Seção: Tutoriais Telefonia Celular

 

 
Antena Yagi-Uda: Introdução

 

As antenas constituem a parte essencial de todo sistema de comunicação uma vez que são responsáveis por receber e transmitir ondas eletromagnéticas (BALANIS, 1938). Além disso, servem para otimizar ou acentuar a radiação de energia nas direções de interesse. Por esta razão, elas adquirem diferentes formas: lineares, de abertura, impressas, refletoras, dentre outras.

 

A utilização de antenas, para transmissão de sinais de rádio, foi iniciada por Heinrich Hertz, no final do século dezenove, quando ele procurava provar a existência das ondas eletromagnéticas preditas teoricamente por Maxwell. No âmbito de sua experiência, Hertz provou que uma antena emite energia eletromagnética para o espaço sempre que excitada por uma corrente elétrica variável no tempo. A circulação desta corrente na antena produz campos que escapam do condutor, propagando a onda eletromagnética.

 

Desde as primeiras antenas até os modelos atuais, diversas inovações tecnológicas foram agregadas a este dispositivo a fim de garantir a privacidade, segurança e integridade da informação. Dentre os diversos tipos de antenas desenvolvidas, as antenas lineares são as mais simples e as mais utilizadas, o que justifica o grande interesse científico e tecnológico neste campo.

 

Com o expressivo avanço das telecomunicações, o conhecimento em antenas, torna-se imprescindível para pesquisadores e profissionais da área. Os sistemas de telecomunicações, normalmente, utilizam uma associação de duas ou mais antenas, colocadas próximas entre si (RIOS, 2002), para obter maior diretividade e/ou cobertura específica. Essa associação recebe o nome de conjunto de antenas, redes de antenas ou ainda, sistemas de antenas. O conjunto de antenas lineares, constituído de dipolos, onde apenas um é excitado e os demais são elementos parasitas, é chamado de antena Yagi-Uda.

 

A antena Yagi-Uda é muito utilizada na prática por ser leve, de baixo custo, de fácil construção, por apresentar grande diretividade e ganho considerável. Ela pode operar como transmissor ou receptor, sendo muito aplicada como antena de TV e de celular.

 

O objetivo geral deste tutorial é estudar e projetar uma antena Yagi-Uda para ser aplicada em telefonia móvel celular. Os objetivos específicos são: i) estudar o princípio de funcionamento da Yagi-Uda, através da caracterização do elemento excitador e análise das estruturas de dois, três e n elementos; ii) utilizar o software MININEC para modelagem e análise da antena em estudo; iii) estudar a norma técnica NBS 688 para auxiliar no projeto; iv) projetar uma antena Yagi-Uda para ser aplicada nas bandas A e B estendidas e nas bandas C, D e E.

 

A Antena Yagi-Uda

 

Uma das antenas mais utilizadas em sistemas de telecomunicações é a antena Yagi-Uda. Este tipo de antena foi primeiramente descrita e analisada em um artigo do professor japonês S. Uda, em março de 1926. Entretanto, estas antenas só se tornaram mundialmente conhecidas depois da publicação, em 1928, de um artigo em inglês assinado por H. Yagi, colega do professor Uda (BRITTAIN, 1993).

 

Desde então, a antena Yagi-Uda tem sido assunto de várias investigações analíticas e experimentais (BALANIS, 1938). Um trabalho importante foi realizado em 1968, por Viezbicke e publicado pelo órgão norte-americano National Bureau of Standards (NBS), onde foram feitos vários testes para projetos das antenas (VIEZBCKE, 1976).

 

A sua estrutura é composta por dipolos, sendo um elemento excitador, um elemento refletor e os demais elementos parasitas ou diretores, conforme pode ser observado na figura 1. Estes elementos destinam, respectivamente, a excitar a onda eletromagnética, refleti-la na máxima radiação desejada e dirigi-la também nesta direção preferencial (ESTEVES, 1980).

 

Figura 1: Configuração da antena Yagi-Uda
Fonte: BALANIS, 1938.

 

Na figura 1, pode-se observar os diferentes elementos que compõe a estrutura irradiante. O elemento refletor localiza-se atrás do excitador e tem a função de radiar mais energia em uma direção do que em outra, diminuindo assim a relação frente-costa.

 

O elemento excitador é alimentado diretamente por uma fonte de corrente (ou de tensão), normalmente o seu tamanho é menor que o refletor e maior que os diretores. Por fim, os diretores são elementos parasitas, cujos tamanhos variam de acordo com a distância entre os elementos, o número destes, a espessura e a largura de banda pretendida.

 

Neste arranjo de dipolos, a onda eletromagnética emitida pelo excitador induz uma corrente no parasita que, por sua vez, re-irradia parte da energia recebida. A fase da corrente neste elemento depende do seu comprimento e da distância de separação entre ele e o elemento ativo. Esta fase, combinada com a amplitude da corrente determina o diagrama de radiação da rede (BALANIS, 1938). O campo distante da Yagi é, assim, a soma dos campos emitidos pelo excitador e parasita.

 

 

 

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