Antena Impressa GPS

Neste texto descrevo o projeto e montagem de uma antena impressa quadrada para utilização num receptor de GPS em 1575 MHz.

Este tipo de antena proporciona um diagrama de radiação quase hemisférico com polarização circular direita.

O sistema de posicionamento global, GPS, fornece continuamente, com grande precisão, informação relativa à posição tridimensional (longitude, latitude e altitude) e velocidade do utilizador. O GPS é um sistema composto de um grupo de 24 satélites, a rede de controle e monitoramento e os terminais de recepção.

Desde o seu aparecimento, o GPS vem ganhando muita importância em termos de aplicações comerciais, e não são as grandes empresas que utilizam o sistema de posicionamento global, atualmente qualquer pessoa pode ter um GPS e utilizá-lo de diversas maneiras, a verdade é que existem inúmeras aplicações de GPS em sistemas de navegação aérea, marítima e terrestre.

As principais especificações das antenas para serem utilizadas nos terminais dos receptores de GPS são, para além da frequência que pode ser 1575 MHz ou 1227 MHz, um diagrama de radiação com cobertura praticamente hemisférica e polarização circular direita.

Neste texto apresento um elemento impresso quadrado com dois pontos de excitação com linha impressa que tem as características específicas para um terminal receptor de GPS na frequência de 1575 MHz.

A blindagem do plano de terra garante uma radiação pouco significativa no hemisfério inferior, a polarização circular é conseguida utilizando linhas de alimentação impressas ligadas aos lados adjacentes perpendiculares com comprimentos que proporcionam a desejada diferença de fase de 90 graus.

Embora pudesse ser um elemento quadrado comum com a medida para 1575 MHz, para maior ganho, preferi um elemento quadrado com dois pontos de excitação com linha impressa ligada aos lados adjacentes perpendiculares.

A placa de circuito impresso utilizada tinha a camada metálica com 1.56 mm de espessura, e as dimensões dos elementos impressos estão indicadas na figura abaixo assim como as demais medidas, que, aliás, deve ser considerado qualquer milímetro de diferença, as medidas são as especificadas, não deve ser a mais e nem a menos.

As medidas foram calculadas para 1575 MHz, como pode ser facilmente percebido, trata-se de uma antena constituída por um elemento quadrado com dois pontos de excitação com linha impressa ligada aos lados adjacentes perpendiculares.

Com esse arranjo a antena tem maior rendimento do que uma antena com um elemento com um só ponto de alimentação, chamado de elemento retangular com excitação na diagonal.

Da mesma forma, uma antena constituída por um elemento quadrado com dois pontos de excitação com linha impressa ligada aos lados adjacentes perpendiculares também apresenta resultados melhores do uma antena com um elemento quadrado com os dois vértices opostos cortados e com excitação central.

A relação axial pode ser calculada com base na fórmula abaixo:

Acho melhor deixar os detalhes de como se fazem os cálculos, em todo caso, quem gosta de matemática pode experimentar, melhor mesmo é montar e ver funcionando.

Para os montadores experientes o aviso a seguir é desnecessário, mas mesmo assim lá vai: a descida do sinal deve ser feita com cabo coaxial da melhor qualidade possível e todos os cuidados com relação a materiais perigosos como percloreto de ferro que podem deixar cego quem se distrair.

REFERÊNCIAS:
P.S.Hall, “Review of Techniques for Dual and Circularly Polarised Microstrip Antennas” em The Analysis and Design of Microstrip Antennas and Arrays, editado por D. M. Pozar and D. H. Schaubert, IEEE Press, Nova York.

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