O que é uma antena de painel?

A comunicação sem fios desenvolveu-se a passos largos nos últimos tempos. Atualmente, está disponível no mercado uma grande variedade de antenas para diferentes aplicações. As antenas de painel são um desses tipos, utilizadas para obter uma força e uma direção óptimas do sinal. Basicamente, uma antena de painel consiste num dipolo colocado em frente de um refletor de painel plano e é utilizada em muitas aplicações, desde redes celulares a banda larga sem fios. As antenas de painel são versáteis devido ao seu design minimalista e à sua capacidade de serem utilizadas em aplicações fixas e portáteis, tanto em ambientes interiores como exteriores.

Neste artigo, fornecemos-lhe uma compreensão abrangente da sua definição básica para aspectos de design detalhados, princípios operacionais, caraterísticas principais, utilizações, tipos, comparação com algumas outras antenas e diretrizes de instalação.

Conceção e estrutura da antena de painel

A conceção e a estrutura de uma antena de painel dependem de vários factores, como a gama de frequências, o ganho e a largura do feixe, polarizaçãoe correspondência de impedância. As antenas de painel podem ser fornecidas em vários modelos, como antenas de patch, antenas de microfita, antenas de ranhura, etc. Alguns dos materiais mais utilizados para o substrato são FR-4, Rogers e Teflon. Quando o design e a estrutura de uma antena de painel são determinados, também é necessário ter em conta factores ambientais como a durabilidade, a resistência às intempéries e as opções de montagem. Os painéis de antenas são constituídos por vários elementos ou painéis para transmissão ou receção de sinais numa direção específica, dispostos em grelha. Geralmente, têm uma forma retangular ou quadrada, o que cria uma área de superfície maior e ajuda a aumentar o ganho da antena. O design compacto e minimalista torna-as versáteis para muitos casos de utilização.

Como funcionam as antenas de painel

As antenas de painel são constituídas por múltiplos elementos radiantes dispostos numa matriz específica num painel plano e estes elementos estão ligados a uma rede de alimentação para fornecer energia à antena. Os elementos radiantes de um painel de antena têm geralmente uma forma retangular ou quadrada e o desempenho global e a direccionalidade da antena dependem da disposição e da configuração dos elementos radiantes.

Principais caraterísticas das antenas de painel

Cobertura direcional

As antenas de painel têm geralmente uma largura de feixe estreita e, por isso, irradiam e recebem sinais numa direção específica. Esta é uma antena altamente direcional concentrando a transmissão e a receção do sinal numa área específica. Por conseguinte, as antenas de painel são amplamente utilizadas em sistemas de comunicação sem fios ponto-a-ponto e ponto-a-multiponto. A área de cobertura de uma antena de painel é menor devido à sua elevada direccionalidade. Para cobrir uma área de cobertura de 360 graus, é necessário instalar várias antenas de painel. No entanto, devido à sua elevada directividade e largura de feixe estreita, são capazes de transmitir e receber sinais a longa distância.

Ganho elevado

Uma vez que as antenas de painel têm uma largura de feixe estreita que se concentra numa região específica, o ganho das antenas de painel é normalmente mais elevado. No entanto, as antenas de painel podem ser encontradas com um ganho tão baixo quanto 6 a 10 dB e tão alto quanto cerca de 23 dB. O ganho elevado das antenas de painel torna-as mais resistentes às interferências e, por conseguinte, torna-as ideais para sistemas de comunicação ponto-a-ponto, mesmo a longa distância.

Largura de feixe

As antenas de painel são geralmente muito direcionais e, por isso, têm uma largura de feixe estreita e focada. Isso permite que as antenas de painel transmitam e recebam sinais em distâncias maiores com o mínimo de interferência. Além disso, a largura de feixe estreita e altamente focada garante que a intensidade do sinal é elevada, consistente e fiável. No entanto, devido à largura de feixe estreita, as antenas de painel só conseguem fornecer cobertura a uma direção limitada e específica.

