O que é uma antena UHF?

A antena UHF é um dispositivo que recebe e transmite sinais na gama de frequências ultra-altas, que se situa normalmente entre 300 MHz e 3 GHz. As antenas UHF são utilizadas em várias aplicações, como a radiodifusão televisiva, as comunicações sem fios, as comunicações móveis, o GPS, etc., e são úteis em vários sectores.

Neste artigo, apresentaremos uma visão geral das antenas UHF, abrangendo as suas considerações de conceção, aplicações, comparações de desempenho com outras bandas de frequência e informações sobre as crescentes tendências de mercado para antenas UHF em vários sectores.

O que é UHF?

UHF é a sigla de Ultra High Frequency (frequência ultra-alta), geralmente considerada para frequências entre 300 MHz e 3 GHz. Foi descoberta pela primeira vez no início do século XX e rapidamente se tornou uma parte importante dos sistemas de comunicação. As primeiras aplicações da banda UHF incluíam radares militares, comunicações por rádio e radiodifusão televisiva.

O alcance máximo da transmissão UHF é de 48 a 64 km (30 a 40 milhas) ou menos, dependendo do terreno local. Os repetidores de rádio podem ser utilizados para retransmitir sinais UHF quando é necessária uma distância superior à linha de visão.

A banda UHF é definida como a parte do espetro eletromagnético com frequências que vão de 300 MHz a 3 GHz. Esta gama de frequências corresponde a comprimentos de onda entre aproximadamente 1 metro e 10 centímetros. A banda UHF situa-se entre a banda de frequência muito alta (VHF) e a banda de frequência super alta (SHF).

As ondas de rádio UHF propagam-se normalmente através da linha de visão e são bloqueadas por obstruções. Mas são suficientemente fortes para o acesso em espaços interiores. Devido ao menor comprimento de onda dos sinais UHF, o tamanho das antenas necessárias para UHF é pequeno em comparação com VHF. As frequências UHF suportam taxas de dados mais elevadas em comparação com as bandas de frequência mais baixas.

O que é uma antena UHF?

As antenas UHF convertem energia eléctrica em ondas electromagnéticas que podem transportar informações, como voz, vídeo ou dados, através do ar ou do espaço para serem recebidas por outras antenas ou dispositivos de comunicação.

1. Princípio de funcionamento das antenas UHF

As antenas UHF são construídas para receber e transmitir ondas electromagnéticas na gama de frequências entre 300 MHz e 3 GHz. São utilizadas numa vasta gama de aplicações, desde a radiodifusão televisiva e radiofónica, comunicação sem fios, dispositivos móveis, segurança pública e sistemas de resposta a emergências, etc.

As antenas UHF funcionam começando por receber os sinais electromagnéticos enviados pelo transmissor. Os sinais são então captados através da utilização de diferentes elementos condutores, como fios ou hastes metálicas, dispostos num padrão específico. Este sinal captado é convertido num sinal elétrico através da indução de uma corrente eléctrica nos elementos condutores das antenas. Uma antena UHF também pode ser utilizada para transmitir sinais. Neste caso, a antena é alimentada com um sinal elétrico que gera campos eléctricos e magnéticos nos elementos condutores, os quais são depois propagados no espaço sob a forma de ondas de rádio que transportam a informação codificada no sinal elétrico. Com base na conceção da antena, o padrão de radiaçãoe a directividade global da antena.

2. Caraterísticas de conceção das antenas UHF

As antenas UHF podem ser concebidas de várias formas. Antenas de plano de terra, antenas de matriz periódica de registo e Antenas Yagi são alguns dos modelos mais comuns de antenas UHF. As antenas podem ser concebidas para funcionar em frequências específicas com a gama 300 MHz e 3 GHz. O ganho e a directividade também podem ser personalizados através da utilização de diferentes concepções. As antenas UHF também podem ser concebidas para fornecer polarização vertical ou horizontal com base nos requisitos da aplicação. Algumas das outras caraterísticas de design a serem consideradas são os materiais de construção e as opções de montagem. Estas podem ser decididas com base na durabilidade e facilidade de manutenção, nas condições do ambiente de funcionamento e nos requisitos gerais de desempenho.

Aplicações da antena UHF

As antenas UHF são normalmente utilizadas para uma vasta gama de aplicações em vários sectores. Alguns dos melhores casos de utilização são descritos brevemente de seguida.

Radiodifusão televisiva: As antenas UHF são utilizadas para receber os sinais de televisão dos canais que se encontram na banda UHF.

