www.radartutorial.eu www.radartutorial.eu Noções básicas de radar

Diretividade e ganho de antenas

Figura 1: Comparação da área iluminada pela antena direcional com uma superfície esférica,
(Nota: o raio da esfera deve ser igual à distância do retângulo em relação ao ponto central).

Figura 1: Comparação da área iluminada pela antena direcional com uma superfície esférica,
(Nota: o raio da esfera deve ser igual à distância do retângulo em relação ao ponto central).

Diretividade e ganho de antenas

O ganho de antena G descreve a diretividade D e a eficiência η de uma antena como uma quantidade fácil de manusear.

Diretividade de uma antena

A diretividade de uma antena é a proporção da densidade de potência S (potência irradiada por unidade de área) da antena real em sua direção principal para um radiador isotrópico esférico hipotético, mas real inexistente, que irradiaria igualmente em todas as direções. A densidade de potência do radiador isotrópico é, portanto, a potência irradiada distribuída uniformemente em uma superfície esférica. Cada antena real tem uma diretividade mais ou menos pronunciada. A diretividade é definida pela relação entre a densidade de potência da antena real em sua direção principal e a densidade de potência do radiador isotrópico esférico:

D = S   S = densidade de potência da antena real
Si = densidade de potência da antena isotrópica omnidirecional
(1)
Si

Uma antena direcional concentra sua potência irradiada apenas em uma pequena parte da superfície da esfera. Esta proporção de área também pode ser colocada em uma proporção para a superfície esférica total. Esta área é calculada com a ajuda do radiano [rad] das duas meias-largura. (Este radiano contém o raio do círculo da unidade e é reduzido pelo raio da superfície da esfera). A altura e a largura desta área efetiva são definidas como múltiplos do comprimento de onda utilizado.

D =  Aesfera 4π r2 = = 4π · Aef   Aesfera = superfície total de uma esfera
Aef = b·h = área efetiva na superfície da esfera
θAz = meia-largura em azimute, em [rad].
θEl = meia-largura em ângulo de elevação, em [rad].
b = largura da superfície
h = altura da superfície
(2)
Aef θAz · θEl λ/b · λ/h λ2

Há aqui uma imprecisão, no entanto, porque a área Aef = b·h está em um plano e não em uma superfície esférica curva. Esta imprecisão é menor quanto menor for a área b·h em relação à superfície esférica, ou seja, quanto melhor a diretividade da antena. Para ângulos de abertura de até 20°, esta imprecisão pode ser ignorada.

Ganho de antena

A diretividade é uma parte essencial de um ganho de antena. Para um ganho real da antena, os ganhos e perdas devem ser compensados. Para cada antena, a potência irradiada de uma antena é proporcional à potência de transmissão injetada, que pode ser medida com bastante facilidade na linha de alimentação da antena. Entretanto, uma parte dessa potência de transmissão é perdida dentro da antena em suas resistências óhmicas. Essas perdas são definidas como a eficiência de uma antena. Se houvesse uma antena ideal sem essas perdas, o ganho da antena seria igual à sua diretividade.

O ganho da antena é menor do que a diretividade pelo fator de eficiência:

G = η· D (3)

Este fator de eficiência η também pode ser chamado de Ka, o fator específico da antena. Isto dá a seguinte equação para o ganho da antena:

G = 4π · Aef · Ka (4)
λ2

Um ganho de antena nem sempre tem que ser maior que 1. Existem também antenas com um ganho de antena inferior a 1. A maioria delas são antenas de medição onde é importante realizar um ganho de antena uniformemente grande sobre uma faixa de freqüência muito grande para poder comparar os resultados de medição de diferentes faixas de freqüência entre si.