antenas cap 02

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Captulo 2 Parmetros Fundamentais de Antenas

2.2 - Diagrama de radiao 2.3 - Densidade de Potncia Radiada 2.4 - Intensidade de radiao 2.5 - Largura de Feixe 2.6 - Diretividade

2.8 - Eficincia de Antenas 2.9 - Ganho 2.10 Eficincia de Feixe 2.11 - Largura de Banda 2.12 - Polarizao

2.13 Impedncia de entrada 2.17 Equao de Transmisso de FRIIS e Equao de Alcance de Radar 2.18 Temperatura de Antenas

2.2 Diagrama de Radiao:O diagrama de radiao de uma antena, ou simplesmente o diagrama da antena, definido como "uma funo matemtica ou representao grfica das propriedades de radiao da antena em funo das coordenadas espaciais. As propriedades de radiao incluem densidade de fluxo de potncia, intensidade de radiao, intensidade de campo, diretividade, fase ou polarizao. A propriedade de radiao de maior interesse a distribuio bi- ou tridimensional de energia radiada em funo da posio do observador ao longo de um percurso ou superfcie de raio constante.

2.2 Diagrama de Radiao:

2.2 Diagrama de Radiao:O diagrama de radiao de uma antena representado por um diagrama de amplitude de campo e por um diagrama de potncia, sendo normalizados em relao a seu valor mximo, resultando em diagramas normalizados de campo e de potncia. O diagrama de potncia usualmente traado em uma escala logartmica ou, mais comumente, em decibis (dB), o que permite acentuar com mais detalhes aquelas partes do diagrama que tm valores muito pequenos denominados lbulos secundrios.

2.2 Diagrama de Radiao:

(;

Diagrama de campo (escala linear)

(;

Diagrama de potncia (escala linear)

(;

Diagrama de potncia (dB)

Obs: conjunto colinear de 10 fontes isotrpicas, com espaamento d = 0,25A entre duas fontes adjacentes

2.2 Diagrama de Radiao:Um lbulo de radiao uma "poro do diagrama de radiao limitada por regies de intensidade de radiao relativamente fraca. Os lbulos so classificado em lbulos principal, secundrio, lateral e posterior.

2.2 Diagrama de Radiao:O desempenho de antenas linearmente polarizadas em geral descrito em termos de seus diagramas principais de planos L e H. O plano E definido como "o plano que contm o vetor de campo eltrico e a direo da radiao mxima", enquanto o plano H "o plano que contm o vetor de campo magntico e a direo da radiao mxima

2.2 Diagrama de Radiao:O espao que envolve uma antena usualmente subdividido em trs regies: (a) regio de campo prximo reativo, (b) regio de campo prximo radiante (regio de Fresnel) e (c) regio de campo distante (regio de Fraunhofer).

2.2 Diagrama de Radiao:Um radiano definido como o ngulo plano com vrtice no centro de um crculo de raio re subtendido por um arco de comprimento r. Um esterradiano definido como o ngulo slido com vrtice no centro de uma esfera de raio r e subtendido por uma superfcie esfrica de rea igual de um quadrado de lado r.

dA=r^2 sen d d

(m^2)

d =dA/(r^2) = sen d d

(sr)

radiano

esterradiano

2.2 Diagrama de Radiao:Exerccio:De o ngulo slido de feixe de uma calota esfrica definida, na regio do plo norte da superfcie de uma esfera de raio r, pelas coordenadas esfricas angulares 0 30, 0 360. Faa o (51 onde2 y (5 (51e(5so duas separaes angulares clculo: a) exatamente b) usando 2 perpendicular da calota esfrica passando pelo plo norte. a);!360 0r

30r

0r

d; !

2T

0

T /6

0

senUdUdJ ! dJ 0

2T

T /6

0

senUdU

! 2T [ cosU ]T / 6 ! 2T [0,867 1] ! 0,83566 0

b)

; } (51 y (52 ! ((51 ) 2 ! (T / 3) 2 ! 1,09662

2.3 Densidade de Potncia:Vetor de Poynting instantne usado para descrever a potncia associada a ondas eletromagnticas.W = vetor de Poynting instantneo (W/ m2) E = intensidade de campo eltrico instantneo (V/m) H = intensidade de campo magntico instantneo (Alm)

A potncia total que atravessa uma superfcie fechada pode ser obtida por integrao da componente normal do vetor de Poynting ao longo de toda a superfcie.

P = potncia total instantnea (W) ^n = vetor unitrio normal superfcie da = elemento de rea da superfcie fechada (m2)

2.3 Densidade de Potncia:Em aplicaes de campos variantes no tempo mais conveniente determinar a densidade mdia de potncia, conforme a forma descrita abaixo:

Com base nesta definio a potncia mdia radiada por uma antena (potncia radiada) pode ser escrita como:

2.3 Densidade de Potncia:Um radiador isotrpico uma fonte ideal que radia igualmente em todas as direes. Devido simetria da radiao, o vetor de Poynting associado ao radiador isotrpico no ser uma funo das coordenadas esfricas angulares e . Alm disso, este vetor ter somente a componente radial.

