Antena LPDA vs. Antena Yagi

Uma antena desempenha um papel importante nos sistemas de comunicação, sendo o principal componente responsável pela transmissão e receção de sinais entre a fonte e o destino. Basicamente, as antenas convertem energia eléctrica em ondas electromagnéticas e vice-versa. Existem muitos tipos de antenas com diferentes tamanhos, formas e parâmetros de desempenho. O desempenho global de um sistema de comunicação depende fortemente do desempenho da antena, pelo que é fundamental selecionar uma antena adequada para o sistema. Este artigo apresenta uma visão geral de dois dos tipos de antenas mais comuns, as antenas LPDA e as antenas Yagi.

O que é uma antena LPDA?

LPDA é a sigla de Logic Periodic Dipole Antenna (Antena de Dipolo Periódico Lógico) e é assim chamada devido ao facto de a impedância desta antena ser uma função logaritmicamente periódica da frequência. As antenas LPDA são compostas por elementos dipolo que são montados próximos uns dos outros, paralelamente e de cada lado da linha de alimentação com fase alternada, em intervalos específicos seguindo uma função logarítmica da frequência. O comprimento de cada elemento dipolo diminui em direção à frente da antena. Este é um tipo de antena multidirecional e pode captar diferentes frequências devido ao facto de ter elementos de diferentes comprimentos. O espaçamento destes elementos permite a sintonização da gama de frequências da LPDA e determina os parâmetros de desempenho como o ganho, a directividade, o padrão de radiação, etc. Isto torna-os ideais para aplicações em que diferentes frequências têm de ser transmitidas ou recebidas em diferentes ângulos e diferentes frequências, como routers WiFi, boosters, antenas de televisão, etc.

Vantagens da antena LPDA

Grande largura de banda: Os LPDAs cobrem um amplo espetro de frequências devido à elevada largura de banda, eliminando assim a necessidade de múltiplas antenas para diferentes bandas de frequência. Funcionam nas gamas HF e UHF.

Ganho elevado: As antenas LPDA têm um ganho elevado de cerca de 9 a 11 dBi, permitindo assim uma transmissão e receção focalizadas dos sinais.

Versatilidade: As antenas LPDA são versáteis para uma vasta gama de aplicações, uma vez que podem funcionar com várias frequências diferentes. Isto é possível devido ao facto de diferentes elementos da antena LPDA serem capazes de transmitir e receber sinais de diferentes frequências.

Desvantagens da antena LPDA

Dimensão e complexidade: As antenas LPDA são ligeiramente complexas de conceber e fabricar, uma vez que necessitam de conter comprimentos e espaçamentos precisos entre elementos. O tamanho pode ser pequeno e compacto, mas quando são necessárias antenas com ganhos elevados ou elevado desempenho VSWR, o comprimento pode ser bastante longo.

Considerações sobre os custos: As antenas LPDA concebidas para utilização comercial podem ser ligeiramente dispendiosas, uma vez que requerem material de qualidade e vários elementos dipolo em tamanhos específicos.

Ganho inferior ao YagiA antena LPDA foi concebida para banda larga, pelo que o ganho mais elevado é de 11dBi, mas a antena Yagi tem uma largura de feixe estreita que lhe permite atingir um máximo de 17-20dBi.

O que é uma antena Yagi?

As antenas Yagi são ligeiramente semelhantes às antenas LPDA. Mas, ao contrário das antenas LPDA, as antenas Yagi são altamente direcionais e funcionam normalmente numa frequência ou numa gama muito pequena de frequências. Os principais componentes de uma antena Yagi são a barra central na qual os outros elementos estão ligados, um elemento principal de condução que transmite ou recebe sinais principalmente, um refletor na extremidade que reflecte os sinais para o padrão de radiação e os elementos diretores em ambos os lados da barra que ajudam a focar todos os sinais reflectidos para o padrão de radiação. Numa antena Yagi, o elemento de condução gera ondas electromagnéticas e o elemento refletor colocado atrás do elemento de condução reflecte essas ondas para a frente, de modo que os elementos diretores colocados na frente dirigem e focam as ondas reflectidas para a frente. As antenas Yagi são ideais para aplicações que exigem que o sinal seja focado numa determinada direção, como radares e sistemas de comunicação ponto a ponto de longa distância.

Vantagens da antena Yagi

Alta directividade: As antenas Yagi têm geralmente uma largura de feixe de cerca de 8 a 50 graus. Uma vez que concentram todos os sinais num ângulo de campo mais curto, têm uma directividade muito elevada em comparação com as antenas multidireccionais ou antenas omnidireccionais.

Design simples: As antenas Yagi são bastante simples de construir, pois têm elementos passivos do mesmo comprimento colocados em intervalos fixos ao longo de uma haste. Embora existam algumas antenas yagi impressas avançadas, geralmente elas podem ser construídas com materiais facilmente disponíveis.

Relação custo-eficácia: As antenas Yagi estão amplamente disponíveis a baixo custo. Mesmo o equipamento e os componentes de manutenção das antenas Yagi podem ser encontrados a um custo mais baixo. Considerando o elevado ganho e a elevada direccionalidade oferecidos pelas antenas Yagi, estas são muito rentáveis.

Desvantagens da antena Yagi

Largura de banda estreita: As antenas Yagi proporcionam um ganho elevado, mas apenas para uma largura de banda limitada de cerca de 45 a 90 graus, pelo que se tornam muito específicas da aplicação e menos versáteis.

