BLOG DE CARLOS CAVALCANTI: ANTENAS VERTICAIS

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quinta-feira, 24 de novembro de 2016

ANTENAS VERTICAIS



Antenas verticais foram as primeiras antenas com que trabalhei em rádio, são simples no funcionamento e montagem, radiam em ângulos baixos e omnidireccionalmente.
Embora existam muitos críticos das antenas verticais, na minha opinião a eficiência é razoável e em alguns casos boa (devido aos ângulos de radiação muito próximos de 0 graus). Claro que a radiação omnidirecional limita muito a energia dirigida para o ponto de interesse, esse é um facto inegável, mas devemos igualmente ter em consideração que as condições de reflexão das ondas rádio na Ionosfera são inconstantes, alterando-se por vezes rápidamente e sem aviso. A facilidade e rapidez de contacto com antenas verticais pode ajudar a colmatar a diferença de rendimento para as antenas directivas, exigentes de um sistema motorizado/mecânico de orientação e de uma distância ao solo que lhes permita radiar em ângulos semelhantes aos das verticais (geralmente acima de meia onda do solo, até 14MHz possível mas nos 7-3,5-1,8MHz pouco comum). 
Efectuei muitos contactos a média e longa distância com antenas verticais, que continuo a realizar com a minha R6000 (artigo abaixo descrito). É revigorante entrar em pile ups para fazer estações de DX com muita gente a chamar ao mesmo tempo, passar por cima de todos e fazer o contacto dizendo triunfalmente no final que estou apenas com uma antena vertical e a Potência do equipamento, literalmente o triunfo do David sobre os muitos Golias barulhentos que chamam ao mesmo tempo, hi!
Referindo-me às antenas com que trabalhei e as figuras abaixo ilustram os meus argumentos, gosto da qualidade dos materiais americanos, a Hustler 4 BTV é a melhor antena que tive em 1/4 de onda (tive 2 antenas destas), em antenas de meia onda a GAP é boa em material mas frágil em construção, a Cushcraft com as séries R5, 7 e R6000 é o inverso. Hygain foi boa, a Sommer, Fritzel idem, as japonesas são frageis mas eficientes. As italianas frágeis em ambos os sentidos. As antenas Butternut são talvez as mais resistentes e eficientes, agora surgiram outros fabricantes como os americanos da M2 e da Zero 5, Optibeam, Titanex, etc. Material metalurgicamente muito robusto mas também mecanicamente mais exigente. Ainda me recordo numa feira de Friedrichshafen estar numa conferencia de DXistas e ver filmes com antenas verticais para 80 e 160 mtr a dobrarem com ventos ciclónicos até a ponta bater no chão.


Um dado importante nas antenas verticais: qualidade das bobines ressonantes e a sua construção - relembro que são circuitos LC (bobina indutiva e condensador, associados por forma a ficar em Ressonancia em determinada Frequência de rádio, cortando a passagem de corrente). Estes circuitos ficam expostos aos elementos atmosféricos pelo que se não forem bem construídos e de qualidade causam mau funcionamento/avaria da antena, a sua manutenção preventiva é um factor importante. Isolando com silicone, deixando os orifícios inferiores abertos para evaporar condensação que ocorre no interior é essencial. A fixação da base, sistema telescópico e qualidade metalurgica são igualmente factores essenciais - daí a minha preferência pelas antenas americanas que tem melhor controlo de qualidade e melhores materiais!
Estas são as clássicas antenas de quarto de onda, que exigem um plano de terra artificial composto por diversos radiais, que melhoram o rendimento da antena.

Abaixo antena de meia onda da GAP, modelo Eagle, já com radiais próprios e menos exigente no plano de terra que em vez de a complementar electricamente apenas previne as perdas para a terra.


