Antenas

Vamos calcular nossas antenas..?? Para que possamos obter o máximo de rendimento de nossas antenas é necessário um pouco de teoria mas de uma maneira bem simples e que voce mesmo possa calcular, portanto:

Primeiro Passo

Formula | Velocidade da Luz : Frequencia de trabalho = Comprimento da antena

Exemplo "Antena para PX" -- 300.000 Km/s : 27,125 MHz = 11,0599 mt

Claro que fica impossível voce instalar antenas para faixas de 160mt, 40mt, 20mt e outras com os comprimentos originais que são obtidos nas formulas, mas vamos nos preender aqui nas antenas para faixa do cidadão.

É comum a utilização de antenas com 1/4 de onda, isto é, se corta a antena exatamente no nó de corrente zero que é o ponto do meio da antena ( 5,5 mt) veja a figura abaixo.

Segunda Passo

A velocidade da propagação da onda no espaço é de 300.000 Km/s mas quando em um fio ou tubo metálico esta velocidade é diferente, de onde deduzimos que a espessura do fio ou tubo utilizado ira influenciar no calculo de nossa antena.

Formula | A= Comprimtento da antena : diametro do fio "mm" X 100

Exemplo "Antena para PX utilizando fio de 1mm" A= 5,5 : 1 x 100 = 550

Procurando o valor "A=550" na tabela não é possivel encontra-lo, portanto iremos utilizar sempre o valor inferior "A=200".

Agora já podemos utilizar o valor da constante "K", que para nós é iqual a 0.96 para o cálculo da longitude física da antena.

Formula | L=Velocidade da Luz : ( 2 X Frequencia de trabalho) x K

Exemplo "Antena para PX utilizando fio de 1mm" L= 300.000 : (2 x 27,125 MHz) x 0,96 = 5,30

Portanto temos o valor da nossa antena, agora é só dividir o valor por dois para termos as duas pernas do bipolo sendo assim 5,30 : 2 = 2,65mt para cada lado.

Vale a pela lembrar que quando cortamos uma antena em 1/4 de onda ocorre um favor relevante, a semionda positiva ao atingir o nó de corrente zero que deveria ser o meio da antena, não encontra mais a outra metade física, portanto, a semionda negativa retorna pelo mesmo caminho de onde partiu a onda positiva o que leva a um descasamento de impedâncias que se mostra como uma elevada taxa de roe.

Terceiro Passo

Ajustando as impedâncias de uma antena. Uma antena ressona perfeitamente, quando o sinal de RF aplicado a ela, encontra o comprimento de onda par o que resulta em uma carga ohmica ou resistencia. Por este motivo as antenas apresentam resistencias caracteristicas de 52 a 75 ou 300 ohms. A exemplo disto imagine um fio no espaço exatamente com o comprimento de onda, se aplicado a ele tivermos um sinal de RF o nó de corrente no centro desta antena terá aproximadamente de 60 a 80 ohms quando que nos extremos a resistencia chegara a 8.000 ohms, isto para um fio de 3mm.

Uma antena tipo vertical plano de terra que tenha seus radiais dispostos a 90 graus "figura (a)" tem uma impedancia aproximada de 30 a 36 ohms. Já a mesma antena com os radiais dispostos a 180 graus "figura (b)" do irradiante tem uma impedancia aproximada de 70 a 80 ohms, temos então o resultado da antena com os radiais colocados a 135 graus do irradiante "figura (c)"com uma impedancia aproximada de 50 a 55 ohms.

Estas impedancias podem ser modificadas ou (ajustadas) variando-se o comprimento do irradiante para cima (maior impedancia) ou para baixo (menor impedancia). Por este motivo que para cada frequencia de transmissão a impedancia da antena é alterada.

Tambem podemos utilizar para o ajuste das impedancias, circuitos LC que irão acoplar a antena de alta ou baixa impedancia ao cabo coaxial. Ultimamente muito em uso estão os acopladores tipo gama-mach que consistem de um circuito onde é possível o ajuste da antena para toda a frequencia utilizada no calculo.

O gamma-match que iremos mostrar é uma versão derivada do gamma em T e permite uma alteração ou ajuste de aproximadamente 25 ohms ou 3% da ressonancia da antena e pode ser utilizado tanto com antenas verticais ou horizontais. O capacitor utilizado em série com o elemento de ajuste ou curto é de 7 pF por comprimento de onda ou seja para a faixa do cidadão valores aproximados de 77pF "utilizar o valor comercial mais proximo".

Para calcular o gamma-match devemos possuir os valores necessários, isto é, diametro do tubo utilizado na vareta da antena que será o elemento irradiante, diametro da vareta que sera utilizada para o gamma, faixa de trabalho da antena, Reatancia e Resistencia aproximada da antena no nó de conexão e impedancia do cabo utilizado.

O calculo mais exato deve ser obtido com utilização de um programa de computador , mas os valores podem ser obtidos por meio de aproximação mas que poderam levar a varias tentativas até o sucesso. Para uso em uma antena multielemento feita com tubo de aluminio e linha de 50 ohms, este valores são de 0.004 a 0.005 do comprimento de onda para tamanho do gamma e diametro de 1/2pol o espaço entre o centro da vareta irradiante o centro da vareta do gamma é de 0.007 do comprimento de onda.

Download de programa para cálculo do gamma

Programa Gamma Match Design por R.Nelson WB0IKN

Na foto abaixo 3 tipos de conexões para voce fazer uma dipolo.

Foto ampliada

Bibliografia

Nuova Elettronica - Anno 15 - n88 1983- Italy

ARRL HandBook 1999 - USA

ARRL Antenna HandBook 1999 - USA