

É por causa dessa reciprocidade que a lente pode ser utilizada como antena, pois o mesmo fenômeno auxilia na utilização da mesma antena tanto para transmissão quanto para recepção.

A imagem do modelo de uma antena de lente é mostrada.

Para alcançar as propriedades de foco em frequências mais altas, o índice de refração deve ser menor que a unidade. Qualquer que seja o índice de refração, o objetivo da lente é endireitar a forma de onda. Com base nisso, as lentes do plano E e do plano H são desenvolvidas, que também atrasam ou aceleram a frente da onda.

Tipos de antenas de lente

Os seguintes tipos de antenas de lente estão disponíveis -

• Lente dielétrica ou lente de placa de metal de plano H ou lente de atraso (ondas de viagem são atrasadas pela mídia de lente)

• Lente de placa de metal E-plane

• Lente tipo dielétrica não metálica

• Tipo de lente dielétrica metálica ou artificial

Vantagens

A seguir estão as vantagens da antena de lente -

• Em antenas de lente, alimentação e suporte de alimentação, não obstrua a abertura.

• Possui maior tolerância de design.

• Uma quantidade maior de onda, do que um refletor parabólico, pode ser tratada.

• O feixe pode ser movido angularmente com respeito ao eixo.

Desvantagens

A seguir estão as desvantagens da antena de lente -

• As lentes são pesadas e volumosas, especialmente em frequências mais baixas

• Complexidade no design

• Mais caro em comparação com refletores, para as mesmas especificações

Formulários

A seguir estão as aplicações da antena de lente -

• Usado como antena de banda larga

• Especialmente usado para aplicações de frequência de micro-ondas

As propriedades convergentes das antenas de lente podem ser usadas para desenvolver antenas de alto nível conhecidas como antenas refletoras parabólicas, amplamente utilizadas em comunicações por satélite. Discutiremos sobre eles no próximo capítulo.

Parabolic Reflectorssão antenas de micro-ondas. Para melhor compreensão dessas antenas, o conceito de refletor parabólico deve ser discutido.

Alcance de frequência

A faixa de frequência usada para a aplicação de antenas refletoras parabólicas é above 1MHz. Essas antenas são amplamente utilizadas para aplicações de rádio e sem fio.

Princípio da Operação

A definição padrão de uma parábola é - Locus de um ponto, que se move de tal forma que sua distância do ponto fixo (chamado focus) mais sua distância de uma linha reta (chamada directrix) é constante.

A figura a seguir mostra a geometria do refletor parabólico. O pontoF é o foco (o feed é fornecido) e Vé o vértice. A linha que une F e V é o eixo de simetria. PQ são os raios refletidos ondeLrepresenta a linha diretriz na qual os pontos refletidos estão (para dizer que eles estão sendo colineares). Portanto, de acordo com a definição acima, a distância entre F e L permanece constante em relação às ondas sendo focalizadas.

A onda refletida forma uma frente de onda colimada, fora do formato parabólico. A relação entre a distância focal e o tamanho da abertura (ou seja, f / D), conhecida como“f over D ratio”é um parâmetro importante do refletor parabólico. Seu valor varia de0.25 to 0.50.

A lei da reflexão afirma que o ângulo de incidência e o ângulo de reflexão são iguais. Esta lei quando usada junto com uma parábola, ajuda o foco do feixe. A forma do

a parábola quando usada para fins de reflexão de ondas, exibe algumas propriedades da parábola, que são úteis para construir uma antena, usando as ondas refletidas.

Propriedades da parábola

• Todas as ondas originadas do foco refletem de volta ao eixo parabólico. Portanto, todas as ondas que atingem a abertura estão em fase.

• Como as ondas estão em fase, o feixe de radiação ao longo do eixo parabólico será forte e concentrado.

Seguindo esses pontos, os refletores parabólicos auxiliam na produção de alta diretividade com largura de feixe mais estreita.

Construção e funcionamento de um refletor parabólico

Se uma antena reflectora parabólica for usada para transmitir um sinal, o sinal do feed sai de um dipolo ou antena em forma de chifre para focar a onda na parábola. Isso significa que as ondas saem do ponto focal e atingem o refletor Paraboloidal. Esta onda agora é refletida comocollimated wave front, conforme discutido anteriormente, para serem transmitidos.

A mesma antena é usada como receptor. Quando a onda eletromagnética atinge a forma da parábola, a onda é refletida no ponto de alimentação. A antena dipolo ou corneta, que atua como antena receptora em sua alimentação, recebe esse sinal para convertê-lo em sinal elétrico e encaminhá-lo para o circuito receptor.

A imagem a seguir mostra uma Antena Refletor Parabólico.

O ganho do parabolóide é uma função da razão de abertura (D/λ). O poder irradiado eficaz(ERP) de uma antena é a multiplicação da potência de entrada fornecida à antena e seu ganho de potência.

Normalmente, uma antena de chifre de guia de onda é usada como um radiador de alimentação para a antena refletor parabolóide. Junto com esta técnica, temos outro tipo de alimentação dada à antena refletor parabolóide, chamada de alimentação Cassegrain.

Cassegrain Feed

O grão de Casse é outro tipo de alimentação dada à antena refletora. Nesse tipo, o feed está localizado no vértice do parabolóide, ao contrário do refletor parabólico. Um refletor de formato convexo, que atua como um hiperbolóide, é colocado do lado oposto à alimentação da antena. Também é conhecido comosecondary hyperboloid reflector ou sub-reflector. Ele é colocado de forma que seu um dos focos coincida com o foco do parabolóide. Assim, a onda é refletida duas vezes.

A figura acima mostra o modelo de trabalho da ração cassegrain.

Trabalho de uma antena Cassegrain

Quando a antena atua como uma antena transmissora, a energia da alimentação irradia através de uma antena em forma de chifre para o refletor côncavo hiperbolóide, que novamente reflete de volta para o refletor parabólico. O sinal é refletido para o espaço a partir daí. Conseqüentemente, o desperdício de energia é controlado e a diretividade é aprimorada.