E a densidade de potncia por:

2.3 Densidade de Potncia:Exerccio:Uma hipottica antena isotrpica radia no espao livre. A uma distncia de 100 m da antena o campo eltrico total (E ) medido como sendo 5 V/m. Determine a: (a) densidade de potncia (Wrad) (b) potncia radiada (Prad)

2.4 Intensidade de Radiao:A intensidade de radiao em uma dada direo definida como "a potncia radiada pela antena por unidade de ngulo slido". A intensidade de radiao um parmetro de campo distante e pode ser obtida pela simples multiplicao da densidade de radiao pelo quadrado da distncia.

U = intensidade de radiao (W/unidade de ngulo slido) Wrad = densidade de radiao (W/m2)

forma

2.4 Intensidade de Radiao:A potncia total obtida integrando a intensidade de radiao em todo o ngulo slido de 4pi.

Para uma fonte isotrpica, U ser independente dos ngulos e da mesma forma que Wrad. Assim a potncia radiada pode ser escrita como:

,

A intensidade de radiao de uma fonte isotrpica :

forma

2.5 Largura de Feixe:A largura de feixe de um diagrama definida como a separao angular entre dois pontos idnticos e em lados opostos do mximo do diagrama. Uma das mais usadas a Largura de Feixe de Meia Potncia (LFMP), definida pelo IEEE como: "Em um plano contendo a direo do mximo de um feixe, o ngulo entre as duas direes nas quais a intensidade de radiao a metade do valor mximo. Uma outra importante largura de feixe a separao angular entre os primeiros nulos do diagrama, a qual referida como Largura de Feixe entre Nulos (LFEN).

forma

2.5 Largura de Feixe:

LFMP = 28,65 LFEN=60

A largura de feixe usada para descrever as capacidades de resoluo da antena. Portanto, duas fontes separadas de uma distncia angular igual ou maior que LFEN/2 LFMP de uma antena de distribuio uniforme podem ser resolvidas. Se a separao entre as fontes for menor, a antena tender a mitigar a distncia de separao.

forma

2.5 Largura de Feixe:Exerccio: A intensidade de radiao normalizada de uma antena represen-tada por : a) Calcule a largura de feixe de meia potncia LFMP (em radianos e em graus)

b) Calcule a largura de feixe entre nulos LFEN (em radianos e em graus)

forma

2.6 Diretividade:A diretividade de uma antena definida como "a razo entre a intensidade de radiao em uma dada direo da antena e a intensidade de radiao mdia.

Se a direo no for especificada fica implcita a direo de mxima intensidade de radiao e a diretividade expressa como:

D = diretividade (adimensional) Do = diretividade mxima (adimensional) U = intensidade de radiao (W /unidade de ngulo slido) Umx = mxima intensidade de radiao (W/unidade de ngulo slido) Uo = intensidade de radiao de uma fonte isotrpica (W/ unidade de ngulo slido) Prad = potncia radiada total (W)

forma

2.6 Diretividade:Para uma fonte isotrpica a diretividade unitria, pois U, Umx e Uo so todas iguais entre si. A diretividade total a soma das diretividades parciais associadas a quaisquer duas polarizaes ortogonais

diretividades parciais D e D so:

U = intensidade de radiao, em uma dada direo, contida na componente de campo U = intensidade de radiao, em uma dada direo, contida na componente de campo (Prad) = potncia radiada em todas as direes, contida na componente de campo (Prad) = potncia radiada em todas as direes, contida na componente de campo

forma

2.6 Diretividade:No caso de antenas com lbulo principal estreito e lbulos secundrios desprezveis o ngulo slido de feixe aproximadamente igual ao produto das larguras de feixe de meia potncia em dois planos perpendiculares. Para diagramas com simetria circular, as larguras de feixe de meia potncia em quaisquer dois planos perpendiculares so iguais. Com essa aproximao o clculo da diretividade aplica-se a expresso:

O ngulo slido do feixe

A

foi aproximado como:

= largura de feixe de meia potncia em um plano (graus) = largura de feixe de meia potncia em um plano perpendicular ao outro (graus)

forma

2.6 Diretividade:Exerccio:Em radares de mapeamento do solo com alvos mveis, desejvel que a potncia de eco recebida do alvo, de seo reta radar constante, seja independente da distncia. Para tais aplicaes, a intensidade de radiao desejada da antena dada por :

Determine a diretividade (em dB) usando a frmula exata.

forma

2.7 Eficincia da Antena:A eficincia total de uma antena -e0- leva em considerao as perdas nos terminais de entrada e no interior da estrutura da antena. As perdas podem ser derivadas de: 1. Reflexes causadas por descasamento de impedncia entre a linha de transmisso e a antena; 2. Perda de IR ( em condutores dieltricos). A eficincia defini-se:e0 = eficincia total (adimensional) er = eficincia de reflexo (descasamento) = (adimensional) ec = eficincia condutiva (adimensional) ed = eficincia dieltrica (adimensional) = coeficiente de reflexo de tenso na entrada dos terminais da antena [ =(Zin Z0)/(Zin + Z0), onde Zin = impedncia de entrada da antena