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<p>20/04/2021</p><p>1</p><p>ANTENA</p><p>MONOPOLO</p><p>E ANTENA</p><p>MICROFITA</p><p>ANTENA</p><p>MONOPOLO</p><p>1</p><p>2</p><p>20/04/2021</p><p>2</p><p>Antenas lineares em presença de planos</p><p>condutores: o método das imagens</p><p>• Na prática, as antenas estão geralmente colocadas sobre ou a pouca</p><p>distância da terra ou de alguma outra superfície refletora.</p><p>• A presença destas superfícies pode alterar significativamente as propriedades</p><p>de radiação da antena assim como sua impedância de entrada.</p><p>Antenas lineares em presença de planos</p><p>condutores: o método das imagens</p><p>A figura mostra uma antena colocada a uma distância h acima</p><p>da terra. Para simplificar a análise, considera-se a terra como</p><p>um plano condutor perfeito.</p><p>• No ponto P1 chegam duas ondas:</p><p>uma vindo diretamente da antena</p><p>(onda direta) e outra que chega</p><p>após sofrer uma reflexão no ponto</p><p>R1 (onda refletida).</p><p>• A onda refletida pode ser vista</p><p>como uma onda emitida por uma</p><p>fonte virtual colocada a uma</p><p>distância h abaixo do plano de</p><p>terra</p><p>3</p><p>4</p><p>20/04/2021</p><p>3</p><p>Antenas lineares em presença de planos</p><p>condutores: o método das imagens</p><p>A direção das setas indica o sentido da corrente na</p><p>antena real e na antena imagem.</p><p>O Monopolo de Quarto de Onda</p><p>Consiste num fio metálico retilíneo, com comprimento igual</p><p>a λ/4, colocado sobre um plano condutor infinito (plano de</p><p>terra). O campo produzido na região acima do plano de</p><p>terra pelo monopolo e por sua imagem é o mesmo que seria</p><p>produzido por um dipolo de meia onda sem a presença do</p><p>plano de terra.</p><p>5</p><p>6</p><p>20/04/2021</p><p>4</p><p>O Monopolo de Quarto de Onda</p><p>O Monopolo de Quarto de Onda</p><p>7</p><p>8</p><p>20/04/2021</p><p>5</p><p>O Monopolo de Quarto de Onda</p><p>• Antenas do tipo monopolo têm larga aplicação prática, por exemplo, em radiodifusão, telefonia</p><p>móvel, radioamadorismo, etc. Na transmissão de rádio em ondas médias (de 300kHz a 3MHz), o</p><p>monopolo consiste numa torre alta colocada diretamente sobre a terra. Neste caso, para melhor</p><p>simular um plano metálico, geralmente a antena é instalada em regiões de solo úmido, de baixa</p><p>resistividade. Além disso, usa-se uma malha de terra feita com fios de cobre dispostos</p><p>radialmente a partir da base da antena (tipicamente 120 radiais de comprimento em torno de λ/4).</p><p>• Para monopolos instalados num veículo, a própria estrutura metálica deste atua como plano de terra.</p><p>Para obter um diagrama onidirecional, pode-se instalar a antena no teto do veículo. Caso se deseje</p><p>um diagrama direcional, é possível instalá-la nas laterais do veículo ou nos pára-choques.</p><p>• A alimentação do monopolo pode ser feita através de um cabo coaxial tendo seu condutor externo</p><p>conectado ao plano de massa e o condutor interno conectado ao fio metálico.</p><p>O Monopolo de Quarto de Onda</p><p>Em algumas aplicações, as configurações mostradas abaixo podem ser utilizadas.</p><p>O plano de terra circular tem diâmetro de cerca de meio comprimento de onda.</p><p>Na figura do centro, o plano circular foi substituído por quatro condutores radiais.</p><p>A inclinação destes condutores permite alterar os níveis de impedância e o</p><p>ângulo de cobertura dos diagramas verticais.</p><p>9</p><p>10</p><p>20/04/2021</p><p>6</p><p>ANTENA EM MICROSTRIP</p><p>ou</p><p>ANTENA EM MICROFITA</p><p>ou</p><p>ANTENA PLANAR</p><p>Sumário</p><p>• Descrição geral</p><p>• Configurações</p><p>• Vantagens e Desvantagens</p><p>• Aplicações</p><p>• Mecanismo de Radiação</p><p>• Alimentação</p><p>• Parâmetros</p><p>• Projeto Prático</p><p>11</p><p>12</p><p>20/04/2021</p><p>7</p><p>Descrição geral</p><p>• As primeiras ideias sobre antenas em microfita datam da década de 50, mas</p><p>foi a partir da década de 70 que os primeiros protótipos foram</p><p>efetivamente fabricados e utilizados.</p><p>• Em sua forma mais</p><p>simples, a antena em</p><p>microfita consiste de</p><p>uma placa condutora</p><p>sobre um plano de terra,</p><p>separados por um</p><p>substrato dielétrico.