Alimentação de antena - Antenna feed

Um transmissor ou receptor de rádio é conectado a uma antena que emite ou recebe as ondas de rádio . O sistema de alimentação da antena ou alimentação da antena é o cabo ou condutor, e outro equipamento associado, que conecta o transmissor ou receptor com a antena e torna os dois dispositivos compatíveis. Em um transmissor de rádio, o transmissor gera uma corrente alternada de frequência de rádio e o sistema de alimentação alimenta a corrente para a antena, que converte a energia da corrente em ondas de rádio. Em um receptor de rádio, as ondas de rádio que chegam excitam minúsculas correntes alternadas na antena, e o sistema de alimentação fornece essa corrente ao receptor, que processa o sinal.

Para transferir a corrente de radiofrequência de forma eficiente, a linha de alimentação que conecta o transmissor ou receptor à antena deve ser um tipo especial de cabo chamado linha de transmissão . Em frequências de micro- ondas , o guia de ondas é freqüentemente usado, que é um tubo oco de metal que transporta ondas de rádio. Em uma antena parabólica (prato), a alimentação geralmente também é definida para incluir a antena de alimentação ( buzina de alimentação ) que emite ou recebe as ondas de rádio. Particularmente em transmissores, o sistema de alimentação é um componente crítico cuja impedância corresponde à antena, linha de alimentação e transmissor. Para conseguir isso, o sistema de alimentação também pode incluir circuitos chamados unidades de sintonia de antena ou redes correspondentes entre a antena e a linha de alimentação e a linha de alimentação e o transmissor. Em uma antena, o ponto de alimentação é o ponto no elemento de antena acionado no qual a linha de alimentação é conectada.

Componentes

Em um transmissor, a alimentação da antena é considerada como sendo todos os componentes entre o amplificador final do transmissor e a antena de alimentação. Em um receptor, são todos os componentes entre a antena e os terminais de entrada do receptor. Em alguns casos, como pratos parabólicos, também é definido para incluir a antena de alimentação ou o chifre de alimentação .

Em alguns rádios, a antena é conectada diretamente ao transmissor ou receptor, como as antenas chicote montadas em walkie talkies e rádios FM portáteis , as antenas dipolo de manga de roteadores sem fio e as antenas PIFA dentro de telefones celulares. Nesse caso, o sistema de alimentação consiste apenas em um circuito de casamento de impedância (se necessário) entre a antena e o transmissor ou receptor, que combina a impedância da antena para o rádio.

Em outros casos, a antena está localizada separadamente do transmissor ou receptor, como antenas de transmissão de televisão e antenas parabólicas montadas nos telhados de residências, a antena de setor em torres de celular de estações base de celular , as antenas de radar rotativas em aeroportos e a antena torres de estações de rádio e televisão . Nesse caso, a antena é conectada ao transmissor ou receptor com um cabo chamado linha de alimentação . Para transportar a corrente de radiofrequência (RF) de forma eficiente, a linha de alimentação é feita de um cabo especializado chamado linha de transmissão . A vantagem da linha de transmissão é que ela tem uma impedância característica uniforme para evitar etapas abruptas de impedância que fazem com que a energia de rádio seja refletida de volta para a linha. Os principais tipos de linha de transmissão são linha paralela fio ( condutor duplo ), um cabo coaxial , e para microondas guia de onda .

Impedância

Particularmente com uma antena transmissora, a alimentação da antena é um componente crítico que deve ser ajustado para funcionar de forma compatível com a antena e o transmissor. Os terminais de saída do transmissor , a linha de transmissão e a antena têm, cada um, uma impedância característica específica , que é a razão entre a tensão e a corrente nos terminais do dispositivo. Para transferir a potência máxima entre o transmissor e a antena, o transmissor e a linha de alimentação devem ter impedância combinada com a antena. Isso significa que o transmissor e a antena devem ter a mesma resistência e reatância igual, mas oposta . A linha de alimentação também deve ter impedância combinada com o transmissor. Se esta condição for atendida, a antena irá absorver toda a energia fornecida pela linha de alimentação. Se as impedâncias em qualquer extremidade da linha não corresponderem, isso causará uma condição chamada " ondas estacionárias " (alto VSWR ) na linha de alimentação, na qual parte da potência de RF não é irradiada pela antena, mas é refletida de volta para o transmissor, desperdiçando energia e possivelmente superaquecendo o transmissor. A maioria dos transmissores tem uma impedância de saída padrão de 50 ohms , projetada para alimentar cabos coaxiais de 50 ohms

O transmissor é comparado com a linha de alimentação de um dispositivo chamado um sintonizador de antena , antena unidade de ajuste , ou de rede correspondente , o qual pode ser um circuito no transmissor, ou uma peça separada do equipamento ligado entre o transmissor e linha de alimentação. Pode haver outra rede correspondente entre a antena e a linha de alimentação, para combinar a linha de alimentação com a antena. Em dispositivos sem fio de consumo que operam em frequências fixas, a rede correspondente não é ajustável e está contida na caixa do dispositivo. Em grandes transmissores, como estações de transmissão e transmissores que podem operar em diferentes frequências, como estações de ondas curtas, o sintonizador de antena é ajustável. Mudanças na frequência do transmissor ou ajustes no estágio de saída do transmissor ou na antena normalmente alteram a impedância, portanto, após qualquer trabalho ser feito no transmissor ou antena, o SWR deve ser verificado e a rede correspondente ajustada. Para ajustar a rede de correspondência, o grau de incompatibilidade entre a linha de alimentação e a antena é medido por um instrumento chamado medidor de SWR (medidor de proporção de onda estacionária), que mede a proporção de onda estacionária (SWR) na linha: a proporção do máximo adjacente e tensão ou corrente mínima na linha. Uma proporção de 1: 1 indica uma combinação de impedância, o que significa que a carga é completamente resistiva, então toda a potência é absorvida e nenhuma é refletida. Uma proporção mais alta indica uma incompatibilidade e potência refletida. A rede de correspondência é ajustada até que o SWR esteja abaixo de um limite aceitável.

