Tipos de antenas (Parte 1)

Esta é a primeira parte dos vários tipos de antenas que não foram mostrados anteriormente. O nome deste post poderia ser “Antenas (Parte 3)”.

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Antena em espiral

Basicamente é uma antena dipolo com os braços enrolados. Tem uma largura de banda muito grande, que pode ter até 30 GHz e são circularmente polarizadas. Este é o padrão de radiação das antenas espirais, tem uma largura de feixe de meia potência (HPBW) entre 70º e 90º.

Os dois principais tipos de antenas em espiral são: Log-Periódica e de Arquimedes. Esta é uma antena espiral de Arquimedes.

O raio da antena é proporcional ao ângulo $\varphi$. O primeiro braço é representado pela equação:

$r=a\varphi +r_{1}$

Esta é a equação do segundo braço:

$r=a(\varphi-\pi ) +r_{1}$

$a=\frac{s+w}{\pi }$

As dimensões desta antena podem ser calculadas pela fórmula abaixo:

$s=w=\frac{r_{2}-r_{1}}{4N}$

• $N$ é o número de voltas.

A frequência mais baixa da antena espiral de Arquimedes é dada pela fórmula:

$f_{B}=\frac{c}{2\pi r_{2}}$

• $c$ é a velocidade da luz no vácuo, que é $3\cdot 10^{8} m/s$.

Esta é a fórmula da frequência mais alta.

$f_{A}=\frac{c}{2\pi r_{1}}$

Esta é a antena espiral log-periódica.

Cada braço desta antena é representada por esta função polar:

$r=R_{o}e^{a\phi }$

Onde $R_{o}$ é o raio interno da antena. A frequência mais baixa de operação é calculada da seguinte forma:

$f_{B}=\frac{c}{2\pi R_{e}}$

$R_{e}$ é o raio da espiral. A frequência mais alta é calculada da forma abaixo.

$f_{A}=\frac{c}{4R_{o}}$

As antenas espirais são usadas em GPS, mísseis e guerra eletrônica como receptores de detecção de radar ou bloqueadores de sinal.

Antena Yagi-Uda

Todos já viram este tipo de antena, é formada por um dipolo e várias barras condutoras em paralelo, chamadas de elementos parasitas. Tem um ganho elevado e alta diretividade, geralmente opera na faixa de frequência entre 30 MHz e 3 GHz. Apenas o dipolo é ligado ao circuito, a barra detrás serve como refletor (em azul) e as da frente são direcionadoras (em verde).

O padrão de radiação típico da antena Yagi-Uda com 2 direcionadores.

Aumentando o número de barras direcionadoras, aumenta a diretividade.

Para projetar uma antena Yagi-Uda, os parâmetros a serem considerados são:

• Comprimento de onda $\lambda$;
• Comprimento do refletor;
• A distância entre o refletor e o dipolo;
• Comprimento total do dipolo;
• Distância entre o dipolo e o primeiro direcionador;
• Distância entre os direcionadores;
• Comprimento dos direcionadores.

Estes valores afetam o ganho, devem estar relacionados com o comprimento de onda, por exemplo, o comprimento do refletor é de 0,56 $\lambda$. Várias fontes indicam proporções diferentes para dimensionar os parâmetros. Outros tipos de antenas serão explicados nas próximas partes.