Equacionamento analítico de uma antena monocônica aplicada a radioenlaces recíprocos no domínio do tempo

Abstract

Neste trabalho é realizado um equacionamento analítico da antena monocônica de tamanho finito. As equações de Maxwell são resolvidas em um sistema de coordenadas esféricas, onde o cone da antena coincide com a superfície cônica do sistema de coordenadas esféricas e impõe condições de contorno de condutor elétrico perfeito. O tamanho finito também cria uma zona de transição de impedância, na qual os campos elétricos e magnéticos da região da antena e da região externa devem ser contínuos. Os campos elétricos e magnéticos são descritos por um somatório infinito de produtos de funções de Legendre associadas e de funções de Bessel. A descrição dos campos obtida permite a construção de diagramas de irradiação para diferentes comprimentos elétricos da antena e diversos ângulos de abertura. A impedância de entrada e o ganho relativo são calculados para diversos comprimentos elétricos. É realizada uma discussão acerca da tecnologia de banda ultra larga e a possibilidade do uso desta antena para esta tecnologia. Também é realizada uma discussão acerca da reciprocidade dos diagramas de radiação de recepção e transmissão nos domínios do tempo e da frequência, e da importância desta na tecnologia de banda ultra larga.

In this work an analytical mathematical development of a finite length monocone antenna is achieved. Maxwell’s equations are solved in the spherical coordinate system, where the antenna cone is coincident with the conical surface present in this coordinate system and imposes perfect electrical conductor boundary conditions. The finite length creates an impedance transition zone at the end of the antenna, in which the electrical and magnetic fields must be continuous. These fields are described by an infinite sum of products of Bessel and Legendre associated functions. Radiation patterns for four electrical lengths and two aperture angles are calculated based on this description. The input impedance and the antenna gain are calculated for several electrical lengths. A discussion about ultra wide band technology and the possible uses of the antenna on this tecnology is done. A discussion about the time and frequency domain reciprocity of the receive and transmission patterns and their importance in ultra wide band technology is also done.