Sintonize – As antenas são os olhos e ouvidos dos sistemas de detecção de fuga

Mesmo com imensas melhorias em potência de computação disponível para ferramentas de projeto e simulações, o projeto de antenas de RF permanece como algo obscuro. Os melhores projetistas de antenas são frequentemente engenheiros brilhantes, entretanto a maioria admite que a experiência anterior e, francamente, bastante sorte são elementos essenciais nos melhores projetos de antenas. Este blog vai explicar rapidamente a teoria envolvendo antenas e focar em como o desempenho de uma antena afeta a eficiência e a eficácia da detecção de fuga de sinal em cabos em geral.

Projeto e aplicação de antenas

A finalidade principal de uma antenas é converter sinais elétricos em ondas de rádio (transmissor) e vice-versa (receptor). Muitos fatores afetam a eficácia de uma antena, incluindo os materiais selecionados, o formato, tamanho, geometria e outros fatores. Os detalhes de projeto de uma determinada antena vão variar bastante com base em sua aplicação específica:

• Multidirecional x unidirecional
• Banda larga x banda estreita
• Fixa x portátil/móvel
• Alto ganho x baixo ganho
• Fator de forma (tamanho, peso)

Projeto de antenas

Os projetos de antenas englobam desde antenas simples do tipo vara de pesca à projetos complexos móveis para micro-ondas. Alguns dos projetos mais comuns e suas características estão listadas abaixo:

• Dipolo ½ onda – ideal para localizar fugas de VHF em campo
• Antenas polarizadas ajudam a destacar o tipo de fuga.
• Casar a polaridade ajuda a isolar a fonte de fuga, indicando o plano vertical ou horizontal.
• Antena em loop – semelhante à antena dipolo sem as propriedades de polarização.
• Este tipo de antena proporciona a direção, mas não a polarização
• Monopolo ou ¼ de onda do tipo vara de pesca – boa para uso veicular, não é de banda larga nem direcional
• Padrão de radiação de 360 graus, ideal para uso veicular.
• Antena de borracha dobrável (ou tipo hélice) – compacta/durável para uso em campo em geral, não é de banda larga nem direcional
• Yagi – ideal para localizar fugas de UHF em campo, em geral com um formato volumoso
• Dipolo periódico logarítmico – ideal para localizar em campo um amplo range de frequências em um conjunto de tamanho razoável.
• Antena de banda larga em formato de matriz, proporciona direção e ganho em relação a um amplo range de frequências.
• Espinha de peixe – agilidade em banda larga com ganho adicional em relação à uma antena padrão do tipo vara de pesca
• Probe de campo próximo – ideal para destacar fugas em pedestais lotados, sem frequência específica

Tamanho da antena

O tamanho de uma antena é inversamente proporcional à frequência da fuga que ela foi projetada para detectar. Além disso, o tipo de antena determinará se uma antena de ¼ de onda, ½ onda ou de onda completa será o transmissor/receptor mais eficiente. Em muitos casos, uma antena de onda completa não forma um transmissor/receptor eficiente. Vejamos a antena dipolo, por exemplo: a dipolo de ½ onda é um transmissor muito bom, enquanto uma antena dipolo de onda completa se cancela e é um transmissor muito ineficiente.

Apresentamos abaixo uma fórmula geral para calcular o comprimento ideal de uma antena dipolo de meia onda para qualquer frequência. Para os puristas, esta fórmula básica não leva em consideração os efeitos de pontas, portanto se trata de apenas uma aproximação, entretanto é precisa o suficiente para cálculos rápidos e estimativas.

• Fórmula geral: comprimento do dipolo de meia onda (polegada) = (5905*A)/Frequência (Hz) em que A é um fator normalmente próximo o suficiente a 1 para fazer aproximações genéricas
• Por exemplo: 5905/900 MHz = 6,6 pol., portanto para uma fuga de 900 MHz uma antena de 6,6 pol. de comprimento é ideal
• Por exemplo: 5905/120 MHz = 49 pol., aproximando-se da borda superior do que é prático para uso em campo

Por que isto é importante:

Entender a relação entre frequências e comprimento de antena permite criar dicas sobre onde/como o sinal pode estar em fuga da instalação. Se estiver procurando uma fuga de alta frequência, a “antena” ou o defeito de blindagem que permite a saída é provavelmente curto (pense no comprimento de uma fenda radial em um cabo físico de 0,500 ou na circunferência solta de um cabo físico, por exemplo). Ao procurar frequências mais baixas, pense em “antenas” mais longas.

Impacto de antena na eficácia do sistema de fuga de sinal em cabos

Para um testar um cabo em um veículo, a sensibilidade é mais importante que a direcionabilidade, pois a localização precisa é obtida por meio de quadrangulação de várias amostras. A cobertura de um espectro amplo também é importante com o advento de detectores de fuga com agilidade de frequência completa. Não é muito útil para um operador usar detectores que podem ter suas frequências de monitoramento alteradas com alguns toques se todos os veículos na frota precisarem trocar as antenas, para aproveitar esse recurso.

Para uma inspeção caminhando, a direcionabilidade é o fator mais importante para destacar rapidamente as fontes de fuga em campo. A sensibilidade deve ser adequada para detectar fugas distantes, e a cobertura de banda larga mais a sintonia em campo ajudam a minimizar a quantidade de antenas que são necessárias. Antenas dipolo, yagi, ou periódicas logarítmicas são excelentes neste use case, especialmente quando são projetadas especificamente para uso em cabos (são pequenas, duráveis e encaixam-se atrás do assento de pequenos veículos).

Resumo

O projeto de uma antena não é fácil nem é uma ciência precisa, entretanto quando feito da forma correta os resultados podem ser impressionantes. Os melhores sistemas de fuga em cabo terão sucesso ao criar um portfólio de antenas que:

• Fornece máxima flexibilidade de layout de canal, suportando a agilidade de frequência de toda a faixa de banda do detector
• Facilita descoberta em campo mais rápida e correção via antenas de inspeção montada para uma finalidade com excelente direcionabilidade
• Permite a detecção de fugas que sistemas menores não vão detectar por meio de antenas de alto ganho

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