antenas e propagação

Download Antenas e Propagação

Post on 07-Jun-2015

6.485 views

Category:

Documents

76 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

CEFET-Ce Gerncia de Telemtica Curso Superior em Telemtica Prof. Regis C. P. Marques Antenas e Propagao de Ondas Apresentao Este material tem como intuito passar ao tecnlogo uma viso geral dos aspectos relacionados com a transmisso de informao por meio de ondas eletromagnticas guiadas e no guiadas, bem como os de escolha e projeto de antenas e outros elementos do sistema areo. Inicialmentefeitaumarevisodateoriaeletromagnticabsicaedas caractersticasdosmeiosdetransmisso,necessriasacompreensodefenmenos ocorrentesnatransmisso.Umestudocompletodetodateoriaeletromagnticaesuas inmeras aplicaes no nosso objetivo.Apsestarevisoestudaatransmissoatravsdeondaseletromagnticasem suasvriasetapas:gerao,transmissoerecepo;influnciasdomeio;fenmenosde transmisso; tipos de transmisso e suas aplicaes; entre outros. A segunda etapa trata do assunto linhas de transmisso, neste ponto espera-se que oalunotenhacompreendidoageraoetransmissodeondasnoguiadasjquemuitas dascaractersticasdetransmissosoobservadasemambososcasos(salvasalgumas particularidades).Aquisoestudadosostiposbsicosdelinhasdetransmisso(bifilare coaxial), casamento de impedncia e SWR. A ltima etapa trata do assunto antenas. Em enlaces de rdio difuso, a escolha do sistema radiante um ponto crtico e que merece uma ateno especial. Mesmo quando no tratado o problema de se projetar uma antena, a simples necessidade de se escolher entre asinmeraspossibilidadesexistentesnomercado,requeroconhecimentodevrios aspectos envolvidos. Nossa abordagem comea com o estudo dos tipos bsicos de antenas e do problema de se projetar uma e por fim a anlise de sistemas irradiantes encontrados no mercado. Primeira Parte: Propagao de Ondas 1 Campos e Materiais Ataquioalunotevecontatoedeveestarcientedoprincpiodegeraode camposeltricoemagntico,causadospelaexistnciadecargasecorrenteseltricasem condutoresoumeioseletromagnticosedeveconhecerleisbsicasdaeletricidadee magnetismo.Oconhecimentodestasleisnofundamentalparaosestudosquesero realizados, mas do ponto de vista fsico, compreender algumas destas leis facilita ao aluno compreenderosfenmenosligadospropagaodeondas.Comtudoasnecessidades espordicas de invocar tais relaes sero atendidas de forma pontual, no sendo abordadas neste curso. 1.Campos Oprimeirocontatocomotermocampoocorrenormalmentenoestudodafora gravitacional. Indiferente ao tipo, o termo est estritamente ligado a influncia de uma fora qualquerqueageemumadeterminadaregiodoespao.Naprtica,nomedimosa intensidadedeumcampo,massimaintensidadedaforaoudealgumfenmenoporela causado. Campo Eltrico Quandoumcapacitorsubmetidoaumatenso Velogoemseguidaretiradodocircuito,pode-se observarentreseusterminaisomesmovalordatenso aplicada,issoporqueelearmazenouenergianodieltrico existente entre suas placas formando um campo eltrico E. Naprticanomedimosocampoeltricoentreasplacas do capacitor e sim a tenso que ele gera em seus terminais. E V Figura 1.1. Campo CAMPOS E MATERIAIS 5 Campo Magntico Se uma quantidade de cargas eltricas colocada em movimento (corrente eltrica i)oquetemosaformaodeumcampomagnticoHentornodofluxodecargas.Na prtica, no medimos o campo magntico e sim a corrente eltrica que ele induz em outros materiais ao seu redor. iH Figura 1. 