aula_06

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Conjuntos Especiais de 
Antenas
Prof Daniel D. Silveira
Introdução
� Objetivos
� Apresentar o conjunto Yagi-Uda
� Apresentar o conjunto de antenas log-
periódica
� Apresentar técnicas de projetos destes 
conjuntos
Yagi-Uda
� Radiador muito prático para as faixas 
de HF (3-30 MHz), VHF (30-300 MHz) e 
UHF (300-3000 MHz)
� Consiste em diversos 
dipolos filamentares
Yagi-Uda
� Um dos elementos é energizado 
diretamente por uma linha de 
transmissão de alimentação
� Os outros elementos atuam como 
radiadores parasitas, cujas correntes 
são induzidas por acoplamento mútuo
� Um elemento alimentador comum é o 
dipolo dobrado
Yagi-Uda
� Projetada para operar exclusivamente 
como um conjunto end-fire
� Os elementos parasitas frontais atuam 
como diretores, e os posteriores como 
refletores
� Publicada em um artigo em 1927 por 
Uda em japonês e posteriormente por 
Yagi em inglês
Yagi-Uda
� Os elementos parasitas na direção do 
feixe são ligeiramente mais curtos que 
o elemento excitado
Yagi-Uda
� O elemento excitado é ressonante, com 
comprimento um pouco menor que λ/2
� Os elementos diretores tem 
comprimento da ordem de 0,4λ-0,45λ, 
e não têm necessariamente os mesmos 
comprimentos/diâmetros
� A separação entre os diretores é quase 
sempre de 0,3λ a 0,4λ e não é 
necessariamente uniforme
Yagi-Uda
� O raio dos diretores é de até 0,024λ
� O comprimento do refletor é 
ligeiramente maior que o do 
alimentador
� A separação entre o alimentador e o 
refletor é um pouco menor que entre o 
alimentador e o diretor mais próximo, 
sendo 0,25λ um valor quase ótimo
Yagi-Uda
� O comprimento dos diretores é menor 
que o correspondente comprimento de 
ressonância => impedância capacitiva
� A corrente tem fase adiantada em 
relação à da fem induzida
� A impedância dos refletores é indutiva e 
as correntes têm fase atrasada em 
relação à da fem induzida
Yagi-Uda
� Diretores: conjunto em que as 
correntes têm magnitudes 
aproximadamente iguais
� Possuem também defasagem 
progressiva uniforme (característica 
end-fire)
� Reforçam o campo do elemento 
energizado na direção dos diretores
Yagi-Uda
� O principal papel de refletor é 
desempenhado pelo primeiro elemento 
mais próximo ao elemento energizado
� Pouco melhoramento é obtido com a 
utilização de mais de um elemento
� Considerável melhoramento pode ser 
obtido com o uso de mais diretores
Yagi-Uda
� A maioria das antenas usa de 6 a 12 
diretores
� Comprimentos de conjuntos da ordem 
de 6λ são considerados como típicos
� Ganhos da ordem de 14 dB a 17 dB 
podem ser obtidos
Yagi-Uda
� Características de radiação usualmente 
de interesse em uma antena Yagi-Uda
� Ganhos para frente e para trás
� Impedância de entrada
� Largura de banda
� Relação frente-costa
� Magnitude de lóbulos secundários
Yagi-Uda
� O desempenho de conjuntos Yagi-Uda
pode ser considerado em três partes
� A configuração refletor-alimentador
� O alimentador
� Efeitos desprezíveis no ganho frontal
� Grandes efeitos na relação frente costa e na 
impedância de entrada
� A fila de diretores
� Grande efeito no ganho frontal, para trás e na 
impedância de entrada: elementos críticos
Yagi-Uda
� O método dos momentos da equação 
integral é utilizado no cálculo de um 
programa em Matlab, baseado na 
equação integral de Pocklington
� Cada elemento filamentar é dividido em 
M segmentos, que representam o 
número total de modos de corrente e 
um sistema de equações lineares é 
gerado
Yagi-Uda
� Exemplo 10.2 – Projete um conjunto Yagi-
Uda de 15 elementos (13 diretores, um 
refletor e um excitador). Calcule e esboce os 
diagramas de planos E e H, a corrente 
normalizada no eixo de cada elemento, a 
diretividade e a relação frente-costa em 
função dos espaçamentos do refletor e dos 
diretores. Use o programa Yagi_Uda.
Yagi-Uda
Yagi-Uda
� Diretividade e relação frente-costa (Refletor)
Yagi-Uda
� Diretividade e relação frente-costa (Diretores)
Yagi-Uda
� Otimização
� Diferentes técnicas são utilizadas para 
otimização, como o uso de comprimentos 
não uniformes para os diretores e 
espaçamentos não uniformes entre eles
Yagi-Uda
� Impedância de entrada e técnicas de 
casamento
� Fortemente influenciada pelo espaçamento 
entre o refletor e o alimentador
Yagi-Uda
� Rotina de projeto
� Baseado em um documento oficial dos EUA 
efetuado pela Agência Nacional de 
Padronização
� Não cobre todas as possibilidades, mas a 
maioria dos projetos comerciais
� Utiliza-se 
inicialmente a 
tabela baseado 
nos parâmetros 
de projeto
Yagi-Uda
� A tabela cobre resumidamente os seguintes 
casos
Yagi-Uda
� Curva para 
determinar os 
comp. não 
compensados 
de diretores e 
refletores
Yagi-Uda
� Incremento 
para 
compensar os 
comprimentos 
de todos os 
elementos 
parasitas 
(função da 
barra de 
sustentação)
Yagi-Uda
� Exemplo 10.3 – Projete um conjunto Yagi-
Uda com diretividade (em relação à um 
dipolo de λ/2 à mesma altura acima do solo) 
de 9,2 dB, na frequência f0=50,1 MHz. Os 
diâmetros desejados para os elementos 
parasitas e barra de sustentação são, 
respectivamente, 2,54 cm e 5,1 cm. 
