ANTENA T2FD - APERIODCA MULTIBANDA

Construíndo - Antena T2FD - W3HH, multibanda aperiódica

A antena T2FD - tilted, terminated folded dipole, sempre me atraiu pela versatilidade pois é uma antena de banda larga ideal para recepção mas em simultaneo um radiante razoável, a estrutura não é prática e a carga resistiva muito menos. Mas a questão que se nos coloca como Radioamadores foi a mesma que surgiu aos técnicos de radiocomunicações navais: ter uma unica antena para cobrir uma grande faixa de Frequências de trabalho sem variações de Impedância!

Características principais da T2FD:

- Grande largura de banda de trabalho emissão/recepção.
- Excelente antena receptora de baixo ruído
- Dimensões razoáveis, construção acessível e fácil instalação
- Despensa afinações porque não é ressonante

Actualmente os sistemas codificados de transmissões militares vieram ressuscitar esta antena, pois possibilita a famosa comutação automática codificada de Frequências num grande espectro e onde não tem antena rival omnidirecional, pois em operação direccional existe para este serviço outra parente, a Logarítmica Periódica.
Quanto ao desenho da antena, há quem a designe por "squashed rhombic" pelas semelhanças da carga resistiva e Impedância, mas é inferior em rendimento. Básicamente a T2FD é um quadro fechado em forma de rectangulo com os elementos curto-circuitados com uma resistência não indutiva, valor da alimentação depende do valor da resistência e varia entre 300 a 600 Ohm.

Originalmente desenhada para ser alimentada com linha aberta de alta Impedância 300/450 Ohm, sofreu uma variação para trabalhar com cabo coaxial através da aplicação de um transformador/balun, o cabo coaxial é mais imune á proximidade de objectos metálicos e estruturas que a linha aberta.

A antena T2FD tem uma relação de bandas de trabalho da ordem de 5 a 6 para 1, significa que pode funcionar 5 a 6 vezes acima da sua Frequência de trabalho inferior. Para Radioamadores se construída para 7 MHz pode funcionar perto dos 50 MHz (a que construi funcionava efectivamente em 6 metros com SWR inferior a 2.1:0), para radioescutas se desenhada para eficiencia máxima em 4,9 MHz pode funcionar até à faixa de 25-29 MHz. Na prática de um radioescuta inglês a antena desenhada para 4,9 MHz funciona satisfatóriamente nas bandas tropicais de 75 - 90 metros, mas não tão bem como um dipolo ou delta loop desenhados para os 75 ou 90 metros.

"PERFORMANCE

The United States Navy conducted extensive transmitting and receiving tests of a single T2FD antenna in the late 1940s at Long Beach, California. They employed a Model TCC Navy 1 kW transmitter, with a frequency range from 2.0 to 18.0 MHz. After a year of use on all frequencies the T2FD was found to be superior to individual antennas on the various bands. The other antennas were removed from the Long Beach site after the tests.

Similar results during the same period were experienced by the Kyushu Electric Communications Bureau of Japan. Their experiments indicated that the terminated tilted folded dipole was superior to the "zepp'' and halfwave dipole types previously used. They noted wideband characteristics, and the T2FD gave a 4 to 8 dB signal increase at their various receiver site"

Claro que "quem muitos burros toca, algum deixa para trás", parecido mas não igual ao que acontece neste caso técnico, sou suspeito por ser um fan desta antena mas ainda em 2012 construi balun e carga para o amigo CT1DYH instalar a sua T2FD, e após contactos em 40 e 80 mtr foi possível concluir que radia razoávelmente (notem que são apenas 14,5 metros de antena e conseguimos fazer QSO em 80 mtr embora com sinais a nível de ruído 5 a 7S nos 40mtr sinais de 9+S - construam uma antena filar de 14,5mtr que consiga carregar e radiar em 3,7MHz? Depois digam-me o que resultar.).
Um bónus interessante da T2FD, a recepção dos sinais nestes tempos ruidosos que correm é muito confortável e silenciosa (CT1DYH não conseguia menos de S9 de ruído por ter linhas de MT a passar por cima, e agora faz QSOs com a T2FD).