Opções de polarização

As antenas de painel estão disponíveis em diferentes polarizações para atender a vários requisitos de desempenho. As antenas de painel podem ter polarização vertical, polarização horizontal ou uma combinação dos dois. Na polarização vertical, o campo elétrico é orientado verticalmente, e este é o modo de polarização mais comum que tem sido utilizado nos sistemas de comunicação tradicionais. Na polarização horizontal, o campo elétrico é orientado horizontalmente e é utilizado quando é necessário evitar interferências com sistemas polarizados verticalmente. Na polarização dupla ou combinada, a antena suporta tanto a polarização horizontal como a vertical ou suporta a polarização num ângulo específico. Este tipo de polarização é commapenas utilizado para MIMO (Entrada múltipla Saída múltipla).

Design compacto

As antenas de painel têm geralmente um design muito simples e minimalista. Ao contrário das Antenas YagiAs antenas de painel são menos volumosas. A sua conceção plana e compacta facilita a sua instalação e ocupa menos espaço. A conceção das antenas de painel reduz a dependência de peças mecânicas, minimizando assim o desgaste. As antenas de painel são igualmente impressas como placas de circuitos, o que permite a sua utilização mesmo em pequenos aparelhos electrónicos.

Facilidade de instalação

Devido ao seu design compacto, as antenas de painel são fáceis de instalar e montar na maioria dos ambientes. O design aerodinâmico das antenas de painel garante que podem integrar-se perfeitamente em qualquer ambiente sem serem intrusivas. As antenas de painel estão disponíveis como dispositivos plug-and-play, o que as torna muito mais práticas de instalar do que outras antenas tradicionais.

Versatilidade

As antenas de painel são extremamente versáteis, uma vez que podem ser fabricadas para funcionar numa grande variedade de gamas de frequência, ganhos, polarizações, etc. O seu design compacto também permite que sejam facilmente instaladas em aplicações interiores ou exteriores. As antenas de painel podem ser utilizadas como uma única antena ou como um conjunto de antenas de painel, consoante o caso de utilização. A capacidade de adaptação e personalização de acordo com o caso de utilização torna as antenas de painel extremamente úteis nos sistemas de comunicação comm.

Utilização no interior e no exterior

As antenas de painel podem ser utilizadas tanto para aplicações interiores como exteriores. Atualmente, estão disponíveis no mercado antenas de painel construídas especificamente para casos de utilização interior ou exterior. As antenas de painel para interiores são normalmente montadas em paredes ou colocadas em superfícies planas, como secretárias ou prateleiras. Estas têm normalmente uma forma retangular e possuem várias antenas internas que lhes permitem receber e transmitir sinais numa direção específica. Uma aplicação comum das antenas de painel interiores é a utilização em amplificadores de sinal dentro de edifícios para melhorar a intensidade e a qualidade do sinal. As antenas de painel exteriores são concebidas para serem montadas no exterior para melhorar a intensidade do sinal e a cobertura de uma rede sem fios. Com a sua largura de feixe estreita, são mais tolerantes às interferências e são utilizadas apenas em sistemas de comunicação sem fios, como Wi-Fi, telemóvel, RFID, etc. As antenas de painel exteriores são geralmente montadas em superfícies como telhados, postes e paredes. As antenas de painel concebidas para utilização no exterior são construídas para serem mais duradouras e resistentes a condições climatéricas adversas sem perderem o seu desempenho.

Gama de frequências

As antenas de painel podem funcionar numa vasta gama de frequências, o que as torna versáteis para várias aplicações. A sua capacidade de concentrar sinais de alta frequência em direcções específicas melhora o desempenho da antena. Algumas das bandas de frequência common para antenas de painel são 2,4 GHz que é utilizada em redes WiFi (IEEE 802.11b/g/n) e outras aplicações ISM (Industrial, Científica e Médica), 5GHz que é utilizada para redes WIFI (IEEE 802.11a/n/ac/ax) e outras aplicações de alta frequência, 6 GHz que é utilizada para Wi-Fi (IEEE 802.11ax e 802.11be) e 24 GHz e superior que são geralmente utilizadas para aplicações 5G de ondas milimétricas.

Para que é utilizada uma antena de painel?

Como referido ao longo do artigo, as antenas de painel são versáteis e, por isso, são utilizadas numa vasta gama de aplicações. De seguida, explicam-se alguns desses casos de utilização.

