GANHO DE UMA ANTENA


Antes de continuar no projeto e montagem da antena com refletor apontada para a ionosfera, devo tecer considerações sobre ganho.
Geralmente o cálculo de potência em antenas reais, é bastante dificultoso, devido ao grande distanciamento que existe entre o lado teórico onde leva-se sempre em conta condições ideais, e o lado prático, onde as influências causadas por fatores externos podem gerar margens de erro até a ordem de 35%. Por este motivo, ao invés de se ficar procurando uma função onde se busca uma solução integrável que mais se aproxime do diagrama levantado, é mais lógico buscar uma integração gráfica baseada em modelos práticos.
No caso de termos modelos de antenas unidirecionais, estima-se o valor D, verificando-se os ângulos de meia potência, porém mesmo assim, a margem de erro é bastante elástica, podendo desta forma nosso modelo não ter o resultado satisfatório, pois quanto menos diretiva e mais lobulada a antena, maior o erro.
Daí a necessidade de levantarmos o ganho de uma antena com maior precisão possível.
Não devemos esquecer que ganho de antena não é aumento de potência, e sim diminuição de perdas pelo aumento de eficiência desta.
Quanto mais diretiva uma antena melhor é sua distribuição de potencia portanto maior é seu ganho.
Logo, deduzimos que o ganho de uma antena é a expressão de quantas vezes ela é melhor do que outra antena padrão este é dado por dB (decibel). Este padrão pode ser um isotrópico teórico, ou uma antena de aferição semelhante à antena ou antenas testadas.
Antena de maior ganho é aquela que entrega mais potência ao meio, ou seja, aquela que irradia a maior quantidade de energia. Por reciprocidade é aquela que recebe a maior quantidade de energia possível, uma vez que é um sistema dual, isto é de transmissão e recepção.
Sempre devemos adotar uma antena padrão para depois fazermos as comparações com outras antenas em relação a este padrão.
As antenas padrões devem ser as de mais fácil construção, podendo desta forma ter um sistema de fácil calibração.
Para a antena com refletor apontada para a ionosfera, esta é uma regra muito importante, uma vez que ao colocarmos um elemento refletor parasita interando com o elemento principal, necessitamos de outra antena de comparação para fazermos as calibrações necessárias.
Quando projetei a antena com refletor, no que diz respeito aos cálculos, o fiz em relação ao isotrópico, porém na prática, o procedimento foi diferente, pois não existe antena isotrópica e é impossível construí-la.
Construí uma antena dipolo padrão (aproximadamente 2 dBi de ganho sobre o isotrópico) e a uma distância razoável da antena sob teste, na parte de linhas de transmissão, procurei deixa-las o mais idênticas possível, para ter uma medida prática de ganho comparativo.
Para a definição de ganho e tendo as duas antenas à mão, fica fácil deduzir a fórmula básica de ganho.

Ganho = maior campo da antena estudada / maior campo da antena
dado em dB (decibéis)

Os parâmetros acima só tem validade se a potência entregue às duas antenas for idêntica.

A UNIDADE DE MEDIDA DO GANHO É O DECIBEL

Decibel é uma relação logarítmica utilizada entre tensões, usado para termos parâmetros de ganho, ou perda, podendo ser positivo ou negativo, dependendo do uso.

DIPOLO PADRÃO:

Como descrito acima, é proibitivo na prática a construção de um radiador isotrópico, usa-se o dipolo padrão cujo ganho pode ser até 2,15 dB sobre o isotrópico, ou 2,15 dBi, porém, é praticamente impossível a construção de tal dipolo, mas perfeitamente possível a construção de um dipolo com aproximadamente 2,0 dBi de ganho.

MEDIDAS COMPARATIVAS:

Como o dipolo padrão tem 2,15 dBi, e se tivermos uma antena com 12,15 dBi de ganho logo ela terá 10 dB de ganho sobre o dipolo.