Na versão que construi de 14,5 mtr de comprimento total, foi possível efectuar contactos desde os 50MHz até aos 3,7MHz, tendo mesmo efectuado DX nos 21, 18 e 14MHz com contacto emblemático para as Ilhas Malvinas - VP9, reportagem 57 com 90 W PEP!

Reparem que esta antena nas Frequências mais altas tem comprimentos de onda com mais ganho do que os dipolos de meia onda, nas Frequências mais baixas o inverso. O facto de ser instalada idealmente na diagonal possibilita polarizações de componentes mistas, claro que depois na reflexão a Ionosfera é que manda!

Construi uma versão de 29mtr mas ao instalar verifiquei que não "havia condições" e desisti (falta comprar Lote de terreno maior!). Não é uma antena perfeita, tem perdas no Balun que terá de ser relação 4:1 (75 Ohm), ou 6:1 (50 Ohm), perdas na carga resistiva que terá de ter 390 a 450 Ohm não indutivos (resistências de carvão ou filme), onde pode perder até 35% de energia RF em calor (nos piores casos de desadaptação)!

Apesar das suas limitações é uma antena muito usada em comunicações militares, diplomáticas e profissionais, pela simplicidade e possibilidade de comutação automática de bandas sem problemas de adaptação de Impedâncias.

Como construir a antena TTFD-W3HH para 7 a 30 MHz

Se houve duvidas na interpretação das medidas nos desenhos aqui ficam as formulas de construção:

Comprimento da T2FD - comprimento onda banda mais baixa de trabalho a dividir por 3 = 43/3 = 14.3 metros...

Separação entre os lados maiores do rectangulo, formula: 43/100 = 43 centimetros.

Arredondando serão 14,5 metros e 45 centimetros, não é crítica nas medidas porque é aperiódica e não ressonante; se usarem tubos plásticos de separação podem deixar com 40 ou 50 centimetros que não afecta o rendimento - recordem que os tubos de separação devem ser em material isolador que aguente o vento e os raios ultra-violetas do Sol.

Instalação ideal da antena T2FD é inclinada - TILTED... recomenda-se não menos que 20 garus de inclinação com o óptimo de 45 graus, o que obriga apenas a um só mastro de suporte. Mas existem versões de fábrica que recomendam horizontal ou mesmo V invertida, se bem que em V invertida a teoria desaconselha.

A versão 7 a 30 MHz pode ser instalada utilizando um pequeno tubo de suporte inferior de 2 a 3 metros, com suporte superior conforme figuras, 9 a 10 mtr. Para além das bandas de radioamador funciona bem nas bandas comerciais de 6 MHz ou 49 metros. Se não tiver espaço suficiente construa a versão dos 14 aos 56 MHz, que ainda receberá bem a banda comercial de 11 MHz.

Versão T2FD 6 a 20 mtr do radioamador francês F8ABX

Mas existe um campo onde esta antena funciona bem: como vertical multibanda, sem as perdas inerentes à baixa resistência do ponto de alimentação e sem a obrigação de ter plano de terra como as verticais tradicionais.

Este será o próximo projecto de antena vertical multibanda, sem bobines, de banda larga, sem a chatice dos radiais e plano terra!

Alguns Radioamadores alemães usaram versões portáteis da T2FD/W3HH com bastante sucesso (artigo da revista URE espanhola)

Comparando com Dipolo monobanda fica uns dB abaixo em rendimento nas Frequências mais baixas, mas será que cada um de nós tem espaço para instalar Dipolos para cada banda de trabalho em condições ideais como sejam a meia onda do solo?

Foi a esta pergunta que os técnicos da Marinha Americana responderam com o ensaio da T2FD/W3HH, após um ano de testes numa base naval do Pacífico concluíram que era melhor tirar toda a "filamentaria" e deixar ficar a T2FD/W3HH.

Claro que há detratores que relatam exactamente o oposto, com ênfase no baixo rendimento desta antena. Eu experimentei e fiquei positivamente surpreendido, é uma antena funcional e util uma vez que o Radioamador comum passa 80% do tempo em recepção das bandas e sinais.

