O que é Antena? Parte I de II
O que é Antena?
Se perguntarmos apenas apenas em relação ao dispositivo, com certeza você saberá definir o que é uma antena, ou pelo menos já tenha visto. Também sabe que alterando certas condições ou características, por exemplo o direcionamento das mesmas, elas melhoram a comunicação no enlace.
Mas se alguém pedir para descrever técnicamente o que é uma antena, você saberia descrever como ela funciona?Pois é sobre isso que vamos falar hoje. Conceitos Básicos
Antes de começarmos a definir o funcionamento de uma antena, vamos conhecer (ou relembrar) alguns conceitos básicos.Entendendo esses conceitos, será mais fácil de entender o funcionamento de uma antena. Comprimento de Onda
Ondas de rádio(eletromagnéticas) tem parâmetros físicos, dos quais podemos destacar a freqüência. Sabemos que não é fácil visualizar.Então, vamos fazer nossa primeira analogia: imagine uma gota d'água caindo na superfície plana de um balde com água. Após a gota atingir a água em repouso, conseguimos visualizar as ondas formadas.Em telecom especificamente podemos descrever o modelo de ondas senoidais: o comprimento de onda é distâncias entre dois máximos. Matematicamente, o comprimento de onda (λ) é definido pela velocidade com que a onda se propaga (c), dividido pela frequência (f) da mesma.λ = c / fComprimento de Onda (λ): é representado pela letra grega λ;Velocidade (c): considerando que as nossas ondas se propagam no ar, podemos considerar como a velocidade da luz no vácuo – c – 300.000.000 m/s ( que pode ser representado por 300M m/s);Frequência (f): frequência do sinal estaremos utilizando.Por exemplo, em um sistema de 900 MHz, temos: λ = (300 Mm/s)/(900 MHz) = 0.33333... ou 33.33 cm. Polarização
Quando falamos de ondas eletromagnéticas, outro conceito importante é o de polarização, ou seja, qual o plano da componente elétrica na qual a onda se propagará.Ok, começou a complicar? Então vamos explicar melhor.As ondas eletromagnéticas são compostas por dois planos – horizontal e vertical. Esses planos representam os campos elétrico e magnético. Estas componentes são sempre ortogonais entre si, vetores defasados em 90 graus. Eles variam em fase - ou com zero graus - de defasamento elétrico.A velocidade (também vetor) de propagação desses dois campos por sua vez se propaga a 90 graus dos dois.A figura a seguir nos ajuda a visualizar esses vetores. Então, dependendo da forma como o acoplamento do sinal seja feito - a antena esteja orientada - temos a sua definição de polarização.Se o transmissor for tal que a onda esteja totalmente no plano vertical (plano Elétrico E), então temos polarização Vertical. Se a onda estiver no plano horizontal (plano Magnético B), temos polarização Horizontal. Existem também outros tipos de polarização, como polarização Cruzada e polarização Circular (direita e esquerda), que na verdade são combinações das polarizações Vertical e Horizontal, e também da diferença de fase.O conceito de polarização é muito importante em antenas, principalmente porque quando um sinal é transmitido em uma polarização deve ser recebido na mesma polarização, caso contrario, teremos uma atenuação(perda) denominada de polarização cruzada.Para entender melhor a polarização de ondas, vamos ver alguns exemplos, onde destacamos apenas a componente E - campo elétrico. (Lembre-se porém que sempre existem um campo magnético a 90 graus do campo elétrico). E veja como fica a onda (componente elétrica E) para polarização Cruzada – combinação das polarizações Vertical e Horizontal, eletricamente em Fase. Vamos parar por aqui, nossa habilidade artística (?) nos limita. Mas uma onda de polarização Circular (componente elétrica E) - combinação de duas ondas polarizadas – uma Vertical e outra Horizontal, eletricamente defasadas em 90 graus, mas com mesma amplitude, seria "mais ou menos" como desenhamos abaixo. Com certeza, a onda real é pelo menos "tremida". Como exemplo de antenas com polarização Circular temos as Antenas Helicoidais ou Yagi Cruzadas com Polarização Circular (a esquerda ou a direita), mais conhecida como RHCP (Right Hand Circular Polarization) ou LHCP (Left Hand Circular Polarization). Veremos mais sobre suas aplicações oportunamente. Antenas
Certo, após breve introdução de alguns conceitos basicos, vamos falar de antenas.Por definição, uma antena é um dispositivo criado para transmitir ou receber energia eletromagnética, casando essas fontes de energia e o espaço. Muitas vezes também são chamadas de sistemas irradiantes. Note que o mesmo dispositivo pode ser usado para transmitir ou receber esta energia.Vamos começar vendo uma representação simplificada de um sistema de transmissão e recepção. A informação original é alterada, por exemplo através de algum tipo de modulação e tratamento, e continua transmitida ou guiada por um cabo até a antena. A antena então irradia essa informação pelo meio(ar), até que ela chega a outra antena, que nesse caso fará a recepção do sinal, fazendo com o mesmo continue o caminho pelo cabo até o dispositivo que fará por exemplo a demodulação (e outros tratamentos), recuperando a informação original. Nota: Apenas como exemplo, não estamos considerando as perdas existentes.Certo, mas como a antena funciona? Como ela irradia a informação?Para entender isso de verdade, precisamos de uma pequena revisão atômica!Calma, vamos apenas falar sobre átomos: Os átomos são as menores partes possíveis de qualquer elemento químico. É, tudo que existe é formado por elementos.Simplificadamente, em sua maioria os átomos são formados por, prótons, elétrons e nêutrons. No núcleo do átomo temos os nêutrons e prótons. Já os elétrons ficam se movimentando livremente ao redor desse núcleo, numa trajetória como carros de uma corrida maluca. Uma atração (positivo-negativo) é o que torna possível que os elementos existam. Mas o que isso tem a ver com o funcionamento da antena?As antenas geralmente são feitas com matériais metálicos (aluminio/latão). Esses metais, são formados por átomos. Quando todos os átomos são reunidos – para formar o metal, temos então um conjunto de elétrons livres.E quando esse conjunto de elétrons livres é submetido a uma Tensão Elétrica (campo elétrico), os mesmos começam a se movimentar e vibrar.Quando os elétrons vibram de um lado a outro da antena, eles criam uma radiação eletromagnética na forma de ondas de rádio.
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