Para quem anda nisto de antenas verticais as grandes chatices são o comprimento/envergadura e os radiais. Por mais mérito técnico que reconheça aos sistemas de radiais de muitos fios tipo broadcasting, é sempre uma "chatice" instalar um destes sistemas no nosso telhado e jardim. Acreditem que sei do que lhes falo, muitas horas passadas em equilibrio, ao frio ou ao Sol, a instalar, medir, cortar, voltar a medir e cortar. Neste aspecto as modernas antenas verticais vieram ajudar muito os Radioamadores.
Já fui presenteado por colegas Radioamadores com restos de antenas danificadas pelo vento, recordo uma GAP Eagle oferecida que rompeu pelos tubos triplos junto á base! Ainda andam restos desse Aluminio lá por casa para construir outros projectos.
Espiar as grandes antenas pode ajudar a evitar o desastre ou pode potenciar o desastre, por opção própria a partir da Gap deixei de espiar as antenas com cordão isolante. Preferindo reforçar o tubo pelo interior.
- Ainda me recordo do barulho infernal que fazia a GAP nas noites de ventania, e como vivemos rodeados de vizinhos depois é preciso pedir desculpas a toda a gente!
Este é também o argumento porque deixei de usar antenas directivas multibanda para HF, para mim não vale o incómodo para a vizinhança, se posso usar minha antena vertical e fazer os DXs! Não sou recebido com S 9+ mas chego com S 5, 7 e por vezes também com 59. 
Mais importante: se quebrar pelo menos maior parte da antena cai do meu lado (mas um Seguro que cubra queda de antenas é essencial para o Radioamador, sei do que falo porque negociei um para mim no pacote Multiriscos Habitação)
Há pouco tempo surgiram as antenas verticais que ajustam por motorização o comprimento da antena, um conceito interessante e eficiente que é pena ser tão dispendioso.
Para quem pode, o enfasamento de antenas verticais é uma boa alternativa ás directivas (sistema Four Square), igualmente quem pode ter verticais monobanda pode optar por antenas colineares, 5/8, 3/4 ou mesmo onda completa. Mas para mim o real defeito das verticais não é o rendimento mas o ruído captado, embora os circuitos DSP de processamento de sinal e cancelamento de ruído ajudem muito hoje em dia.



Análise da antena vertical percursora da conhecida CP-6 multibanda. O meu primeiro contributo para a revista QSP em 1989, igualmente emblemático para mim este artigo (não só por ter ainda o cabelo todo e namoriscar todas as miudas que apareciam, "pseudo-motard" da época na minha motorizada Sachs motor turbina - quantas recordações!), de igual forma significativo por apresentar uma foto e declarações  do CT1HB - Feliz Oliveira, o meu professor da radiotécnia-radioamadorismo e da Escola Comercial e Industrial de Viseu, Curso de Electrotecnia. Bem haja por tudo!




Outro artigo original da Revista QSP é sobre as célebres antenas verticais R5 e R7 de marca americana. Reparação e Redimensionamento de uma destas antenas.









Antenas Dummy-Load ou talvez não!

Achei muito curiosa e pertinente esta abordagem de um colega inglês sobre a famosa e muito vendida antena Diam. BB6W e BB7V, tanto mais que também tive a experiencia de abrir um destes baluns de uma destas antenas "chamuscada" e posso corroborar os dados deste radioamador:


Aqui está o balun BB7V e BB6W de "barriga aberta". Usam princípios similares de funcionamento ao balun da Comet, básicamente é um UNUN relação 6:1, com uma carga de 600 ohms resistiva conectada em paralelo através do lado da antena.
Os objetos brancos são seis resistências não-indutivas Takman 3K6 ohms de 20 watts ligados em paralelo. Estes componentes são muito difíceis de obter no mercado. O Unun 6:1 consiste em dez espiras de fio  em dois enrolamentos 29 milímetros (1,2 "), em cima de 2 toróides de diâmetro 61 (ou semelhante) núcleos de ferrite FT110-61. O ponto de alimentação 50 Ohm é aproveitado na quarta espira a partir da extremidade do enrolamento ligado para terra. Quando testado contra a Comet numa configuração vertical e alimentados contra a terra tem um bom desempenho. Ligeiramente melhor do que a Comet, embora com algumas depressões no desempenho, não tão linear como a rival.





Em média, esta antena apresenta mais de 1 dB de ganho em transmissão, ligeiramente mais elevado do que o desenho Comet. Estas medidas não são absolutas e devem ser tratados com cautela. Os traços dos gráficos indicam apenas valores aproximados, os resultados reais em qualquer local irão depender da localização, da qualidade do campo de radiais e dos objectos circundantes.
Foi utilizado um fio de 10 mtr ligado a este balun/Unun e os resultados apresentados são com sintonizador automático em todas as bandas de Onda Curta. Considerados muito bons pelo colega inglês que também reporta o mesmo comparando com a antena vertical Comet.