Comunicação celular Co1TP14

As antenas de painel são colocadas em estações de base celular para fornecer cobertura a uma área específica. Normalmente, são montadas em torres ou edifícios e são apontadas na direção em que a cobertura é necessária. Devido ao elevado ganho e à elevada direccionalidade das antenas de painel, a estação de base será capaz de fornecer uma cobertura forte e consistente aos utilizadores nessa área. As antenas de painel são capazes de transmitir e receber sinais entre estações-base com uma intensidade de sinal de alta qualidade e elevada precisão devido à largura de feixe focada.

Redes WiFi

As antenas de painel são utilizadas em redes WiFi para fornecer conetividade aos utilizadores numa área específica. São utilizadas em ligações ponto-a-multiponto para transmitir e receber dados a longas distâncias. Com as antenas de painel, o sinal pode ser focado numa direção específica e, assim, proporcionar uma melhor largura de banda, maior intensidade de sinal, conetividade eficiente e fiável para a rede WiFI. Podem ser utilizadas várias antenas de painel para redes WiFi em áreas de cobertura maiores. Se as antenas de painel forem montadas num local elevado, os utilizadores poderão receber o sinal WiFi de forma consistente, sem muitas obstruções, garantindo assim uma conetividade de alta qualidade.

Comunicação ponto-a-ponto Co1TP14

Esta é uma das principais aplicações das antenas de painel. As antenas de painel são utilizadas para estabelecer ligações ponto-a-ponto entre dois locais, como entre dois edifícios num campus, em ligações backhaul entre duas estações de base, etc. As principais caraterísticas das antenas de painel, como a elevada direccionalidade, o elevado ganho e a estreita largura de feixe, tornam-nas ideais para estas aplicações ponto-a-ponto.

Radiodifusão

As antenas de painel são utilizadas para radiodifusão devido ao seu elevado ganho e directividade. As antenas de painel são capazes de suportar mais interferências e transmitir sinais numa banda de frequência alargada, o que as torna ideais para redes de radiodifusão. Podem ser utilizadas várias antenas de painel para fornecer cobertura de radiodifusão a uma área mais vasta.

Redes de segurança pública

As antenas de painel podem ser utilizadas para sistemas de segurança pública e sistemas de resposta a emergências. São capazes de fornecer cobertura para uma grande área e, portanto, podem facilitar a comunicação co1TP14 consistente mesmo em ambientes remotos ou desafiadores. As antenas de painel são ideais para a comunicação a longa distância e para proporcionar uma elevada tolerância às interferências necessárias nessas redes de segurança pública.  

Aplicações da Internet das Coisas (IoT)

As antenas de painel estão disponíveis em bandas de alta frequência e são úteis em aplicações IoT, uma vez que permitem uma comunicação fiável e rápida. O seu design compacto e a facilidade de instalação e manutenção tornam-nas ideais para serem utilizadas em aplicações IoT.

Tipos de antenas de painel

Antena de ecrã plano

Também são conhecidas como antenas de painel de remendo. Estas antenas têm uma forma plana, fina e compacta e, normalmente, têm um dipolo colocado à frente de um painel refletor plano. As antenas de painel plano são leves e podem ser facilmente montadas numa grande variedade de superfícies. O seu design e estrutura simples tornam-nas adequadas tanto para aplicações portáteis como fixas. Este tipo de antena de painel funciona normalmente a frequências muito elevadas e é utilizado apenas em sistemas de comunicação sem fios, como as redes Wi-Fi, para proporcionar uma cobertura direcional numa área específica. As antenas de painel plano são capazes de facilitar uma ligação de rede fiável e de alta velocidade.

Antena de painel setorial

Uma antena de painel de sector tem normalmente uma largura de feixe mais estreita, normalmente uma largura de feixe de 3 dB no plano azimutal, proporcionando direccionalidade em sectores ou ângulos específicos, como 60, 90 ou 120 graus. São utilizadas apenas em redes celulares, especialmente em estações de base, para fornecer cobertura a uma área ou sector específico e são sobretudo utilizadas em aplicações exteriores. Em termos de estrutura, são antenas longas e estreitas com ganhos elevados e consistem normalmente num conjunto de dipolos colocados em frente de um refletor. O desempenho da antena depende do tamanho e da forma do refletor, bem como da altura da implantação da antena.

