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  • Utilizao de Antenas de Transmisso

    Captulo 1 Conceitos e Definies de Antenas 1

    INDICE

    Introduo............................................................................................. 01

    Captulo 1 Conceitos e Definies de Antenas.............................. 02

    Captulo 2 Tipos de Antenas e suas propriedades........................ 16

    Captulo 3 Arranjo de Antenas........................................................ 28

    Captulo 4 Tilt e Null Fill.................................................................... 41

    Captulo 5 Montagem da Antena na torre....................................... 44

    Captulo 6 Deformao de Diagrama / Ecos................................... 47

    Captulo 7 Critrios de Instalao................................................... 56

    Captulo 8 Critrios de Especificao............................................. 63

    Captulo 9 Sistemas Radiantes para DTV........................................ 65

    Lista das Figuras................................................................................... 74

    INTRODUO

    A agenda do curso est dividida em 10 captulos quepretendem abordar de maneira simples, objetiva e sem formulaesmatemticas complexas os principais conceitos necessrios para umamelhor compreenso prtica dos fenmenos associados aofuncionamento de antenas.

    A abordagem deste curso de natureza puramente aplicada edirecionada aos aspectos relacionados especificao, seleo einstalao/operao de antenas para transmisso de sinais de som eimagem, quer dizer, antenas para radiodifuso dos servios de FM eTeleviso.

    O curso foi concebido com base na observao das dvidasconceituais mais freqentes de profissionais usurios de antenas e naconstatao da carncia de um programa atualizado de treinamento emsistemas de antenas de transmisso, razo do ttulo.

  • Utilizao de Antenas de Transmisso

    Captulo 1 Conceitos e Definies de Antenas 2

    Figura 1 Conceitos e Definies QuestoO tempo mdio entre falhas ou MTBF de transmisso ,portanto, funo direta da qualidade tcnica do transmissor e daqualidade tcnica da antena.Figura 1 - Questo

    Levantamos este ponto para mais uma vez chamar a ateno aofato de que muitas vezes se realiza um investimento macio unicamentena redundncia do equipamento transmissor, ignorando-se, ou pelomenos dando-se menor importncia redundncia da antena, quandobem sabemos que, na realidade, de pouco iro adiantar doistransmissores operando quando na ocorrncia de falha da antena.

    Em suma, a questo chave ao redor de um sistema detransmisso para que o mesmo alcance o sucesso pretendido, simplesmente a abordagem correta e prudente (sob o ponto de vista deengenharia) de no se desprezar a antena de transmisso e relegar aum segundo plano a sua especificao e implementao neste sistema.

    Esperamos que estas colocaes, embora simples e objetivas,tenham conseguido ilustrar de maneira clara o grau de relevncia eresponsabilidade da antena em um sistema de transmisso profissional.

    CONCEITOS E DEFINIES DE ANTENAS

    Ocorre na prtica cotidiana de implementao de sistemas detransmisso uma situao muito similar quela que muitos de ns,engenheiros ou tcnicos, j passamos algum dia durante um projeto quedesenvolvemos aonde, ao final, constatamos que uma determinadafuno, supostamente estanque e de pouca importncia no incio doprojeto revelou-se no final muito mais complexa e o que pior,determinante do funcionamento do nosso equipamento; quem j nodeve ter sofrido algum dia com problemas de fonte de alimentao? eposteriormente se convencido que o projeto deveria ter comeado poresta funo supostamente banal !.

    A American Radio Relay League, associao Norte-Americanade rdio amadores, chama a ateno para este assunto escrevendo nacontracapa de seu clssico Handbook of Antennas a frase:

    - uma estao tanto eficiente quanto a sua antena

    Nesta frase, a palavra eficincia traduz a capacidade daestao estabelecer comunicao com maior ou menor grau dequalidade, de onde se conclui que a antena um dos elementos quedetermina a qualidade da estao.

    O dimensionamento da qualidade ou, neste contexto, rea decobertura de uma estao determinado na fase de projeto peloparmetro Potncia ERP (ERP= Effective Radiated Power), que dadopelo produto da potncia do transmissor, Ganho de potncia da antena eeficincia do sistema de transmisso (retomaremos a questo daeficincia como aparece nesta equao em uma figura posterior).Verifica-se de forma bastante simples portanto que a antena contribui diretamentena magnitude da rea de cobertura.

