Refletor
Keywords: Refletor, Antena, Atmosfera, Condutor, Diagrama, Espaço, Freqüência, Impedância, Ionosfera, Irradiação
Refletores
Os refletores inicialmente utilizados em antenas monopolo, se disseminaram largamente nos sistemas irradiantes.
A alteração de impedância e o diagrama resultante da distância de uma antena ao solo são conhecidos há muito tempo, por isso é tão largamente utilizada esta propriedade.
Sempre poderemos controlar a forma e a distância do refletor à antena forçando desta maneira seu comportamento, isto é, se arbitrarmos um determinado diagrama, poderemos fazer nossa antena trabalhar dentro dele.
Um dos parâmetros que imediatamente percebemos, é a relação frente/costas no caso de antenas direcionais, pois à medida que esta relação aumenta, conseqüentemente aumentará a diretividade da antena, e, seu ganho.
Com o passar do tempo e das experiências feitas com refletores, chegou-se à conclusão que estes praticamente se igualam em forma e dimensões aos dipolos ou monopolos dos quais fazem parte, configurando um sistema irradiante/receptor de qualidade excepcional.
Portanto, quando vemos uma antena cilíndrica, observaremos que seu refletor também o será, a única diferença é o comprimento deste ligeiramente maior, entre cinco a dez por cento. No caso dos planos sua superfície não precisa ser infinita, basta que seja ressonante, isto é, uma superfície refletora contínua cuja malha não ultrapasse a 10% do comprimento de onda aplicado.
Uma vez feito este procedimento haverá uma alteração na impedância e largura de faixa do sistema resultante, o dipolo, não mais será um dipolo isolado, passará a se comportar como uma rede com todas as características dadas pela disposição dos elementos interferentes.
Uma antena situada à uma distância considerada “S” da superfície ressonante, teremos um sistema com uma real e outra virtual, isto é uma rede com seu dipolo e sua imagem à uma distância 2S, funciona como se fossem duas antenas interagindo.
Se o dipolo for de meia onda e estiver na polarização horizontal, temos uma rede com os elementos 1 e 2, real e virtual respectivamente. O ganho do sistema pode ser considerado como no plano f, ou G( f ), onde a antena real passa a ser elemento 1, e a virtual ou imagem elemento 2.
Funcionando um dipolo sobre uma superfície plana, em frente a um refletor, haverá um incremento no campo na ordem de 2,3 vezes em relação ao dipolo sem refletor, ou seja, em torno de 7 dB, é claro que na prática este ganho vai ser menor, entre 5 a 6 dB em direção à frente de onda.
A variação de R11 e R12 para dois dipolos de meia onda no espaço livre estando um em frente ao outro em função da distância S é conhecida e finita podendo ser prevista em gráficos e ábacos.
Estas conclusões também podem ser utilizadas para um dipolo sobre o solo cujas variações de impedância variam de acordo com a altura em comprimentos de onda.
Imaginemos diversas antenas dispostas paralelamente sobre uma superfície perfeitamente refletora.
Obedecendo as afirmações anteriores teremos o dobro de dipolos devido às imagens da rede, isto quer dizer que para cada antena, haverá uma imagem respectivamente, desta forma, a distribuição de energia numa só direção, logo teremos um ganho imenso, pois a cada vez que se dobra a estrutura de uma rede teremos o ganho do sistema acrescido em 3 dB.
Seguindo o raciocínio acima, se usarmos dois refletores dispostos em 90o com nossa rede à distância conveniente, teremos a multiplicação dos diagramas resultantes, ou seja, ao dobrar o plano refletor em dois semi planos muito grandes em relação aos dipolos dobraremos a imagem, logo o ganho aumentará substancialmente.
Este efeito pode ser utilizado em freqüências muito altas (SHF), na construção de antenas impressas.
Dependendo da altura do dipolo à terra seu comportamento poderá variar de forma substancial.
Quando se monta uma antena tanto na polarização horizontal, quanto na vertical, o efeito terra pode ser analisado como um refletor perfeito desde que dentro das faixas de freqüência admissíveis, quer dizer, freqüências baixa, média e alta.
Efeito Terra
Quando instalamos antenas próximas à terra ou a uma superfície que seja enxergada pela antena como se fosse um plano de terra, temos que levar em conta a influência desta ao elemento irradiante.
