Assim, de acordo com o disposto acima, e num rápido resumo, sabe-se que os antigos navegadores já relatavam que os raios desviavam as agulhas das bússolas, o físico e médico inglês William Gilbert (1544 - 1603), pesquisador do magnetismo e eletricidade, propôs que ambos seriam efeitos distintos apesar de provocarem atração e repulsão. O principal trabalho de Gilbert foi “De Magnete, Magneticisque Corporibus, et de Magno Magnete Tellure (Sobre os ímãs, os corpos magnéticos e o grande imã terrestre)” publicado em 1600. Apesar das pistas apontarem para o fenômeno eletromagnético não se descobrira uma relação entre os raios e o magnetismo. Em 1752, o cientista norte americano Benjamin Franklin (1706 - 1790), em suas experiências com a eletricidade propôs que os raios eram um fenômeno elétrico. Em 1802 o cientista italiano Gian Domenico Romagnosi (1761 - 1835) descobriu o efeito magnético e elétrico, publicando os resultados de suas experiências nos jornais de Trento e Rovereto na Itália e enviando os seus artigos para a Academia de Ciências de Paris, contudo a Comunidade Científica o ignorou. Em 1820 o físico dinamarquês Hans Christian Ørsted (1777 - 1851), descobre finalmente as bases do eletromagnetismo fazendo um experimento análogo ao de Romagnosi com um fio conectado a uma pilha que provocava um desvio na agulha de uma bússola que estivesse próxima. O físico italiano Guglielmo Marconi (1874-1937) e o físico alemão Heinrich Rudolf Hertz (1857-1894), têm a si atribuídas as primeiras conceituações com relação ao projeto de antenas.

Em 1888, Hertz demonstrou a existência das ondas eletromagnéticas preditas pela teoria do físico escocês James Clerk Maxwell (1831-1879). O físico alemão inovou ao inserir um dipolo no ponto focal de um refletor parabólico metálico. Seus trabalhos foram publicados na “Annalen der Physik und Chemie (Vol. 36, 1889)”.

O empresário-inventor norte americano Thomas Alva Edison (1847-1931), em 1885 utilizou dispositivos que seriam mais tarde considerados também como “antenas”. Estes foram patenteados nos EE.UU (Patente 465.971) como precursores das antenas primitivas.

As primeiras antenas produzidas por Hertz eram duas placas de metal conectadas a dois bastões metálicos ligados a duas esferas separadas entre si por uma distância pré-determinada. Nas esferas era adaptada uma bobina que gerava descargas por centelhamento. As centelhas por sua vez, ao atravessar o espaço entre as esferas, produziam ondas eletromagnéticas nos bastões.

A origem da palavra antena se atribui ao físico Marconi, quando em 1895, executava nos Alpes em Salvan, Suiça, na região de Mont Blanc, experimentos com equipamentos que mais tarde, depois de aprimorados, seriam utilizados em telefonia móvel.

No início das experiências com antenas, estas foram sendo nomeadas conforme seus inventores. A antena de Hertz, por exemplo, é um conjunto de terminais que não requerem a presença de um terreno para seu funcionamento, não obstante, a antena de Tesla, necessita de uma base. Quando se inserem elementos além dos “fios” propriamente ditos, os dispositivos passam a ter as chamadas “cargas de antena”, (o que será visto mais adiante), estas alteram de forma apreciável o comportamento elétrico através da inserção de componentes indutivos e/ou capacitivos, modificando assim o seu padrão de funcionamento. Dentre os diversos dispositivos a ser estudados, as antenas plano terra e direcionais serão vistas com mais detalhes.

1.3 Ondas de rádio e antenas, uma breve descrição

As ondas de rádio se propagam através do espaço, seja no ar, vácuo ou qualquer meio, dependendo da freqüência. Existem algumas propriedades fundamentais que devem ser observadas, destas derivam seu comportamento e a propagação. Por exemplo, se deslocando pela superfície da Terra têm um determinado comportamento, no espaço livre, ou através de líquidos ou meios de alta densidade outros comportamentos distintos.

Sabe-se que a radiofreqüência quando se propaga, é uma radiação eletromagnética cujas principais propriedades são: a Intensidade de campo, Polarização, Freqüência e Direção de deslocamento.

