Teoria e Arranjos de Antenas

Antenas convertem sinais guiados em ondas irradiadas e vice-versa, caracterizadas por padrão, ganho e impedância, e combinadas em arranjos para diretividade.

Definition

A teoria das antenas estuda dispositivos que irradiam ou recebem eficientemente ondas eletromagnéticas, quantificando seu desempenho através do padrão de radiação, diretividade, ganho, impedância e polarização, e os arranjos combinam múltiplos elementos para controlar a forma e a direção do feixe irradiado.

Scope

Este tópico abrange a engenharia de estruturas radiantes: antenas lineares e de abertura, padrão de radiação, diretividade e ganho, resistência de radiação, impedância de entrada e largura de banda, polarização, a reciprocidade de transmissão e recepção, e arranjos de antenas com seu fator de arranjo, direcionamento de feixe e formação de feixe. Aplica a teoria da radiação a sistemas práticos de comunicação e sensoriamento.

Core questions

• Como o padrão de radiação e o ganho de uma antena são determinados?
• Por que as propriedades de transmissão e recepção estão relacionadas pela reciprocidade?
• Como os arranjos de elementos direcionam e moldam o feixe?

Key concepts

• padrão de radiação
• diretividade
• ganho
• resistência de radiação
• impedância de entrada
• reciprocidade
• fator de arranjo
• formação de feixe

Key theories

Parâmetros da antena e reciprocidade

Uma antena é descrita pelo padrão de radiação, diretividade, ganho, resistência de radiação e impedância, e pela reciprocidade seus padrões de transmissão e recepção são idênticos.

Fator de arranjo e formação de feixe

O padrão combinado de um arranjo de antenas é o padrão do elemento multiplicado por um fator de arranjo definido pelo espaçamento e faseamento dos elementos, permitindo que o feixe seja estreitado e direcionado eletronicamente.

Clinical relevance

O design de antenas possibilita comunicações móveis e via satélite, radar e sensoriamento remoto, arranjos de radioastronomia, energia sem fio e RFID, e os designs de arranjos faseados e bobinas usados em medicina de radar e imagem por ressonância magnética.

History

O dipolo e a espira de Hertz foram as primeiras antenas, e Marconi as ampliou para comunicação sem fio de longa distância. O trabalho do século XX produziu arranjos direcionais como o design Yagi-Uda, e a antena de Jansky detectou ondas de rádio cósmicas, fundando a radioastronomia; arranjos faseados posteriormente possibilitaram o direcionamento eletrônico de feixe.

Key figures

• Guglielmo Marconi
• Heinrich Hertz
• Karl Jansky

Seminal works

• balanis2016
• kraus2002

Frequently asked questions

O que é ganho de antena?

O ganho mede a intensidade com que uma antena concentra a potência irradiada em sua direção preferencial em comparação com um radiador isotrópico, combinando diretividade com eficiência.

Como um arranjo pode direcionar seu feixe sem se mover?

Ao ajustar a fase relativa do sinal alimentado a cada elemento, um arranjo desloca a direção em que as contribuições dos elementos se somam construtivamente, direcionando eletronicamente o feixe.