Padrão de radiação

Para uma prova completa, veja o artigo sobre reciprocidade (eletromagnetismo). Aqui, apresentamos uma prova simples comum limitada à aproximação de duas antenas separadas por uma grande distância em relação ao tamanho da antena, em um meio homogêneo. A primeira antena é a antena de teste cujos padrões devem ser investigados; esta antena é livre para apontar em qualquer direção. A segunda antena é uma antena de referência, que aponta rigidamente para a primeira antena.

Cada antena é ligada alternadamente a um transmissor com uma impedância de fonte particular, e um receptor com a mesma impedância de entrada (a impedância pode diferir entre as duas antenas).

Presume-se que as duas antenas estão suficientemente distantes que as propriedades da antena transmissora não são afetadas pela carga colocada sobre ela pela antena receptora. Consequentemente, a quantidade de energia transferida do transmissor para o receptor pode ser expressa como o produto de dois fatores independentes; um dependendo das propriedades direcionais da antena transmissora, e o outro dependendo das propriedades direcionais da antena receptora.

Para a antena transmissora, pela definição de ganho, G {\displaystyle G}

, a densidade da potência de radiação a uma distância r {\i1}displaystyle r

da antena (ou seja, a potência que passa pela área da unidade) é W ( θ , Φ ) = G ( θ , Φ ) 4 π r 2 P t {\i1}displaystyle {\i}mathrm {W} (Theta ,Phi )={\an1}frac {\an1}mathrm (Theta ,Phi )4pi r^{2}}P_{t}}P_{t}

.

Aqui, os ângulos θ {\an8}displaystyle {\an8}theta

e Φ {\\i1}displaystyle

indicam uma dependência da direcção da antena, e P t {\i1}displaystyle P_{t}}

representa a potência que o transmissor entregaria em uma carga compatível. O ganho G {\\i1}estilo G {\i}

podem ser divididos em três fatores; o ganho da antena (a redistribuição direcional da potência), a eficiência de radiação (responsável pelas perdas óhmicas na antena) e, por último, a perda devido ao desajuste entre a antena e o transmissor. Estritamente, para incluir o descasamento, deve ser chamado de ganho realizado, mas este não é um uso comum.

Para a antena receptora, a potência entregue ao receptor é

P r = A ( θ , Φ ) W {\i1}displaystyle P_{r}=\mathrm {A} (Theta ,Phi )W,}

.

Estávamos no estilo W{\a10}

é a densidade de potência da radiação incidente, e A {\i1}displaystyle A

é a abertura da antena ou área efetiva da antena (a área que a antena precisaria ocupar para interceptar a potência capturada observada). Os argumentos direcionais são agora relativos à antena receptora, e novamente A {\i}

é tomado para incluir as perdas óhmicas e de desajuste.

Juntando estas expressões, a potência transferida do transmissor para o receptor é

P r = A G 4 π r 2 P t {\displaystyle P_{r}=A{\frac {\pi r^{2}}}P_{t}}

,

onde G {\i1}displaystyle G

e A {\i1}displaystyle A

são propriedades dependentes da direção das antenas transmissora e receptora, respectivamente. Para transmissão da antena de referência (2), para a antena de teste (1), ou seja, P 1 r = A 1 ( θ , Φ ) G 2 4 π r 2 P 2 t {\displaystyle P_{1r}=\mathrm {A_{1}} (Theta ,Phi ){G_2}{4}{P_2t}}P_2t}

,

e para transmissão no sentido contrário

P 2 r = A 2 G 1 ( θ , Φ ) 4 π r 2 P 1 t {\displaystyle P_{2r}=A_{2}{\frac {\mathrm {G_{1}} (Theta ,Phi )4pi r^{2}}P_{1t}}P_{1t}

.

Aqui, o ganho G 2 {\\i1}g_{\i1}

e área efetiva A 2 {\i1}displaystyle A_{\i}}

da antena 2 são fixas, porque a orientação desta antena é fixa em relação à primeira.

,

quando

A 1 ( θ , Φ ) G 1 ( θ , Φ ) = A 2 G 2 {\frac {\frac {\mathrm {A_{\1}} (Theta ,Phi )/mathrm {G_{1}} (Theta ,Phi )|{A_{2}}{G_{2}}}}

. (Theta ,Phi )/mathrm {G_{1}} (Theta ,Phi )|mathrm |{constant} }

,

i.e. a dependência direcional da abertura (recepção) efetiva e o ganho (transmissão) são idênticos (QED). Além disso, a constante de proporcionalidade é a mesma, independentemente da natureza da antena, e assim deve ser a mesma para todas as antenas. A análise de uma antena em particular (como um dipolo hertziano), mostra que esta constante é λ 2 4 π {\i1}{\i1}{\i1}displaystyle {\i}frac {\i}lambda ^{\i}{4\i}}

, onde λ {\i1}displaystylelambda

é o comprimento de onda de espaço livre. Assim, para qualquer antena o ganho e a abertura efetiva são relacionados por A ( θ , Φ ) = λ 2 G ( θ , Φ ) 4 π {\i1}mathrm {A} (Theta ,Phi )={\i1}frac {\i}lambda ^{\i}mathrm {\i} (Theta ,Phi )4pi

.

Para uma antena de recepção, é mais habitual indicar o ganho do que especificar a abertura efectiva. A potência entregue ao receptor é, portanto, mais normalmente escrita como

P r = λ 2 G r G t ( 4 π r ) 2 P t {\displaystyle P_{r}={\frac {\lambda ^{2}G_{r}G_{t}}{(4\pi r)^{2}}}P_{t}}}P_{t}}

(ver link orçamento). A abertura efetiva é no entanto de interesse para comparação com o tamanho físico real da antena.

Consequências práticasEditar

  • Ao determinar o padrão de uma antena receptora por simulação em computador, não é necessário realizar um cálculo para cada ângulo de incidência possível. Ao contrário, o padrão de radiação da antena é determinado por uma única simulação, e o padrão de recepção inferido pela reciprocidade.
  • Ao determinar o padrão de uma antena por medição, a antena pode estar recebendo ou transmitindo, o que for mais conveniente.
  • Para uma antena prática, o nível do lóbulo lateral deve ser mínimo, é necessário ter a diretividade máxima.

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