Comunicação sem fios: As antenas UHF são normalmente utilizadas em dispositivos WiFi, Bluetooth e routers sem fios. São eficientes na receção de sinais em distâncias curtas. Utilizadas para a transmissão de dados a curtas distâncias.

Comunicação por satélite: As antenas UHF são úteis em serviços como a televisão por satélite e os serviços de Internet por satélite.

Sistemas de navegação: As antenas UHF são utilizadas em aplicações de aviação para comunicar entre aeronaves, controlo de tráfego aéreo e estações terrestres.

Sistemas RFID: Principalmente em sistemas de logística e rastreio, as antenas UHF são utilizadas para ler e escrever dados em etiquetas RFID. Algumas aplicações comuns são o rastreio de inventário, o controlo de acesso e a gestão de activos. As antenas UHF são utilizadas em sistemas RFID na indústria retalhista para proporcionar visibilidade em tempo real e um acompanhamento preciso do inventário, o que nos permite obter dados valiosos sobre os produtos. Na indústria transformadora, as antenas UHF em sistemas RFID são cruciais para fins de rastreio e automatização em tempo real, o que melhora inevitavelmente a eficiência da produção, bem como o controlo da qualidade. Nos sistemas de saúde, as antenas UHF são utilizadas para o rastreio de equipamento médico e farmacêutico.   

Militar e defesa: As antenas UHF são utilizadas no sector militar para sistemas de comunicação navais e aeroespaciais. Podem ser utilizadas para uma comunicação precisa entre navios e aeronaves, o que é vital para as operações militares. As antenas UHF são também utilizadas para actividades de vigilância nas forças armadas, como a deteção e localização de drones intrusos, mísseis, etc.

Segurança pública e serviços de emergência: As antenas UHF são utilizadas em vários sistemas de comunicação nos departamentos de polícia, aplicações de segurança, serviços de defesa, bombeiros, serviços de ambulância, etc., porque são capazes de fornecer comunicação numa área alargada.

Comunicação via rádio: As antenas UHF também são utilizadas em dispositivos de rádio, como walkie talkies e rádios de duas vias, para comunicação na banda de frequência UHF.

Tipos de antenas UHF

As antenas UHF estão disponíveis no mercado em diferentes formas e configurações. Alguns dos tipos mais utilizados são descritos a seguir.

Antenas monopolo: São antenas constituídas por uma única haste ou fio metálico, frequentemente utilizadas em dispositivos de comunicação móvel devido ao seu tamanho compacto.

Antenas dipolo: Uma antena dipolo é constituída por duas hastes ou fios metálicos dispostos em linha reta. São normalmente utilizadas na receção de sinais de televisão e em sistemas de radiocomunicação.

Antenas Yagi: Este tipo de antenas UHF tem vários elementos paralelos dispostos em linha e é normalmente utilizado para a receção de televisão.

Antena de painel: Este tipo de antenas UHF é normalmente utilizado para routers WiFi, amplificadores de sinal, sistemas RFID, etc. Estão normalmente disponíveis como dispositivos planos de forma quadrada ou retangular.

Antenas parabólicas: Este tipo de antenas UHF é utilizado para comunicações de longo alcance em aplicações como CCTV e sistemas de comunicação ponto a ponto. São normalmente constituídas por um disco refletor em forma de parábola com um alimentador de sinal no seu ponto focal.

Antenas de matriz: As antenas de matriz consistem em várias antenas mais pequenas dispostas num padrão específico. São utilizadas em aplicações de elevado ganho em que é necessário um controlo preciso do padrão de radiação.

Vantagens e desvantagens da antena UHF

1. Vantagens

• Ampla gama de frequências: As antenas UHF podem ser utilizadas para transmitir e receber sinais numa vasta gama de frequências, o que as torna mais versáteis para várias aplicações.

• Taxas de dados elevadas: As antenas UHF têm taxas de dados elevadas em comparação com as bandas de frequência mais baixas e são adequadas para sistemas de comunicação modernos.

• A penetração através de obstáculos é relativamente boa: Apesar de existirem algumas obstruções quando transmitido através de obstáculos, continua a ser suficiente para utilização em interiores.

2. Desvantagens

• Os sinais UHF são obstruídos devido à interferência de factores ambientais, como a chuva e a folhagem, que podem degradar a qualidade do sinal.
• As antenas UHF são mais afectadas do que as VHF por obstruções, como edifícios e árvores, que podem limitar o seu alcance efetivo.

