O que é Uma Antena? (TEL254)

Um fio condutor esticado entre dois pontos, no qual se injeta a radiofrequência produzida por um gerador ou transmissor, pode ser considerado como uma antena. Mas aí cessa toda a semelhança com uma verdadeira antena.

 

(*) Este artigo faz parte do livro Transmissores e Geradores de RF de Apollon Fanzeres de 1985 que reproduzimos na totalidade para download neste site, pois a parte teórica ainda é atual e alguns circuitos ainda podem ser reproduzidos com facilidade.

Uma boa antena deve ser capaz de "irradiar" as ondas eletromagnéticas, que lhe são aplicadas na forma de energia RF, a maior distância possível. A antena deve ser como uma corda de violão, que ao ser percutida (injeção da RF) vibre em sincronismo e produza no meio ambiente ao seu redor vibrações as mais amplas possíveis, mas na frequência desejada.

Isto que se disse acima pode ser resumido com uma palavra: casamento. Diz-se que uma antena está casada quando seu dimensionamento físico e elétrico é de tal ordem que está em harmonia com a frequência presente no tanque final do transmissor.

A antena necessita ser ligada ao transmissor e, se bem que a parte que a liga ao transmissor possa ser considerada como parte da antena, é de hábito denominar este setor de alimentador.

 

Alimentador

O alimentador de uma antena é o condutor ou conjunto de condutores que ligam o tanque do estágio final à antena propriamente dita.

Os alimentadores podem ser de fios condutores simples, cabos coaxiais, fios trançados etc. Os alimentadores mais comuns atualmente são os cabos coaxiais (figura 1), porém foram utilizados no passado e ainda dão bons resultados, para baixa potência, as denominadas linhas de alimentação de TV e até os fios de instalação elétrica, para exterior, recobertos de plástico e trançados, pois apresentam a impedância ideal para antenas dipolos, além de não oferecerem o desequilíbrio que sucede nos cabos coaxiais entre o fio central e a blindagem, para antenas dipolos.

 

 

Figura 1 - Cabo coaxial
Figura 1 - Cabo coaxial | Clique na imagem para ampliar |

 

Outros tipos de alimentadores consistem de um fio singelo ou então dois fios paralelos separados a uma certa distância (figura 2).

 


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Irradiador

Considera-se irradiador todo e qualquer objeto que permita a propagação da RF produzida no transmissor e levada ao dito irradiador através de uma linha de transmissão ou alimentador. A expressão “irradiador” pode ser utilizada em certos casos como eufemismo, para contornar certas exigências, que proíbem a aplicação da RF a antenas.

 

Antena

Antena é um ou mais de um condutor ao qual se aplica RF para que irradie. O dimensionamento, posicionamento, disposição destes condutores classifica a antena como direcional, não direcional, múltiplas frequências, etc.

 

Antena mais Simples

A antena mais simples, sem dúvida, consiste em um fio, com os extremos devidamente isolados, suspensa do solo e alimentada por um fio simples, que tenha o outro extremo ligado a bobina de acoplamento do transmissor (figura 3). O posicionamento do alimentador é crítico, mas é uma antena efetiva, simples e que pode ser construída em menos de uma hora de trabalho. Apesar de simples tem uma certa diretividade, ao longo da parte horizontal e com maior intensidade na direção da parte mais curta, para a parte mais extensa da parte horizontal. A parte horizontal deve ter um comprimento equivalente a 95% de 1/2 onda da frequência em que vai operar o transmissor. A descida, de fio n.º 14, deve ser situada a 14 por cento do centro geométrico da parte horizontal. A extensão da baixada ou fio de alimentação não é crítico, mas deve-se evitar que toque em paredes, árvores etc.

