Curso de Antenas - parte 2b

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Instituto de Educação Superior de Brasília
Prof. Ronald Siqueira Barbosa
Parte 02 – Fundamentos da Irradiação de Antenas
Curso de Antenas
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Parte 01 – Introdução
Parte 02 – Fundamentos da irradiação de antenas 
Parte 03 – Sistemas de Radiação Simples
Parte 04 – Análise de Sistemas de Antenas (Conjunto de Antenas)
Parte 05 – Distribuição de Corrente sobre uma Antena e suas Características de Radiação Espacial
Parte 06 – Formas Contínuas de Antenas
Parte 07 – Elementos Ressonantes de Antena
Parte 08 – Antenas Banda Larga
Parte 09 – Radiação por Aberturas
Parte 10 – Diretrizes de Projeto 
Curso de Antenas
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Parte 11 – Síntese de Conjuntos
Parte 12 – Medidas em Antenas
Parte 13 – Formato do Feixe Principal ou Aplicações para Pequenos Lóbulos Laterais
Parte 14 – Cálculo Eletromagnético Computacional
Curso de Antenas
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Fundamentos da Irradiação de Antenas
Revisão das equações de Maxwell
Funções Potenciais Auxiliares
Integrais de Radiação
Dipolo de Hertz (dipolo infinitesimal)
Propriedades Básicas das Antenas: densidade de potência, intensidade de radiação, diretividade, diagrama de radiação, polarização, eficiência e ganho
Fórmula de Friis
Radiação de Distribuições de Correntes Arbitrárias
Curso de Antenas
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Curso de Antenas
0
P
r

Diagrama Linear
/2
3/2

=0=2
Diagrama Polar
Diagrama de Irradiação:
 Fonte Isotrópica
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Curso de Antenas
		0	π/6	π/3	π/2	2π/3	5π/6	π	7π/6	4π/3	3π/2	5π/3	11π/6	2π
	r													
Esboce o gráfico de coordenadas polares da equação r = 3*(1+cos) – Chamado de Cardióide,
 para 0 ≤  ≤ 2π, utilizando a tabela abaixo. 
6
60
120
240
300
Desenho apenas ilustrativo
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Curso de Antenas
Diagrama de Radiação: Fonte Anisotrópica
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Curso de Antenas
O diagrama de radiação, a curva em azul representa energia irradiada em cada direção em torno da antena.
Os resultados obtidos são geralmente normalizados. Ao máximo sinal recebido é dado o valor de 0 dB, facilitando a interpretação em relação frente-costa.
Diagrama de Radiação: Fonte Anisotrópica
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Curso de Antenas
Diagramas normalizados, (X) e (Y).
Apresentam propriedades direcionais, ou seja, irradiam mais energia em algumas direções do que em outras.
Diagrama de Radiação: Fonte Anisotrópica
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Curso de Antenas
Fáceis de interpretar, os lóbulos são identificados pelo ângulo e amplitude. O lóbulo principal define os ângulos de ½ potência e o máximo ganho. A análise correta necessita-o em dois planos, vertical e horizontal ou Plano E e Plano H.
Representação dos Diagramas de Radiação: Forma Polar
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Curso de Antenas
	Representação dos Diagramas de Radiação: Forma Retangular
HPBW
Half Power BeamWidth
FNBW
First Null BeamWidth 
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Define-se a Abertura de Feixe ou Largura de Feixe como sendo o ângulo entre os pontos nos quais a densidade de potência cai de 3dB em relação ao seu valor máximo no lobo principal.
Ângulo de Meia Potência – Abertura de Feixe 
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Curso de Antenas
Ângulo de Meia Potência
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Curso de Antenas
 Lóbulos
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Curso de Antenas
Entre muitos fatores que interessam no projeto de antenas, alguns podem ser considerados, sua ressonância, largura de banda, comprimento efetivo, dentre outros. Naturalmente, estas características são muito importantes no equacionamento do seu rendimento.
De maneira sucinta, se pode considerar uma antena como um circuito sintonizado, composto de uma indutância e de uma capacitância, e, como consequência, tem uma frequência ressonante quando as reatâncias capacitiva e indutiva são nulas.	
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Curso de Antenas
	Diagrama de Radiação de um dipolo de meia onda
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Curso de Antenas
Na frequência de Ressonância:
e
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Curso de Antenas
 Relação Frente-Costas: RFC
É a relação de ganho entre o lóbulo principal e posterior
Sendo:
 Pm Energia máxima na direção de propagação 
 Pop  Energia irradiada para trás
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Curso de Antenas
	Como Obter um Diagrama de Radiação
O diagrama pode ser obtido tanto pelo deslocamento de uma antena de prova em torno da antena que se está medindo, como pela rotação desta em torno do seu eixo, enviando os sinais recebidos a um receptor capaz de discriminar com precisão a freqüência e a potência recebidas.
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Curso de Antenas
	Diretividade
É a relação entre o campo irradiado pela antena na direção de máxima irradiação e o campo que seria gerado por uma antena isotrópica que recebesse a mesma potência.
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Curso de Antenas
Diretividade
É a relação entre o campo irradiado pela antena na direção de máxima irradiação e o campo que seria gerado por uma antena isotrópica que recebesse a mesma potência.
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Curso de Antenas
	