Quando a mesma antena é usada para recepção, as ondas eletromagnéticas atingem o refletor, são refletidas no hiperbolóide côncavo e de lá, chegam ao feed. Uma antena de corneta guia de ondas é apresentada para receber esse sinal e enviar para o circuito receptor para amplificação.

Dê uma olhada na imagem a seguir. Mostra um refletor parabolóide com alimentação cassegrain.

Vantagens

A seguir estão as vantagens da antena refletora parabólica -

• Redução de lobos menores

• O desperdício de energia é reduzido

• Comprimento focal equivalente é alcançado

• O feed pode ser colocado em qualquer local, de acordo com nossa conveniência

• O ajuste do feixe (estreitamento ou alargamento) é feito ajustando as superfícies refletoras

Desvantagem

O seguinte é a desvantagem de uma antena refletora parabólica -

• Parte da energia que é refletida do refletor parabólico está obstruída. Isso se torna um problema com o parabolóide de pequena dimensão.

Formulários

A seguir estão as aplicações da antena refletora parabólica -

• O refletor parabólico de alimentação cassegrain é usado principalmente em comunicações por satélite.

• Também usado em sistemas de telecomunicações sem fio.

Vejamos outro tipo de alimentação chamada alimentação gregoriana para os refletores parabólicos.

Alimentação Gregoriana

Este é outro tipo de feed usado. Um par de certas configurações está lá, onde a largura do feixe de alimentação é aumentada progressivamente enquanto as dimensões da antena são mantidas fixas. Esse tipo de feed é conhecido como feed gregoriano. Aqui, o hiperbolóide convexo do casssegrain é substituído por um refletor parabolóide côncavo, que é, naturalmente, menor em tamanho

Estes Gregorian feed tipo refletores podem ser usados ​​de quatro maneiras -

• Sistemas gregorianos usando sub-refletor elipsoidal refletor nos focos F1.

• Sistemas gregorianos usando sub-refletor elipsoidal refletor nos focos F2.

• Sistemas Cassegrain usando sub-refletor hiperbolóide (convexo).

• Sistemas Cassegrain usando sub-refletor hiperbolóide (côncavo, mas o feed está muito próximo a ele).

Estes são apenas para mencionar porque não são populares e não são amplamente utilizados. Eles têm suas limitações.

A figura mostra claramente o padrão de funcionamento de todos os tipos de refletores. Existem outros tipos de refletores parabolóides, como -

• Cut- parabolóide
• Cilindro parabólico
• Parabolóide de caixa de comprimidos

Porém, todos eles raramente são usados ​​devido às limitações e desvantagens que apresentam em suas condições de trabalho.

Portanto, de todos os tipos de antenas refletoras, os refletores parabólicos simples e os refletores parabólicos de alimentação cassegrain são os mais comumente usados.

Uma antena, quando individualmente pode irradiar uma quantidade de energia, em uma determinada direção, resultando em uma melhor transmissão, como seria se mais poucos elementos fossem adicionados a ela, para produzir uma saída mais eficiente. É exatamente essa ideia, que levou à invenção doAntenna arrays.

Um conjunto de antenas pode ser melhor compreendido observando as seguintes imagens. Observe como os arranjos de antenas são conectados.

A antenna arrayé um sistema de radiação, que consiste em radiadores e elementos individuais. Cada um deste radiador, enquanto funciona, tem seu próprio campo de indução. Os elementos são colocados tão próximos que cada um fica no campo de indução do vizinho. Portanto, o padrão de radiação produzido por eles, seria a soma vetorial dos indivíduos. A imagem a seguir mostra outro exemplo de um conjunto de antenas.

O espaçamento entre os elementos e o comprimento dos elementos de acordo com o comprimento de onda também devem ser considerados ao projetar essas antenas.

As antenas irradiam individualmente e enquanto em array se somam a radiação de todos os elementos, para formar o feixe de radiação, que possui alto ganho, alta diretividade e melhor desempenho, com perdas mínimas.

Vantagens

A seguir estão as vantagens de usar arranjos de antenas -

• A intensidade do sinal aumenta
• Alta diretividade é obtida
• Lóbulos menores são muito reduzidos
• Alta relação sinal-ruído é alcançada
• Alto ganho é obtido
• O desperdício de energia é reduzido
• Melhor desempenho é obtido

Desvantagens

A seguir estão as desvantagens das antenas de matriz -

• Perdas resistivas aumentam
• Montagem e manutenção são difíceis
• É necessário um grande espaço externo

Formulários

A seguir estão as aplicações de antenas array -

• Usado em comunicações por satélite
• Usado em comunicações sem fio
• Usado em comunicações de radar militar
• Usado no estudo astronômico

Tipos de matrizes

Os tipos básicos de arrays são -

• Matriz colinear
• Ampla matriz lateral
• Fim da linha de fogo
• Matriz parasitária
• Matriz Yagi-Uda
• Matriz log-peroidica
• Matriz de torniquete
• Super torniquete

Discutiremos essas matrizes nos próximos capítulos.

UMA Collinear arrayconsiste em dois ou mais dipolos de meia onda, colocados ponta a ponta. Essas antenas são colocadas em uma linha ou eixo comum, sendo paralelas ou colineares.

A radiação máxima nessas matrizes é lateral ampla e perpendicular à linha da matriz. Essas matrizes também são chamadas debroad cast ou Omni-directional arrays.

Alcance de frequência

A faixa de frequência em que as antenas de matriz colinear operam é em torno de 30 MHz to 3GHz que pertencem ao VHF e UHF bandas.

Construção do Array

Essas matrizes colineares são uni-directional antennastendo alto ganho. O objetivo principal desta matriz é aumentar a potência irradiada e fornecer feixe de alta direcional, evitando perda de potência em outras direções.

As imagens acima mostram as imagens de matrizes colineares. Na figura 1, é visto que a matriz colinear é formada usando dipolos dobrados, enquanto na figura 2, a matriz colinear é formada por dipolos normais. Ambos os tipos são dipolos de meia onda comumente usados.

Padrão de radiação

O padrão de radiação dessas matrizes colineares é semelhante ao de um único dipolo, mas o padrão de matriz de número crescente de dipolos faz a diferença.