Conforme legenda do gráfico colorido, estes resultados traduzem a comparação de resultados nas diversas Frequências no gráfico de barras da autoria do radioamador inglês que dissecou e alterou a Diamond BB6W. O Balun auto-construído foi ligado a um arame metálico de 10 metros de comprimento na vertical, com plano de terra composto de vários radiais. Sendo a barra verde o valor com o Balun 4:1 ligado a um Tuner automático SG-3000. Barra laranja apresenta o resultado sem antena-tuner ligado ao balun e com uma resistência de 50 Ohm em paralelo com o primário do Balun/Unun. Barra amarela, o Balun da Comet ligado directamente sem Antena-Tuner. Barra vermelha, o Balun BB6W, sem Antena-Tuner. Barra azul, sem Balun nem Antena-Tuner e uma carga resistiva de 50 Ohm ligada em paralelo entre o fio da base da antena e o plano de radiais.
Para minimizar problemas com o transceptor no espectro de bandas medido, o radioamador inglês usou um atenuador de 3 dB na entrada coaxial antes do Balun. Foi usado um analisador de espectro para obter os valores do gráfico com um loop de 1 metro de diametro a 10 metros de distancia da antena. O Balun/Unun 4:1 foi alimentado através de um Antena-Tuner LDG Z11 Pro conectado directamente na base da antena. A utilização de cargas ficticias de 50 Ohm foi para demonstrar até que ponto é negativo usar uma resist~encia de 50 Ohm em paralelo com a massa por comparação com os outros mètodos.

Relativamente a este gráfico o traço mais escuro é do transformador original UNUN relação 6:1, traço verde claro é o resultado do balun versão 4:1 do radioamador inglês.

Aqui está uma cópia do radioamador inglês que mostra o método de enrolamento em mais detalhe. É um enrolamento de 2 bobines num núcleo tipo toróide FT110-61, antes de enrolar o fio os toróides circulares são envoltos em fita de PTFE.
Abaixo a versão final realizada pelo radioamador inglês, nada a saber, estão lá as 6 espiras fio vermelho enroladas próximas das 4 espiras de fio preto, ambos enrolamentos em paralelo ligam ao vivo da tomada coaxial, fio preto do enrolamento liga à massa da ficha coaxial. Fio vermelho extremidade do enrolamento das 6 espiras liga à antena.



Este é o balun/unun original que vem de fábrica, infelizmente não conhecem o método de enrolamento de fios sobrepostos/paralelos para maximizar a indução electromagnética como um Balun normal 4:1 Ruthroff Unun que produz melhores resultados. Lamentável porque os toróides até são de qualidade mas com este processo pouco profissional as perdas aumentam (problema dos produtos feitos em série para minimizar custos!).
O objectivo é demonstrar que com um pouco de paciência e trabalho, partindo deste outro trabalho de um radioamador, é possível fazer igual ou melhor do que os produtos comerciais disponíveis no mercado. Para finalizar, este velho provérbio "quem não arrisca não petisca". 73

Respondendo ao comentário do João - CT1FBF

Concordo inteiramente com o que escreve o João - CT1FBF, e o gráfico de barras anterior justifica as suas considerações, o rendimento é mesmo muito baixo: -13dB pior caso, o melhor que foi medido apresenta -3,3 dB, estou a referir-me às antenas de fábrica Diamond e Comet!

Existem casos extremos em que estas antenas serão a unica solução para os radioamadores pouco expeditos a construir, ou que estejam de tal forma limitados pelos condóminos que vejam nestas antenas alternativa. Mas mesmo só em desespero de causa!
- Reparem que mesmo nos melhores casos, 3 dB a menos significa metade da Potência perdida. Acham coerente levar ao máximo a saída dos transceptores para 100 e 150 Watt para acabarem com 50 W de saída, sem contarem com as perdas do cabo coaxial e das fichas!

Conforme refere o João existem "antenas cana de pesca" que apresentam melhor rendimento e são mais baratas, eis um exemplo de um radioamador italiano I6IBE, com 10 metros de condutor na vertical e balun/unun relação 4:1, construído com 19 espiras bifilares de fio isolado (melhor esmaltado devido ao aquecimento), 1mm diametro, espiras enroladas num toróide T-200 Amidon (atenção ao promenor do material ferromagnético do toróide, senão for de qualidade aquece, gera ondas quadradas interferentes e pode até explodir, por isso esmerem-se para ter T-200-2 cor vermelha):

Outra abordagem do um radioamador italiano IV3SBE para construção de balun/Unun relação 4:1, com 14 espiras bifilares, está ilustrada em baixo com balun e fio metálico condutor esticado:


