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Um ponto crítico para o projeto de equipamentos móveis é a antena. Embora a maioria dos leitores tenha bases teóricas sólidas sobre o assunto a adoção de novas tecnologias que operam em freqüências cada vez mais altas, exige atenção em certos pontos críticos que no passado não eram muito importantes. Desta forma, a reciclagem dos conhecimentos com ênfase nesses pontos pode ser muito importante para os leitores que desejarem estar em dia com as novas tecnologias.

O conceito de que uma antena transfere a máxima potência gerada por um transmissor para o espaço quando ela apresenta determinadas características, é bem conhecido de todos os leitores.


Um dipolo de meia onda, como o visto na figura 1, tem seu máximo rendimento justamente quando seu comprimento casa com o comprimento da onda no sinal transmitido e quando sua impedância se iguala à da saída do transmissor.



É igualmente conhecido dos leitores o fato de que as antenas possuem padrões de irradiação e ganhos que indicam que elas podem concentrar maior quantidade de energia numa determinada direção, conforme mostra a figura 2.




Outro fato importante no projeto de uma antena refere-se justamente ao casamento de impedância com a fonte de sinal. Um descasamento provoca a reflexão do sinal com o aparecimento de ondas estacionárias. Essas ondas, além de significarem potência não irradiada e portanto perdida, também podem sobrecarregar os circuitos causando danos aos componentes.

O sistema de antena ideal tem uma relação de ondas estacionárias (ROE) de 1:1, o que indica que não ocorrem reflexões e que toda energia é irradiada, conforme ilustra a figura 3.



Infelizmente, no mundo real as ante- nas não são perfeitas o que significa que os padrões de irradiação, a transferência de energia e mesmo a impedância não se mantêm nem constantes e nem perto dos valores ideais, o que exige especial cuidado dos projetistas.

Pela própria figura 3 podemos ver que a relação de ondas estacionárias de uma antena só se mantém próxima de 1:1 em uma estreita faixa de freqüências.

Se o equipamento opera em freqüência fixa, não existem problemas para se resolver num caso como esse, mas se o equipamento varre uma determinada faixa de freqüências, já teremos algo mais a considerar.

Um pequeno deslocamento da freqüência já pode ser o suficiente para causar uma perda de rendimento sensível, que deve ser considerada num projeto.


Dimensões

Atualmente, os equipamentos móveis tendem a ocupar faixas de freqüências cada vez mais elevadas no espectro. Isso significa que os comprimentos de onda diminuem e, conseqüentemente, as dimensões das antenas utilizadas.

Para 433 MHz, por exemplo, o comprimento de onda corresponde a 0,69 m e para 916 MHz a apenas 33 cm. Na prática, as antenas serão bem menores, pois elas operarão com metade, 1/3 ou até 1/4 do comprimento de onda. Isso quer dizer que poucos milímetros de diferença num dimensionamento já terão efeitos sensíveis sobre seu desempenho.

Nas comunicações móveis atuais, o tipo de antena mais comum é a vertical aterrada de 1/4 de onda, veja a figura 4.



Essa antena utiliza um plano de terra virtual que, nos projetos, consiste normalmente numa área cobreada da própria placa de circuito impresso do aparelho, tendo dimensões apropriadas.


Um recurso bastante usado para se reduzir o tamanho da antena é o enrolamento de um condutor numa base de material isolante de modo a se obter o tipo que se denomina “helicoidal”, conforme exibe a figura 5.



Uma das desvantagens desse tipo de antena é que suas características indutivas reduzem bastante sua faixa passante. Enquanto uma antena comum para a faixa de 900 GHz tem uma largura de faixa de 100 MHz, para a mesma freqüência, uma antena helicoidal apresenta uma largura de faixa de apenas 10 MHz. Nas freqüências mais baixas, esse tipo de antena traz também problemas adicionais que limitam sua aplicação.

Especificações

Ao trabalhar com as antenas, o profissional deve estar atento ao significado de suas especificações. A primeira especificação importante ao se analisar numa antena é a sua impedância.

A impedância é formada por uma resistência real e uma reatância imaginária que são medidas no terminal da antena. Como esses elementos são indutivos e capacitivos, seus valores mudam com a freqüência e além disso são afetados por objetos colocados nas proximidades: componentes, outras antenas e até mesmo o usuário do aparelho.


Existem dois tipos de resistências associadas a uma antena. A resistência de radiação que converte a energia elétrica do circuito (sinal) em radiação e a resistência ôhmica, por outro lado, que converte a energia do circuito em calor, consistindo por isso, num elemento causador de perdas, observe a figura 6.



A resistência de radiação deve ser sempre bem maior que a resistência ôhmica, pois isso vai implicar na eficiência da antena. Em uma antena dipolo, por exemplo, a resistência de radiação ao ar livre é de 73 ohms enquanto num monopolo, o valor será metade desse ou 36,5 ohms.

A reatância, por outro lado, está relacionada com a energia armazenada no campo nas proximidades da antena. Essa reatância, juntamente com as resistências, determinam a impedância da antena.

Veja que tanto a reatância como a resistência são afetados pela presença de objetos nas proximidades, quer seja no próprio aparelho como externamente como outras antenas e o próprio operador, conforme mostra a figura 7.




A impedância de uma antena é um valor de extrema importância num projeto, pois a máxima transferência de energia de um circuito para o espaço, na forma de ondas eletromagnéticas, só ocorre quando a impedância do circuito for igual à da antena.

Uma diferença de impedâncias faz com que ocorram reflexões de sinais, os quais se perdem sendo convertidos em calor.

A indústria de RF adota como padrão de impedância 50 ohms, assim a maioria dos fabricantes de chips e antenas indica esse valor para seus produtos e em sua função são feitos os projetos.

ROE (Relação de Ondas Estacionárias)

A ROE ou, se usarmos as siglas do inglês VSWR (Voltage Stand Wave Ratio) é uma forma de se medir o casamento de uma antena com uma fonte de sinal.

A ROE é calculada medindo-se a tensão do sinal enviado e comparando-a com a tensão do sinal refletido, conforme ilustra a figura 8.



Um casamento perfeito resulta numa ROE de 1:1 (um para um), o que significa que toda a energia gerada é transferida para a antena e nenhuma energia é refletida.

Na prática, não se consegue uma ROE de 1:1 numa antena, sendo aceitos valores que chegam a 2:1 para os tipos do mundo real. Esse valor significa que 88,9% da energia gerada é transferida à antena, ou ainda uma perda de pouco mais de 11%.