Devido ao design especial da antena, a densidade de radiação pode ser concentrada em uma determinada direção espacial. A medida da diretividade da antena sem perdas é o ganho da antena. Está intimamente relacionado à diretividade da antena. Ao contrário da diretividade, que descreve apenas as características direcionais de uma antena, o ganho da antena também leva em consideração a eficiência da antena.
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Portanto, representa a potência irradiada real. Geralmente é menor que a potência fornecida pelo transmissor. No entanto, como esta potência é mais fácil de medir do que a diretividade, o ganho da antena é mais comumente usado do que a diretividade. Supondo que se considere uma antena sem perdas, a diretividade pode ser igual ao ganho da antena.
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A antena de referência é usada para definir o ganho da antena. Na maioria dos casos, a antena de referência é um radiador omnidirecional assumido sem perdas (radiador isotrópico ou antena) que irradia uniformemente em todas as direções, ou uma simples antena dipolo, pelo menos no plano considerado.
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Para a antena a ser medida, a densidade de radiação (potência por unidade de área) é determinada em um ponto a uma determinada distância e comparada com o valor obtido por meio de uma antena de referência. O ganho da antena é a razão entre duas densidades de radiação.
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Por exemplo, se uma antena direcional produz 200 vezes a densidade de radiação que uma antena isotrópica em uma determinada direção espacial, o valor do ganho da antena G é 200 ou 23 dB.
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Padrão de antena
Um padrão de antena é uma representação gráfica da distribuição espacial da energia irradiada por uma antena. Dependendo da aplicação, a antena deve receber apenas sinais de uma determinada direção, mas não sinais de outras direções (por exemplo, antena de TV, antena de radar); por outro lado, uma antena de carro deve ser capaz de receber transmissores de todas as direções possíveis.
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Um padrão de radiação de antena é uma representação gráfica dos elementos das características de radiação de uma antena. Um padrão de antena é geralmente uma representação gráfica das características direcionais de uma antena. Representa a intensidade relativa da radiação energética ou a quantidade de intensidade do campo elétrico ou magnético em função da direção da antena. Os diagramas de antena são medidos ou gerados por programas de simulação em um computador, por exemplo, para exibir graficamente a diretividade de uma antena de radar e, assim, estimar seu desempenho.
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Comparadas às antenas omnidirecionais, que irradiam uniformemente em todas as direções da aeronave, as antenas direcionais favorecem uma direção e, portanto, alcançam um alcance maior nessa direção com menor potência de transmissão. Os padrões de radiação da antena ilustram graficamente as preferências determinadas pelas medições. Devido à reciprocidade, são garantidas características idênticas de transmissão e recepção da antena. O diagrama mostra a distribuição direcional da potência de transmissão como intensidade do campo e a sensibilidade da antena durante a recepção.
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A diretividade necessária é alcançada através da construção mecânica e elétrica direcionada da antena. A diretividade indica quão bem uma antena recebe ou transmite em uma determinada direção. É representado em uma representação gráfica (padrão da antena) em função do azimute (gráfico horizontal) e da elevação (gráfico vertical).
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Use sistemas de coordenadas cartesianas ou polares. As medições em representações gráficas podem ter valores lineares ou logarítmicos.
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Use muitos formatos de exibição. Os sistemas de coordenadas cartesianas, bem como os sistemas de coordenadas polares, são muito comuns. O objetivo principal é mostrar um padrão de radiação representativo horizontalmente (azimute) para uma representação completa de 360° ou verticalmente (elevação), principalmente apenas para 90 ou 180 graus. Os dados da antena podem ser melhor representados em coordenadas cartesianas. Como esses dados também podem ser impressos em tabelas, a representação mais descritiva da curva de trajetória em coordenadas polares é geralmente preferida. Em contraste com o sistema de coordenadas cartesianas, este indica diretamente a direção.
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Para facilidade de manipulação, transparência e versatilidade máxima, os padrões de radiação são geralmente normalizados para as bordas externas do sistema de coordenadas. Isso significa que o valor máximo medido está alinhado com 0° e plotado na borda superior do gráfico. Outras medições do padrão de radiação são geralmente mostradas em dB (decibéis) em relação a este valor máximo.
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A escala na figura pode variar. Existem três tipos de escalas de plotagem comumente usadas; linear, logarítmico linear e logarítmico modificado. A escala linear enfatiza o feixe de radiação principal e geralmente suprime todos os lóbulos laterais, uma vez que geralmente representam menos de um por cento do lóbulo principal. No entanto, a escala logarítmica linear representa bem os lóbulos laterais e é preferida quando os níveis de todos os lóbulos laterais são importantes. No entanto, dá a impressão de uma antena ruim porque o lóbulo principal é relativamente pequeno. A escala logarítmica modificada (Figura 4) enfatiza a forma do feixe principal ao comprimir os lóbulos laterais de nível muito baixo (<30 dB) em direção ao centro do modo. Portanto, o lóbulo principal é duas vezes maior que o lóbulo lateral mais forte, o que é vantajoso para a apresentação visual. No entanto, esta forma de representação raramente é usada em tecnologia porque é difícil ler dados precisos dela.
