GANHO DE UMA ANTENA

O cálculo em antenas teóricas leva sempre em conta condições ideais, na prática, as influências causadas por fatores externos podem gerar margens de erro de até 35%. Portanto, ao invés de se ficar procurando uma função onde se busca uma solução integrável que mais se aproxime do diagrama levantado, é mais lógico buscar uma integração gráfica baseada em modelos práticos.

No caso de termos modelos de antenas unidirecionais, estima-se o valor D, verificando-se os ângulos de meia potência, porém mesmo assim, a margem de erro é bastante elástica, podendo desta forma o modelo não ter o resultado satisfatório, pois quanto menos diretiva e mais lobulada a antena maior o erro.

Ganho de uma antena não é aumento de potência de transmissão, muito menos aumento de sensibilidade de recepção, pois antena não amplifica sinais. Pode-se definir neste caso que é o aumento de eficiência que pode ser definida como:

E_f = R_r / (R_r+R_p)

Onde:

E_fé a eficiência.

R_ré a resistência de radiação dada em valor por unidade.

R_p é a resistência de perdas.

Para se ter o rendimento em decibnéis, o rendimento é igual a 10 vezes o log decimal da relação.

Quanto mais diretiva uma antena melhor é sua distribuição de potência, portanto maior é seu ganho.

Logo, ganho de antena é a expressão de quantas vezes ela é melhor do que outra padrão, este é dado por dB (decibel). O padrão pode ser um isotrópico, ou um dipolo de aferição semelhante à antena testada.

Antena de maior ganho é aquela que entrega e recebe mais ''potência do meio'', ou seja, aquela que irradia e recebe a maior quantidade de energia.
Sempre devemos adotar uma antena padrão para depois fazermos as comparações com outras antenas em relação a este padrão.
As antenas padrões devem ser as de mais fácil construção, podendo desta forma ter um sistema de fácil calibração.

Pode ser uma antena dipolo padrão (aproximadamente 2 dBi de ganho sobre o isotrópico) e a uma distância razoável da antena sob teste.

Para a definição de ganho e tendo as duas antenas à mão, fica fácil deduzir a fórmula básica de ganho.

Logo, quando se fala em ganho de antenas, deve-se defini-lo em relação a uma antena teste ou sobre o isotrópico, ou seja:

*Ganho de uma antena é = maior campo da antena estudada / maior campo da antena de referência.

ou,

*Ganho de uma antena é = Máxima intensidade de irradiação de uma antena em estudo / Máxima intensidade de irradiação de uma antena de referência.

ou,

Ganho (Em dB) = 10 log₁₀(P antena teste / P antena padrão)

*Deve ser obedecida a condição da potência de entrada de ambas antenas, esta deve ser idêntica.

A UNIDADE DE MEDIDA DO GANHO É O DECIBEL

Decibel é uma relação logarítmica utilizada entre tensões, usado para termos parâmetros de ganho, ou perda, podendo ser positivo ou negativo, dependendo do uso. Portando, o ganho de uma antena é sempre comparativo, ou seja, determina-se o ganho desta medindo-se o campo induzido em si e se dividindo pelo campo induzido num dipolo padrão de teste em condições idênticas multiplicada pelo logarítmo decimal.

DIPOLO PADRÃO:

Usa-se o dipolo padrão, cujo ganho teórico é 2,15 dB sobre o isotrópico, ou 2,15 dBi, este é teórico, portanto é usual se construir um dipolo de meia onda para se fazer a comparação entre a antena que se quer testar em relação à antena padrão. Isto é importante para se ter uma noção se a antena testada é melhor ou pior em termos de rendimento com a antena padrão.

MEDIDAS COMPARATIVAS:

Como o dipolo padrão tem 2,15 dBi, e se tivermos uma antena com 12,15 dBi de ganho logo ela terá 10 dB de ganho sobre o dipolo. Portanto, é usual se arbitrar 0 dB para o dipolo padrão.

Conceituação:

A conceituação prática é bem mais simples do que a teórica, não carecem de cálculos complexos para executá-la, porém sem o embasamento matemático, fica impossível determinar e atestar se o ganho de uma antena é real.

Para executar testes de rendimento de antenas, o experimentador deve se basear em tabelas já formuladas e testadas na prática, e não se devem omitir alguns conceitos e fórmulas matemáticas.