Gama de frequências limitada: As antenas Yagi são normalmente construídas para trabalhar com uma frequência ou com uma gama muito pequena de frequências. Para além desta gama, a capacidade de receção ou transmissão do sinal é muito fraca.

Comparação entre as antenas LPDA e as antenas Yagi

Conceção e construção:

As antenas LPDA têm normalmente uma estrutura triangular. São compostas por vários elementos condutores com diferentes comprimentos e distâncias entre si, dispostos num padrão específico ao longo de uma estrutura semelhante a uma barra. As antenas Yagi têm uma estrutura mais linear com vários elementos diretores com relativamente o mesmo comprimento dispostos num conjunto ao longo de uma estrutura semelhante a uma LPDA. As antenas Yagi são ligeiramente mais fáceis de construir e fabricar, uma vez que têm elementos de comprimento semelhante. As antenas LPDA são ligeiramente mais complexas em termos de conceção e fabrico. Tanto as antenas LPDA como as Yagi são bastante semelhantes em termos de instalação e manutenção. No entanto, as antenas Yagi requerem mais atenção durante a instalação, uma vez que exigem um alinhamento preciso para um desempenho ótimo numa direção específica.

Parâmetros de desempenho: 

As antenas LPDA funcionam geralmente em gamas de frequência entre 30 e 4200 MHz e as antenas Yagi entre 30 e 3000 MHz. Mas tanto as antenas LPDA como as Yagi também estão disponíveis em gamas de frequência muito maiores, dependendo do fabricante. As antenas LPDA têm um padrão de radiação amplo em comparação com as antenas Yagi, que normalmente têm uma largura de banda estreita. As antenas Yagi são altamente direcionais e, por conseguinte, focam os sinais num ângulo de cerca de 45 graus a 90 graus. As antenas LPDA, devido à sua estrutura com elementos de diferentes comprimentos e espaçamentos, são capazes de cobrir um ângulo muito mais amplo em termos de directividade. As antenas Yagi têm um ganho mais elevado em comparação com as antenas LPDA, mas ambas as antenas são geralmente consideradas como antenas direcionais de elevado ganho em comparação com outros tipos.

Cenários de aplicação:

As antenas LPDA são normalmente utilizadas em sistemas de communicação que necessitam de transmitir e receber sinais simultaneamente em várias direcções e em várias frequências, tais como LPWAN, LoRa, LTE-M, NB-IoT, IoT, aplicações M2M, etc. As antenas Yagi, com a sua estreita gama de frequências e elevada direccionalidade, são normalmente utilizadas em sistemas de comunicação ponto-a-ponto e em aplicações de comunicação por rádio de difusão, domésticas e comerciais.

Considerações sobre os custos: 

O investimento inicial situa-se geralmente num intervalo semelhante para as antenas LPDA e Yagi. No entanto, as antenas LPDA são geralmente consideradas mais económicas, uma vez que podem ser utilizadas como uma solução versátil para muitas aplicações. Embora os custos de manutenção de ambos os tipos de antenas sejam aproximadamente semelhantes, as antenas Yagi podem necessitar de uma manutenção mais periódica para manter o desempenho ideal para os seus casos de utilização altamente diretivos e específicos.

Aplicações no mundo real

Antenas periódicas lógicas

Radiodifusão: As antenas LPDA são utilizadas em transmissões de rádio e televisão devido à sua capacidade de cobrir um amplo espetro de frequências. Isto torna possível a transmissão de sinais através de vários canais, proporcionando cobertura tanto em áreas urbanas como remotas.

Militar e defesa: As antenas LPDA são amplamente utilizadas em aviões, satélites, sistemas de radar, equipamento militar, etc., para aplicações de defesa e segurança. As antenas LPDA são ideais para missões críticas e operações de vigilância nas forças armadas devido à sua durabilidade, largura de banda e caraterísticas direcionais.

Antenas Yagi

Rádio amador: As antenas Yagi são utilizadas commonalmente em comunicações de rádio amador devido ao seu elevado ganho e direccionalidade. Uma vez que as antenas Yagi são eficientes na redução de interferências de outras fontes, são ideais para ambientes com elevado tráfego de rádio. Podem ser utilizadas para estabelecer ligações fiáveis em vastas áreas geográficas sem degradar a qualidade do sinal.

Receção de televisão: As antenas Yagi são muito úteis, especialmente em áreas com estações de radiodifusão fracas ou distantes. Devido à elevada direccionalidade e ao elevado ganho, podem captar eficazmente sinais de torres de emissão distantes, melhorando assim a qualidade da receção de televisão.

Conclusão

As antenas podem ser consideradas como o componente mais importante de um sistema de comunicação co1TP8. O seu desempenho terá um impacto fundamental na qualidade global do sistema de comunicação comm. A seleção de uma antena para uma aplicação específica dependerá dos requisitos de desempenho, bem como das condições ambientais, considerações de custo, facilidade de instalação e manutenção, etc. Este artigo forneceu uma breve visão geral das antenas LPDA e Yagi e como elas se comparam umas com as outras. Para aplicações que requerem um melhor sinal numa banda de frequência, a antena Yagi é a melhor opção, enquanto para aplicações que requerem uma antena versátil para uma vasta gama de frequências, a antena periódica de registo é a melhor escolha. No entanto, para selecionar uma antena ideal para uma aplicação, é importante ter em conta todos os factores e consultar especialistas e fabricantes de antenas pode ser benéfico.