Antena de Patch Microstrip

Estas também são conhecidas como antenas de patch. As antenas de painel de remendo de microfita são uma das mais pequenas e compactas entre as antenas disponíveis no mercado. Estas antenas são impressas num substrato plano feito de um material dielétrico geralmente conhecido como PCB (Printed Circuit Boards). Devido ao seu design minimalista e tamanho compacto, estes tipos de antenas são utilizados na maioria dos dispositivos electrónicos, como telemóveis, dispositivos GPS e sistemas de comunicação sem fios.

Vantagens e desvantagens da antena de painel

Vantagens

Cobertura de longo alcance: As antenas de painel têm uma elevada direccionalidade e, por isso, podem ser utilizadas para transmitir e receber sinais a longas distâncias.

Interferência mínima: A elevada direccionalidade e a largura de feixe focada minimizam a interferência de outros sinais. Isto melhora o desempenho geral. Assim, proporciona uma comunicação mais rápida, estável e consistente.

Facilidade de instalação: Devido ao seu design minimalista e compacto, é fácil de instalar e montar na maioria das superfícies. As antenas de painel impresso são fáceis de integrar em dispositivos electrónicos. As antenas de painel também estão disponíveis como opções plug and play, facilitando a instalação em diferentes aplicações.

Baixo custo: As antenas de painel têm um baixo custo de fabrico e são geralmente mais fáceis de manter.

Versáteis: As antenas de painel são extremamente versáteis, uma vez que podem ser fabricadas e estão disponíveis no mercado numa vasta gama de frequências e em diferentes padrões de polarização e radiação. As antenas de painel podem ser utilizadas tanto no interior como no exterior e em aplicações fixas e portáteis.

Desvantagens

Área de cobertura limitada: Devido à largura de feixe estreita, para cobrir uma área de 360 graus, serão necessárias várias antenas de painel.

Requisitos de alinhamento: Quando as antenas de painel são alinhadas, têm de ser alinhadas na orientação ideal para um desempenho máximo, o que pode exigir competências profissionais. A colocação, a orientação e o alinhamento são cruciais para otimizar o desempenho de uma antena de painel.

Perdas de energia: As antenas de painel de remendo de microfita podem especificamente ter perdas dieléctricas e perdas de condutor durante a transmissão do sinal.

Porque é que a antena de painel é ideal para aplicações ponto-a-ponto

As antenas de painel são frequentemente utilizadas em sistemas de comunicação co1TP14 ponto-a-ponto, sendo concebidas para transmitir e receber sinais numa direção específica. As antenas de painel são capazes de focar o sinal numa direção específica devido à sua elevada direccionalidade, ganho elevado e largura de feixe estreita. Isto permite inerentemente uma melhor intensidade de sinal e uma conetividade consistente e fiável no sistema de comunicação comm, tornando-as assim ideais para sistemas de comunicação comm ponto-a-ponto. Devido à sua largura de feixe estreita e focada, as antenas de painel estão sujeitas a interferências mínimas, o que também é útil em sistemas de comunicação co1TP14 ponto-a-ponto.

Antena de painel SISO vs antena de painel MIMO

As antenas de painel SISO utilizam uma única antena para transmitir e receber sinais e Antenas de painel MIMO utilizam várias antenas em simultâneo para a transmissão e receção de sinais. As antenas de painel SISO são mais simples de utilizar e menos dispendiosas do que as antenas de painel MIMO. O processamento do sinal é também muito mais simples nas antenas de painel SISO do que nas antenas de painel MIMO.

As antenas de painel SISO são geralmente utilizadas em aplicações menos complexas, em que é necessário minimizar o tamanho, o custo e a complexidade do sistema, enquanto as antenas de painel MIMO são utilizadas em aplicações que exigem um processamento de sinal complexo e avançado, taxas de dados elevadas, uma área de cobertura elevada e uma melhor qualidade do sinal. As antenas de painel MIMO são mais eficientes e fiáveis, mas são muito mais caras do que as antenas de painel SISO.

