Nesta seção, a antena dipolo com um raio muito fino é considerada. A antena dipolo é semelhante à antena dipolo curta, exceto que ela não precisa ser pequena em comparação com o comprimento de onda (na freqüência em que a antena está operando).
Para uma antena dipolo de comprimento L orientada ao longo do eixo z e centralizada em z=0, a corrente flui no sentido z com amplitude que segue de perto a seguinte função:
Note que esta corrente também oscila sinusoidalmente no tempo na freqüência f.As distribuições de corrente para o quarto de comprimento de onda (esquerda) e para as antenas dipolo de comprimento de onda completo (direita) são dadas na Figura 1. Note que o valor de pico da corrente não é alcançado ao longo do dipolo a menos que o comprimento seja maior que meio comprimento de onda.
Figure 1. Distribuições de corrente em antenas dipolo de comprimento finito.
Antes de examinar os campos irradiados por uma antena dipolo, considere a impedância de entrada de um dipolo como uma função de seu comprimento, plotada na Figura 2 abaixo. Note que a impedância de entrada é especificada como Z=R + jX, onde R é a resistência e X é a reatância.
Figure 2. Impedância de entrada em função do comprimento (L) de uma antena dipolo.
Note que para antenas dipolo muito pequenas, a impedância de entrada é capacitiva, o que significa que a impedância é dominada por um valor de reactância negativo (e uma impedância ou resistência real relativamente pequena). Conforme o dipolo fica maior, a resistência de entrada aumenta, juntamente com a reatância. Com pouco menos de 0,5 a antena tem zero componente imaginário para a impedância (reatância X=0), e a antena é dita ser ressonante.
Se o comprimento da antena dipolo se aproximar de um comprimento de onda, a impedância de entrada se torna infinita. Esta mudança selvagem na impedância de entrada pode ser entendida através do estudo da teoria da linha de transmissão de alta freqüência. Como explicação mais simples, considere o dipolo de um comprimento de onda mostrado na Figura 1. Se uma tensão for aplicada aos terminais da antena direita na Figura 1, a distribuição da corrente será a mostrada. Como a corrente nos terminais é zero, a impedância de entrada (dada por Z=V/I) será necessariamente infinita. Consequentemente, a impedância infinita ocorre sempre que a antena dipolo é um múltiplo inteiro de um comprimento de onda.
Na próxima seção, consideraremos o padrão de radiação das antenas dipolo.
Padrões de radiação para antenas dipolo
Os campos distantes de uma antena dipolo de comprimento L são dados por:
Os padrões normalizados de radiação para antenas dipolo de vários comprimentos são mostrados na Figura 3.
Figure 3. Os padrões normalizados de radiação para antenas dipolo de comprimento especificado.
A antena dipolo de comprimento de onda completo é mais direcional do que a antena dipolo de comprimento de onda quarto de onda mais curto. Este é um resultado típico na teoria da antena: é necessária uma antena maior em geral para aumentar a diretividade. No entanto, os resultados nem sempre são óbvios. O padrão dipolo de 1,5 de comprimento de onda também é plotado na Figura 3. Note que este padrão é máximo em aproximadamente +45 e -45 graus.
A antena dipolo é simétrica quando vista azimutalmente (ao redor do eixo longo do dipolo); como resultado o padrão de radiação não é uma função do ângulo azimutal . Portanto, a antena dipolo é um exemplo de uma antena omnidirecional. Além disso, o campo E tem apenas um componente vetorial e, consequentemente, os campos são linearmente polarizados. Quando vista no plano x-y (para uma antena dipolo orientada ao longo do eixo z), o campo E está na direção -y, e consequentemente a antena dipolo é polarizada verticalmente.
O padrão 3D para a antena dipolo de 1 comprimento de onda é mostrado na Figura 4. Este padrão é similar ao padrão para a antena dipolo de quarto e meia-onda.
Figure 4. O padrão de radiação 3D para a antena dipolo de comprimento de onda 1.
O padrão de radiação 3D para a antena dipolo de comprimento de onda 1.5 é significativamente diferente, e é mostrado na Figura 5.
Figure 5. O padrão de radiação 3D normalizado para a antena dipolo de 1,5 comprimento de onda.
A diretividade (pico) da antena dipolo varia como mostrado na Figura 6.
Figura 6. A diretividade da antena dipolo como uma função do comprimento dipolo.
Figure 6 indica que até aproximadamente L=1,25 a diretividade aumenta com o comprimento. Entretanto, para comprimentos mais longos a diretividade tem uma tendência ascendente, mas não é mais monotônica.
Na próxima seção, veremos a antena dipolo mais comum, a antena dipolo de meia-onda.
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