📡 Bancada de Teste: Padrões de Radiação & Dosimetria Biológica
Padrão IEEE Std 145
Corte transversal no plano de elevação polar ($\theta \in [0, 360^\circ]$). O dipolo transmissor está orientado no eixo $z$ vertical.
Ajustes Experimentais da Bancada
Frequência da Portadora ($f$):
2.40 GHz
Potência Transmitida ($P_t$):
1.0 W (30.0 dBm)
Distância até o Ponto Receptor / Tecido ($R$):
2.00 m
Diretividade (D)
2.15 dBi
Largura de Feixe (HPBW)
78.1°
Resistência de Radiação
73.1 Ω
Atenuação de Friis (FSPL)
46.06 dB
Potência Recebida (Pr)
-11.75 dBm
Densidade Incidente (S)
0.033 W/m²
Dosimetria SAR • Conformidade Anatel / ICNIRP
0.0004 W/kg
Parecer: CONFORME
Raio Seguro ($S \le 10\,\text{W/m}^2$): 0.11 m
Roteiro Experimental
Procedimentos Práticos de Laboratório
Atividades guiadas passo a passo para execução e elaboração de relatório técnico
🔬 Experimento 1: Comparação Canônica — Dipolo de Hertz vs. Dipolo de Meia-Onda ($\lambda/2$)
Objetivo: Contrastar o comportamento angular e a resistência de radiação entre uma corrente elementar constante e a distribuição senoidal ressonante.
Procedimento Passo a Passo:
- No seletor de antenas, escolha 2. Dipolo Infinitesimal de Hertz. Anote a diretividade máxima ($D_0 = 1.76\,\text{dBi} = 1.5$), a abertura de feixe a -3 dB ($\text{HPBW} = 90^\circ$) e a baixíssima resistência de radiação.
- Alterne para 1. Dipolo de Meia-Onda ($L = \lambda/2$). Verifique o estreitamento do lóbulo de radiação ($\text{HPBW} \approx 78.1^\circ$) e o aumento da diretividade para $D_0 \approx 2.15\,\text{dBi}$ ($1.643$).
- Observe o salto drástico na resistência de radiação para $R_{\text{rad}} \approx 73.1\,\Omega$, permitindo casamento direto com linhas comerciais sem perdas ôhmicas massivas.
🔬 Experimento 2: Variação do Comprimento Físico e Formação de Lóbulos Secundários
Objetivo: Investigar a transformação do padrão de campo distante conforme o comprimento da antena ultrapassa o comprimento de onda ($L > \lambda$).
Procedimento Passo a Passo:
- Selecione 6. Dipolo Linear Customizado. Inicie com $L/\lambda = 0.5$ e confirme o padrão clássico em forma de 'rosquinha' (*doughnut*).
- Aumente gradualmente o slider para $L/\lambda = 1.0$ (dipolo de onda completa). Observe o afunilamento do feixe na direção equatorial ($\theta = 90^\circ$) e o aumento da diretividade.
- Aumente $L/\lambda$ para além de $1.25$. Observe a quebra do lóbulo principal e o surgimento de lóbulos secundários e nulos de radiação em ângulos oblíquos causados pelo cancelamento de fase destrutivo ao longo do condutor.
🔬 Experimento 3: Balanço de Enlace Sem Fio de Friis & Perda de Percurso (FSPL)
Objetivo: Quantificar a atenuação de propagação em espaço livre e prever o nível de sinal captado por um receptor de rádio a diferentes distâncias.
Procedimento Passo a Passo:
- Configure a frequência para $2.4\,\text{GHz}$ (Wi-Fi/Bluetooth) e a potência para $P_t = 0.1\,\text{W}$ ($20\,\text{dBm}$).
- Varie a distância de $R = 1.0\,\text{m}$ para $R = 2.0\,\text{m}$ (dobro da distância). Verifique que a perda de espaço livre $\text{FSPL}$ aumenta exatamente em $+6.02\,\text{dB}$, correspondendo à lei do inverso do quadrado ($1/R^2$).
- Eleve a frequência para $5.8\,\text{GHz}$ mantendo a mesma distância. Anote o acréscimo de atenuação decorrente da menor área de abertura efetiva da antena receptora ($A_e \propto \lambda^2$).
🔬 Experimento 4: Bioeletromagnetismo — Avaliação de Conformidade de SAR segundo a Anatel
Objetivo: Aplicar a Resolução Anatel nº 700/2018 para auditar a exposição humana ao redor de um transmissor sem fio e determinar sua zona de exclusão de segurança.
Procedimento Passo a Passo:
- Ajuste a potência para $P_t = 2.0\,\text{W}$ ($33\,\text{dBm}$) e selecione o tecido Cérebro / Cabeça.
- Aproxime a distância para $R = 0.20\,\text{m}$ ($20\,\text{cm}$). Observe a densidade de potência incidente e a Taxa de Absorção Específica ($\text{SAR}$) resultante.
- Compare o valor numérico obtido com o teto regulatório da Anatel/ICNIRP de $2.0\,\text{W/kg}$ para a população geral. Anote o raio de segurança $R_{\text{seg}}$ calculado para garantir $S \le 10\,\text{W/m}^2$.
Equações Norteadoras
Síntese Analítica do Laboratório
Fórmula de Transmissão de Friis:
$$\frac{P_r}{P_t} = G_t G_r \left(\frac{\lambda}{4\pi R}\right)^2$$
Taxa de Absorção Específica (SAR):
$$\text{SAR} = \frac{\sigma |\mathbf{E}_{\text{interno}}|^2}{2 \rho_{\text{massa}}} \quad [\text{W/kg}]$$
Rigor Acadêmico
Referências Bibliográficas Verificadas
- BALANIS, Constantine A. Antenna Theory: Analysis and Design. 4ª edição. Hoboken, NJ: John Wiley & Sons, 2016.
- FRIIS, Harald T. "A Note on a Simple Transmission Formula". Proceedings of the IRE, vol. 34, no. 5, pp. 254-256, 1946.
- ICNIRP. "Guidelines for Limiting Exposure to Electromagnetic Fields (100 kHz to 300 GHz)". Health Physics, vol. 118, no. 5, pp. 483-524, 2020.
- ANATEL. Resolução nº 700/2018 e Ato nº 1630. Regulamento de Avaliação da Exposição Humana a Campos Eletromagnéticos de Estações Transmissoras. Brasília, 2018.
- SEGATTO, Marcelo Eduardo Vieira. Notas de Aula de Eletromagnetismo e Antenas. Departamento de Engenharia Elétrica, Universidade Federal do Espírito Santo (UFES), 2026.