Antena com refletor

A alteração de impedância e o diagrama resultante da distância de uma antena ao solo são conhecidos há muito tempo, por isso é tão largamente utilizada esta propriedade em radiocomunicações. Sempre poderemos controlar a forma e a distância do refletor à antena forçando desta maneira seu comportamento, isto é, se arbitrarmos um determinado diagrama, poderemos fazer nossa antena trabalhar dentro dos limites impostos pelo projeto.

Imagem: PY5AAL · BY-SA · Openverse

Um dos parâmetros que imediatamente percebemos, é a relação frente/costas no caso de antenas direcionais, pois à medida que esta relação aumenta, consequentemente aumentará a diretividade da antena e seu ganho. Com o passar do tempo e das experiências feitas com refletores, chegou-se à conclusão que estes praticamente se igualam em forma e dimensões aos dipolos ou monopolos dos quais fazem parte, configurando um sistema irradiante/receptor de qualidade excepcional.

Quando observamos uma antena cilíndrica, notaremos que seu refletor também o será, a única diferença é o comprimento deste ligeiramente maior, entre cinco a dez por cento (Sistema Yagi-Uda) em relação ao dipolo. No caso dos refletores planos sua superfície não precisa ser necessariamente infinita, basta que seja ressonante, isto é, uma superfície refletora contínua cuja malha não ultrapasse a 10% do comprimento de onda aplicado. Uma vez feito este procedimento haverá uma alteração na impedância e largura de faixa do sistema resultante. O dipolo, não mais será um dipolo isolado, passará a se comportar como uma rede com todas as características dadas pela disposição dos elementos interferentes. No gráfico ao lado estão sendo mostrados dois parâmetros importantes para uso do projetista de antenas. No topo da figura está representada uma antena de dois elementos, sendo o menor (a linha horizontal de cima) o elemento "ativo", ou seja, o dipolo que irradia a radiofrequência ou recebe-a.

Caso uma antena esteja situada à uma distância considerada “S” da superfície ressonante, teremos um sistema com uma componente real e outra virtual, isto é, uma rede com seu dipolo e sua imagem à uma distância 2S. Simplificadamente podemos afirmar que a antena e seu refletor funcionam como se fossem duas antenas interagindo.

Imaginemos diversas antenas dispostas paralelamente sobre uma superfície perfeitamente refletora. Obedecendo as afirmações anteriores teremos uma situação que levam à percepção da existência do dobro de dipolos devido às imagens da rede. Isto quer dizer que para cada antena, haverá uma imagem (uma antena refletora) respectivamente. Desta forma, existe a distribuição de energia numa só direção; logo teremos um ganho imenso, pois a cada vez que se dobra a estrutura metálica de uma rede teremos um incremento no ganho do sistema acrescido em 3 dB.

Seguindo o raciocínio mostrado anteriormente, se usarmos dois refletores dispostos em 90 graus entre si, e estando a rede à uma distância dentro dos parâmetros funcionais do sistema, teremos a multiplicação dos diagramas resultantes, ou seja, ao dobrar o plano refletor em dois semi planos muito grandes em relação aos dipolos dobraremos a imagem, logo o ganho aumentará substancialmente. Este efeito pode ser utilizado em frequências muito altas (SHF), na construção de antenas impressas. Dependendo da altura do dipolo à terra seu comportamento poderá variar de forma substancial.

Quando se monta uma antena tanto na polarização horizontal, quanto na vertical, o efeito terra pode ser analisado como um refletor perfeito desde que dentro das faixas de frequência admissíveis, quer dizer, frequências baixa, média e alta. Ao instalar antenas próximas à terra ou a uma superfície que seja enxergada pela antena como se fosse um plano de terra (No caso de satélites artificiais, o corpo do objeto é o plano de terra), temos que levar em conta a influência desta ao elemento irradiante. A princípio devemos ter certas condições controladas para poder analisar o efeito terra. Uma delas é a distância da antena à terra que pode ser considerada como se fosse um refletor/plano de condutividade perfeita, outra, que nosso objeto de estudo inicial deve ser a interação entre um dipolo elementar em polarização horizontal ou vertical e seu plano de terra respectivo.

Arbitrando-se o plano de terra como condutor perfeito, as componentes tangencial e normal são anuladas entre si. Desta forma, as cargas e correntes induzidas passam a fazer parte do sistema, pois teremos o efeito imagem e o efeito real Tanto para o dipolo horizontal, quanto para o dipolo vertical, existe o dipolo imagem. Este atua de forma que seu efeito, juntamente ao efeito terra alterem o diagrama de irradiação, impedância, ganho, dentre outros parâmetros da antena. Ou seja, como se fosse um refletor, daí para efetuar a análise podemos usar o sistema de estudo dos efeitos causados pela proximidade de duas antenas.

Quando temos uma antena próxima a qualquer estrutura, seja terra, seja metálica, "n" dipolos, outra antena, ou antenas, forma-se o que podemos chamar de rede. A rede interage simultaneamente em todos os seus elementos, reais e virtuais. A interação do sistema deve obedecer a certos aspectos físicos de proximidade entre seus elementos em comprimentos de onda. Obedecidas características arbitradas pelo projetista de antenas, o sistema resultante terá um acoplamento concomitante, isto é, haverá somatórias de todas as características de todos os elementos interferentes. O nome dado a este sistema é acoplamento mútuo.

O efeito do acoplamento mútuo, tanto para antena em polarização horizontal, quanto em polarização vertical, têm em sua imagem a indução de cargas e correntes. Suas impedâncias, seus lóbulos, e ganhos se interam, formando um sistema complexo, pois, o campo eletromagnético irradiado pode ser estudado pelo sistema de imagens.