Instalação e sintonização da antena UHF

Ao instalar uma antena UHF, é necessário monitorizar cuidadosamente factores como a localização, a altura e a orientação para otimizar a receção do sinal.

Os passos seguintes dão-lhe uma ideia do método correto para instalar e sintonizar uma antena UHF para obter o melhor desempenho possível.

1. Factores-chave para a instalação

• Evitar obstáculos metálicos nas proximidades: Os objectos metálicos podem interferir com a receção do sinal ao reflectirem os sinais. Por isso, é importante evitar colocar a antena perto de grandes objectos metálicos, como depósitos de água, aparelhos de ar condicionado, etc.
• Altura de instalação: As antenas UHF funcionam melhor quando instaladas num local com uma linha de visão clara para a fonte do sinal, o que significa que a antena é ideal para ser montada a uma altura suficiente para evitar obstáculos como árvores, edifícios ou outras estruturas.
• Exposição ao vento e às condições climatéricas: Tenha em atenção que o sistema de montagem da antena deve ser estável e capaz de suportar o vento e outras condições climatéricas. Se a antena for instalada no exterior, recomenda-se a utilização de materiais resistentes às intempéries para a montagem, de modo a manter a durabilidade a longo prazo.

2. Passos para a instalação de uma antena UHF

• Antena UHF correta: Antes de instalar, é necessário identificar o tipo de antena UHF que melhor se adapta às suas necessidades. Diferentes tipos de antenas, como as antenas Yagi, omnidireccionais ou de painel, são concebidas para várias aplicações. Por exemplo, na comunicação de longo alcance, uma antena Yagi é adequada devido ao seu elevado ganho, enquanto uma antena antena omnidirecional é ideal para proporcionar uma cobertura de 360 graus. 
• Identificar o local de montagem: Em seguida, é necessário identificar um local que ofereça um caminho livre entre a antena e o alvo de comunicação. Pode utilizar um telhado, uma torre ou um poste para minimizar o risco de os obstáculos interferirem com o sinal.
• Montar a antena UHF: Siga as instruções do fabricante para montar corretamente a antena. Dependendo do design, pode ser necessário anexar elementos específicos, como reflectores ou diretores, ao corpo da antena principal.
• Montar a antena: Fixe a antena num poste, mastro ou suporte de montagem. É necessário certificar-se de que a estrutura é estável e capaz de suportar as condições ambientais. Para antenas direcionais como a Yagi, certifique-se de que a antena está corretamente alinhada com a fonte de comunicação para uma receção óptima do sinal.
• Ligar a antena ao dispositivo: Utilizando um cabo adequado, ligue a antena UHF ao dispositivo sem fios, como um router ou um recetor. Certifique-se de que as ligações estão bem apertadas e bem isoladas para evitar a perda de sinal.
• Configurar o dispositivo sem fios: Após a instalação da antena, configure o dispositivo ligado para corresponder ao tipo de antena. Dependendo do sistema, poderá ser necessário aceder às definições do dispositivo e especificar os parâmetros da antena. Para o efeito, pode consultar as instruções do fabricante.

3. Sintonização para uma receção optimizada do sinal

Depois de instalar a antena, é importante sintonizar a antena para garantir a intensidade e a receção ideais do sinal. A sintonização ajusta a orientação, a posição, etc. da antena para corresponder à fonte de transmissão, minimizando a perda de sinal.

• Medidor de SWR: Pode utilizar um medidor de intensidade de sinal para medir a qualidade e a intensidade do sinal recebido. Esta ferramenta ajuda a afinar a orientação da antena para maximizar a receção do sinal.
• Ajustar a altura: Se o sinal for fraco, pode tentar elevar a antena mais alto para afastar obstruções próximas ou evitar interferências de objectos circundantes.
• Direção da antena: Para antenas direcionais, como as antenas Yagi ou parabólicas, é essencial apontar com precisão para a fonte de sinal. Assim, é possível alterar a direção para obter a máxima intensidade de sinal.
• Corresponder a impedância: Certifique-se de que a impedância da antena está corretamente emparelhada com a linha de transmissão para minimizar a reflexão e a perda de sinal.

Como escolher a melhor antena para aplicações UHF

Ao escolher a antena UHF certa, é necessário considerar cuidadosamente vários factores para garantir o melhor desempenho com base nas suas necessidades específicas.

As antenas UHF são utilizadas numa grande variedade de aplicações, desde a radiodifusão televisiva às comunicações móveis e à navegação por satélite, e cada uma delas exige considerações de conceção específicas.

