Embora todos os radioamadores estejam familiarizados com o conceito de antena, poucos sabem como defini-lo. Então vamos lá, a antena é um transformador de impedância que acopla a saída do transmissor ao espaço livre (ou éter como se dizia antigamente).
Agora vocês vão perguntar, qual a impedância do espaço livre? Um dos métodos para calcular é dividir a intensidade de campo (em tensão) pela densidade de corrente, o que dá um valor teórico de 377 ohms.
Quando a antena não tiver sido dimensionada para igualar a impedância exata de saída do transmissor ou da entrada do receptor, ela pode ser completada por um transformador de impedância adicional, conhecido como “acoplador ou transmatch”, que funciona de maneira análoga como os óculos funcionam para o olho humano.
As antenas constituem um ponto chave em todas as formas de transmissão e recepção. O dipolo simples e o dipolo dobrado, são os verdadeiros “burros-de-carga”, sendo usados em todas as formas de comunicação por rádio. O dipolo de ½ onda é o elemento fundamental de um sistema de antena. Esta antena simples quando empilhada, proporciona um bom desempenho.
Eletricamente, a antena dipolo é equivalente a uma linha de transmissão de ¼ de comprimento de onda, em circuito aberto, alimentada por um gerador para o qual ela equivale a um circuito ressonante.
A resposta de freqüência de uma antena dipolo é similar à do tipo comum de circuito ressonante com capacitância e indutância concentradas. Já a largura de faixa depende do tipo de construção, por exemplo, se o dipolo é feito com fio de cobre fino, ele se comporta como circuito sintonizado de alto Q, ou seja, tal antena só funcionaria bem em uma faixa estreita de freqüências.
Na evolução histórica das antenas, as primeiras eram simplesmente fios verticais, sustentados as vezes até por papagaios (ou pipas como queiram). Nas instalações fixas, aumentavam a altura efetiva das antenas, fazendo-as em forma triangular com largura maior em cima, o que hoje chamamos de carga capacitiva de topo. Também funcionavam da mesma forma as antenas instaladas em navios, sustentadas por fios esticados entre os mastros. O que provavelmente não era sabido naquela época, é que todo monopolo vertical de ¼ de onda necessita de um plano de terra, por isso as transmissões feitas do continente não igualavam o alcance das transmissões feitas em navios.
Os navios de aço em contato com a água salgada, constituíam o melhor plano de terra possível.
O motivo pelo qual estamos falando tanto sobre a história das antenas, é que entre todos os equipamentos usados por radioamadores, PX e radioescutas, a antena é sem dúvida o mais comentado. Também é sobre antenas que circulam mais mentiras, provavelmente pela pouca difusão de informações e de literatura em português sobre o assunto.
Uma das maiores mentiras que são difundidas em todas as faixas, é que o parâmetro mais importante de uma antena deve ser ter uma ROE de 1:1.
Como as antenas eram sintonizadas antes da popularização dos medidores de ROE? Simples, os radioamadores ligavam ao transmissor uma carga não-irradiante (antena fantasma) de 50 ohms, ajustavam a sintonia e o acoplador de carga para o melhor ponto, anotavam as posições dos botões, substituíam a carga não-irradiante pelas antenas, e ajustavam as antenas para que o transmissor desse o melhor rendimento nas mesmas posições de sintonia encontrados com a carga fantasma. Não havia números absolutos envolvidos, nem falácias sobre as ondas estacionárias.
Se uma ROE de 1:1 fosse sinônimo de antena perfeita, uma antena fantasma seria a antena ideal, uma vez que apresenta uma ROE de 1:1 em todas as faixas, desde os 33 cm até os 160 metros, mas apesar disso, seu desempenho é péssimo, uma vez que ela não irradia nem capta ondas eletromagnéticas.
Existem muitas antenas (amplamente usadas na Europa e estados Unidos) em que a ROE fica entre 1,5:1 e 2,5:1, e nem por isso seu desempenho é ruim ou prejudicial ao equipamento.
Por mais difícil que possa ser para vocês acreditarem, uma das maiores lorotas que eu ouvi, aconteceu na década de 1980, na faixa dos 11 metros(PX). Um cidadão anunciava um produto revolucionário chamado “PROPAGOL”, que deveria ser passado na antena, e que teria a propriedade de “melhorar a propagação” da antena em que fosse aplicado. Acreditem se quiserem.
Terminados os aspectos em relação a ROE, e antes de entrar no mérito das antenas propriamente ditas, vamos falar sobre linhas de transmissão e sua ligação ao sistema irradiante.
Essencialmente, uma linha de transmissão é um par de fios com a finalidade de transferir a energia de um ponto a outro. A finalidade dessa linha de transmissão é recolher a energia fornecida pelo transmissor, e com ela, alimentar a antena.
Qualquer linha de transmissão irradia uma certa parte da energia que ela transporta, as linhas blindadas menos do que as não-blindadas. Quando a linha de transmissão é normalmente usada como tal, seus terminais de saída devem ser ligados a uma carga de valor apropriado, o que reduz ao mínimo a formação de onda estacionária. O valor adequado da carga depende de uma propriedade da linha, conhecida como impedância característica.