O padrão de radiação da matriz colinear quando feito usando dois elementos, três elementos e quatro elementos, respectivamente, é mostrado na figura dada acima.

o broad side array também tem o mesmo padrão, no qual a direção de radiação máxima é perpendicular à linha da antena.

Vantagens

A seguir estão as vantagens das antenas de matriz colinear -

• O uso de array reduz as pontas largas e aumenta a diretividade
• Lóbulos menores são minimizados
• O desperdício de energia é reduzido

Desvantagens

A seguir estão as desvantagens das antenas de matriz colinear -

• O deslocamento dessas antenas é uma tarefa difícil
• Usado apenas em áreas externas

Formulários

A seguir estão as aplicações de antenas de matriz colinear -

• Usado para bandas VHF e UHF
• Usado em comunicações bidirecionais
• Usado também para fins de transmissão

O conjunto de antenas em sua forma mais simples, tendo um número de elementos de igual tamanho, igualmente espaçados ao longo de uma linha reta ou eixo, formando pontos colineares, com todos os dipolos na mesma fase, da mesma fonte juntos formam o broad side array.

Alcance de frequência

A faixa de frequência em que as antenas de matriz colinear operam é em torno de 30 MHz to 3GHz que pertencem ao VHF e UHF bandas.

Construção e Trabalho de Matriz de Lado Largo

De acordo com a definição padrão, "um arranjo em que a direção principal da radiação é perpendicular ao eixo da matriz e também ao plano que contém o elemento da matriz" é denominado como o broad side array. Portanto, o padrão de radiação da antena é perpendicular ao eixo no qual a matriz existe.

O diagrama a seguir mostra a ampla matriz lateral, em vista frontal e vista lateral, respectivamente.

A ampla matriz lateral é fortemente direcional em ângulos retos em relação ao plano da matriz. No entanto, a radiação no plano será muito menor devido ao cancelamento na direção que une o centro.

A figura da matriz lateral ampla com espaçamento λ / 4 é mostrada abaixo.

Os comprimentos de antena típicos na ampla disposição lateral são de 2 a 10 comprimentos de onda. Os espaçamentos típicos são λ / 2 ou λ. Os pontos de alimentação dos dipolos são unidos conforme mostrado na figura.

Padrão de radiação

O padrão de radiação desta antena é bidirecional e em ângulo reto com o plano. O feixe é muito estreito com alto ganho.

A figura acima mostra o padrão de radiação da ampla matriz lateral. O feixe é um pouco mais largo e os lóbulos menores são muito reduzidos.

O arranjo físico de end-fire arrayé igual ao da matriz lateral ampla. A magnitude das correntes em cada elemento é a mesma, mas há uma diferença de fase entre essas correntes. Essa indução de energia difere em cada elemento, o que pode ser entendido pelo diagrama a seguir.

A figura acima mostra o arranjo de fim de incêndio nas vistas superior e lateral, respectivamente.

Não há radiação nos ângulos retos em relação ao plano da matriz devido ao cancelamento. O primeiro e o terceiro elementos são alimentados fora de fase e, portanto, cancelam a radiação um do outro. Da mesma forma, o segundo e o quarto são alimentados fora de fase, para serem cancelados.

O espaçamento dipolo usual será λ / 4 ou 3λ / 4. Esse arranjo não apenas ajuda a evitar a radiação perpendicular ao plano da antena, mas também ajuda a energia irradiada a ser desviada para a direção da radiação de todo o conjunto. Conseqüentemente, os lóbulos menores são evitados e a diretividade é aumentada. O feixe fica mais estreito com os elementos aumentados.

Padrão de radiação

O padrão de radiação da matriz final de incêndio é uni-directional. Um lóbulo principal ocorre em uma extremidade, onde a radiação máxima está presente, enquanto os lóbulos menores representam as perdas.

A figura explica o padrão de radiação de uma matriz de fim de incêndio. A Figura 1 é o padrão de radiação para uma única matriz, enquanto as figuras 2, 3 e 4 representam o padrão de radiação para várias matrizes.

End-fire Array vs. Broad Side Array

Estudamos ambas as matrizes. Vamos tentar comparar as matrizes end-fire e as laterais largas, junto com suas características.

A figura ilustra o padrão de radiação da matriz final de disparo e da matriz lateral ampla.

• Ambos, a matriz final de fogo e a matriz lateral ampla, são lineares e ressonantes, pois consistem em elementos ressonantes.

• Devido à ressonância, ambas as matrizes exibem feixe mais estreito e alta diretividade.

• Essas duas matrizes são usadas para fins de transmissão.

• Nenhum deles é usado para recepção, pois a necessidade de cobrir uma faixa de frequências é necessária para qualquer tipo de recepção.

Os arranjos de antenas, conforme visto acima, são usados ​​para melhorar o ganho e a diretividade.

UMA parasitic elementé um elemento que depende do feed de outros. Ele não tem seu próprio feed. Assim, neste tipo de matrizes, empregamos tais elementos, que auxiliam no aumento da radiação indiretamente.

Esses elementos parasitas não estão diretamente conectados ao feed.

A imagem acima mostra um exemplo de matriz parasita. A estrutura de malha vista na imagem nada mais é do que um conjunto de refletores. Esses refletores não são conectados eletricamente. Eles aumentam a intensidade do sinal, aumentando a diretividade do feixe.

Construção e Trabalho de Matriz Parasitária

Vejamos as partes importantes de um array parasita e como elas funcionam.

As partes principais são -

• Elemento impulsionado
• Elementos parasitas
  • Reflector
  • Director
• Boom

Elemento impulsionado

As antenas irradiam individualmente e, enquanto em conjunto, a radiação de todos os elementos se somam para formar o feixe de radiação. Todos os elementos da matriz não precisam ser conectados ao feed. O dipolo que está conectado à alimentação é conhecido como umdriven element.

Elementos Parasitários

Os elementos adicionados não possuem uma ligação elétrica entre eles ao elemento acionado ou à alimentação. Eles são posicionados de modo que fiquem no campo de indução do elemento acionado. Portanto, eles são conhecidos comoparasitic elements.