</p><p>Descrição geral</p><p>• A permissividade elétrica relativa do dielétrico deve ser baixa,</p><p>tipicamente menor que 2,5, para garantir que o dielétrico não interfira</p><p>muito na radiação do campo eletromagnético.</p><p>13</p><p>14</p><p>20/04/2021</p><p>8</p><p>Configurações de Antenas em Microfita</p><p>• Antenas em microfita podem ser fabricadas em muitas geometrias diferentes.</p><p>Pode-se dividi-las em três categorias básicas: patch, dipolos e fendas.</p><p>Tipo Patch (MPA – Microstrip Patch Antennas)</p><p>Configurações de Antenas em Microfita</p><p>Tipo Patch</p><p>15</p><p>16</p><p>20/04/2021</p><p>9</p><p>Configurações de Antenas em Microfita</p><p>Tipo Dipolo</p><p>O dipolo é impresso nos dois lados de uma placa dielétrica e alimentado por</p><p>uma linha de transmissão impressa.</p><p>Configurações de Antenas em Microfita</p><p>Tipo Fenda</p><p>Essa antena não possui plano de terra.</p><p>17</p><p>18</p><p>20/04/2021</p><p>10</p><p>Vantagens e Desvantagens</p><p>Vantagens:</p><p>• Antenas em microfita podem ser projetadas para uma faixa de frequências</p><p>de 100 MHz a 100 GHz, aproximadamente, o que significa uma grande</p><p>faixa de aplicação.</p><p>• Leve, fina, ajustável a superfícies diversas, barata, permite diferentes</p><p>polarizações, é compatível com circuitos integrados e o casamento de</p><p>impedância pode ser obtido durante o processo de fabricação.</p><p>Desvantagens:</p><p>• Largura de banda estreita, baixo ganho e baixa potência.</p><p>• No caso de conjuntos, a alimentação, para um bom desempenho, é</p><p>complexa, pois pode apresentar grande radiação, baixa potência de</p><p>transmissão, excitação de ondas de superfície e depende de um bom</p><p>dielétrico.</p><p>• Embora a MPA tenha desvantagens quanto a largura de Banda, potência e</p><p>eficiência, existem métodos para aperfeiçoá-las, especialmente quanto à</p><p>largura de banda e a operação multibanda.</p><p>Vantagens e Desvantagens</p><p>Examples of Antennas According to Frequency Bandwidth</p><p>19</p><p>20</p><p>20/04/2021</p><p>11</p><p>Aplicações</p><p>• Inicialmente em aplicações em sistemas militares como: mísseis, foguetes, aeronaves e satélites.</p><p>• Agora, essas antenas estão sendo usadas no setor comercial por causa do custo reduzido do material</p><p>dielétrico e desenvolvimento tecnológico de fabricação.</p><p>• Algumas aplicações para as quais as antenas de microfita têm sido desenvolvidas incluem</p><p>comunicação via satélite; serviços de radiodifusão; Doppler e outros tipos de radar; radioaltímetros;</p><p>controle e comando de sistemas; sensoriamento remoto e instrumentação ambiental; elementos de</p><p>alimentação em antenas complexas; radiadores biomédicos; e alarmes contra intrusos.</p><p>• Antenas de microfita são antenas planas em aspecto e apresentam baixo perfil. Por isso, têm sido</p><p>empregadas em sistemas de comunicação celular como o sistema global para comunicações móveis</p><p>(GSM; 890-960 MHz); o sistema de comunicação digital (DCS; 1710-1880 MHz); o sistema pessoal</p><p>de comunicações (PCS; 1850-1990 MHz); o sistema universal de telecomunicações móveis (UMTS;</p><p>1920-2170 MHz); e redes sem fio em áreas locais (WLANs) nas bandas de 2,4 GHz (2400-2484 MHz) e 5,2</p><p>GHz (5150-5350 MHz).</p><p>• Muitos projetos recentes de antenas de microfita para as aplicações relacionadas, como as antenas</p><p>internas dos telefones celulares, antenas de estações base, WLAN e bluetooth.</p><p>Mecanismo de Radiação</p><p>• O campo de radiação da microfita pode ser determinado a partir da distribuição de campo entre a estrutura radiante</p><p>e o plano de terra ou a partir das correntes circulantes na lâmina condutora.