O comportamento das ondas de rádio é semelhante às da luz (em todo o espectro), dos raios-X, do calor, dos raios cósmicos e outras ondas eletromagnéticas não mencionadas. Sua velocidade de propagação é dependente do meio, no espaço e ao ar livre se utiliza o valor de 300.000 km/s. Quando se propaga através de meios de diferentes densidades, a radiofreqüência tem variações de velocidade, estas influem na sua trajetória e na própria propagação.

Quando se trata de projeto, construção de antenas ou análise de propagação, o comprimento de onda tem extrema importância, pois da freqüência de operação sairão importantes dados sobre ângulos de partida, altitudes de reflexão e o primncipal, a distância que se quer atingir.

As antenas, conforme descrito anteriormente, são utilizadas na transmissão e recepção de sinais de ondas de rádio, ou radiofreqüência (RF). Ao ar livre esta se propaga praticamente na velocidade da luz com perdas bastante baixas em terreno sem obstáculos, contudo, quando o sinal se propaga em terrenos, materiais ou elementos que interagem entre si eletromagneticamente, as ondas podem ser refletidas, refratadas difratadas ou absorvidas, também têm sua velocidade de propagação alterada em função do meio.

Quanto ao formalismo matemático, não importa a freqüência, os princípios se aplicam uniformemente em todos comprimentos de onda. Mas na parte mecânica, na construção de uma antena propriamente dita, ocorre sempre um diferencial que varia conforme a freqüência. Pois ocorrem certas limitações que aumentam as dificuldades quanto menor o comprimento de onda. Assim, a diferença entre a teoria e a prática na construção de antenas se torna maior quanto maiores os elementos variáveis inseridos.

1.4 Propagação de ondas de rádio e parametrização de antenas

Onda de rádio (RF) é uma forma de radiação eletromagnética que possui algumas propriedades que lhe permite se propagar no meio onde se encontra. Por exemplo, espaço aberto, vácuo, gases, elementos sólidos ou líquidos. Estas propriedades são:

* Intensidade de campo.

* Polarização.

* Freqüência.

* Direção de deslocamento.

1.4.1 Intensidade de campo de RF

A intensidade de campo de RF é utilizada para medição de eficiência ou levantamento paramétrico de antenas emissoras, receptoras ou transmissoras-receptoras. Se pode definir como o valor de um vetor num ponto da região ocupada por um campo vetorial. Para radiofreqüência é o valor eficaz de campo elétrico, dado em microvolts por metro, esta é produzida num determinado ponto por ondas eletromagnéticas com freqüência pré-determinada para possibilitar a leitura.

Para se efetuar a medição de intensidade de campo de determinada frente de onda que se propaga em certo meio, a medida é feita na direção onde se lê o máximo sinal.

1.4.2 Polarização

Para RF, a polarização é o processo de fazer a radiação oscile numa determinada forma, tal que os percursos das vibrações num plano perpendicular ao raio sejam linhas retas, elipses ou círculos, o que constitui respectivamente uma polarização plana, elíptica ou circular.

É a orientação, ou a direção de um vetor elétrico numa onda de RF polarizada linearmente, quando irradiada de uma antena transmissora. Em HF para freqüências superiores, (VHF, UHF, SHF), se pode orientar a polarização de antenas de duas formas, polarização horizontal e polarização vertical. Ou seja, quando polarizado horizontalmente, um sinal de RF é captado bastante fraco, ou não é captado por uma antena em polarização vertical e vice-e-versa, salvo distâncias entre emissor e receptor bastante pequenas.

A polarização de uma antena sempre é tomada em relação ao plano que por ela é enxergado como a terra, ou seja pela posição do vetor campo elétrico. Assim, estando o campo elétricona horizontal, este estará polarizado horizontalmente, se na vertical, dir-se-á que o campo é polarizado verticalmente.

Um exemplo de polarização vertical de antenas, são as chamadas "monopolos", para estas, é necessária uma referência de terra, ou um "plano de terra", cujas dimensões e formas devem ser tais que propiciem um diagrama de irradiação (Ou recepção) adequado ao maior rendimento possível.

Conforme o tipo de propagação ou mesmo da antena utilizada, sua polarização, conforme dito anteriormente, pode ser linear, circular ou elíptica e é o campo elétrico que a determinará.

1.4.3 Freqüência

Em RF, freqüência é o número de ciclos completos por unidade de tempo de uma quantidade periódica como, por exemplo, a RF se propaga pelo espaço, também se pode defini-la como "uma medida do número de ocorrências na repetição de um evento por unidade de tempo", conforme a equação 1.4.3.1: