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Valores característicos das antenas

largura de feixe
lóbulos laterais
proporção
proporção da
frente para trás

Figura 1: Padrão da antena em um gráfico de coordenadas polares

largura de feixe
lóbulos laterais
proporção
proporção da
frente para trás

Figura 1: Padrão da antena em um gráfico de coordenadas polares

Valores característicos das antenas

Ganho e diretividade da antena

Devido ao design especial da antena, a densidade da radiação pode ser concentrada em certas direções espaciais. Uma medida da diretividade de uma antena sem perdas é o ganho da antena. Está intimamente associado à diretividade da antena. Ao contrário da diretividade, que apenas descreve as propriedades direcionais da antena, o ganho da antena também leva em consideração a eficiência da antena. Portanto, indica a potência irradiada real. Isso geralmente é menor que a energia fornecida pelo transmissor. No entanto, como essa potência é mais fácil de medir que a diretividade, o ganho da antena é usado com mais frequência do que a diretividade. Sob a suposição de que uma antena sem perdas é considerada, a diretividade pode ser definida igual ao ganho da antena.

Uma antena de referência é usada para definir o ganho da antena. Na maioria dos casos, a antena de referência é um radiador omnidirecional hipotético sem perdas (radiador isotrópico) que irradia uniformemente em todas as direções ou uma antena dipolo simples que também pode ser uma referência pelo menos no plano que está sendo considerado.

Para que a antena seja medida, a densidade de radiação (potência por unidade de área) em um ponto a uma certa distância é determinada e comparada com o valor obtido usando a antena de referência. O ganho da antena é então a proporção das duas densidades de radiação.

Se, por exemplo, uma antena direcional gerar 200 vezes a densidade de radiação de uma antena isotrópica em uma determinada direção espacial, o ganho da antena G terá o valor 200 ou 23 dB.

Padrão de antena

O padrão da antena é uma representação gráfica da distribuição espacial da energia irradiada de uma antena. Dependendo da aplicação, uma antena deve receber apenas de uma determinada direção, mas não deve captar sinais de outras direções (por exemplo, antena de TV, antena de radar); por outro lado, a antena do carro deve receber transmissores de todas as possíveis direções.

A diretividade desejada é alcançada pela construção mecânica e elétrica direcionada de uma antena. Uma diretividade indica quão bem uma antena recebe ou transmite em uma determinada direção. É indicado em uma representação gráfica (padrão da antena) em função do ângulo do azimute (diagrama horizontal) e do ângulo de elevação (diagrama vertical).

largura de feixe
relação dos
lobos laterais
proporção
frente costas

Figura 2: O mesmo padrão de antena em um gráfico de coordenadas retangulares

largura de feixe
relação dos
lobos laterais
proporção
frente costas

Figura 2: O mesmo padrão de antena em um gráfico de coordenadas retangulares

É utilizado um sistema de coordenadas cartesiano ou polar. Os valores medidos na representação gráfica podem ter valores lineares ou logarítmicos.

Largura de feixe de meia potência

A largura do feixe de meia potência é a faixa angular do padrão da antena na qual pelo menos metade da potência máxima ainda é irradiada!

Os pontos de contorno do lobo principal são, assim, os pontos em que a intensidade de campo na sala diminuiu 3 dB em relação à intensidade de campo máxima. O ângulo Θ entre estes dois pontos de contorno é chamado de ângulo de abertura ou meia largura de feixe de potência da antena. Para simplificar os cálculos, assume-se frequentemente que a potência é distribuída uniformemente dentro deste ângulo e que não há potência disponível no exterior.

Ângulo sólido do feixe

Um ângulo sólido é uma medida bidimensional do ângulo com o nome da variável Ω. Sua unidade de medida é a unidade auxiliar Steradiant [Sr]. O ângulo sólido do feixe ΩA é definido como o ângulo sólido através do qual toda a potência da antena fluiria se a intensidade da radiação fosse constante (e igual ao valor máximo) para todos os ângulos dentro de ΩA. É um valor bastante teórico, mas pode ser aproximado para antenas com diretividade muito grande e lobos laterais pequenos:

ΩA ≈ Θaz·Θel Onde: Θaz = meia largura de potência horizontal
Θel = meia largura de feixe vertical
(1)

Existem modelos nos quais a projeção do ângulo do espaço da antena na superfície é representada como um perfil retangular com os comprimentos das bordas das meias larguras de feixe de força verticais e horizontais (ângulo sólido piramidal), bem como modelos nos quais é representado circularmente ou elipticamente sobre uma superfície esférica (ângulo sólido canônico).

Atenuação lateral

Além do lóbulo principal, o padrão de radiação de uma antena contém vários lóbulos laterais e um lóbulo traseiro. Esses fenômenos são indesejáveis porque influenciam desfavoravelmente o efeito direcional e também extraem energia do lobo principal. A relação entre o lobo principal e o lobo lateral maior é denominada atenuação do lóbulo lateral. A atenuação do sidelobe deve ser a mais alta possível.

Relação Frente-Costas

A relação frente-costas (RFC) representa a proporção da magnitude do lóbulo principal em 0° para a magnitude do lóbulo traseiro em 180°. Essa proporção também deve ser a maior possível.

Figura 3: A abertura da antena é uma seção de uma superfície esférica

A abertura da antena é uma seção de uma superfície esférica, 
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Figura 3: A abertura da antena é uma seção de uma superfície esférica

Área efetiva da antena (abertura)

Um parâmetro importante das antenas é a área efetiva da antena chamada Ae ou „abertura da antena“. Sob a condição de orientação e polarização ideais, a potência máxima que pode ser obtida de uma antena receptora é proporcional à densidade de potência da onda plana incidente no local de recebimento. A densidade de radiação da frente de onda é uma potência por unidade de área. O fator de proporcionalidade, portanto, tem a dimensão de uma área representada por uma antena em um campo eletromagnético. Essa área é chamada de área efetiva da antena Ae e está intimamente relacionada à diretividade D da antena, que também é igual ao ganho de uma antena sem perdas:

D = G·η = 4π · Ae ; Ae = Ka·A Onde: η = eficiência da antena
λ = comprimento de onda
Ae = área da antena eficaz
A = área geométrica da antena
Ka = eficiência de abertura
(2)
λ2

Esta equação mostra uma relação muito importante: A característica direcional de uma antena é determinada por seu tamanho geométrico. Quanto maior o diâmetro em relação ao comprimento de onda, maior a sua diretividade.

Uma área de antena efetiva também pode ser especificada para antenas lineares. Não precisa necessariamente concordar com a extensão geométrica da antena, o que é particularmente aparente nas antenas de arame. A relação entre as duas quantidades é chamada de eficiência de abertura da antena Ka. Para antenas com grandes refletores parabólicos, Ka = 0,6 … 1,0 se aplica. A área efetiva da antena de um radiador de corneta retangular com as dimensões a e b é ligeiramente menor que a área geométrica a·b.

A área efetiva da antena depende da distribuição da radiação sobre a área geométrica da antena. Se essa distribuição de radiação for linear, Ka= 1. No entanto, essa alta eficiência de abertura com uma distribuição linear de radiação também resulta em fortes lobos laterais. Os lóbulos laterais devem ser mantidos em um tamanho menor para o uso prático de uma antena, a distribuição da radiação deve ser não linear e a área efetiva da antena é menor que a área geométrica da antena (Ae< A).

Largura de banda

Largura de banda de uma antena é a faixa de frequência na qual a antena ainda atinge as características necessárias para:

  • distribuição espacial (padrão da antena);
  • polarização;
  • impedância;
  • modo de propagação.

A maioria das tecnologias de antena pode suportar operação em uma faixa de frequência que é de 5 a 10% da frequência central (por exemplo, largura de banda de 100 a 200 MHz a 2 GHz) devido a suas características de ressonância. Para alcançar a operação de banda larga, são necessárias tecnologias especializadas de antena (por exemplo, Antena Dipolar Periódica Logarítmica, Antena de Slot Cônico).