Conceitos fundamentais sobre antenas - Parte 01

O que é Antena?

Se perguntarmos apenas em relação ao dispositivo, com certeza você saberá definir o que é uma antena, ou pelo menos já tenha visto. Também sabe que alterando certas condições ou características, por exemplo o direcionamento das mesmas, elas melhoram a comunicação no enlace. Mas se alguém pedir para descrever tecnicamente o que é uma antena, você saberia descrever como ela funciona? Pois é sobre isso que vamos falar hoje.

Conceitos Básicos

Antes de começarmos a definir o funcionamento de uma antena, vamos conhecer (ou relembrar) alguns conceitos básicos. Entendendo esses conceitos, será mais fácil de entender o funcionamento de uma antena.

Comprimento de Onda

Ondas de rádio (eletromagnéticas) tem parâmetros físicos, dos quais podemos destacar a frequência. Sabemos que não é fácil visualizar. Então, vamos fazer nossa primeira analogia: imagine uma gota d'água caindo na superfície plana de um balde com água.

Após a gota atingir a água em repouso, conseguimos visualizar as ondas formadas. Em Telecom especificamente podemos descrever o modelo de ondas senoidais: o comprimento de onda é distâncias entre dois máximos.

Matematicamente, o comprimento de onda (λ) é definido pela velocidade com que a onda se propaga (c), dividido pela frequência (f) da mesma.

λ = c / f

Comprimento de Onda (λ): é representado pela letra grega λ;Velocidade (c): considerando que as nossas ondas se propagam no ar, podemos considerar como a velocidade da luz no vácuo – c – 300.000.000 m/s ( que pode ser representado por 300M m/s);Frequência (f): frequência do sinal estaremos utilizando.

Por exemplo, em um sistema de 900 MHz, temos: λ = (300 Mm/s)/(900 MHz) = 0.33333... ou 33.33 cm.

Polarização

Quando falamos de ondas eletromagnéticas, outro conceito importante é o de polarização, ou seja, qual o plano da componente elétrica na qual a onda se propagará.

Ok, começou a complicar? Então vamos explicar melhor.

As ondas eletromagnéticas são compostas por dois planos – horizontal e vertical. Esses planos representam os campos elétrico e magnético. Estas componentes são sempre ortogonais entre si, vetores defasados em 90 graus. Eles variam em fase - ou com zero graus - de defasamento elétrico.

A velocidade (também vetor) de propagação desses dois campos por sua vez se propaga a 90 graus dos dois.

A figura a seguir nos ajuda a visualizar esses vetores.

Então, dependendo da forma como o acoplamento do sinal seja feito - a antena esteja orientada - temos a sua definição de polarização.

Se o transmissor for tal que a onda esteja totalmente no plano vertical (plano Elétrico E), então temos polarização Vertical. Se a onda estiver no plano horizontal (plano Magnético B), temos polarização Horizontal. Existem também outros tipos de polarização, como polarização Cruzada e polarização Circular (direita e esquerda), que na verdade são combinações das polarizações Vertical e Horizontal, e também da diferença de fase.

O conceito de polarização é muito importante em antenas, principalmente porque quando um sinal é transmitido em uma polarização deve ser recebido na mesma polarização, caso contrario, teremos uma atenuação (perda) denominada de polarização cruzada.

Para entender melhor a polarização de ondas, vamos ver alguns exemplos, onde destacamos apenas a componente E - campo elétrico. (Lembre-se, porém que sempre existe um campo magnético a 90 graus do campo elétrico).

E veja como fica a onda (componente elétrica E) para polarização Cruzada – combinação das polarizações Vertical e Horizontal, eletricamente em Fase.

Vamos parar por aqui, nossa habilidade artística (?) nos limita. Mas uma onda de polarização Circular (componente elétrica E) - combinação de duas ondas polarizadas – uma Vertical e outra Horizontal, eletricamente defasadas em 90 graus, mas com mesma amplitude, seria "mais ou menos" como desenhamos abaixo. Com certeza, a onda real é pelo menos "tremida".

Como exemplo de antenas com polarização Circular temos as Antenas Helicoidais ou Yagi Cruzadas com Polarização Circular (a esquerda ou a direita), mais conhecida como RHCP (Right Hand Circular Polarization) ou LHCP (Left Hand Circular Polarization). Veremos mais sobre suas aplicações oportunamente.