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Como as antenas realmente funcionam?
2021-9-16 www.whwireless.com
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Antenas são amplamente utilizados em telecomunicações, por exemplo, em comunicações de rádio, rádio e televisão.
As antenas captam ondas eletromagnéticas e as convertem em sinais elétricos, ou captam sinais elétricos e os irradiam como ondas eletromagnéticas.
Neste artigo, vamos dar uma olhada na ciência por trás antenas.
Se temos um sinal elétrico, como o convertemos em uma onda eletromagnética?
Você provavelmente tem uma resposta simples em mente: isto é, usar um fio fechado que, com a ajuda do princípio da indução eletromagnética, será capaz de gerar um campo magnético flutuante e um campo elétrico ao seu redor.
No entanto, este campo flutuante em torno da fonte não tem utilidade na transmissão do sinal.
Aqui, o campo eletromagnético não se propaga, apenas flutua.
Em uma antena, as ondas eletromagnéticas ao redor da fonte precisam ser separadas da fonte e devem se propagar.
Antes de ver como fazer uma antena, vamos entender a física de uma antena.
A separação de ondas considera a colocação de uma carga positiva e uma carga negativa. Este par de cargas dispostas muito próximas é chamado de dipolo, e elas obviamente produzem um campo elétrico como mostrado no diagrama.
Assumindo que essas cargas são como mostrado, oscilando no ponto médio de seu caminho, a velocidade atingirá um máximo e no final de seu caminho, a velocidade será zero, e devido à mudança na velocidade, as partículas carregadas irão experimentar sucessivas acelerações e desacelerações.
O desafio agora é descobrir como fazer o campo eletromagnético variar em função desse movimento.
Vamos nos concentrar em apenas uma linha de campo elétrico que se expande e se deforma na frente da onda que se forma no tempo zero, após um período de um oitavo.
Conforme mostrado no diagrama.
Você pode se surpreender ao esperar que um campo elétrico simples seja mostrado neste local, conforme mostrado abaixo.
Por que o campo elétrico se expande para formar um campo elétrico como este?
É porque cargas em aceleração ou desaceleração produzem algum efeito de memória de campo elétrico e o antigo campo elétrico não se adapta facilmente ao novo campo elétrico. Levaremos algum tempo para entender esse campo elétrico de efeito de memória ou as cargas em aceleração ou desaceleração produzidas pela torção.
Discutiremos esse tópico interessante com mais detalhes em outro artigo.
Se continuarmos a análise da mesma maneira, podemos ver que em um quarto do período a frente de onda se encontra em um ponto onde.
Depois disso, as frentes de onda se separam e se propagam.
Observe que esse campo elétrico variável gera automaticamente um campo magnético perpendicular à sua alteração.
Se você plotar a variação da intensidade do campo elétrico com a distância, poderá ver que a propagação da onda é intrinsecamente senoidal.
É interessante notar que o comprimento de onda de propagação resultante é exatamente o dobro do comprimento do dipolo.
Isso é exatamente o que precisamos em uma antena; em suma, se podemos organizar cargas positivas e negativas oscilantes, podemos fazer uma antena.
Na prática, essa carga oscilante é facilmente produzida pegando uma haste condutora dobrada no centro e aplicando um sinal de voltagem ao centro, assumindo que este seja um sinal variável no tempo, considere uma situação onde no momento 0 devido à voltagem o elétron se moverá para fora do lado direito do dipolo e serão acumulados no lado esquerdo.
Isso significa que a outra extremidade do elétron perdedor será automaticamente carregada positivamente.
Este arranjo produz o mesmo efeito que o caso de carga dipolo anterior, ou seja, há uma carga positiva e negativa na extremidade do fio e, conforme a voltagem muda com o tempo, as cargas positivas e negativas viajam para frente e para trás, produzindo assim a propagação da onda.
Agora vimos como o antena funciona como um transmissor, a frequência do sinal transmitido será a mesma que a frequência do sinal de tensão aplicada: o
Uma vez que a propagação viaja na velocidade da luz, podemos calcular facilmente o comprimento de onda de propagação em.
Para perfeito transmissão , o comprimento da antena deve ser a metade do comprimento de onda. O funcionamento da antena é reversível e pode funcionar como um receptor.
Se o campo eletromagnético em propagação o atingir, usaremos a mesma antena novamente e aplicaremos um campo elétrico naquele ponto, os elétrons se acumularão em uma extremidade da haste, este é o mesmo que um dipolo elétrico, quando o campo elétrico aplicado altera o cargas positivas e negativas se acumulando na outra extremidade, o acúmulo de carga variável significa que um sinal de voltagem variável é gerado no centro da antena.
Este sinal de tensão é a saída do antena quando está operando como um receptor, e a frequência do sinal de tensão de saída é a mesma que a frequência da onda a.m. recebida.
Fica claro pela estrutura do campo elétrico que a antena deve ter a metade do comprimento de onda para obter a recepção desejada.
Em toda essa discussão, vimos que a antena é um circuito aberto, agora vamos dar uma olhada em algumas antenas reais e como elas funcionam.
No passado, a recepção de TV usava uma antena de recepção dipolo com uma faixa colorida como o receptor dipolo antena , essa antena também precisava de um refletor e guia para captar o sinal no dipolo, essa estrutura completa era conhecida como antena Yagi-Uda.
o antena dipolo converte o sinal recebido em um sinal elétrico e esses sinais elétricos são transmitidos para a unidade de TV por meio de um cabo coaxial.
Hoje passamos para a antena Dish TV, que consiste em dois componentes principais, um refletor parabólico e um conversor de redução de bloqueio de baixo ruído.
O parabolóide recebe os sinais eletromagnéticos do satélite e os focaliza no lnbf, que tem um formato especial e foi projetado de maneira especial e precisa.
O lnbf consiste em um feedhorn, guia de ondas, PCB e sonda.
No diagrama abaixo, você pode ver como o sinal de entrada é focado na sonda através do feedhorn e do guia de ondas
Como vimos no caso do dipolo simples, uma voltagem é induzida e o sinal de voltagem gerado é alimentado ao PCB para processamento do sinal.
Por exemplo, o sinal é filtrado das frequências altas para as baixas e amplificado após o processamento, e esse sinal elétrico é transmitido para a unidade de TV por meio de um cabo coaxial.
Se você ligar um Lnb, provavelmente encontrará duas sondas em vez de uma, a segunda sonda é perpendicular à primeira, o que significa que o espectro disponível pode ser usado duas vezes enviando polarização horizontal ou vertical.
Uma sonda detecta o sinal polarizado horizontalmente e a outra detecta o sinal polarizado verticalmente.
O monofone que você está segurando usa um tipo de antena completamente diferente, chamada de antena patch. Uma antena de remendo consiste em um remendo de metal ou tira colocada em um plano de aterramento com um pedaço de material dielétrico no meio, aqui o remendo de metal é usado como o elemento de radiação e o comprimento do remendo de metal deve ser a metade do comprimento de onda do apropriado transmitir e receber.
Observe que a descrição das antenas patch que ilustramos aqui é muito básica.