A princípio devemos ter certas condições controladas para poder analisar o efeito terra. Uma delas é distância da antena à terra que pode ser considerada como se fosse a um refletor plano de condutividade perfeita, outra, que nosso objeto de estudo inicial deve ser a interação entre um dipolo elementar em polarização horizontal ou vertical e seu plano de terra respectivo.
Arbitrando-se o plano de terra como condutor perfeito, as componentes tangencial e normal são anuladas entre si, desta forma, as cargas e correntes induzidas passam a fazer parte do sistema, pois teremos o efeito imagem e o efeito real
Tanto para o dipolo horizontal, quanto para o dipolo vertical, existe o dipolo imagem, este atua de forma que seu efeito, juntamente ao efeito terra alterem o diagrama de irradiação, impedância, ganho, dentre outros parâmetros da antena como se fosse um refletor, daí para efetuar a análise podemos usar o sistema de estudo dos efeitos causados pela proximidade de duas antenas.
Quando temos uma antena próxima a qualquer estrutura, seja terra, seja metálica, "n" dipolos, outra antena, ou antenas, forma-se o que podemos chamar de rede, esta rede, é claro, deve ter certos aspectos físicos de proximidade entre seus elementos em comprimentos de onda, obedecidas estas características, o sistema resultante terá um acoplamento concomitante, isto é, haverão somatórias de todas as características de todos os elementos interferentes, chama-se a isso, acoplamento mútuo.
O efeito do acoplamento mútuo, tanto para antena em polarização horizontal, quanto em polarização vertical, têm em sua imagem a indução de cargas e correntes, suas impedâncias, seus lóbulos, e ganhos se interam, formando um sistema complexo, pois, o campo eletromagnético irradiado pode ser estudado pelo sistema de imagens.
Sempre quando tiver uma antena numa determinada distância da terra teremos que analisar duas, a real e sua imagem.
As correntes induzidas no dipolo real terão seu equivalente no dipolo imagem, desta forma podemos deixar o dipolo vertical muito próximo ao solo reforçando o campo irradiado e o campo recebido.
No caso do dipolo horizontal, devemos observar que a impedância resultante do sistema será muito próxima de zero ohm, colocando o sinal em curto com a terra, anulando a antena. No caso do monopolo em polarização vertical, seu funcionamento quando no solo será similar ao dipolo vertical no espaço livre, pois sua imagem complementará o segmento real.
Quando variamos a distância de um dipolo ao solo, variará o ângulo de partida, o alcance, a impedância, entre outros parâmetros.
Conhecendo-se o ângulo de irradiação, e a altura da camada da ionosfera onde reflete o sinal, temos condições de calcular o alcance de nossa transmissão.
A altura das camadas ionosféricas são dinâmicas e não estáticas, isto é, se alteram de acordo com a hora, com o Sol, propagação, época do ano, manchas solares, vento solar , condições de atmosfera, entre outras variáveis.
Quando temos um dipolo de meia onda, dependendo da sua altura em comprimento de onda da terra, o efeito desta sobre aquele é de substancial importância. Além de alterar o ângulo de partida da antena, também teremos um efeito sobre a impedância no sistema irradiante, cabe aqui uma observação da aplicação do termo sistema de transmissão.
Sistema de transmissão, é devido ao fato de que a antena passa a se comportar de forma sistêmica, isto é, começa a haver um efeito de interação entre antena e terra, pois esta pode ser considerada como um refletor perfeito de dimensão infinita, formando uma imagem da antena tal qual a imagem formada por um objeto qualquer num espelho com todas as implicações conveniências e inconveniências causadas por esse efeito.
Na presença da terra temos o incremento do efeito imagem, isto é, a terra e antena passam a ter uma interação e desta surge uma componente reativa, resultando uma variação na sintonia (ressonância), impedância e ganho das antenas.
A cada quarto de onda acima do plano terra temos uma impedância próxima de 73 ohms.
Podemos ter uma relação de diversos parâmetros de acordo com a altura da antena ao solo, devido ao efeito da terra sobre esta, os principais, são o ganho que pode ser até 6 dBd (decibéis sobre o dipolo no espaço livre) e impedância (podendo ser em média em torno de 73.5 ohms a cada quarto de onda) , além do ângulo de partida.
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