2. Campo magntico Campo Eletromagntico Oscamposcitadosanteriormentetmcomoobjetivobsicojustificaros fenmenosocorridosemmateriaisprximosaconcentraesdecargasestticas(campo eltrico) ou em movimento (campo magntico). A princpio o estudo de ambos os campos erarealizadodemaneiraindependente,poissepresumianoexistirrelaodiretaentreo campo eltrico e o magntico. Noentanto,seconsiderarmosumafontedetensoalternada,serobservadoum campoeltricodevidodiferenadepotencial,aomesmotempoemque observadoum campo magntico, devido ao movimento de cargas. De forma que as componentes eltrica e magnticasoindissociveis,oquedorigemaumcampoeletromagntico.Ocampo eletromagntico consiste da existncia mtua de um campo eltrico e um campo magntico, e a regio do espao na qual sua presena constatada chamada meio eletromagntico. 2.Caractersticas dos Meios Permeabilidade Magntica Aexperinciamostraqueasgrandezasquedeterminamasinflunciasdocampo eletromagntico dependem de diversas propriedades do meio. Por exemplo, quando o meio forovcuo,ainduomagnticaassumedeterminadovalorquesemodificaparaoutro ANTENAS E PROPAGAOPROF. REGIS MARQUES CEFET-CE 6 meiomaterial.Ouseja,existeumacaractersticaquealteraovalordainduoemcada meio.Estapropriedadedenominadapermeabilidademagntica(),medidaem Henrys/metro(H/m).Emmeiossimples,trata-sedeumagrandezaescalar,representada apenaspeloseuvalornumrico.Assim,estabeleceu-sequeainduomagnticab diretamente proporcional ao valor da permeabilidade, determinando a relao com o campo magntico h, b h = (1.1) Quando o meio for o vcuo, a permeabilidade magntica, expressa em valores do Sistema Internacional de Unidades, introduzido por definio como 704 10 H/m = (1.2) Emgeralcostuma-secompararapermeabilidadedomeiocomadovcuo, introduzindo um fator r conhecido como permeabilidade relativa. 0 r = (1.3) Segundoadefinio,radimensionalseuvaloreocomportamentodefinemo tipodemeionoqualseestabeleceainduomagntica.Segundoocomportamento,o material classificado como: oDiamagnticos: Os meios diamagnticos apresentam permeabilidade relativa constante,independentedaamplitudedocampomagntico,eligeiramente inferior a unidade. Por exemplo, cobre, prata, ouro e sdio. oParamagnticos:Osmeiosparamagnticosapresentampermeabilidade relativatambmindependentedaamplitudedocampomagntico,mas ligeiramente maior que a unidade. Por exemplo, alumnio, berlio e titnio. oFerromagnticos:Nestesmeios,apermeabilidademagnticadependeda amplitudedocampomagntico,eemgeralpossuivalorabsolutomuito maior que o vcuo. Por exemplo, ferro, ao, nquel e cobalto. Permissividade Eltrica Uma anlise semelhantedeve ser feita para os efeitos que o meio exercesobre o valordocampoeltrico,quedependedeumapropriedadedenominadapermissividade eltrica. Por conseqncia da orientao da polarizao interna do meio material, o campo CAMPOS E MATERIAIS 7 resultante em seu interior tende a ser menor do que o existente no vcuo. O valor final ser tanto menor quanto maior for a permissividade. Novcuoapermissividadeestrelacionadacomapermeabilidademagnticae com a velocidade da luz. 921 10F/m36ooc = = (1.4) Novamente, este resultado vlido com excelente aproximao para o ar, mas h quesefazerumamodificaoparaoutrosmateriais,podendo-senestescasosintroduziro fatorconhecidocomopermissividaderelativa,permissividadeespecficaouconstante dieltrica. r o = (1.5) Condutividade Eltrica Outraimportantepropriedadedosmateriaissuacondutividadeeltrica,que