Uma antena transmissora converte sinais elétricos em ondas eletromagnéticas, geralmente lidando com níveis de potência de 10W a 50kW. Uma antena receptora captura essas ondas e as converte de volta em sinais elétricos, operando geralmente em baixa potência, como -50 dBm a -20 dBm.
Table of Contents
Uso
As antenas transmissoras são usadas em estações de rádio, torres de sinal de TV e estações rádio-base de comunicação móvel. As antenas transmissoras de estações de rádio FM operam na banda de 88 a 108 MHz, e a potência de transmissão pode chegar a 5.000 watts ou mais. Essa potência pode cobrir um raio de cerca de 80 quilômetros, garantindo que os usuários dentro dessa faixa possam receber o sinal claramente. A potência da antena transmissora da estação rádio-base de comunicação móvel está entre 20 watts e 100 watts, de acordo com a necessidade de cobertura da área; a potência da estação base é maior nos subúrbios ou áreas rurais e menor na cidade devido à densidade das estações.
A antena receptora de uma TV doméstica pode receber sinais de torres de TV localizadas de alguns quilômetros a dezenas de quilômetros de distância. No caso da televisão digital, o usuário utiliza uma antena receptora com sensibilidade entre 25 e 35 dBi, e tal antena pode receber ondas eletromagnéticas na faixa de intensidade de sinal de 1μV a 50μV. O preço da antena receptora doméstica geralmente varia de 200 a 600 yuans.
Capacidade de processamento de potência
As antenas de transmissão usadas para radiodifusão em ondas médias têm uma potência de até 50 quilowatts, enquanto as pequenas antenas de transmissão para uso doméstico têm uma potência de apenas algumas dezenas de watts, como as antenas de roteadores Wi-Fi que operam entre 0,1 watt e 1 watt. O design da antena do roteador também é otimizado para diferentes faixas de frequência, como a banda de 2,4 GHz, adequada para uma maior cobertura, e a banda de 5 GHz, que possui uma taxa de transferência de dados mais alta.
A potência do sinal da antena receptora de TV via satélite pode ser processada entre -50 dBm e -20 dBm, e a sensibilidade de uma antena parabólica com diâmetro de 1,8 metros pode ultrapassar 45 dBi.
Os materiais comumente usados para antenas transmissoras incluem cobre e liga de alumínio; a condutividade do fio de cobre é de 5,96 × 10^7 S/m, muito superior a outros materiais comuns. Uma antena transmissora de alta potência para uma estação de rádio pode custar centenas de milhares de yuans, com uma vida útil de 10 a 15 anos.
Uma antena receptora externa padrão pode durar de oito a 12 anos, e o preço varia de 300 a 1.000 yuans, dependendo das especificações e do material da antena. A vida útil da antena receptora interna é geralmente de 5 a 8 anos, e o preço é relativamente baixo, entre 100 e 300 yuans.
O custo de instalação da antena transmissora de uma estação de rádio pode chegar a centenas de milhares ou até milhões de yuans, e a potência da antena transmissora pode precisar ser mais de 30% superior à de uma área plana para superar obstáculos do terreno. Os custos de manutenção exigem dezenas de milhares de dólares por ano para inspeções regulares, calibração de equipamentos e substituição de peças danificadas.
O custo de instalação da antena receptora de TV via satélite varia de 500 a 2.000 yuans, dependendo do local de instalação e da dificuldade de recepção do sinal. Os custos de manutenção são mais baratos; usuários domésticos geralmente precisam apenas ajustar a direção da antena a cada poucos anos, a um custo de cerca de 100 a 200 reais.
Considerações de design
Uma antena transmissora típica de radiodifusão AM utiliza uma antena omnidirecional polarizada verticalmente e, para estações de rádio AM com potência superior a 10 kW, a altura da antena fica entre 100 e 200 metros. A altura da antena precisa ser um quarto do comprimento de onda do sinal para garantir uma transmissão eficiente. Ao operar na banda de 1000 kHz, a altura da antena é de cerca de 75 metros.
As antenas transmissoras de sinal de TV de ultra-alta frequência (UHF) são normalmente projetadas como antenas em array, que podem focar a potência de transmissão em uma direção específica para aumentar a intensidade do sinal e reduzir a perda de energia em outras direções. As antenas de TV UHF transmitem potência entre 5 kW e 20 kW, e o tamanho do array de antenas varia de acordo com as necessidades específicas de cobertura; o comprimento do array de antenas em algumas grandes torres de TV urbanas pode exceder 50 metros.
Sinais de alta frequência (como rádio FM e sinais de televisão) requerem antenas relativamente curtas, como o rádio FM com uma faixa de frequência de 88 a 108 MHz e um comprimento de onda de cerca de 3 a 4 metros; portanto, o comprimento típico de uma antena é um quarto ou metade de um comprimento de onda, ou seja, entre 0,75 metros e 2 metros. Tamanhos de antenas de transmissão de sinal de baixa frequência, como antenas de radiodifusão de ondas longas, operam na faixa de frequência de 30 a 300 kHz, com comprimentos de onda entre 1 km e 10 km.