 

 

Figura 3 - Antena, na versão mais simples.
Figura 3 - Antena, na versão mais simples. | Clique na imagem para ampliar |

 

 

Antena Doublé

A antena mais simples, depois da anterior, é a doublé (figura 4). A extensão da parte horizontal equivale a 95 por cento do comprimento de 1/2 onda em que vai operar o transmissor. Porém, note-se, este comprimento geométrico deve incluir a extensão do isolador central. A alimentação da antena doublé pode ser através de cabo coaxial, fio paralelo, fio trançado etc. O afastamento dos fios que constituem a linha de alimentação pode ter vários valores de impedância. Como o centro de uma antena doublé tem basicamente uma impedância situada entre 50 e 70 ohms, se utilizarmos uma linha de alimentação muito espaçada (figura 5), o valor desta linha pode situar-se entre 300 e 600 ohms.

 

 

Figura 4 - Antena doublé
Figura 4 - Antena doublé | Clique na imagem para ampliar |

 

 

 

Figura 5 - Linha de alimentação espaçada, na antena doublé.
Figura 5 - Linha de alimentação espaçada, na antena doublé. | Clique na imagem para ampliar |

 

Será então necessário que se instale um transformador adaptador de impedância. Este transformador não tem a aparência de um transformador de alimentação. Constitui-se de um trecho de fio, com certo comprimento, que faz a necessária adaptação da impedância central do doublé para a impedância da linha de alimentação (figura 6).

 


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Hoje, devido a grande maioria dos radioamadores brasileiros ser apenas usuária de equipamentos homologados, fabricados industrialmente, há pouco conhecimento técnico e quase ninguém sabe mais calcular uma antena, muito menos construí-la e as antenas reduzem-se a produtos comprados prontos nas casas especializadas. Em outro capítulo, daremos dimensões exatas para construção de antenas e, deste modo, fazemos votos, poderá surgir uma nova geração de radioamadores que realmente sejam possuidores de conhecimentos técnicos e não consumidores de produto enlatado... As antenas doublés possuem propriedades diretivas, aliás como toda a antena, à exceção das verticais, de uma só haste (e isto mesmo no campo horizontal). Nas antenas doublé, a radiação é tipo 8 (figura 7). Denomina-se de diagrama polar de radiação da antena ou simplesmente diagrama polar.

 

Figura 7 - Diagrama polar de radiação de antena.
Figura 7 - Diagrama polar de radiação de antena. | Clique na imagem para ampliar |

 

Assim, estando a parte horizontal da antena doublé na direção norte-sul, o diagrama polar será de maior intensidade nas direções Leste-Oeste. Uma das atrações da antena doublé é sua extrema simplicidade de construção e, utilizando cabo coaxial ou linha de baixa impedância (fio trançado, com isolação plástica, de instalação elétrica ao tempo, por exemplo), não há praticamente limitação de comprimento nem objeção a passar próximo de paredes, árvores etc.

 

Antena Direcional Fixa

As antenas direcionais são aquelas que utilizam certos recursos para que o diagrama polar seja intenso em uma só direção. Dependendo do tipo de antena utilizado, este diagrama polar pode ser amplo (figura 8) ou estreito (figura 9).

 

Figura 8 - Diagrama polar amplo.
Figura 8 - Diagrama polar amplo. | Clique na imagem para ampliar |

 

 

Fig. 9. - Diagrama polar estreito.
Fig. 9. - Diagrama polar estreito. | Clique na imagem para ampliar |

 

Como dissemos, esta diretividade depende do tipo da antena. A antena que mais ganho dá, em determinada direção é a antena rômbica (figura 10). Porém, sua construção exige espaço, quatro mastros e bastante fio. Para quem possua um terreno amplo é a antena ideal, para assegurar em uma direção predeterminada o mais intenso sinal que se possa desejar.

 

Figura 10 - Antena rômbica
Figura 10 - Antena rômbica | Clique na imagem para ampliar |

 

Mas, a não ser que houvesse um meio de fazer girar os mastros suportes da antena, a direção da rômbica é fixa. Quem possui por exemplo, um transmissor na região central do Brasil teria um diagrama polar ótimo para um quadrante e perderia os outros setores. Poderia, é certo, possuir mais de uma antena rômbica, porém isto já seria um pouco delirante, um sonho nababesco, injustificável para a quase sempre bolsa magra do radioamador.

A solução é utilizar uma antena direcional móvel.