indicaamaioroumenorpossibilidadedessemeiopermitirodeslocamentodecargas eltricaslivres.Acondutividadedependedecaractersticasdecadameio.Seummeiofor condutorperfeitoesseparmetrotendeaoinfinito(condionoprtica).Poroutrolado, em um dieltrico perfeito a condutividade seria nula.No estudo de fenmenos eletromagnticos, esta propriedade deve ser considerada em termos do tempo despendido no deslocamento das cargas, em comparao com perodo docampoeletromagnticoaplicado.Assim,umaclassificaomaisconvenientedos materiaisincluiroconhecimentodafreqnciadocampoaplicado,sendoutilizadaa seguinte classificao: 100 Meio condutorMeio dieltrico1001100 Meio quase-condutor100 < < (1.6) Omesmomeiopodecomportar-secomodieltricooucondutor,dependendoda faixadefreqnciadeoperao.Porexemplo,osolocomporta-secomocondutorpara ANTENAS E PROPAGAOPROF. REGIS MARQUES CEFET-CE 8 freqncias inferiores a 180 kHz e comporta-se como dieltrico para freqncias superiores a 1,8 GHz. Exemplo 1.1 Osoloemdeterminadasregiesapresentaasseguintescaractersticaseletromagnticas: condutividade de 2x10-2 S/m, permissividade de 8co e permeabilidade magntica igual a do vcuo.Determineasfaixasdefreqnciaparaasquaisessemeiocomporta-secomo condutor e dieltrico. R. 450 kHz e 4,5 GHz Exerccios i.Quais so as grandezas mais importantes para quantificar o campo eletromagntico? ii.Por que nos meios no-magnetizveis pode-se considerar o desempenho igual ao do vcuo do ponto de vista do campo magntico? iii.Expliqueosignificadodasseguintesgrandezas:permeabilidademagntica, permissividade eltrica, condutividade eltrica, constante dieltrica, permeabilidade relativa. iv.Emqualcategoriapode-seenquadraraatmosferaterrestre(condutor,dieltricoou quase condutor)? v.Supondo que a gua domar apresente as seguintes caractersticas eletromagnticas aproximadas:condutividadede5S/m,permissividadede800 epermeabilidade magntica igual do vcuo. Determine as faixas de freqncia nas quais esse meio se comporta como um condutor, dieltrico e quase condutor. vi.O solo de certa regio apresenta condutividade de 10-2 S/m, permissividade relativa igual a 10 e permeabilidade igual a do vcuo. Determine as faixas de freqncia nas quais esse meio comporta-se como condutor, dieltrico e quase condutor. 2 Onda Eletromagntica Aquisovistososprincpiosdageraodeondaseletromagnticasesuarelaocomo meio eletromagntico, o princpio de frente de onda e onda plana uniforme. O ltimo tpico consistedoestudodascaractersticasdomeioeparaissofaz-seusodoconhecimentoda equaodeonda,oquejustificaaapresentaodasequaesdeMaxwell.Emsuaforma diferencial,noentanto,oestudodestasequaestorna-seinviveldevidosua complexidade,poroutroladonopoderamosdeixardecit-laseexporseusignificado fsico. 1.Gerao Asondasderdioquesepropagamentreaantenatransmissoraeaantena receptorasochamadasondaseletromagnticas.Estetipodeondacompostoporum campoeltricoeumcampomagnticoqueinteragemmutuamente.Aantenatransmissora transforma variaes de tenso e corrente eltrica, produzida pelo equipamento transmissor, em ondas eletromagnticas, sendo a antena receptora responsvel pela captao e converso das ondas transmitidas em sinais eltricos. A gerao da onda eletromagntica pode ser melhorcompreendidaatravsdousodeumaantena isotrpica, mostrada na Figura 2.1. Aantenaisotrpicaummodelotericoe consistedeumafontepontualcujocampoeltrico apresentauniformidaderadial.Quandosubm

Recommended

View more >