Determine os espaçamentos entre elementos, 
comprimentos dos elementos e comprimento 
total do conjunto. 
Yagi-Uda
� Modelo comercial de Yagi-Uda para os canais 
2-13. Ganho de 4,4 dB no canal 2 a 7,3 dB no 
canal 13 
Log-periódica
� Antena largamente utilizada por apresentar 
um comportamento praticamente constante 
para uma ampla faixa de frequências
� Os comprimentos e os espaçamentos 
aumentam logaritmicamente
� Todos os elementos do conjunto são 
energizados
Log-periódica
� É necessária a inversão de fase entre 
elementos para produzir uma progressão de 
fase tal que a energia é apontada na direção 
dos elementos mais curtos (end-fire)
Log-periódica
� Outra forma de ligação utilizando cabo 
coaxial
Log-periódica
� A frequência de corte 
inferior ocorre 
aproximadamente quando 
o elemento mais longo 
tem comprimento de λ/2 
� A frequência de corte 
superior ocorre um pouco 
mais acima do 
comprimento de λ/2 do 
elemento mais curto
Log-periódica
� A onda radiada por um único conjunto de 
dipolos é linearmente polarizada, quando o 
plano é paralelo ao solo
� A variação da impedância de entrada em 
função da frequência é repetitiva
Log-periódica
� A largura de banda total é determinada pelo 
número de ciclos repetitivos, para uma dada 
estrutura truncada, desde que as variações 
sejam feitas suficientemente pequenas e 
aceitáveis
Log-periódica
� Projeto: baseado em termos de τ, α, �	σ
Log-periódica
� Projetos típicos baseados em termos de 
τ, α, �	σ
� Se α aumenta, τ diminui
� Grandes valores de α ou valores menores de τ
implicam em desenhos mais compactos, com 
menor número de componentes e distâncias 
maiores
Log-periódica
� Parâmetros normalmente especificados para 
antenas log-periódicas comerciais:
� VSWR, Largura de feixe de meia potência, Ganho
Log-periódica
� Largura de feixe de meia-potência
Log-periódica
� Curvas calculadas de diretividade constante 
em função de τ	�	σ
Log-periódica
� Equações de projeto:
� Largura da região ativa
� Considera-se uma largura de banda de projeto 
Bs ligeiramente maior que a desejada B
Log-periódica
� Comprimento total da estrutura, do elemento 
mais curto lmin ao mais longo lmax
� Número de elementos
Log-periódica
� Impedância característica média dos 
elementos
� é a razão comprimento diâmetro do 
n-ésimo elemento do conjunto. Essa razão 
deveria ser a mesma para todos os elementos 
do conjunto. Na prática, nem sempre é possível
Log-periódica
� Carregamento efetivo dos dipolos é 
caracterizado graficamente
Log-periódica
� Za – impedância característica média dos 
elementos
� Rin – impedância de entrada (real)
� Zo – impedância característica da linha de 
alimentação
� Espaçamento centro a centro s entre os dois 
condutores da linha de alimentação
Log-periódica
Rotina de projeto:
� Parâmetros iniciais:� Diretividade (dB)
� Impedância de entrada (Rin) real
� Diâmetro dos elementos e do alimentador
� Frequências inferiores e superiores da banda 
B=fmax/fmin
Log-periódica
Rotina de Projeto
1. Dado D0 (dB), determine τ	�	σ da Figura 
11.13
2. Determine
3.
4. Determine
Log-periódica
Rotina de Projeto
5. Determine Za 
6. Determine Z0/Rin utilizando o gráfico 
7. Determine s
Log-periódica
� Antena log-periódica comercial de 21 
elementos
Log-periódica
� Exemplo 11.1 – Projete uma antena log-periódica de 
dipolos para cobrir todos os canais de TV de VHF (54 
MHz canal 2 a 216 MHz canal 13). A diretividade 
desejada é 8 dB e a impedância de entrada 50 Ohms. 
Os elementos devem ser feitos de tubos de alumínio, 
de diâmetro externo de ¾ pol (1,9 cm) para o 
elemento mais longo e para a linha de alimentação, e 
3/16 pol (0,48 cm) para o elemento mais curto. Esses 
diâmetros resultam em idênticas razões l/d para os 
elementos mais curto e mais longo.
Lista de Exercícios
� 10.31, 10.32, 10.34, 10.36, 10.38, 10.39
� 11.3, 11.5, 11.6, 11.7, 11.8