Esquema eléctrico do Balun:



Antena Cana de Pesca, Rybakov (outra versão)


por IK1QLD Anjo

A antena "Cana de Pesca" mais conhecida como Rybakov (pescador russo), permite operar em todas as faixas de HF amador de 3,5-30 Mhz obtendo resultados "impressionantes", é polarizada na vertical, utilizando como suporte uma vara de fibra de vidro (omnidirecional), ou na horizontal como um dipolo ou "longwire". A antena é fácil de construir, na base existe um transformador de Impedância  relação de 4:1, enrolado sobre um  toróide de ferrite para HF (normalmente côr vermelha T-200 / 2), enrolamento composto por 15-19 espiras de fio electrico PARALELO ou TRANÇADO (1 mm esmaltado ou cobertura PVC vermelho / preto 1 mm). A antena funciona ligada a um sintonizador de antena "TUNER" manual ou automático. Plano de terra composto por vários radiais é sempre aconselhável, apesar de teóricamente funcionar como Long Wire.
A antena funciona bem, especialmente nos modos digitais PSK31 e SSTV com um sintonizador de LDG Z11-Pro (versão do IK1QLD) , resiste a ventos melhor do que uma antena comercial vertical, em suma, construção fácil e eficiente. A impedância da "Cana de pesca", um monopolo sem radiais, uma espécie de longwire, é cerca de 600-1000 Ohm, o transformador 4:1 na base reduz a impedância para um valor próximo dos 150-250 Ohm balanceados, pelo que é necessário um outro balun para evitar radiação pela malha (pode ser identico ao da figura ou com espiras de cabo coaxial enroladas para fazerem um choque inductivo em RF). Desta forma qualquer sintonizador interno dos transceptores pode adaptar estas Impedâncias e levar a Relação de Ondas Estacionárias a 1.1:1 SWR em todas as bandas.  Se forem aplicados radiais (aconselhável para evitar as perdas de radiação para a terra), dispôr em ângulo recto (90 graus) em relação ao radiador, ou inclinados a 45 graus.
Outros tipos de baluns relação 4:1

Podem ser usadas barras de ferrite, 1 ou 2 dependendo pa Potência da trabalho, fio eléctrico 1 - 1,5 mm2.(par vermelho e preto "Red-Black" para altifalantes LoudSpeakers)

Enrolamento de 9-10 espiras sobre a barra de ferrite conforme figura, ter o cuidado de cortar os 2 fios com o mesmo comprimento. O ponto"B" do Balun é conectado com a parte da antena ligada á massa, e o ponto "A" com radiador vertical, numa Windom/OCF A lado maior, "B" mais pequeno (FIG.). Este Balun também funciona com antenas Windom/OCF, neste caso com comprimento total de arame horizontal (L) de 41 m. Comprimento de "L1" será 27.5 sendo "L2" de 13.5 m. Pode ser construída uma Windom/OCF metade do tamanho em que L1= 13.75 m e L2 = 6.75 m.

Outro tipo de Balun actualmente muito em voga é do tipo Guanella, balun de corrente sendo os anteriores de tensão e mais perdas. Abaixo na figura a construção de um destes circuitos que despensa o choque de RF e pode ser aplicado na vertical ou nas antenas Windom/OCF. Já construi e medi com analisador este tipo de Baluns e posso garantir que os valores de transformação de Impedâncias são mais constantes do que os valores dos baluns de tensão. Aplicando este balun á antena vertical o fio vermelho do enrolamento ligaria á vertical o outro extremo á massa.


Convertendo antenas verticais de CB para Radioamadorismo
Esta é uma ideia peregrina que já passou pela mente de muitos Radioamadores experimentalistas para darem uso á muita sucata que têm lá por casa, fruto do explendor de outrora da Banda do Cidadão. Dos artigos antigos da Revista 73 americana aqui ficam algumas ideias:


Também aqui estraguei muito Alumínio, muita ferramenta ao meu Pai, muitas horas passadas na vertigem do projecto. Alguns resultaram outros nem por isso, a antena Avanti 170 - Sigma II, foi a que me serviu para estes projectos e ainda hoje andam por lá muitos tubos de dural de alta qualidade e resistência.

Outra antena curiosa idealizada pelo HB9MTN

Um dipolo multibanda compactado e na vertical, com bons resultados e alimentado com antena tuner automático, é verdadeiramente uma antena portátil.