Reflector

Se um dos elementos parasitas, que é 5% mais longo que o elemento acionado, for colocado próximo ao elemento acionado for mais longo, ele atua como um espelho côncavo, que reflete a energia na direção do padrão de radiação ao invés de sua própria direção e, portanto, é conhecido como um reflector.

Director

Um elemento parasita, 5% mais curto do que o elemento acionado, do qual recebe energia, tende a aumentar a radiação em sua própria direção e, portanto, se comporta como lentes convexas convergentes. Este elemento é chamado dedirector. Vários diretores são colocados para aumentar a diretividade.

estrondo

O elemento em que todos estes são colocados é chamado de boom. É uma estrutura não metálica que proporciona isolamento, para que não haja curto-circuito entre os outros elementos do conjunto.

Estes são todos os elementos principais que contribuem para a radiação. Isso pode ser melhor compreendido com a ajuda de um diagrama

A imagem mostrada acima é de uma matriz parasita, que mostra as partes da matriz parsítica, como o elemento acionado, os diretores e o refletor. O feed é fornecido por meio do alimentador.

Os arrays são usados ​​em frequências que variam de 2MHz para several GHz. Eles são especialmente usados ​​para obter alta diretividade e melhor ganho direto com umuni-directional. O exemplo mais comum desse tipo de array é oYagi-Uda antenna. A antena Quad também pode ser citada como outro exemplo.

Yagi-Uda antennaé o tipo de antena mais comumente usado para recepção de TV nas últimas décadas. É o tipo de antena mais popular e fácil de usar com melhor desempenho, que é famosa por seu alto ganho e diretividade

Frequency range

A faixa de frequência em que as antenas Yagi-Uda operam é de cerca 30 MHz to 3GHz que pertencem ao VHF e UHF bandas.

Construção da Antena Yagi-Uda

Uma antena Yagi-Uda foi vista no topo de quase todas as casas nas últimas décadas. Os elementos parasitas e o dipolo juntos formam esta antena Yagi-Uda.

A figura mostra um Yagi-Uda antenna. Vê-se que existem muitos diretores colocados para aumentar a diretividade da antena. O alimentador é o dipolo dobrado. O refletor é o elemento comprido, que fica no final da estrutura.

A figura mostra uma forma clara da antena Yagi-Uda. A estrutura em forma de haste central na qual os elementos são montados é chamada deboom. O elemento ao qual uma espessa cabeça preta está conectada é odriven elementao qual a linha de transmissão é conectada internamente, por meio desse pino preto. O único elemento presente na parte traseira do elemento acionado é oreflector, que reflete toda a energia na direção do padrão de radiação. Os outros elementos, antes do elemento acionado, são osdirectors, que direcionam o feixe para o ângulo desejado.

Projetando

Para que esta antena seja projetada, as seguintes especificações de projeto devem ser seguidas.

Eles são -

ELEMENTO	ESPECIFICAÇÃO
Comprimento do elemento acionado	0,458λ a 0,5λ
Comprimento do Refletor	0,55λ a 0,58λ
Comprimento do Diretor 1	0,45λ
Comprimento do Diretor 2	0,40λ
Comprimento do Diretor 3	0,35λ
Espaçamento entre diretores	0,2λ
Espaçamento entre refletor e dipolo	0,35λ
Espaçamento de dipolo para diretor	0,125λ

Se as especificações fornecidas acima forem seguidas, pode-se projetar uma antena Yagi-Uda.

Padrão de radiação

O padrão direcional da antena Yagi-Uda é highly directive conforme mostrado na figura abaixo.

Os lóbulos menores são suprimidos e a diretividade do lóbulo principal é aumentada pela adição de diretores à antena.

Vantagens

A seguir estão as vantagens das antenas Yagi-Uda -

• Alto ganho é alcançado.
• Alta diretividade é alcançada.
• Facilidade de manuseio e manutenção.
• Menos quantidade de energia é desperdiçada.
• Cobertura mais ampla de frequências.

Desvantagens

A seguir estão as desvantagens das antenas Yagi-Uda -

• Propenso a ruído.
• Propenso a efeitos atmosféricos.

Formulários

A seguir estão as aplicações das antenas Yagi-Uda -

• Usado principalmente para recepção de TV.
• Usado onde um aplicativo de frequência única é necessário.

A antena Yagi-Uda é usada principalmente para fins domésticos. No entanto, para fins comerciais e para sintonizar em uma faixa de frequências, precisamos ter outra antena conhecida comoLog-periodic antenna. Uma antena Log-periódica é aquela cuja impedância é uma função de frequência logaritamicamente periódica.

Alcance de frequência

A faixa de frequência em que as antenas log-periódicas operam é em torno de 30 MHz to 3GHz que pertencem ao VHF e UHF bandas.

Construção e Trabalho de Antena Log-periódica

A construção e operação de uma antena log-periódica é semelhante à de uma antena Yagi-Uda. A principal vantagem desta antena é que ela exibe características constantes em uma faixa de freqüência de operação desejada. Tem a mesma resistência à radiação e, portanto, o mesmo SWR. O ganho e a relação frente para trás também são iguais.

A imagem mostra uma antena de registro periódico.

Com a mudança na frequência de operação, a região ativa muda entre os elementos e, portanto, todos os elementos não estarão ativos apenas em uma única frequência. Este é o seuspecial characteristic.

Existem vários tipos de antenas log-periódicas, tais como planar, trapezoidal, zig-zag, tipo V, slot e dipolo. O mais usado é a matriz dipolar log-periódica, em resumo, LPDA.

O diagrama da matriz log-periódica é fornecido acima.

A estrutura física e as características elétricas, quando observadas, são de natureza repetitiva. A matriz consiste em dipolos de diferentes comprimentos e espaçamentos, que são alimentados por uma linha de transmissão de dois fios. Esta linha é transposta entre cada par adjacente de dipolos.