Tomando a antena receptora de TV doméstica como exemplo, o sinal de TV na banda UHF (470 a 862 MHz) utiliza um comprimento de onda de antena de 30 a 60 cm, portanto o tamanho da antena receptora fica entre 10 cm e 30 cm. A antena receptora de TV via satélite opera em frequências acima de 10 GHz, e o diâmetro do prato receptor varia de 60 cm a 1,8 m, dependendo da potência do sinal do satélite e da localização geográfica do ponto de recepção.
A antena transmissora utiliza cobre ou alumínio como material principal; o cobre tem uma condutividade elétrica de cerca de 5,96 × 10^7 S/m, uma das mais altas entre os metais comuns. Embora a condutividade do alumínio seja de apenas 2,38 × 10^7 S/m, ele ainda é um material comum para antenas transmissoras de alta frequência devido ao seu peso leve e resistência à corrosão. Para estações transmissoras de ondas curtas de alta potência (50 kW), o desempenho de dissipação de calor do material da antena é muito importante e precisa ser controlado por sistemas de resfriamento a ar ou líquido.
As torres e antenas devem ser projetadas para suportar ventos de mais de 200 quilômetros por hora. De acordo com os padrões da indústria, uma antena transmissora eficiente precisa ser capaz de manter um desempenho estável por 20 a 30 anos, e os custos de manutenção representam de 10% a 15% do custo do equipamento; antenas comuns possuem funções anti-interferência de rádio e blindagem eletromagnética, e o preço varia de 100 a 300 yuans.
Ganho da antena
O ganho da antena é uma medida importante da capacidade de uma antena de direcionar a radiação ou receber ondas eletromagnéticas, e é expresso em dBi (ganho relativo a uma antena isotrópica) ou dBd (ganho relativo a uma antena dipolo). Uma antena transmissora omnidirecional típica tem um ganho de 3 dBi, o que significa que ela pode focar o sinal horizontalmente e aumentar a intensidade do sinal em comparação com uma antena isotrópica. Antenas direcionais de alto ganho podem focar energia em uma direção específica, sendo possíveis ganhos de 10 dBi a 20 dBi. Algumas antenas transmissoras de alto ganho para Wi-Fi têm ganhos de até 12 dBi e podem cobrir distâncias de centenas de metros.
No campo da radiodifusão, uma antena transmissora de rádio FM típica geralmente possui um ganho de 10 dBi, o que garante a cobertura do sinal em um raio de 50 km a 100 km, dependendo da potência de transmissão. No caso de uma estação de rádio transmitindo 5.000 watts, uma antena com ganho de 10 dBi pode manter a qualidade do sinal por longas distâncias. Em estações rádio-base de comunicação móvel, o ganho da antena transmissora geralmente fica entre 14 dBi e 18 dBi. Tais antenas de alto ganho podem alcançar uma cobertura precisa na cidade, melhorando a estabilidade e a eficiência da comunicação. Tomando uma estação base urbana típica como exemplo, uma estação com potência de transmissão de 50 watts possui um ganho de antena de 16 dBi, podendo cobrir um raio de vários quilômetros.
Uma antena receptora de satélite típica tem um ganho de 30 dBi a 45 dBi; quanto maior o ganho, mais forte será o sinal recebido e maior será a clareza do sinal. Na Europa, uma antena receptora de satélite de 1,2 metros de diâmetro tem um ganho entre 38 dBi e 40 dBi, o que garante que a atenuação do sinal seja mantida dentro de limites aceitáveis mesmo em condições climáticas adversas. Se o ganho da antena receptora for inferior a 30 dBi, ela poderá não receber um sinal de TV claro em tempo de tempestade.
Para antenas receptoras de TV digital doméstica, o ganho fica entre 15 dBi e 25 dBi. Uma antena receptora de TV digital com preço de mercado de 200 yuans e ganho de 20 dBi pode receber sinais de TV a dezenas de quilômetros de distância. Uma antena com ganho de 25 dBi, cujo preço é cerca de 500 yuans, é adequada para usuários que vivem em áreas remotas.
Antenas omnidirecionais que cobrem uma área ampla geralmente possuem baixo ganho, com um ganho típico de 2 dBi a 5 dBi, o que é adequado para cenários que exigem cobertura simultânea de sinais em múltiplas direções, como roteadores Wi-Fi domésticos. Uma antena Wi-Fi com ganho de 2 dBi pode cobrir um raio de cerca de 30 metros, enquanto uma antena de 5 dBi de ganho pode estender-se a 50 metros ou mais. Muitos roteadores de alto desempenho usam antenas com ganho de 5 dBi a 9 dBi para garantir a cobertura de toda a casa e do quintal.
As antenas direcionais aumentam a cobertura focando os sinais em uma única direção. Tome como exemplo a antena direcional parabólica comum: seu ganho geralmente é superior a 20 dBi, sendo capaz de cobrir uma distância de vários quilômetros ou mais. Algumas antenas direcionais usadas para transmissões Wi-Fi de longa distância podem chegar a 24 dBi de ganho, permitindo a transmissão de sinal por vários quilômetros em áreas abertas. Em telecomunicações ou radiocomunicações, as antenas direcionais de alto ganho são particularmente comuns. Algumas antenas usadas em comunicações militares ou espaciais, por exemplo, podem atingir ganhos de 30 dBi a 40 dBi e transmitir sinais efetivamente por centenas de quilômetros, garantindo que um forte feedback de sinal ainda possa ser recebido em ambientes extremos.