Assim, com base nos requisitos de desempenho da aplicação, é necessário decidir se uma antena de painel SISO ou uma antena de painel MIMO é melhor para o caso de utilização específico.

Instalação e alinhamento

Para instalar uma antena de painel, é necessário, antes de mais, escolher um local adequado. É importante ter em conta factores ambientais ao selecionar o local, tais como o efeito do vento e a capacidade da antena para resistir às condições meteorológicas, à corrosão, etc.

A localização ideal é um local elevado com o mínimo de interferência e uma linha de visão clara. Também é importante garantir que a antena do painel é montada numa superfície ou local suficientemente estável para suportar a antena. As antenas de painel devem ser instaladas e configuradas seguindo corretamente as diretrizes do fabricante, uma vez que cada antena é única e de fabricantes diferentes. É crucial garantir que a antena seja montada com segurança e firmeza, de modo que a orientação e o posicionamento permaneçam estáveis e constantes.

Aquando da montagem, os cabos devem ser fixados de modo a evitar quaisquer danos, desconexões ou ligações soltas. Finalmente, a antena deve ser testada quanto ao seu desempenho.

Diferença entre antena de painel e antena Yagi

Compreensão antena yagi vs antena de painel é importante para escolher a melhor antena para as suas soluções sem fios, a antena de painel e a antena Yagi são ambas antenas direcionais. No entanto, apresentam algumas diferenças importantes em termos de forma e conceção, parâmetros de desempenho e aplicações.

As antenas de painel são geralmente planas e de forma retangular com um design muito simples e minimalista. Têm um painel plano com um elemento radiante no interior. As antenas Yagi são compostas por vários elementos, incluindo um elemento de condução, um refletor e um ou mais diretores dispostos num padrão linear específico. As antenas de painel têm uma largura de banda muito mais ampla e um ganho inferior em comparação com as antenas Yagi.

Entre estes dois tipos de antenas, as antenas de painel são mais adequadas para aplicações que requerem uma área de cobertura maior e as antenas Yagi para aplicações que requerem comunicação de longa distância. As antenas de painel são mais utilizadas em aplicações interiores, como redes WiFi em casas e escritórios, enquanto as antenas Yagi são geralmente mais utilizadas em aplicações exteriores, como estações de base de telemóveis e receção de televisão.

Diferença entre a antena de cúpula e a antena de painel

As antenas de cúpula são antenas omnidireccionais enquanto as antenas de painel são antenas direcionais, o que constitui a principal diferença. As antenas de cúpula são utilizadas em aplicações que exigem que os sinais sejam transmitidos e recebidos numa área de cobertura de 360 graus. Normalmente, as antenas de cúpula têm um ganho menor e uma largura de feixe maior em comparação com as antenas de painel. Podem ser utilizadas para fornecer cobertura a áreas abertas de uma forma uniforme em todas as direcções. As antenas de painel, por outro lado, têm uma largura de feixe estreita e um ganho mais elevado, o que as torna adequadas para fornecer cobertura a uma área específica. As antenas de cúpula estão sujeitas a mais interferências durante a comunicação do que as antenas de painel.

Conclusão

As antenas de painel são uma das antenas mais versáteis disponíveis para os modernos sistemas de comunicação co1TP14. As antenas de painel têm um elevado ganho e uma elevada directividade, o que as torna ideais para sistemas de comunicação ponto-a-ponto e para comunicação de longo alcance. As antenas de painel são normalmente planas e de forma retangular ou quadrada e esta conceção simples e compacta das antenas de painel permite a sua utilização numa vasta gama de aplicações, desde pequenos dispositivos electrónicos a estações de base celulares. As antenas de painel podem ser utilizadas como uma única antena ou como uma configuração MIMO com base nos requisitos de desempenho de uma aplicação.

Compreender a conceção, as caraterísticas, a instalação e o princípio de funcionamento das antenas de painel será crucial para obter o melhor desempenho de uma antena de painel. medida que continuamos a avançar no domínio da tecnologia, a utilidade dos painéis de antenas na manutenção de uma infraestrutura de comunicação comm robusta continua a ser significativa.