Aula 02 Caracterização de Antenas

UniversidadeFederaldaBahia

Antenas e Propagação Professora: Marcela Silva Novo Caracterização Caracterizaçã o de Antenas  Diagrama

de radiação  Regiões de Radiação  Densidade de Potência Radiada  Intensidade de Radiação  Diretividade


Sistemas de Coordenadas Esféricas


Sistemas de Coordenadas


Radiano Radiano: O ângulo definido no centro de um círculo por um arco de

circunferência com o mesmo comprimento que o raio do círculo é 1 radiano (rad) A circunferência corresponde a um ângulo plano de 2 rad. A área infinitesimal dA na superfície de raio r é dada por:


Esterroradiano Ângulo Sólido é o ângulo com vértice no centro de uma esfera, que subentende na superfície desta esfera uma área medida pelo quadrado do raio da esfera. O ângulo sólido é medido em esterorradiano (sr). A esfera toda corresponde a um ângulo sólido de 4 pi esterorradianos. O elemento de ângulo sólido d Ω de uma esfera pode ser escrito como:

Ω =

A/r**2


Diagrama de Radiação Função matemática ou representação gráfica das propriedades de radiação da antena em função das coordenadas espaciais.  Radiador

Isotrópico

Antena hipotética sem perdas que irradia igualmente em todas as direções; Uma antena isotrópica é um caso ideal que não é fisicamente realizável. No entanto, é tomada como referência para a expressão das propriedades de diretividade das antenas.


Diagrama de Radiação 

Radiador direcional  Antena

que possui propriedades de radiação ou recepção mais eficientes em uma determinada direção; 

Radiador Omnidirecional  Antena

que possui diagrama não direcional em um determinado plano (ex: azimute) e direcional em qualquer plano ortogonal (ex: elevação).


Diagrama de Radiação

Diagrama de plano E: plano que contém o vetor campo elétrico e a

direção de radiação máxima. Diagrama de plano H: plano que contém o vetor campo magnético

e a direção de radiação máxima.


Diagrama de Radiação


Diagrama de Radiação Lóbulo de Radiação

Parte do diagrama de radiação limitado por regiões de intensidade de radiação relativamente fraca. Classificam-se em: principal secundários, lateral e posterior .


Regiões de Radiação O espaço vizinho a uma antena é normalmente dividido em três regiões:  Campo

próximo reativo;

 Campo

próximo radiante;

 Campo

distante.

As fronteiras que separam estas regiões não têm valores bem definidos. No entanto, alguns critérios foram estabelecidos para a identificação destas regiões.


Regiões de Radiação Campo próximo reativo: parte da região de campo próximo onde o campo

reativo predomina. Considera-se que esta região existe a uma distância:

onde R é a distância à superfície da antena,  é o comprimento de onda e D a maior dimensão da antena. Campo próximo radiante (campos intermediários) : região do campo de uma

antena que fica entre a região reativa e o campo distante. Considera-se que esta região existe no intervalo:

Na região de campo próximo a distribuição de campo depende da distância em relação a antena.


Regiões de Radiação Campo distante: região onde o campo gerado pela antena tem uma distribuição

que é independente da distância em relação a antena. Nesta região, os campos elétrico e magnético apresentam certas propriedades:  As

amplitudes dos campos caem com 1/r, e na direção radial a fase varia linearmente com r (kr).  As

componentes radiais dos campos tendem a zero (os campos são transversais à direção radial).  A direção

de propagação da onda é a direção radial. Os campos elétrico e magnético são perpendiculares entre si e perpendiculares á direção de propagação.  A razão

entre os módulos do campo elétrico e do campo magnético é a impedância característica do meio.


Densidade de Potência Radiada A quantidade utilizada para descrever a potência associada a uma onda eletromagnética é o vetor de Poynting instantâneo definido como: (1) Vetor de Poyting instantâneo (W/m**2) Intensidade de campo elétrico instantâneo (V/m) Intensidade de campo magnético instantâneo (A/m) A potência total que atravessa uma superfície fechada é obtida integrando a componente normal do vetor de Poyting sobre a superfície, resultando: (2) Potência total instantânea (W) Vetor unitário normal a superfície Área infinitesimal da superfície fechada


Densidade de Potência Radiada Regime Senoidal Permanente

Dependência temporal:

Campos elétrico e magnético:

(3a) (3b)

Utilizando as definições (3a) e (3b), e a identidade: (4) o vetor de Poyting pode ser escrito como: (5) Assim, a densidade de potência média é dada por: (6)


Densidade de Potência Radiada Potência média radiada pela antena pode ser escrita como:

(7)

Exemplo: Radiador isotrópico

Densidade de potência:


Intensidade de Radiação Intensidade de radiação é definida como a potência radiada por uma

antena por unidade de ângulo sólido (8) Intensidade de radiação (W/unidade de ângulo sólido) Densidade de radiação (W/m**2) A potência total também pode ser obtida integrando a intensidade de radiação sobre um ângulo sólido inteiro de 4 , sendo dada por: (9) Exemplo: Radiador isotrópico Intensidade de Radiação:


Diretividade Diretividade é definida como a taxa da intensidade de radiação em uma

dada direção da antena pela intensidade de radiação média em todas as direções. A intensidade de radiação média é igual a potência total radiada pela antena dividida por 4. Sendo assim, a diretividade é definida por: (10)

Quando a direção não é especificada, está implícito a direção de intensidade de radiação máxima. Então, tém-se: (11)


Diretividade A diretividade máxima total, considerando as componentes ortogonais  e  de uma antena pode ser escrita como: (12) onde, (13)

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