Incluímos aqui alguns factores-chave para o orientar na escolha da melhor antena para a sua aplicação UHF.

1. Determinar a sua aplicação

Como primeiro passo para selecionar a antena UHF correta, é necessário identificar o caso de utilização principal.

As antenas UHF podem ser utilizadas para diferentes fins, tal como discutido anteriormente, que são

Radiodifusão televisiva: Uma antena UHF para radiodifusão televisiva dará prioridade à receção estável do sinal, ao mesmo tempo que transmite o sinal numa área geográfica específica.

Comunicação móvel: Para aplicações móveis, as antenas UHF são utilizadas na transmissão de dados através de redes celulares, pelo que devem ser consideradas antenas com maior ganho e direccionalidade.

Navegação por satélite: As antenas UHF que são utilizadas em sistemas de navegação por satélite captam sinais de satélites, o que exige antenas altamente direcionais.

Serviços sem fios: Para Wi-Fi, Bluetooth e outros sistemas de comunicação de curto alcance, a antena deve ser sintonizada para garantir a eficiência e o mínimo de interferência.

Compreender as suas necessidades específicas ajudá-lo-á a selecionar o tipo de antena que melhor se adequa à sua aplicação.

2. Compreender a gama de frequências

Como já foi referido, diferentes aplicações UHF funcionam em diferentes frequências dentro da banda de 300 MHz a 3 GHz.

Por isso, é importante escolher uma antena que seja concebida para funcionar dentro da gama de frequências da sua aplicação específica. Aqui estão as gamas de frequência para diferentes aplicações,

• A radiodifusão televisiva utiliza normalmente frequências na gama de 470 MHz a 890 MHz.
• Comunicações móveis: Funcionam numa gama mais vasta, normalmente de 450 MHz a 3 GHz, consoante a geração (2G, 3G, 4G, 5G).
• Wi-Fi e Bluetooth: Utilizar frequências próximas de 2,4 GHz.

É necessário certificar-se de que a antena escolhida está sintonizada para a gama de frequências correta para a sua aplicação específica, de modo a garantir um funcionamento eficiente.

3. Requisitos de ganho

O que é ganho? O ganho é uma medida de quão bem uma antena foca e direciona a energia do sinal numa determinada direção.

Ao escolher uma antena UHF, é necessário ter em conta o ganho em função da distância e do tipo de comunicação.

Antenas de alto ganho: Estas antenas são as melhores para comunicações de longa distância. Concentram a energia numa direção específica, o que pode aumentar significativamente a intensidade do sinal em longas distâncias. São frequentemente utilizadas em aplicações como a comunicação por satélite ou a comunicação ponto-a-ponto.

Antenas de baixo ganho: Estas antenas são mais adequadas para comunicações de curto alcance, uma vez que oferecem um padrão de radiação mais amplo e menos focado, o que é ideal para aplicações em que é necessária cobertura em todas as direcções, como Wi-Fi, Bluetooth ou sistemas de difusão local.

4. Direcional ou omnidirecional

As antenas UHF dividem-se em duas categorias principais em termos de padrão de radiação,

Antenas direcionais: Estas antenas (por exemplo: antenas Yagi, antenas de painel, antenas de sector, antena parabólica) focam o sinal numa direção e são normalmente utilizadas em sistemas de comunicação de longo alcance em que a direção do transmissor é conhecida. São perfeitas para aplicações como a navegação por satélite.

Antenas omnidireccionais: Estas antenas transmitem e recebem sinais em todas as direcções e são mais adequadas para comunicações de curto alcance. Os exemplos incluem antenas de telemóveis e routers Wi-Fi. As antenas omnidireccionais são úteis quando é necessária uma ampla cobertura em todas as direcções.

A escolha entre estes dois tipos depende da necessidade de um sinal focado numa direção ou de uma cobertura alargada.

5. Dimensão e fator de forma

O tamanho físico e a forma de uma antena UHF podem variar consoante a conceção e a aplicação,

Antenas compactas: São utilizadas em dispositivos móveis ou pequenas instalações onde o espaço é limitado.

Antenas maiores: Estas antenas têm normalmente um ganho mais elevado e são utilizadas em aplicações em que o espaço de instalação não é uma limitação, como em telhados ou torres.

Portanto, considere o espaço de instalação, a portabilidade e os requisitos estéticos ao escolher a antena certa. Por exemplo, quando está a escolher uma antena para aplicações residenciais, uma antena de painel compacta e esteticamente agradável pode ser ideal.