Densidade de potência:

A formulação de densidade de potência, embora complexa é necessária para o entendimento de funcionamento do dipolo com refletor apontado para a ionosfera.
A conceituação prática é bem mais simples do que a teórica, novamente afirmo que não carecem de cálculos complexos para teoriza-la, porém sem o embasamento matemático, fica impossível provar as reflexões adiante.
Como a sugestão de construção da antena se baseará em tabelas já formuladas e testadas na prática, para aqueles que quiserem as fórmulas e o desenvolvimento destas e do conseqüente raciocínio basta pedir-me por e-mail que será remetido.
Não posso omitir alguns conceitos e fórmulas matemáticas, porém omitirei o desenvolvimento destas devido à complexidade de raciocínio, elas serão apresentadas prontas e acabadas.
Sempre que medimos o ganho de uma antena, deve-se sempre levar em conta se estamos trabalhando nosso raciocínio com campos ou com potências.
As expressões do campo irradiado por um dipolo excitado por uma corrente senoidal disposta uniformemente sobre este pode ser expressa como:

. u (t) = Re[ú(e)jwt]= U cos(wt+fi)

a variação dos campos e correntes é senoidal avança no tempo e é expressa pela representação complexa, cuja função escalar é representada por:
u(t) = U cos (wt + fi),
onde

ú = Uej.fi
multiplica-se a função original por :

ejwt

em quantidades vetoriais usamos o mesmo tratamento, como deduzido acima sendo as componentes de um vetor complexo iguais às quantidades complexas associadas às componentes do vetor inicial, onde à medida em que nos distanciarmos da antena em estudo e o fluxo de potencia terá somente componente radial.
Assim sendo, chegamos à conclusão de duas componentes senoidais avançando através do espaço em determinado tempo, sendo uma de campo elétrico e outra de campo magnético, ligadas e defasadas em 90o ora no campo horizontal, ora no campo vertical.
Na prática, temos duas formas de fazer medida de campo, uma é absoluta, outra é relativa.
A medição de campo absoluto pode ser feita em volts por metro usando-se diagrama linear.
A medida do campo relativo é feita tomando-se em conta a referência do valor máximo do campo ao longo da variação dos ângulos, normalizando-se desta forma as resultantes encontradas, temos o campo resultante:

E/Emax

As componentes do vetor do campo elétrico, além da variação prevista pelo inverso da distância, poder~´a variar também conforme os ângulos (teta) e (fi) aqui não representados por letras gregas devido ao pouco tempo disponível por mim para montar o alfabeto grego, portanto continuará a ser representado desta forma.
Para cada antena deverá ser levantada a formulação adequada e particular, após o levantamento gráfico, embora possamos usar a formulação geral com boa aproximação.

Para uma distância fixa de r temos:
E(teta)= f(teta) ( (teta) , (fi) )
E(fi) = f(fi) ( (teta) , (fi) )

Onde :
Prmax =(1 / 2 ). ( E2 max /n) ,

Pois
E2 = ( E (teta) )2 + ( E (fi) )2

Temos:
E= campo elétrico total

E(teta)= amplitude da componente (teta).

E(fi) = amplitude da componente (fi).

Deduzimos que:
r2Pr (max) = U(max)

Então:
Pr/Pr(max) = U/U(max) = ( E/Emax)2.



Se a intensidade de campo varie com o inverso do quadrado de r , estamos certamente no campo próximo.
Se a variação for apenas com o inverso de r , estamos no campo distante.
Estas são verdades experimentadas e provadas tanto no campo teórico quanto no campo prático.
Agora após estas considerações sobre campos, ganho, campo próximo e campo distante, podemos finalmente começar a tecer considerações sobre os refletores em antenas dipolo apontadas para a ionosfera, não sem antes tecermos considerações sobre esta, a qual traçaremos no link ionosfera.

VÁ PARA O LINK:
http://angeloleithold.vilabol.uol.com.br/index.html