curso de antenas - completo

Download Curso de Antenas - Completo

Post on 11-Oct-2015

15 views

Category:

Documents

0 download

Embed Size (px)

DESCRIPTION

curso de antenas

TRANSCRIPT

  • Antenas, Cabos e RAntenas, Cabos e Rdiodio--EnlaceEnlace

    Componentes essenciais para uma comunicao Wireless

    Rdio Transmissor (Tx) Linha de Transmisso (LT) Antena Transmissora Meio de Propagao Antena Receptora Linha de Transmisso (LT) Rdio Receptor (Rx)

    distncia

    Transmissor

    TX

    Linha de Transmisso

    Antena

    RX

    Receptor

    Atmosfera

    Antena

    CONCEITOS BSICOS A ESCALA LOGARTMICA

    O que o dB?

    O dB uma escala usada para representar a relao entre duas potncias.

    referncia

    medida

    PPdB log10=

    A unidade de referncia pode ser W, mW, V, ou at o ganho de uma antena...

    Da as derivaes, como o dBW, dBm, dBi...

    mWmWPdBm medida

    1)(log10= )(10 10

    )(mWP

    dBmP

    =

    ONDAS ELETROMAGNTICAS - OEM -

    Conceito: Perturbao fsica composta por um campo eltrico (E) e um campo magntico (H) variveis no tempo, perpendiculares entre si, capaz de se propagar no espao.

    )(300)(/ MHzfmarvcuo =

    Freqncia: nmero de oscilaes por unidade de tempo (Hz).

    Velocidade de propagao:depende do meio onde a onda se propaga. A velocidade mxima de uma OEM a velocidade da luz, 300.000 km/s, no vcuo.

    Comprimento de onda: distncia percorrida pela onda durante um ciclo. definido pela velocidade de propagao dividida pela freqncia.

  • LINHAS DE TRANSMISSO uma linha com dois ou mais condutores isolados por um dieltrico que tem por

    finalidade fazer com que uma OEM se propague de modo guiado. Esta propagao deve ocorrer com a menor perda possvel.

    As linhas de transmisso podem ser construdas de diversas maneiras, cabos pararelos, pares tranados, microstrip, cabos coaxiais, guias de onda, etc.

    d

    S

    Impedncia caracterstica de uma L.T. (Cabo Coaxial)

    A impedncia caracterstica de uma L.T. : relao entre a tenso e a corrente entre seus terminais. Depende, em geral, somente das dimenses dos condutores e da constante dieltrica do isolante.

    b

    a

    a

    bZo log.2,138

    0=

    Zo - Impedncia caracterstica

    a - Dimetro externo do condutor interno

    b - Dimetro interno da malha externa

    0 constante dieltrica do isolante

    Vp- Velocidade de propagao

    o

    CVp

    =

    Perdas nos cabos coaxiais.

    A princpio uma linha de transmisso tem a funo de transportar a energia eletromagntica com o mnimo de perdas. Porm, devido s caractersticas inerentes de cada linha (no caso cabos coaxiais por exemplo) o sinal atenua ao longo do caminho que percorre dentro da L.T.

    Freqncia (GHz)

    Ate

    nua

    o (dB

    /m)

    12

    43

    5

    1 2 43 6 750

    A atenuao proporcional ao comprimento

    do cabo, a suas caractersticas

    construtivas e freqncia.

    Perdas em 2.5 GHz de alguns Cabos Coaxiais.

    13,3Times MicrowaveLMR-600

    20,4Times MicrowaveLMR-400

    57Times Microwave LMR-195

    6,9KmPCellflex 7/8

    11,8KmPCellflex 1/2

    78,7@3GHzKmPRG-58

    45kmPRGC-213

    ATENUAO APROX (dB/100 m)

    FABRICANTEMODELO

  • Coeficiente de reflexo () Coeficiente de reflexo: indica a proporo da potncia incidente que refletida

    devido a descasamentos de impedncia. Pode ser definida como:

    Potncia Incidente

    Potncia Refletida

    Potncia til

    Linha de Transmisso

    Antena

    Conector da AntenaGerador de RF = Coeficiente de reflexo

    Er = Tenso refletida

    Ei= Tenso incidente

    Ir = Corrente refletida

    Ii= Corrente incidente

    Pr = Potncia refletida

    Pi= Potncia incidente

    i

    r

    i

    r

    II

    EE

    ==i

    r

    PP

    = onde: ( )01

    Coeficiente de Onda Estacionria

    Coeficiente de onda estacionria: relao entre a amplitude mxima e mnima da tenso ou corrente em uma linha de transmisso, resultante da interao das ondas incidente e refletida.

    Tambm conhecido por VSWR, SWR, COE.

    mn

    mx

    mn

    mx

    II

    EEVSWR ==

    i

    r

    i

    r

    PPPP

    VSWR

    +

    =

    +=

    1

    1

    11

    = Coeficiente de reflexoEr = Tenso refletida

    Ei= Tenso incidente

    Ir = Corrente refletida

    Ii= Corrente incidente

    Pr = Potncia refletida

    Pi= Potncia incidente

    Perda de Retorno Return Loss

    Indica tambm a proporo entre a potncia incidente e a refletida,

    porm na escala logartmica. Pode ser definida como:

    log.20)( =dBRL

    Potncia Incidente

    Potncia Refletida

    Potncia til

    Linha de Transmisso

    Antena

    Conector da AntenaGerador de RF

    5 - Antenas

    A abertura fsica de uma LT paralela que transporta uma OEM, proporciona uma variao senoidal de potencial (Volts) e de corrente (Amperes) nos condutores, provocando o aparecimento de linhas de campo magntico e eltrico variveis em torno do dipolo formado, dando origem a uma onda eletromagntica que se propaga.