Sempre que medimos o ganho de uma antena, se deve levar em conta se estamos trabalhando nosso raciocínio com campos ou com potências. Uma vez determinado qual o padrão, este deve se manter.
As expressões do campo irradiado por um dipolo excitado por uma corrente senoidal disposta uniformemente sobre este pode ser expressa como:

u(t) = Re[ú (e)^jwt] = Ucos(wt+ Ø)

a variação dos campos e correntes é senoidal, avança no tempo e é expressa pela representação complexa, cuja função escalar é representada por:

u(t) = Ucos ( w t +Ø )

onde

ú = Uej. Ø

multiplica-se a função original por :

e^jwt

em quantidades vetoriais usamos o mesmo tratamento, como deduzido acima sendo as componentes de um vetor iguais às quantidades complexas associadas às componentes do vetor inicial, onde à medida em que nos distanciarmos da antena em estudo, o fluxo de potência terá somente a componente radial.
Assim sendo, chegamos à conclusão de duas componentes senoidais avançando através do espaço em determinado tempo, sendo uma de campo elétrico e outra de campo magnético, ligadas e defasadas em 90° ora no campo horizontal, ora no campo vertical. Na prática, temos duas formas de fazer medida de campo, uma é absoluta, outra é relativa.

A medição de campo absoluto pode ser feita em volts por metro usando-se diagrama linear.

A medida do campo relativo é feita tomando-se em conta a referência do valor máximo do campo ao longo da variação dos ângulos, normalizando-se desta forma as resultantes encontradas, temos o campo resultante:

E/E_max

As componentes do vetor do campo elétrico, além da variação prevista pelo inverso da distância, poderá variar também conforme os ângulos q , Ø .

Para cada antena deverá ser levantada a formulação adequada e particular, após o levantamento gráfico, embora possamos usar a formulação geral com boa aproximação. Embora para amadores não haja necessidade de tal purismo, profissionalmente este deve ser acompanhado de embasamento formal.

Para uma distância fixa de r temos:

E_q= f_q ( q , Ø )

E_Ø = f_Ø (q , Ø)

Onde :

P_rmax =(1 / 2 ) . ( E²_max /h)

Pois

E² = ( E _q)² + ( E_Ø )²

Temos:

E= campo elétrico total

E _q= amplitude da componente q.

E_Ø = amplitude da componente Ø.

Se:

r²P_rmax = U_max

Então:

P_r/P_rmax = U/U_max = ( E/_Emax)²

*Se a intensidade de campo varia com o inverso do quadrado de r , estamos certamente no campo próximo.

*Se a variação for apenas com o inverso de r , estamos no campo distante.

Uma vez isto determinado, e com um bom medidor de campo em mãos, poderemos então determinar o ganho de determinada antena em função da antena padrão, tomando o cuidado quanto a reflexões e interações com o ambiente.

Outra maneira de determinar o ganho de uma antena é a distância, este porém, vai depender da honestidade e da acuidade perceptiva de quem utiliza o essímetro, além das condições momentâneas de propagação de sianal que podem levar a erros de avaliação.

Quando se constrói uma antena, deve-se seguir algumas pequenas regras para que possamos ter um rendimento e um ganho satisfatório.

Acima: Sistema irradiante com refletor apontado para cima. Este tipo de antena se presta para comunicados a curtas e médias distâncias. O seu ganho aproximado gira em torno de 4,5 dB sobre o dipolo de meia onda. Pelo fato de mandar e receber os sinais de/para cima, seu sistema de emissão/recepção é onidirecional. Dependendo da altura do solo, estas antenas são bastante silenciosas o que favorece a recepção. A desvantagem está no fato de não serem de alto rendimento para comunicados a longa distãncia (DX).

Acima: gráfico de variação de impedância de um dipolo em relação ao solo na polarização vertical e horizontal.

Os gráficos acima demonstram a variação do ganho e da impedância em yagis dois elementos utilizando ou refletor em relação ao elemento ativo ou diretor. Note que tanto o ganho quanto a impedância variam conforme se varia a distância entre os elementos ativos e passivos. Se utilizando adequadamente os dois gráficos, podemos deixar a antena com a impedância e ganho desejados.

Veja:

=>Balun

=>Antenas

=>Antenas recém construídas=>

=>Antena Yagi apontada para cima

=>Antenas Compilação geraL

=>Antenas Teoria básica

=>Antenas Refletores e influência terra

=> Bazooka

=>Quadra com fio fino

=>Tabelas de cabos coaxiais

=>Esquemas de rádios 1