Os comprimentos e separações de dipolo estão relacionados pela fórmula -

$$\frac{R_{1}}{R_{2}} = \frac{R_{2}}{R_{3}} = \frac{R_{3}}{R_{4}} = T = \frac{l_{1}}{l_{2}} = \frac{l_{2}}{l_{3}} = \frac{l_{3}}{l_{4}}$$

Onde

• т é a proporção do design e т <1
• R é a distância entre a alimentação e o dipolo
• l é o comprimento do dipolo.

Os ganhos diretivos obtidos são baixos a moderados. Os padrões de radiação podem serUnidirectional or Bi-directional.

Padrão de radiação

O padrão de radiação da antena log-periódica pode ser unidirecional ou bidirecional, dependendo das estruturas log periódicas.

Para uni-directional Log-periodic antenna, a radiação para o elemento mais curto é de considerável quantidade, enquanto na direção para frente, é pequena ou nula.

O padrão de radiação para antena log-periódica unidirecional é fornecido acima.

Para bi-directional Log-periodic antenna, a radiação máxima está no lado largo, o que é normal para a superfície da antena.

A figura dada acima mostra o padrão de radiação para uma antena log-periódica bidirecional.

Vantagens

A seguir estão as vantagens das antenas Log-periódicas -

• O design da antena é compacto.
• O ganho e o padrão de radiação variam de acordo com os requisitos.

Desvantagens

A seguir estão as desvantagens das antenas Log-periódicas -

• Montagem externa.
• O custo de instalação é alto.

Formulários

A seguir estão as aplicações de antenas Log-periódicas -

• Usado para comunicações HF.
• Usado para tipos específicos de recepções de TV.
• Usado para monitoramento completo em bandas de frequência mais altas.

o Turnstile antennaé outro tipo de antena de matriz. A forma desta matriz simboliza a catraca, que é utilizada nas entradas de poucos lugares. Esta antena possui uma ampla variedade de aplicações militares.

Alcance de frequência

A faixa de frequência em que as antenas da catraca operam é de cerca 30 MHz to 3GHz que pertencem ao VHF e UHF bandas.

Construção e trabalho da antena catraca

Dois dipolos de meia onda idênticos são colocados em ângulos retos entre si e são alimentados em fase. Esses dipolos são excitados 90 ° defasados ​​entre si. A matriz de torniquete também pode ser denominada comocrossed dipoles array.

As imagens acima ilustram as antenas da catraca.

Para fornecer alta diretividade, várias catracas podem ser empilhadas ao longo de um eixo vertical e são faseadas conforme mostrado na figura acima. A polarização dessas antenas catracas depende de seu modo de operação.

O par desses dipolos freqüentemente empilhados é conhecido como BAY. Nas figuras mostradas acima, duas baias são espaçadas em meio comprimento de onda(λ/2)separados e os elementos correspondentes são alimentados em fase. A radiação produzida pela combinação de baias resulta em melhor diretividade.

Modos de operação

A seguir estão os modos de operação de uma antena Catraca.

Normal mode

No modo normal de operação, a antena irradia horizontally polarized ondas perpendiculares ao seu eixo.

Axial mode

No modo axial de operação, a antena irradia circularly polarized ondas ao longo de seu eixo, ou seja, paralelas ao seu eixo.

Para polarização circular, o transmissor que irradia com polarização circular direita deve ter um receptor com a mesma polarização circular direita e vice-versa. Se for circular à esquerda polarizado, ao contrário do transmissor, haverá uma severa perda de ganho.

Super Turnstile Antena

Para uma antena catraca, a potência de radiação é de 3 dB abaixo da radiação máxima de um dipolo de meia onda que irradia a mesma potência. Portanto, para superar essa desvantagem, oSuper-turnstile antenna É construído.

Os elementos dipolo simples na catraca são substituídos por quatro placas planas na Super-catraca. O projeto da matriz da super catraca é tal que 1 a 8 baias podem ser construídas em um único mastro. O outro nome da antena Super-catraca éBatwing Antenna.

As imagens acima mostram a antena super torniquete. A Figura 1 mostra o arranjo do arranjo de superturios com os pontos vermelhos sendo os pontos de alimentação. A Figura 2 mostra a matriz de catracas empilhadas usada nas comunicações por satélite.

Padrão de radiação

O padrão de radiação será semelhante ao padrão de radiação de dois dipolos sobrepostos. Embora seja próximo ao padrão omnidirecional, ele deixa um padrão em forma de folha de clave.

A figura acima mostra o padrão de radiação de uma matriz de catraca. Os padrões típicos de figura em oito foram combinados para produzir um padrão quase circular.

• A Figura A mostra os padrões individuais sendo combinados.

• A Figura B mostra o padrão vertical de um único compartimento e também o padrão combinado de quatro compartimentos.

• A Figura C mostra o padrão combinado resultante de quatro baias mostrando melhor diretividade.

Vantagens

A seguir estão as vantagens das antenas do Turnstile -

• O alto ganho é obtido pelo empilhamento

• Super torniquete produz saída de alto ganho

• Melhor diretividade é alcançada

Desvantagem

A seguir está a desvantagem das antenas Catracas -

• A potência de radiação é de 3 dB abaixo da radiação máxima de um dipolo de meia onda que irradia a mesma potência.

Formulários

A seguir estão as aplicações das antenas Catracas -

• Usado para comunicações VHF

• Usado para transmissão FM e TV

• Usado em comunicações militares

• Usado em comunicações por satélite

Na atmosfera terrestre, a propagação da onda depende não apenas das propriedades da onda, mas também dos efeitos ambientais e das camadas da atmosfera terrestre. Tudo isso deve ser estudado para formar uma ideia de como uma onda se propaga no ambiente.

Vejamos o frequency spectrumsobre o qual ocorre a transmissão ou recepção do sinal. Diferentes tipos de antenas são fabricados dependendo da faixa de frequência em que são operadas.

Espectro eletromagnético

A comunicação sem fio é baseada no princípio de transmissão e recepção de ondas eletromagnéticas. Essas ondas podem ser caracterizadas por sua frequência (f) e seu comprimento de onda (λ) lambda.

Uma representação pictórica do espectro eletromagnético é dada na figura a seguir.