 

Antena Direcional Móvel

As antenas direcionais móveis podem ter seu diagrama polar girado mecanicamente ou eletricamente. Quando dizemos mecanicamente é pelo recurso de fazer girar mecanicamente todo o conjunto da antena. Eletricamente é pelo recurso de, modificando a aplicação do sinal de RF na antena, obter que seu diagrama polar se modifique. Uma antena direcional móvel pode ser qualquer antena que tenha facilidade de ser girada. Antes da II Guerra Mundial, na Holanda, a Philips possuía uma potente estação de ondas curtas (HCJ) que irradiava programas em vários idiomas, para todos os países (figura 11). A antena, constituída de duas imensas torres de sustentação, instaladas sobre chassi com rodas, era girada, como em um carrossel, sobre trilhos, instalados em amplo círculo. Esta antena, única no mundo, foi destruída durante os bombardeios que sofreu a Holanda, por parte da aviação nazista.

 

Figura 11 - Antena carrossel da Philips.
Figura 11 - Antena carrossel da Philips. | Clique na imagem para ampliar |

 

Assim, o leitor que possua recursos pode transformar uma simples antena doublé em antena giratória. Mas isto só é economicamente recomendável quando se opera em frequências muito altas, em que o comprimento físico da antena está na ordem da fração de metro. Fazer girar uma antena doublé de 1/2 onda, em 80 metros, é algo fantasioso. Mas factível, se houver determinação, espaço e dinheiro...

Quando se deseja aumentar a intensidade do sinal em uma determinada direção, utilizam-se recursos tais como diretores e refletores para que o sinal ganhe intensidade na direção desejada. Os refletores, como o nome indica, atuam como espelhos, fazendo que o sinal, que seria irradiado na direção não desejada, seja refletido de volta, para a direção desejada. Já os diretores atuando a frente do elemento ativo da antena, reforçam o sinal na direção desejada (figura 12).

 

 

Figura 12 - Diretores e refletores aumentam a intensidade do sinal em determinada direção.
Figura 12 - Diretores e refletores aumentam a intensidade do sinal em determinada direção. | Clique na imagem para ampliar |

 

Poderia parecer, à primeira vista, que se colocando refletores e diretores em grande quantidade, se conseguiria um aumento de sinal na direção desejada, em uma proporção direta aos elementos colocados, que são chamados de elementos parasitas porque não têm ligação física com o sistema radiante da antena. Porém tal não sucede; um número muito elevado de refletores ou diretores acaba sendo contraproducente. Três a quatro refletores e um a dois diretores são quantidades conservativas que asseguram o máximo de rendimento sem nenhum fator contraproducente.

As antenas direcionais móveis são giradas manualmente ou mecanicamente. Existem no comércio motores associados a eixos verticais, que permitem o giro de 360° de antenas direcionais. Estes tipos rotacionais são muito utilizados em frequências elevadas onde o dimensionamento físico das antenas é reduzido.

Porém a direção ou modificação do diagrama polar pode ser alterada apenas pelo recurso de modificar o tipo de injeção ou alimentação do sinal de RF, na antena propriamente dita.

Por exemplo, em uma antena alimentada em um extremo, seu diagrama polar pode se modificar em 180° se a alimentação passar de um extremo ao outro. Também em um dipolo duplo, ou seja, duas antenas doublé situadas uma em relação a outra, em ângulos de 90°, é possível, pela alimentação de uma e outra ou o lado de uma com o lado da outra, obter uma rotação no diagrama polar, abrangendo, por vez, todos os setores do quadrante: Norte, Sul, Este e Oeste. (figura 13). Isto exigirá uma chave comutadora à saída do transmissor, porém o trabalho que isto dá é amplamente compensado pela possibilidade de efetuar a rotação do diagrama polar, sem peças móveis.

 

Figura 13 - Com a alimentação adequada é possível obter, no diagrama polar, urna rotação que abranja todos os setores do quadrante.
Figura 13 - Com a alimentação adequada é possível obter, no diagrama polar, urna rotação que abranja todos os setores do quadrante. | Clique na imagem para ampliar |

 

 

 


Opinião

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