Como em um transmissor de impedância combinada, a resistência da fonte do transmissor é igual à resistência de carga da antena e ambos estão em série na linha de alimentação e consomem energia igual, a energia máxima que pode ser fornecida à antena é 50% da energia de saída do transmissor ; os outros 50% são dissipados como calor na resistência do estágio de saída do transmissor.

Em receptores de rádio, uma diferença de impedância com a antena causa uma redução semelhante na energia do sinal da antena que chega ao receptor. No entanto, em frequências mais baixas abaixo de 40 MHz, isso não é um problema, porque o piso de ruído térmico nos receptores está muito abaixo do ruído atmosférico , então o sinal fraco da antena pode simplesmente ser amplificado no receptor para compensar a perda de potência de qualquer incompatibilidade, sem contaminá-lo com ruído.

Feeds balanceados e desbalanceados

As linhas de transmissão e seus componentes anexados podem ser classificados como balanceados, em que ambos os lados da linha têm a mesma impedância para o terra, por exemplo, antenas dipolo e cabos paralelos , ou desbalanceados, em que um lado da linha é conectado ao terra , por exemplo, antenas monopolo e cabo coaxial . Para conectar componentes balanceados e não balanceados, um dispositivo de duas portas chamado balun é usado. Um balun é uma rede compatível, geralmente um transformador , que acopla componentes de linha de transmissão balanceados e não balanceados. Por exemplo, para alimentar uma antena dipolo de uma linha de alimentação desequilibrada como um cabo coaxial, a linha de alimentação é conectada à antena por meio de um balun . Sem o balun, ocorrerão correntes na parte externa da blindagem do cabo coaxial, fazendo com que a blindagem atue como uma antena.

Outros componentes do feed

Alimentação de antena de guia de onda complicada para um radar militar típico .

Feeds mais complicados podem ter outros componentes além da linha de feed e redes correspondentes:

Uma antena receptora com uma linha de alimentação longa pode ter um amplificador na antena, chamado amplificador de baixo ruído (LNA), que aumenta a potência dos sinais de rádio fracos para compensar a atenuação na linha de alimentação.

Em frequências de micro-ondas, os tipos comuns de linha de transmissão têm perdas excessivas de energia, portanto, para baixas perdas, as micro-ondas devem ser transportadas por um guia de ondas , um tubo oco de metal que conduz as ondas de rádio. Devido aos altos custos e requisitos de manutenção, longas execuções de guia de ondas são evitadas e as antenas parabólicas usadas em frequências de micro-ondas geralmente têm a extremidade frontal de RF do receptor, ou partes do transmissor, localizadas na antena. Por exemplo, em antenas parabólicas, a corneta de alimentação na antena que coleta as microondas é ligada a um circuito chamado de conversor descendente de bloco de baixo ruído (LNB ou LNC), que converte a alta frequência de micro-ondas em uma frequência intermediária mais baixa , para que possa ser transportada para o edifício usando uma linha de alimentação de cabo coaxial mais barata.

As antenas de comunicação de radar e satélite podem lidar com ondas de rádio de múltiplas frequências e polarizações e podem ser usadas tanto como antenas de transmissão quanto de recepção, de modo que o sistema de alimentação carregue sinais de rádio viajando em ambas as direções. Portanto, essas antenas costumam ter feeds mais complicados que incluem componentes especializados como

acopladores direcionais , que acoplam ondas de rádio que se movem em uma direção, mas não em outra, para separar o sinal recebido do sinal transmitido
polarizadores que passam ondas de rádio de uma polarização
transdutores ortomodais que combinam ou separam sinais de rádio de diferentes polarizações
diplexadores que combinam ou separam duas frequências diferentes
deslocadores de fase , que alteram a fase das ondas de rádio
interruptores de guia de onda
juntas rotativas de guia de onda

Um conjunto de antenas ou conjuntos de antenas consiste em várias antenas conectadas a um único transmissor ou receptor que trabalham juntos para emitir ou receber ondas de rádio. Os sistemas de alimentação de antenas array são compreensivelmente mais complexos do que antenas individuais. A rede de alimentação deve dividir a potência do transmissor igualmente entre as antenas. Para emitir uma onda plana, as antenas (elementos) individuais de uma matriz de transmissão devem ser alimentadas por corrente com uma relação de fase específica . Da mesma forma, com os arranjos de recepção, as correntes de cada elemento podem precisar ser deslocadas de fase para que se combinem em fase no receptor. Isso pode exigir redes de mudança de fase em cada elemento. Nas antenas de phased array , um tipo de antena de array em que o feixe pode ser direcionado eletronicamente para diferentes direções, cada elemento da antena é alimentado por corrente por meio de um deslocador de fase programável, que é controlado por um computador.

Veja também

Referências

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