  • Polarizao de uma antena

    E, em fsica, o smbolo da intensidade de campo eltrico H, em fsica, e o smbolo da intensidade de campo magntico

    Planos de um diagrama de irradiao

    O diagrama de irradiao de uma antena, para ser melhor visualizado, normalmente representado pela distribuio de energia nos planos eltrico e magntico, ditos Plano E e Plano H.

    Planos de um Diagrama de Irradiao em Relao a Superfcie Terrestre

    As antenas que no so passveis de ajuste de polaridade na instalao painis setoriais, omnidirecionais... os diagramas de irradiao so representados pelo plano de azimute, e pelo plano de elevao.

    Plano Horizontalou Azimuth

    Plano Vertical,Elevaoou Zenith

    Superfcie Terrestre

    Diagrama de Irradiao

    Diagrama de irradiao representao grfica da forma como energia eletromagntica se distribui no espao.

    O diagrama pode ser obtido tanto pelo deslocamento de uma antena de prova em torno da antena que se estmedindo, como pela rotao desta em torno do seu eixo, enviando os sinais recebidos a um receptor capaz de discriminar com preciso a freqncia e a potncia recebidas

  • Diagrama de Irradiao de Uma Antena

    Os resultados obtidos so geralmente normalizados. Ao mximo sinal recebido dado o valor de 0 dB, facilitando a interpretao dos lbulos secundrios e relao frente-costas.

    0

    60120

    180

    240 300

    -30

    -20

    -10

    0

    Diagrama de irradiao, a curva em azul representa energia irradiada em cada direo em torno da antena.

    Formas de Visualizao dos diagramas de Radiao

    diagrama de irradiao na forma tridimensionalPermite-nos visualizar a distribuio espacial de toda a potncia envolvida.

    Formas de Visualizao dos diagramas de Radiao

    diagrama de irradiao na forma polar

    0

    30

    60

    90

    120

    150

    180

    210

    240

    270

    300

    330

    -40

    -20

    0

    Fceis de interpretar, os lbulos so identificados pelo ngulo e amplitude. O lbulo principal define os ngulos de potncia e o mximo ganho. A anlise correta da antena necessita-o em dois planos, vertical e horizontal ou Plano E e Plano H.

    Formas de Visualizao dos diagramas de Radiao

    diagrama de irradiao na forma retangular

    Usual nas antenas de alto ganho, onde a pequena abertura do lbulo principal compromete a interpretao do diagrama de irradiao polar.

    -180 -120 -60 0 60 120 180

    -70

    -60

    -50

    -40

    -30

    -20

    -10

    0

    G

    a

    n

    h

    o

    N

    o

    r

    m

    a

    l

    i

    s

    a

    d

    o

    ngulo

  • ngulos de meia potncia (-3dB)

    Os ngulos de meia potncia so definidos pelos pontos no diagrama onde a potncia irradiada equivale metade da irradiada na direo principal.

    0

    60120

    180

    240 300

    -12

    -6

    0- 3 dB

    - 3 dB

    Estes ngulos definem a abertura da antena no plano horizontal e no plano vertical.

    -3 dB = 50% Potncia

    No exemplo ao ladotemos:

    ngulo de 3dB = 55

    Relao Frente / Costas - (RFC) (Front-to-back F/B)

    Relao frente-costas (RFC) a relao de ganho entre o lbulo principal e posterior.

    PmPop

    op

    m

    PPRFC =

    Pm: Energia Mxima na direo de propagao.

    Pop: Energia irradiada para trs.

    op

    m

    PPdBRFC log10)( =

    Diretividade de uma antena

    a relao entre o campo irradiado pela antena na direo de mxima irradiao e o campo que seria gerado por uma antena isotrpica que recebesse a mesma potncia.

    A diretividade de uma antena define sua capacidade de concentrar a energia irradiada numa determinada direo.

    ISO

    mx

    EED =

    Emx: Energia da antena em estudo.

    EISO: Energia da antena isotrpica.

    Ganho

    O ganho pode ser entendido como o resultado da diretividade menos as perdas.

    Matematicamente, o resultado do produto da eficincia pela diretividade.

    DG G = GanhoD = Diretividade = Eficincia

    A eficincia de uma antena, diz respeito ao seu projeto eletromagntico como um todo, ou seja, so todas perdas envolvidas (descasamento de impedncia, perdas em dieltricos, lbulos secundrios...)

  • Largura de banda (BW) Largura de banda o intervalo de freqncia a qual a antena deve funcionar

    satisfatoriamente, dentro das normas tcnicas vigentes a sua aplicao.

    f1 f2

    BWG

    f

    Espera-se que uma antena possua todas as caractersticas especificadas pelo fabricante, iguais ao longo de sua banda de operao, ganho, impedncia, VSWR, RFC, Nvel de lbulos secundrios, etc.

    dBd versus dBi

    O radiador isotrpico um modelo idealizado, seu diagrama de irradiao uma esfera com densidade de potncia uniforme.

    Um dipolo de meia onda em espao livre apresenta um ganho de 2.15 d