Padrão de radiação
lóbulo lateral
Figura 1: Exemplo de um padrão de radiação para uma antena de grande abertura vertical (LVA) em coordenadas cartesianas
lóbulo lateral
Figura 1: Exemplo de um padrão de radiação para uma antena de grande abertura vertical (LVA) em coordenadas cartesianas
Padrão de radiação
O padrão de radiação de uma antena refere-se à intensidade irradiada em cada direção por essa antena. Essa intensidade é sempre relativa à intensidade emitida no lóbulo principal, que está localizado centralmente em torno do ângulo 0, que é considerado o ângulo de visão. Ela também representa a sensibilidade de recepção direcional da antena. As coordenadas são :
- na abscissa (eixo x): o ângulo relativo ao ângulo de visão;
- na ordenada (eixo y): a intensidade do campo elétrico relativo (E).
O diagrama pode ser obtido experimentalmente observando a intensidade do sinal emitido pela antena com um receptor se movendo ao redor dela. Ele também pode ser estimado com um modelo matemático usando as características da antena. Depois que o padrão é obtido, ele se torna a referência para essa antena e será usado para observar qualquer degradação em suas características.
Para uma antena isotrópica, a potência transmitida é igual em todas as direções e forma uma esfera. As antenas de radar, por outro lado, devem direcionar a intensidade máxima na direção da mira. Portanto, seu feixe de micro-ondas deve ser o mais direcional possível e o mais fino possível. Isso permite o rastreamento mais preciso dos alvos.
Figura 2: Padrão de radiação horizontal em coordenadas polares
Figura 2: Padrão de radiação horizontal em coordenadas polares
Formatos de apresentação
Muitos formatos diferentes de apresentação são usados. Os sistemas de coordenadas cartesianas e polares são bastante difundidos. O principal objetivo é representar um diagrama de radiação horizontalmente (no ângulo lateral) para uma representação completa de 360°, ou verticalmente (no ângulo vertical), geralmente apenas para 90° ou 180°. O sistema de coordenadas cartesianas permite uma melhor representação dos dados de uma antena. Entretanto, como esses dados também podem ser impressos em forma de tabela, a representação mais clara na forma de uma curva de localização em um sistema de coordenadas polares é geralmente preferida. Em contraste com o sistema de coordenadas cartesianas, esse sistema mostra a direção diretamente.
Para facilitar o uso, ter uma boa visão geral e máxima versatilidade, os diagramas de radiação são geralmente normalizados para a borda externa do sistema de coordenadas. Isso significa que o valor máximo medido é orientado a 0° e inserido na borda superior do diagrama. Os outros valores medidos no diagrama de radiação são geralmente representados em dB (decibéis) em relação a esse valor máximo.
Escalas
A escala do gráfico pode ser dimensionada de diferentes maneiras. São usados três tipos de escalas: uma escala linear, uma escala logarítmica contínua e uma escala logarítmica modificada. Uma escala linear enfatiza a direção principal da radiação e geralmente suprime todos os lóbulos laterais, pois eles são da ordem de menos de um centésimo do lóbulo principal. A escala logarítmica contínua, no entanto, representa bem os lóbulos laterais e é preferível quando o nível de todos os lóbulos laterais é grande. Entretanto, ela deixa a impressão de que a antena é ruim, pois o lóbulo principal é representado de forma relativamente pequena. Uma escala logarítmica não linear modificada continua a enfatizar o formato do lóbulo principal e atrai os lóbulos laterais de nível muito baixo (<30 dB) para o centro do diagrama. Assim, o lóbulo principal é representado como duas vezes maior que o lóbulo lateral mais forte, o que é vantajoso para apresentações visuais. Entretanto, essa forma de representação raramente é usada na técnica, pois os dados exatos seriam difíceis de ler.