Bandas de baixa frequência

As bandas de baixa frequência compreendem as porções de rádio, microondas, infravermelho e visível do espectro. Eles podem ser usados ​​para a transmissão de informações modulando a amplitude, frequência ou fase das ondas.

Bandas de alta frequência

As bandas de alta frequência são compostas por raios X e raios gama. Teoricamente, essas ondas são melhores para a propagação de informações. Porém, essas ondas não são utilizadas de forma prática devido à dificuldade de modulação e são prejudiciais aos seres vivos. Além disso, as ondas de alta frequência não se propagam bem pelos edifícios.

Faixas de frequência e seus usos

A tabela a seguir descreve as bandas de frequência e seus usos -

Nome da banda	Frequência	Comprimento de onda	Formulários
Frequência Extremamente Baixa (ELF)	30 Hz a 300 Hz	10.000 a 1.000 KM	Frequências de linha de energia
Frequência de voz (VF)	300 Hz a 3 KHz	1.000 a 100 KM	Comunicações por telefone
Freqüência muito baixa (VLF)	3 KHz a 30 KHz	100 a 10 KM	Comunicações Marítimas
Baixa frequência (LF)	30 KHz a 300 KHz	10 a 1 KM	Comunicações Marítimas
Média frequência (MF)	300 KHz a 3 MHz	1000 a 100 m	AM Broadcasting
Alta Frequência (HF)	3 MHz a 30 MHz	100 a 10 m	Comunicações de aeronaves / navios de longa distância
Frequência muito alta (VHF)	30 MHz a 300 MHz	10 a 1 m	Transmissão FM
Ultra alta frequência (UHF)	300 MHz a 3 GHz	100 a 10 cm	Telefone celular
Super alta frequência (SHF)	3 GHz a 30 GHz	10 a 1 cm	Comunicações por satélite, links de microondas
Extremamente alta frequência (EHF)	30 GHz a 300 GHz	10 a 1 mm	Loop local sem fio
Infravermelho	300 GHz a 400 THz	1 mm a 770 nm	Eletrônicos de consumo
Luz visível	400 THz a 900 THz	770 nm a 330 nm	Comunicações Óticas

Alocação de espectro

Sendo o espectro eletromagnético um recurso comum e aberto ao acesso de qualquer pessoa, diversos acordos nacionais e internacionais foram celebrados quanto à utilização das diferentes faixas de frequência do espectro. Os governos nacionais individuais alocam espectro para aplicações como transmissão de rádio AM / FM, transmissão de televisão, telefonia móvel, comunicação militar e uso governamental.

Worldwide, uma agência da International Telecommunications Union Radio Communication (ITU-R) Bureau chamado Conferência Mundial de Rádio Administrativa (WARC) tenta coordenar a alocação de espectro pelos vários governos nacionais, de modo que dispositivos de comunicação que podem funcionar em vários países possam ser fabricados.

Limitações de transmissão

Quatro tipos de limitações que afetam as transmissões de ondas eletromagnéticas são -

Atenuação

De acordo com a definição padrão, “A diminuição na qualidade e na intensidade do sinal é conhecida como attenuation. ”

A força de um sinal diminui com a distância no meio de transmissão. A extensão da atenuação é uma função da distância, meio de transmissão, bem como da frequência da transmissão subjacente. Mesmo no espaço livre, sem nenhuma outra deficiência, o sinal transmitido se atenua com a distância, simplesmente porque o sinal está sendo espalhado por uma área cada vez maior.

Distorção

De acordo com a definição padrão, “Qualquer mudança que altere a relação básica entre os componentes de frequência de um sinal ou os níveis de amplitude de um sinal é conhecida como distortion. ”

A distorção de um sinal é o processo que causa perturbação nas propriedades do sinal, adicionando alguns componentes indesejados, o que afeta a qualidade do sinal. Isso geralmente é no receptor FM, onde o sinal recebido, às vezes fica completamente perturbado dando um som de zumbido como saída.

Dispersão

De acordo com a definição padrão, “Dispersion é o fenômeno, no qual a velocidade de propagação de uma onda eletromagnética é dependente do comprimento de onda. ”

Dispersioné o fenômeno de propagação de uma explosão de energia eletromagnética durante a propagação. É especialmente prevalente em transmissões de cabo de aço, como fibra óptica. Explosões de dados enviados em rápida sucessão tendem a se fundir devido à dispersão. Quanto maior o comprimento do fio, mais severo é o efeito da dispersão. O efeito da dispersão é limitar o produto de R e L. Onde‘R’ é o data rate e ‘L’ é distance.

Ruído

De acordo com a definição padrão, "Qualquer forma indesejada de energia que tende a interferir na recepção e reprodução adequada e fácil dos sinais desejados é conhecida como Ruído".

A forma de ruído mais difundida é thermal noise. Muitas vezes é modelado usando um modelo gaussiano aditivo. O ruído térmico é devido à agitação térmica dos elétrons e é uniformemente distribuído em todo o espectro de frequência.

Outras formas de ruído incluem -

• Inter modulation noise - Causada por sinais produzidos em frequências que são somas ou diferenças de frequências portadoras.

• Crosstalk - Interferência entre dois sinais.

• Impulse noise- Pulsos irregulares de alta energia causados ​​por distúrbios eletromagnéticos externos. Um ruído de impulso pode não ter um impacto significativo nos dados analógicos. No entanto, tem um efeito perceptível nos dados digitais, causando erros de burst.

Neste capítulo, vamos abordar diversos tópicos interessantes, como as propriedades das ondas de rádio, a propagação das ondas de rádio e seus tipos.

Ondas de rádio

As ondas de rádio são fáceis de gerar e amplamente utilizadas para comunicações internas e externas devido à sua capacidade de atravessar edifícios e viajar longas distâncias.

Os principais recursos são -

• Uma vez que a transmissão de rádio é Omni directional na natureza, a necessidade de alinhar fisicamente o transmissor e o receptor não surge.

• A frequência da onda de rádio determina muitas das características da transmissão.

• Em baixas frequências, as ondas podem passar facilmente por obstáculos. No entanto, sua potência cai com uma relação inversa ao quadrado em relação à distância.