			Cálculo da Diretividade por Aproximação: 
 Ângulos em graus
 Ângulos em radianos
mp e mp são os ângulos de meia potência nos dois planos, ou seja, horizontal e vertical.
A diretividade é uma grandeza baseada inteiramente na forma do diagrama de radiação, onde a eficiência da antena e suas perdas não são levadas em consideração.
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 Ângulo Sólido
A medida de um ângulo plano é o radiano que é definido como o perímetro de um arco de circunferência com raio igual a r.
A medida de um ângulo sólido é o esteradiano que é definido como a área da superfície de um cone de uma esfera com raio igual a r.
Como a área da esfera é 4r2, existem 4 esteradianos (sr) numa esfera.
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Curso de Antenas
A habilidade de uma antena em concentrar a potência irradiada em uma dada direção, ou inversamente, absorver a potência incidente a partir daquela direção, é definida como “ diretividade da antena segundo determinada direção “. Em outras palavras, a diretividade indica até que ponto a antena é capaz de concentrar energia segundo um ângulo sólido, limitado, quanto menor este ângulo, maior a diretividade.
Quantitativamente, define-se diretividade como a razão entre a densidade de potência irradiada, em determinada direção de interesse, e a densidade média de potência irradiada, isto é:
	D(θ0, Ф0) = S(θ0, Ф0) / Sm = S(θ0, Ф0) / ( Pr /4πr²)
Para sistemas de coordenadas esféricas, a potência irradiada Pr é dada por Pr = ∫ ∫ S(θ, Ф) r² senθ dθdФ 
	 D(θ0, Ф0) = {r² S(θ0, Ф0)} / {(1/4π ∫ ∫ S(θ, Ф) r² senθ dθdФ} 
Diretividade
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Curso de Antenas
Identificando-se r² S(θ , Ф) a intensidade de radiação, como a potencia irradiada por unidade de ängulo sólido ( Pr /4π), esta “intensidade de radiação” permite escrever 
 onde
Diretividade
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Curso de Antenas
 
 Diretividade: 
A diretividade é uma grandeza baseada inteiramente na forma do diagrama de radiação, onde a eficiência da antena e suas perdas não são levadas em consideração
Pt é a potência total irradiada em Watts. U é a intensidade de irradiação em Watts por Unidade de ângulo sólido.
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Curso de Antenas
 
 Diretividade: 
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Curso de Antenas
 
 Diretividade: 
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Exercício: 
Conceitos de radiação
Calcular a potência total irradiada de uma fonte tendo um diagrama de intensidade de radiação dado por:
 cujo diagrama está mostrado na figura abaixo. Observar que o diagrama espacial é uma figura de revolução deste diagrama em torno do eixo polar na forma de um “biscoito”.
Eixo Polar
=0
U=Um sen()
x
=0

z
Resposta:Lembrete:
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Curso de Antenas
	
Diagrama de radiação
	Fonte isotrópica: 
Teorema da potência aplicado as fontes isotrópicas.
Onde:
 Pt  Potência total radiada em Watts
 Pr  Componente radial do Vetor Poynting 
 médio em Watts/m2
 ds  Elemento infinitesimal de área da esfera
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Curso de Antenas
Exemplo 1: Calcular a Diretividade da antena abaixo:
Diagrama Horizontal
Diagrama Vertical
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Curso de Antenas
O QUE É MICROPROCESSADOR ?
 
Explicação Técnica
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Curso de Antenas
Obrigado.
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2
p
2
3
p
p
2
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(
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op
m
P
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RFC
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P
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41253
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sólido
ângulo
de
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