Muitos tipos de antena, como as dipolo e yagi, são balanceadas. Quando ligamos uma antena balanceada a um cabo coaxial, o condutor externo do coaxial (malha) começa a apresentar tensão de radiofreqüência e a irradiar como se fosse parte da antena. Na maioria dos casos, essa irradiação não tem maiores conseqüências e o sistema pode ser deixado como está. Porém, quando o cabo coaxial que irradia ele próprio, passa nas proximidades de outros cabos de rádio ou TV, pode aumentar o risco de interceptação dos sinais irradiados. Nesse caso, deve-se eliminar a irradiação pelo condutor externo.
A solução convencional para o acoplamento de um sistema balanceado a um desbalanceado é o uso de um balun.
Outra solução considerada quebra-galho contra a irradiação pelo condutor externo, é formar com o próprio cabo coaxial, um indutor de 6 espiras (com diâmetro de 30 cms, preso com fita isolante) junto a sua ligação à antena, que poderá apresentar um obstáculo para a radiofreqüência.
A pergunta mais freqüente em relação a antenas, principalmente por parte de radioamadores principiantes, é: Qual a melhor antena? Posso responder esta pergunta com outra: Qual o melhor automóvel? Tudo depende da finalidade para a qual será usado. Com antenas acontece o mesmo. A melhor antena é aquela que coloca o sinal necessário no local de recepção, com menor desperdício em outras direções, com a menor potenor espaço ocupado, menor resistência ao vento, menor peso e menor custo.
Além do tipo e dimensionamento, também sua localização é importante, uma vez que outra propriedade importante é a diretividade.
Diretividade é a propriedade de uma antena de captar ou irradiar melhor os sinais em uma direção do que em outra. A diretividade também é uma medida da sua capacidade de selecionar sinais provenientes de transmissões que não estejam localizadas na mesma direção angular. Por exemplo, o dipolo simples horizontal é bidirecional e transmite/recebe melhor os sinais que vêm por trás ou pela frente, em ângulo reto com a antena. Isso pode ser conferido, visualizando o diagrama direcional (ou gráfico polar) do dipolo de meia onda, considerando como padrão, ou referência, para as demais antenas, e que tem seu diagrama de irradiação em forma de oito.
O ganho de uma antena é um dado comparativo. Determina-se o ganho de uma antena medindo-se a potência que é induzida nela por um sinal constante e dividindo-se essa potência pela que seria induzida em um dipolo de meia onda, em idênticas condições. Um ganho de 10 significa que a antena em questão é 10 vezes mais eficiente do que o dipolo padrão.
A antena não produz energia de radiofreqüência, mas seu ganho provém, unicamente, do poder de concentração do feixe eletromagnético de transmissão (também na recepção) sobre determinadas áreas, delimitadas verticalmente (nas antenas onidirecionais) ou vertical e horizontalmente (nas direcionais).
Todo tipo de antena, portanto, tem algum ganho em alguma direção, proveniente do fato de que as antenas não irradiam uniformemente em todas as direções. A título de exemplo mostrarei abaixo, alguns tipos de antenas e seus respectivos ganhos máximos teóricos.
Dipolo de meia onda _______________________________________2,14 dBi
Dipolo dobrado com refletor _________________________________7,14 dBi
Yagi de 3 elementos _______________________________________10,64 dBi
Yagi de 4 elementos _______________________________________12,14 dBi
Cúbica de quadro de 2 elementos _____________________________9,44 dBi
Cúbica de quadro de 3 elementos _____________________________11,44 dBi
Vertical de ¼ de onda ______________________________________0,64 dBi
Entre os aspectos físicos importantes, podemos ressaltar: a rigidez mecânica que evita a deformação, mesmo com vento intenso, ou com um veículo em velocidade, prevenção de quebra por fadiga (ruptura por movimentos repetidos); proteção contra corrosão; proteção dos isolamentos contra fugas oriundas de degradação de materiais ou depósito de poluição atmosférica.
Entre os aspectos de localização, devemos mencionar a altura sobre o nível médio do terreno adjacente, liberdade de irradiação, ou seja, ausência de obstáculos volumosos no sentido da transmissão, acima de um ângulo de 10 graus sobre o plano horizontal e até uma distância de algumas centenas de comprimentos de onda, a fim de permitir que as ondas contornem os obstáculos.
Utilizamos no radioamadorismo monopolos, dipolos, yagis, log-periodicas, delta-loops, quadra-cúbicas, quadras-suiças, discones, bazoocas, helicoidais, colineares, rômbonicas, long wires, Windows, slopers, sendo que muitas destas podem ser monobandas multibandas ou faixa larga.
O número de tipos de antenas é muito grande. Por este motivo, darei exemplo e mostrarei o projeto de construção apenas de antenas que sejam de fácil construção, baixo custo, e que não tenham necessidade de nenhum ajuste, uma vez que é muito chato ficar descendo e subindo antena para fazer ajustes.
Bibliografia: Handbook do Radioamador – Iwan Thomas Halasz
ABC das Antenas – Allan Lytel
The ARRL Antenna Book – ARRL
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