• As ondas de alta frequência são mais propensas a serem absorvidas por gotas de chuva e são refletidas por obstáculos.

• Devido ao longo alcance de transmissão das ondas de rádio, a interferência entre as transmissões é um problema que precisa ser resolvido.

Nas bandas VLF, LF e MF a propagação de ondas, também chamada de ground wavessiga a curvatura da terra. As faixas máximas de transmissão dessas ondas são da ordem de algumas centenas de quilômetros. Eles são usados ​​para transmissões de baixa largura de banda, como transmissão de rádio de modulação de amplitude (AM).

As transmissões das bandas HF e VHF são absorvidas pela atmosfera, perto da superfície da Terra. No entanto, uma parte da radiação, chamada desky wave, é irradiado para fora e para cima para a ionosfera na alta atmosfera. A ionosfera contém partículas ionizadas formadas devido à radiação solar. Essas partículas ionizadas refletem as ondas do céu de volta para a Terra. Uma poderosa onda do céu pode ser refletida várias vezes entre a Terra e a ionosfera. As ondas do céu são usadas por operadores de rádio amador e para comunicação militar.

Propagação de ondas de rádio

Dentro Radio communication systems, usamos ondas eletromagnéticas sem fio como canal. As antenas de especificações diferentes podem ser usadas para esses fins. Os tamanhos dessas antenas dependem da largura de banda e da frequência do sinal a ser transmitido.

O modo de propagação das ondas eletromagnéticas na atmosfera e no espaço livre pode ser dividido nas seguintes três categorias -

• Propagação da linha de visão (LOS)
• Propagação da onda terrestre
• Propagação das ondas do céu

Nas bandas de frequência ELF (frequência extremamente baixa) e VLF (frequência muito baixa), a Terra e a ionosfera atuam como um guia de ondas para a propagação das ondas eletromagnéticas.

Nessas faixas de freqüência, os sinais de comunicação praticamente se propagam pelo mundo. As larguras de banda do canal são pequenas. Portanto, as informações são transmitidas por meio desses canais com velocidade lenta e restritas à transmissão digital.

Propagação de linha de visão (LOS)

Entre os modos de propagação, esta propagação em linha de visão é a que comumente notamos. Noline-of-sight communication, como o nome indica, a onda percorre uma distância mínima de visão. O que significa que ele viaja a uma distância que um olho nu pode ver. Agora, o que acontece depois disso? Precisamos empregar um amplificador e transmissor aqui para amplificar o sinal e transmitir novamente.

Isso é melhor compreendido com a ajuda do diagrama a seguir.

A figura mostra esse modo de propagação muito claramente. A propagação da linha de visão não será suave se houver algum obstáculo em seu caminho de transmissão. Como o sinal pode viajar apenas para distâncias menores neste modo, esta transmissão é usada parainfrared ou microwave transmissions.

Propagação de ondas terrestres

A propagação da onda terrestre da onda segue o contorno da terra. Essa onda é chamada dedirect wave. A onda às vezes se curva devido ao campo magnético da Terra e é refletida no receptor. Essa onda pode ser denominada comoreflected wave.

A figura acima mostra a propagação da onda terrestre. A onda quando se propaga pela atmosfera terrestre é conhecida comoground wave. A onda direta e a onda refletida juntas contribuem com o sinal na estação receptora. Quando a onda finalmente chega ao receptor, os atrasos são cancelados. Além disso, o sinal é filtrado para evitar distorção e amplificado para uma saída clara.

Sky Wave Propagation

A propagação das ondas do céu é preferível quando a onda tem que viajar uma distância maior. Aqui, a onda é projetada no céu e é novamente refletida de volta para a terra.

o sky wave propagationestá bem representado na imagem acima. Aqui, as ondas são apresentadas para serem transmitidas de um lugar e onde são recebidas por muitos receptores. Portanto, é um exemplo de radiodifusão.

As ondas, que são transmitidas da antena transmissora, são refletidas da ionosfera. Ele consiste em várias camadas de partículas carregadas que variam em altitude de 30 a 250 milhas acima da superfície da Terra. Essa viagem da onda do transmissor para a ionosfera e de lá para o receptor na Terra é conhecida comoSky Wave Propagation. Ionosfera é a camada ionizada ao redor da atmosfera da Terra, que é adequada para a propagação das ondas do céu.

A atmosfera da Terra possui várias camadas. Essas camadas desempenham um papel importante na comunicação sem fio. Estes são classificados principalmente em três camadas.

Troposfera

Esta é a camada da terra, que fica logo acima do solo. Nós, a flora e a fauna vivemos nesta camada. A propagação da onda terrestre e a propagação LOS ocorrem aqui.

Estratosfera

Esta é a camada da terra, que fica acima da troposfera. Os pássaros voam nesta região. Os aviões viajam nesta região. A camada de ozônio também está presente nesta região. A propagação da onda terrestre e a propagação LOS ocorrem aqui.

Ionosfera

Esta é a camada superior da atmosfera terrestre, onde a ionização é apreciável. A energia irradiada pelo Sol, não só aquece esta região, mas também produz íons positivos e negativos. Como o Sol irradia constantemente raios ultravioleta e a pressão do ar é baixa, essa camada estimula a ionização das partículas.

Importância da Ionosfera

A camada da ionosfera é uma consideração muito importante na fase de propagação das ondas pelas seguintes razões -

• A camada abaixo da ionosfera possui maior quantidade de partículas de ar e menor radiação UV. Devido a isso, ocorrem mais colisões e a ionização das partículas é mínima e não constante.

• A camada acima da ionosfera possui uma quantidade muito baixa de partículas de ar e a densidade de ionização também é bastante baixa. Portanto, a ionização não é adequada.

• A ionosfera possui boa composição de radiação UV e densidade média do ar que não afeta a ionização. Conseqüentemente, esta camada tem maior influência na propagação das ondas do céu.

A ionosfera possui diferentes gases com diferentes pressões. Diferentes agentes ionizantes ionizam estes em diferentes alturas. Como vários níveis de ionização são feitos em cada nível, tendo gases diferentes, poucas camadas com propriedades diferentes são formadas na ionosfera.

As camadas da ionosfera podem ser estudadas a partir da figura a seguir.

O número de camadas, suas alturas, a quantidade de ondas do céu que podem ser dobradas variam de dia para dia, mês a mês e ano a ano. Para cada uma dessas camadas, existe uma frequência acima da qual, se a onda for enviada para cima verticalmente, ela penetrará na camada.

A função dessas camadas depende da hora do dia, ou seja, da hora do dia e da noite. Existem três camadas principais - E, F1 e F2 durante o dia. Há outra camada chamada camada D, que fica abaixo da camada E. Esta camada está a 50 a 90 km acima da troposfera.

A figura a seguir descreve as camadas presentes tanto durante o dia como à noite na atmosfera terrestre.

Esta camada D é responsável pela atenuação diurna das ondas de HF. Durante a noite, esta camada D quase desaparece e as camadas F1 e F2 se combinam para formar a camada F. Portanto, existem apenas doislayers E and F presente no night time.

No processo de propagação de uma onda, existem poucos termos que encontramos com bastante frequência. Vamos discutir sobre esses termos um por um.

Altura Virtual

Quando uma onda é refratada, ela é curvada para baixo gradualmente, mas não bruscamente. No entanto, o caminho da onda incidente e da onda refletida é o mesmo se for refletido de uma superfície localizada a uma altura maior desta camada. Essa altura maior é denominada altura virtual.

A figura distingue claramente o virtual height (altura da onda, supostamente refletida) e actual height(a altura refratada). Se a altura virtual for conhecida, o ângulo de incidência pode ser encontrado.

Frequência Crítica

A frequência crítica de uma camada determina a frequência mais alta que será devolvida à terra por aquela camada, depois de ter sido enviada pelo transmissor, direto para o céu.

A taxa de densidade de ionização, quando alterada convenientemente através das camadas, a onda será curvada para baixo. A frequência máxima que é dobrada e atinge a estação receptora com atenuação mínima, pode ser denominada comocritical frequency. Isso é denotado porf_c.

Multi-caminho

Para frequências acima de 30 MHz, existe a propagação das ondas do céu. O multipercurso de sinal é o problema comum para a propagação de ondas eletromagnéticas que passam pelas ondas do céu. A onda, que é refletida da ionosfera, pode ser chamada dehop ou skip. Pode haver uma série de saltos para o sinal, pois ele pode se mover para frente e para trás da ionosfera e da superfície terrestre muitas vezes. Esse movimento de sinal pode ser denominado comomultipath.

A figura acima mostra um exemplo de propagação de múltiplos caminhos. Propagação de múltiplos caminhos é um termo que descreve os múltiplos caminhos que um sinal percorre para chegar ao destino. Esses caminhos incluem vários saltos. Os caminhos podem ser resultados de reflexão, refração ou mesmo difração. Finalmente, quando o sinal de tais caminhos diferentes chega ao receptor, ele carrega retardo de propagação, ruído adicional, diferenças de fase, etc., que diminuem a qualidade da saída recebida.

Desbotando

A diminuição da qualidade do sinal pode ser denominada como fading. Isso acontece por causa dos efeitos atmosféricos ou reflexos devido ao multipercurso.

O desvanecimento se refere à variação da intensidade do sinal em relação ao tempo / distância. É amplamente prevalente em transmissões sem fio. As causas mais comuns de desbotamento no ambiente sem fio são a propagação e mobilidade de vários caminhos (de objetos, bem como dos dispositivos de comunicação).

Pular distância

A distância mensurável na superfície da Terra do transmissor ao receptor, onde o sinal refletido da ionosfera pode alcançar o receptor com saltos ou saltos mínimos, é conhecida como skip distance.

Frequência máxima utilizável (MUF)

o Maximum Usable Frequency (MUF)é a frequência mais alta fornecida pelo transmissor, independentemente da potência do transmissor. A frequência mais alta, que é refletida da ionosfera para o receptor, é chamada decritical frequency, fc.

$$MUF = \frac{Critical\ frequency}{\cos\theta} = f_{c}\sec\theta$$

Frequência de trabalho ideal (OWF)

A frequência, que está sendo usada principalmente para uma transmissão específica e que foi prevista para ser usada durante um determinado período de tempo, em um caminho, é denominada como Optimum Working Frequency (OWF).

Interferência entre símbolos

Inter symbol interference(ISI) ocorre mais comumente no sistema de comunicação. Esta é a principal razão para o multipath de sinal também. Quando os sinais chegam às estações receptoras por meio de caminhos de propagação diferentes, eles se cancelam, o que é conhecido como fenômeno designal fading. Aqui, deve-se lembrar que os sinais se cancelam de forma vetorial.

Profundidade da pele

As ondas eletromagnéticas não são adequadas para propagações subaquáticas. No entanto, eles podem se propagar sob a água, desde que tornemos a frequência de propagação extremamente baixa. A atenuação das ondas eletromagnéticas subaquáticas é expressa em termos de profundidade da pele.Skin depthé definido como a distância na qual o sinal é atenuado em 1 / e. É uma medida de profundidade na qual uma onda EM pode penetrar. A profundidade da pele é representada comoδ (delta).

Propagação de dutos

A uma altura de cerca de 50 mts da troposfera, existe um fenômeno; a temperatura aumenta com a altura. Nesta região da troposfera, as frequências mais altas ou frequências de micro-ondas tendem a se refratar de volta para a atmosfera da Terra, em vez de disparar para a ionosfera, para refletir. Essas ondas se propagam ao redor da curvatura da Terra até uma distância de 1000 km.

Esta refração continua continuando nesta região da troposfera. Isso pode ser denominado comoSuper refraction ou Duct propagation.

A imagem acima mostra o processo de Duct Propagation. O principal requisito para a formação do duto é a inversão de temperatura. O aumento da temperatura com a altura, ao invés da diminuição da temperatura, é conhecido como o fenômeno da inversão da temperatura.

Discutimos os parâmetros importantes que encontramos na propagação de ondas. As ondas de frequências mais altas são transmitidas e recebidas usando esta técnica de propagação de ondas.