6. Ambiente de instalação

O local onde a antena é instalada também desempenha um papel fundamental na seleção do modelo certo. Devem ser considerados factores ambientais como a temperatura, a humidade, o vento e a exposição aos elementos.

Antenas de interior: Estas antenas são normalmente mais pequenas e fáceis de instalar.

Antenas exteriores: Estas antenas devem ser resistentes às intempéries e duradouras, uma vez que estão expostas a várias condições ambientais. Materiais como a fibra de vidro ou o aço inoxidável são frequentemente utilizados nas antenas exteriores para melhorar a durabilidade e o desempenho em ambientes adversos.

7. Polarização da antena

O que é Polarização? Polarização da antena refere-se à orientação do campo elétrico da onda electromagnética.

As antenas UHF podem ser polarizadas verticalmente ou horizontalmente. É importante fazer coincidir a polarização da antena com a polarização do sinal que está a ser transmitido ou recebido,

• Polarização vertical: Utilizada habitualmente nas comunicações móveis.
• Polarização horizontal: Normalmente utilizada para a radiodifusão televisiva.

A seleção da polarização correta garante que a antena transmite e recebe sinais de forma eficiente, minimizando as perdas devidas a incompatibilidades de polarização.

8. Correspondência de impedâncias

A correspondência de impedância entre a antena e a linha de transmissão é muito importante para minimizar a reflexão do sinal e garantir a máxima transferência de potência. A maioria das antenas UHF tem uma impedância padrão de 50 ohms, que é a mesma da maioria dos cabos coaxiais usados em comunicação sem fio.

Certifique-se de que a sua antena e a linha de transmissão têm uma impedância correspondente para evitar perdas de sinal.

Considerações sobre o design de antenas UHF

Ao conceber uma antena UHF, devem ser considerados o tamanho, o ganho e a directividade, que têm um impacto direto no seu desempenho. Assim, a conceção de antenas que equilibrem estes factores e satisfaçam os requisitos específicos da aplicação pode ser um desafio.

Outras considerações de engenharia incluem a seleção de materiais, a correspondência de impedâncias e factores ambientais, como a resistência às intempéries.

Comparação entre UHF e outras bandas

1. Antena UHF vs. VHF

As antenas VHF funcionam na gama de 30 MHz a 300 MHz, oferecendo comprimentos de onda mais longos e têm um melhor alcance em comparação com as antenas UHF. As antenas VHF são vantajosas para a comunicação a longa distância porque os seus comprimentos de onda mais longos são menos susceptíveis a obstáculos ambientais, como edifícios, árvores ou condições meteorológicas. Este facto torna as VHF adequadas para comunicações marítimas e aeronáuticas.

No entanto, as antenas UHF oferecem taxas de dados mais elevadas, o que as torna ideais para redes móveis e navegação por satélite.

2. Antena UHF vs. SHF

Em comparação com as antenas SHF (3 GHz a 30 GHz), as antenas UHF são mais versáteis na sua capacidade de penetrar em obstáculos como paredes e árvores, o que as torna mais adequadas para aplicações interiores ou urbanas. As antenas SHF, frequentemente utilizadas para comunicações por micro-ondas e satélite, proporcionam taxas de transmissão de dados extremamente elevadas, mas são limitadas pela propagação em linha de vista e pelo curto alcance, uma vez que os sinais de frequências mais elevadas são mais susceptíveis à atenuação da chuva e de outras condições atmosféricas.

As antenas UHF estabelecem um equilíbrio entre o maior alcance de VHF e a maior capacidade de dados de SHF, tornando-as numa solução ideal para redes de televisão, comunicações móveis e segurança pública.

Desenvolvimento do mercado e perspectivas

O mercado das antenas UHF está a crescer, devido ao aumento da procura de sistemas de comunicação sem fios, serviços de satélite e redes de segurança pública.

Com o surgimento do 5G e da Internet das Coisas (IoT), espera-se que a necessidade de uma antena UHF eficiente aumente. No entanto, continuam a existir desafios como a interferência e a necessidade de designs mais compactos e eficientes.

Conclusão

As antenas UHF são uma parte essencial dos sistemas de comunicação modernos, oferecendo uma ampla cobertura, elevadas taxas de transmissão de dados e adequação a várias aplicações. À medida que a tecnologia continua a avançar, o papel das antenas UHF tornar-se-á ainda mais crítico em vários sectores.