Posteriormente modificada por forma a ficar com a alimentação na base, o que a torna numa Windom. A Alimentação originalmente é em linha de 450Ohm mas nesta configuração Windom um balun 6:1 seria ideal para usar cabo de 50 Ohm. Claro que é multibanda, compacta, com bons resultados e acessível à construção para qualquer Radioamador.

Elevation Diagrams H-Pole 3.7MHz [blue], 7.06MHz [green], 14.24MHz [black], 21.24MHz [violett], 28.5MHz [light blue],0.5m over MININEC-Ground
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  1. Boa Noite Filipe Ferreira (CT1DDW)
    Estas famosas antenas verticais "Broadband para HF" sem radiais e quenão requerem "Antenna Tuner": tipo Comet CHA-250B / VA250 / HA-750BL /FALCON OUT-250-B são quanto a mim, e não sou o único a pensar assim,dos maiores embustes que existem hoje em dia no mercado.
    Como já o escrevi noutras ocasiões sobre o mesmo tema, fazem-melembrar uma antena vertical italianas móvel para a Banda do Cidadãoque apareceu em Portugal, se bem me recordo nos anos 80 do seculopassado e que na altura fez furor no meio.Aquilo era definitivamente um "milagre" um forma de antena,indepentemente do sito em que se instala-se "a coisa" na viatura ou fora dela, o coeficiente da relação de onda estacionaria era sempre o mesmo, desde os "canais baixos" aos "canais altos", era sempre próximode 1,1:1. Para os eternos obsecados pelas estacionarias era como terem atingido o nirvana. Tecnicamente aquilo não passava de uma carga fictícia ligada a uma vareta com 1 metro e meio e que custava uma pequena fortuna. O rendimento era abaixo do miserável, mas como este não se vê, era para alguns a melhor "antenória" que jamais tinha sido inventada à face da Terra pelo homem.
    Obviamente que o publico alvo a que se destinavam, pouco ou nada sabiam de antenas e nem se exigia que soubessem. Pensei na altura,isto é algo que no radioamadorismo nunca pegaria; como se veio a demonstrar com o tempo, estava infelizmente, completamente enganado.
    Relembro aqui o que escreveu o Carlos Mourato (CT4RK) sobre este tipode antenas em 15 de Julho de 2011." Pelo que eu pude observar, cada vez mais aparecem verdadeiros "milagres" no mercado, com a finalidade de venderem. Claro que quem não tem conhecimentos técnicos para fazer uma avaliaçãodas antenas propostas, pensa que são o "super sumo", pois SWR não têm!...Mas como o SWR não importa assim tanto, estas antenas são autênticos barretes que apenas servem para expoliar os bolsos dos menos formados tecnicamente.
    Veja-se aquele modelo, com um transformador de Z, e depois uma cargaficticia de 600 Ohms. Liga-se um fio qualquer a um dos terminais dacarga e têm-se uma antena "fabulosa"...Com um ganho de cerca de 30dBnegativos!!!... Para radiar 1 watt, tem que se lhe aplicar 1000 watts!...Boa! "
    Qualquer cana de pesca com um Balun ligado a um fio metálico de 10 metros de comprimento na vertical, com plano de terra composto de vários radiais é muito melhor que isto e custa menos de 1/10 do valor pedido por estas coisas. Ouvi uma vez num repetidor uma "alminha" lusitana que tirou 30 mts do"cabo grosso" e meteu 30 mts "cabo fino", porque com o "cabo fino",finalmente já não tinha estacionárias em toda a banda de UHF. É bem verdade que pouco escutava e que não chegava a lado nenhum, mas tinha finalmente "zero" de estacionárias .... certamente assim, consegue viver feliz para todo o sempre. Acho mesmo, que os tipos da COMET tiveram um rasgo de inspiração,quando denominaram a coisa por "CHA", é que com este chá por 600Euros, ajudam a tranquilizar os seus mais exigentes clientes com as estacionárias na antena. João Costa (CT1FBF)
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2 comentários:

  1. As antenas verticais são muito altas em locais onde saltar pipas é o divertimento dos jovens e adolescentes. Pra nós py/pu/e px é prejuízo na certa.

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  2. Oi boa tarde. Estou querendo fazer o projeto dessa multibanda ai goataria de pedir sua ajuda com o projeto completo ok vou deixar meu email welersonfox@gmail.com aguardo seu contato

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