</p><p>• Quando uma fonte de microondas é conectada a uma antena em microfita. A excitação vai provocar uma</p><p>distribuição de cargas nos lados inferior e superior da antena, assim como na superfície do plano de terra,</p><p>como mostrado na Figura. A estrutura radiante tem a dimensão C com cerca de 0,5λ, de modo que cargas de sinais</p><p>opostos se revezam, no tempo, em um ponto qualquer da superfície. As forças repulsivas entre as cargas da parte</p><p>inferior da superfície deslocam cargas para a parte superior da superfície, através das bordas. Esse movimento de</p><p>cargas cria densidades de corrente Js e Ji nas partes superior e inferior, respectivamente,</p><p>da estrutura radiante. A</p><p>radiação é atribuída ao frangeamento dos campos nas bordas do radiador</p><p>21</p><p>22</p><p>20/04/2021</p><p>12</p><p>Mecanismo de Radiação</p><p>Técnicas de Alimentação para MPA</p><p>• A antena em microfita radia preferencialmente por um lado apenas. Com isso,</p><p>deve-se diminuir possíveis interferências nesse lado. Então, a alimentação</p><p>geralmente ocorre por baixo do plano de terra. Têm-se três principais técnicas de</p><p>alimentação:</p><p>1. por cabo coaxial</p><p>2. por linha em microstrip</p><p>3. por indução (acoplamento indutivo)</p><p>• O fator mais importante na alimentação da MPA é o casamento de impedância.</p><p>• A forma de alimentação influencia no diagrama de radiação da antena, podendo</p><p>desconfigurar o lóbulo principal de radiação gerando lóbulos secundários, o que</p><p>afeta a sua diretividade, relação frente costas</p><p>23</p><p>24</p><p>20/04/2021</p><p>13</p><p>Alimentação por Cabo Coaxial</p><p>Alimentação por Linha de Transmissão</p><p>I- Edge Feed with Matching Technique (Quarter-Wavelength Transformer)</p><p>25</p><p>26</p><p>20/04/2021</p><p>14</p><p>Alimentação por Linha de Transmissão</p><p>I- Edge Feed with Matching Technique (Quarter-Wavelength Transformer)</p><p>The development of solid-state microwave devices and systems has led to the wide-</p><p>spread use of a form of parallel plate transmission lines called microstrip lines.</p><p>• A strip-line usually consists of:</p><p>1. Dielectric substrate sitting on a grounded plane with</p><p>2. Thin narrow metal strip on top of the substrate</p><p>Alimentação por Linha de Transmissão</p><p>I- Edge Feed with Matching Technique (Quarter-Wavelength Transformer)</p><p>General formula for the characteristic impedance (Zo ) of the microstrip transmission</p><p>line is given by:</p><p>27</p><p>28</p><p>20/04/2021</p><p>15</p><p>Alimentação por Linha de Transmissão</p><p>I- Edge Feed with Matching Technique (Quarter-Wavelength Transformer)</p><p>Exemplo. Assumindo que o substrato de</p><p>uma linha de faixa tenha espessura h = 0,4</p><p>(mm) e constante dielétrica ɛr = 2,25</p><p>Determine a largura necessária (wo) da faixa</p><p>de metal para que a linha de faixa tenha</p><p>uma resistência característica de 50 Ω.</p><p>Alimentação por Linha de Transmissão</p><p>I- Microstrip Feed with Inset Feed</p><p>29</p><p>30</p><p>20/04/2021</p><p>16</p><p>Alimentação por Linha de Transmissão</p><p>I- Microstrip Feed with Inset Feed</p><p>À medida que a distância do ponto de alimentação da inserção aumenta, a resistência de</p><p>entrada ressonante diminui.</p><p>Impedância de ponto de alimentação de inserção</p><p>A impedância do ponto de alimentação inserido Rin (y = y0) é dada por:</p><p>Alimentação por Linha de Transmissão</p><p>I- Microstrip Feed with Inset Feed</p><p>31</p><p>32</p><p>20/04/2021</p><p>17</p><p>Alimentação por Linha de Transmissão</p><p>I- Microstrip Feed with Inset Feed</p><p>Parâmetros da MPA</p><p>Diagrama de Irradiação Diretividade</p><p>Fórmulas simplificadas para diretividade</p><p>33</p><p>34</p><p>20/04/2021</p><p>18</p><p>Parâmetros da MPA</p><p>Largura de Banda</p><p>Parâmetros da MPA</p><p>Largura de Banda</p><p>35</p><p>36</p><p>20/04/2021</p><p>19</p><p>Parâmetros da MPA</p><p>Técnicas de Melhorar a Largura de Banda da MPA</p><p>Parâmetros da MPA</p><p>Técnicas de Melhorar a Largura de Banda da MPA</p><p>37</p><p>38</p><p>20/04/2021</p><p>20</p><p>Parâmetros da MPA</p><p>Técnicas de Melhorar a Largura de Banda da MPA</p><p>Retangular Patch (RMPA)</p><p>39</p><p>40</p><p>20/04/2021</p><p>21</p><p>Retangular Patch (RMPA)</p><p>Retangular Patch (RMPA)</p><p>41</p><p>42</p><p>20/04/2021</p><p>22</p><p>Retangular Patch (RMPA)</p><p>Projeto Prático de RMPA</p><p>43</p><p>44</p><p>20/04/2021</p><p>23</p><p>Projeto Prático de RMPA</p><p>Projeto Prático de RMPA</p><p>45</p><p>46</p><p>20/04/2021</p><p>24</p><p>Projeto Prático de RMPA</p><p>Arranjo de RMPA</p><p>47</p><p>48</p>