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padrão de radiação horizontal
O diagrama horizontal da antena é uma vista plana do campo eletromagnético da antena, expresso como um plano bidimensional centrado na antena.
O interesse desta representação é simplesmente obter a diretividade da antena. Normalmente, o valor -3 dB também é fornecido como um círculo tracejado na escala. A intersecção entre o lóbulo principal e este círculo resulta na chamada largura de feixe de meia potência da antena. Outros parâmetros de fácil leitura são a relação avanço/recuo, ou seja, a relação entre o lóbulo principal e o lóbulo posterior, e o tamanho e a direção dos lóbulos laterais.
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Para antenas de radar, a relação entre o lóbulo principal e o lóbulo lateral é importante. Este parâmetro afeta diretamente a avaliação do grau de anti-interferência do radar.
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padrão de radiação vertical
A forma de um padrão vertical é um corte vertical de uma figura tridimensional. No gráfico polar mostrado (um quarto de círculo), a posição da antena é a origem, o eixo X é o alcance do radar e o eixo Y é a altura do alvo. Uma das técnicas de medição de antenas é o registro estroboscópico solar utilizando a ferramenta de medição RASS-S da Intersoft Electronics. O RASS-S (Radar Analysis Support System for Sites) é um sistema independente do fabricante de radar para avaliar diferentes elementos de um radar conectando-se a sinais já disponíveis, sob condições de operação.
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Figura 3: Padrão de antena vertical com característica quadrada cossecante
Na Figura 3, as unidades de medida são milhas náuticas para alcance e pés para altitude. Por razões históricas, estas duas unidades de medida ainda são utilizadas na gestão do tráfego aéreo. Estas unidades são de importância secundária simplesmente porque as quantidades de radiação traçadas são definidas como níveis relativos. Isto significa que a mira adquiriu o valor do alcance máximo (teórico) calculado com a ajuda da equação do radar.
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A forma do gráfico fornece apenas as informações necessárias! Para obter o valor absoluto é necessário um segundo gráfico medido nas mesmas condições. Você pode comparar os dois gráficos e perceber aumentos ou diminuições excessivas no desempenho da antena.
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Radiais são marcadores para ângulos de elevação, aqui em passos de meio grau. A escala desigual dos eixos x e y (muitos pés versus muitas milhas náuticas) resulta em espaçamento não linear entre os marcadores de elevação. A altura é exibida como um padrão de grade linear. A segunda grade (tracejada) está orientada na curvatura da Terra.
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As representações tridimensionais de diagramas de antenas são, em sua maioria, imagens geradas por computador. Na maioria das vezes eles são gerados por programas de simulação e seus valores são surpreendentemente próximos dos gráficos reais medidos. Gerar um mapa de medição verdadeiro significa um enorme esforço de medição, uma vez que cada pixel da imagem representa o seu próprio valor de medição.
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Uma representação tridimensional do padrão da antena em coordenadas cartesianas de uma antena de radar em um veículo motorizado.
(A potência é dada em níveis absolutos! Portanto, a maioria dos programas de medição de antenas escolhe um compromisso para esta representação. Somente as partes vertical e horizontal do diagrama através da antena podem ser usadas como medições reais.
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Todos os outros pixels são calculados multiplicando toda a curva de medição do gráfico vertical pela medição única do gráfico horizontal. O poder de computação necessário é enorme. Além de uma representação agradável nas apresentações, seu benefício é questionável, uma vez que nenhuma informação nova pode ser obtida a partir desta representação em comparação com dois gráficos separados (gráficos de antenas horizontais e verticais). Pelo contrário: especialmente nas zonas periféricas, os gráficos gerados com este compromisso deverão desviar-se significativamente da realidade.
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Além disso, os gráficos 3D podem ser representados em coordenadas cartesianas e polares.
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A largura do feixe de uma antena de radar é geralmente entendida como a largura do feixe de meia potência. O pico de intensidade irradiada é encontrado em uma série de medições (principalmente em uma câmara anecóica) e depois nos pontos localizados em cada lado do pico, que representam a intensidade do pico elevada à meia potência. A distância angular entre pontos de meia potência é definida como a largura do feixe. [1] Metade da potência em decibéis é −3 dB, então metade da potência do feixew