Padrão de radiação horizontal
A emissão de uma antena é tridimensional, portanto, um padrão esférico pode ser usado para representar o todo. Na prática, um padrão de antena só será desenhado para o plano de radiação principal: horizontal ou vertical. O fabricante da antena sempre anexará um padrão de radiação que ele obteve observando a intensidade transmitida por um receptor estático enquanto a antena está transmitindo continuamente e girando. É possível usar coordenadas cartesianas ou polares, cada uma com suas vantagens e desvantagens. Nas coordenadas cartesianas, os detalhes são aprimorados, mas a assinatura angular não é óbvia, por isso são usadas para fins técnicos em que os valores exatos são importantes. As coordenadas polares são visualmente mais significativas para fornecer uma referência física ao usuário.
Embora ambos os tipos sejam úteis para uma representação visual da antena. Eles não são suficientemente precisos para uma análise técnica completa. Portanto, o padrão da antena também é apresentado na forma de uma tabela numérica de ângulo versus intensidade relativa.
Padrão de radiação vertical
Figura 3: Padrão de radiação vertical de uma antena de feixe cossecante quadrado.
Algumas antenas emitem mais verticalmente e, nesse caso, o padrão de radiação se torna uma seção transversal vertical. Por exemplo, a Figura 3 mostra o alcance máximo de uma antena de feixe quadrado cossecante na vertical. Com a antena na origem, o alcance máximo é mostrado no eixo x e a altura de visualização no eixo y nos ângulos indicados pelas linhas diagonais sólidas. As linhas pontilhadas levemente curvadas representam a altura acima da superfície da Terra, a curvatura proveniente da refração atmosférica. Esse diagrama é obtido experimentalmente pelo método de calibração do Sol usando, por exemplo, um RASS-S (Radar Analysis Support System for Sites), uma ferramenta de medição da Intersoft Electronics.
A Figura 3 utiliza unidades comumente usadas no mundo da aviação: alcance em milhas náuticas e altura em pés. No entanto, esses valores são apenas secundários, pois o diagrama representa o valor relativo da radiação em relação à elevação do lóbulo do feixe principal. Isso significa o alcance máximo teórico que o radar pode atingir em um determinado ângulo, de acordo com a equação do radar. A forma do diagrama, portanto, fornece apenas o alcance de acordo com o ângulo de elevação. Para obter o valor absoluto da radiação, é necessário um segundo gráfico de intensidade versus ângulo de elevação.
Padrões de antena 3D
Figura 4: Padrão de antena de uma corneta de alimentação em representação tridimensional em um sistema de coordenadas polares.
Figura 4: Padrão de antena de uma corneta de alimentação em representação tridimensional em um sistema de coordenadas polares.
Os padrões de antena tridimensionais são imagens geradas por computador. Na maioria das vezes, eles são gerados por programas de simulação cujos valores são surpreendentemente próximos de um padrão medido real. A criação de um diagrama medido real envolve uma enorme quantidade de trabalho de medição, pois cada pixel na imagem representa seu próprio valor de medição.
Figura 5: Representação tridimensional em coordenadas cartesianas de uma antena de radar de um veículo motorizado.
(A potência é dada em níveis absolutos!)
Figura 5: Representação tridimensional em coordenadas cartesianas de uma antena de radar de um veículo motorizado.
(A potência é dada em níveis absolutos!)
Portanto, muitos programas de medição de antenas escolhem um meio-termo para essa representação. Somente uma seção vertical e uma horizontal do padrão da antena estão disponíveis como valores reais de medição. Todos os outros pontos da imagem são calculados multiplicando-se toda a curva de medição do padrão vertical por um valor de medição individual do padrão horizontal. O poder de computação necessário é enorme. Exceto por uma boa representação em apresentações, a utilidade é duvidosa, pois nenhum conhecimento novo é obtido com os dois diagramas individuais (diagramas de antena horizontal e vertical). Pelo contrário, é justamente nas áreas periféricas que um diagrama gerado com esse compromisso pode se desviar consideravelmente da realidade.
Os diagramas 3D também podem ser representados em coordenadas cartesianas e polares.