    Por outro lado a confiabilidade de uma estao isto , o perodode tempo em que o servio est disponvel para os telespectadores , seno o principal , um dos fatores determinantes do sucesso comercial daoperao e completamente determinada pela confiabilidade dotransmissor e confiabilidade da antena.

    Uma estao tanto eficiente quanto a sua antena - arrl

    ERP = Potncia Tx * Ganho Antena * eficincia

    MTBF Tx = F (transmissor , antena)

    Questo ?

  • Utilizao de Antenas de Transmisso

    Captulo 1 Conceitos e Definies de Antenas 3

    Figura 2 - Antena

    Como definir uma antena de forma intuitiva e descomplicada ?

    Se recorrermos ao dicionrio (Aurlio) l-se:Def.1. Parte de um transmissor cujo potencial varia

    rapidamente, irradiando para o espao ondas eletromagnticas;Def.2. Parte de um receptor de rdio que capta a energia

    eletromagntica, introduzindo-a no aparelho sob forma de impulsoseltricos;

    Def.3. Estrutura metlica, fio ou conjunto de fios com asmesmas funes na Def.1 e Def.2.

    Por outro lado, definir uma antena sob o ponto de vista dafsica associada ao seu funcionamento e do modelo matemtico que odescreve representa uma cincia a parte e foge portanto do escopo denossa abordagem.

    Numa viso mais aplicada e compatvel com os objetivos deste texto, oconceito que entendemos ser mais adequado para antena aqueleassociado como sendo o elemento pertencente a um sistema detransmisso e/ou recepo de sinais que tem como funo radiar /captarondas eletromagnticas, adaptando a energia (contida nas ondaseletromagnticas) entre um meio confinado (uma linha de transmisso) eum meio no confinado (espao livre ou ter).

    Nesta linha de raciocnio, pode-se facilmente avanar noconceito e afirmar que uma antena nada mais (sem medo desimplificar) do que um transdutor de ondas eletromagnticas entre meioscom propriedades distintas de propagao de energia. Uma antenaadapta portanto a impedncia entre a linha coaxial de transmisso desada de um TX (50 ohms) e a impedncia do espao livre (120* ou 377ohms).

    A maneira como esta adaptao de energia acontece definepropriedades fundamentais das antenas pois:

    pode-se dar de forma controlada ao longo do espao aoredor da antena (de onde surge o conceito de diagramade radiao tridimensional);

    pode-se dar com maior ou menor eficincia em umadada direo comparativamente uma antena dereferncia (de onde surge o conceito de ganho);

    pode-se dar numa faixa de freqncia maior ou menor(de onde surge o conceito de largura de faixa);

    pode-se dar com maior ou menor perda de energia (deonde surge o conceito de VSWR);

    pode-se dar em uma determinada orientao depropagao do campo eltrico em detrimento de outraorientao (de onde surge o conceito de polarizao)

    Estes conceitos fundamentais de antenas , bem como outrossero elaborados nas prximas figuras.

    Antena

    Elemento de um sistema de transmisso ou de recepo designado para radiar ou captar ondas eletromagnticas.

    Transdutor de ondas eletromagnticas entre um meio confinado e o espao livre.

    377 Zo

  • Utilizao de Antenas de Transmisso

    Captulo 1 Conceitos e Definies de Antenas 4

    Figura 3 Definio de Diagrama de Radiao

    Talvez a principal propriedade de uma antena que desejamosconhecer / especificar numa primeira anlise seja o seu diagrama deradiao, pois a propriedade com um apelo intuitivo mais imediato eque traduz o comportamento da antena quanto sua capacidade dedistribuir espacialmente (ao seu redor) a energia aplicada em seusterminais de entrada.

    Genericamente, diagrama de radiao a representaogrfica da distribuio espacial das propriedades de radiao da antena,tomadas sobre uma superfcie imaginria no espao chamada de esferade radiao onde a antena em anlise est hipoteticamente disposta noseu centro.

    Quais seriam portanto as propriedades de radiao de umaantena que estamos interessados em caracterizar, ou melhor,representar pr intermdio de diagramas de radiao ? So elas(principais):

    Potncia Intensidade de campo Fase Polarizao

    Logo, para cada uma das propriedades acima podemosassociar um diagrama de radiao espacial especfico, tambmchamado de diagrama de radiao tridimensional (3D), que representegraficamente como a potncia, intensidade de campo, fase e polarizaose distribui ao redor da antena.

    Para fins de projeto e com maior aplicao na prtica,restringe-se entretanto a publicao apenas de diagramas de radiaode potncia e de intensidade de campo, representados graficamente

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