Experimentem e depois publiquem vossos comentários.

Montagem ideal da antena em diagonal

Aspecto do Balun 4:1

Dados balun 6:1

Versões comerciais desta antena e esquemas de montagem, a de baixo é a Yaesu YA-30 com os diagramas de radição nas bandas de radioamador 10, 15 e 20 mtr.

Carga resistiva terá sempre de aguentar 1/3 Potência trabalho (100 W/30W)

Carga resistiva 10 resistencia em paralelo 3,9kOhm 5 Watt cada

Versão abaixo com resistências de maior dissipação que possibilitam funcionamento com mais Potência de emissão 300 W PEP

Não poderia terminar esta minha exposição sem transcrever o estudo em modelo do funcionamento desta antena realizado por uma das grandes figuras do estudo das antenas, L. B. Cebik, W4RNL, recentemente QRT. Este é o seu estudo sobre a T2FD, trabalho em modelo de computador recorrendo aos programas informáticos especializados NEC 2 e 4, em que partiu de 2 antenas T2FD com as medidas que abaixo se apresentam (165'=50,30mtr, 5'=1,52mtr/100'=30,48mtr, 0,25'=76cm).

Segundo Cebik, as cargas resistivas colocadas do lado oposto à alimentação limitam a variação de Impedancia à medida que alteramos a Frequência de trabalho e relativamente a um dipolo dobrado sem terminação resistiva. Em simultaneo a carga resistiva transforma em calor a energia de RF dissipada, o balanço final que deixa produz-me algumas duvidas na quantificação das perdas na terminação resistiva. Ainda assim este modelo teórico conforme referido pelo autor, deve ser encarado exactamente dessa forma - conjunto de princípios teóricos que podem estar alterados na prática conforme refere com o caso das antenas loops horizontais, cujas características não são quantificadas nestes modelos computorizados.

Ambas as antenas foram dimensionadas para funcionarem de 2 MHz até 30 MHz como critério inicial. A versão longa corresponde à construção com as frmulas clássicas já referidas 300/F(MHz) comprimento e 10/F(MHz) largura. Refere ainda que é idiotice discutir as formulas de construção uma vez que a TFD é antena não ressonante, a versão mais curta aproxima-se mais dos modelos comerciais, ambas estão dimensionadas com arame de 1,5mm de diametro sens.

Impedancia, SWR-Ondas Estacionárias e Terminação Resistiva

Segundo os modelos de computador as antenas estarão a com a ponta mais inferior a 6 mtr do solo, e a antena na vertical uma vez que o computador não encontrou vantagens em colocar em sloper/diagonal a T2FD (recordem a minha apreciação do potencial desta antena para vertical multibanda, sem bobines e com este diagrama de radiação!). Recomendação comum é usar um valor de 390Ohm na terminação resistiva (ideal 5% a 10% superior à Impedancia de alimentação), para alimentação com 300Ohm (balun 6:1 e coaxial 50 Ohm)

Foi ainda constatado em computador que a versão maior tendia a ter um efeito no diagrama de radiação nas Frequências mais altas, conforme gráfico:

Reparem por contraste com a versão da T2FD mais curta o maior equilibrio no diagrama de radiação

Segundo Cebik, a causa para os elevados lóbulos de radiação nas Frequências mais elevadas estará no maior afastamento dos condutores na versão maior. Quanto ao gráfico da Relação de Ondas Estacionárias dos modelos de computador, o mesmo não corresponde à minha experiência de campo. A minha experiencia de radiocomunicações (emissão e recepção), com esta antena apresenta valores de ROE-SWR mais baixos e equilibrados, utilizando o analisador de antenas posso garantir que o valor médio de Ondas Estacionárias da versão de 14,5 mtr (diferente das aqui analisadas), ronda os 1.8:1 com picos em 2.9:1/1.2:1, sendo que o maior valor corresponde à parte das Frequências mais baixas - utilizando balun e carga resistiva autoconstruidos, sem o rigor e qualidade dos materiais comerciais e profissionais.

Da mesma forma o balanço gráfico final é util para discernir as diferenças entre a versão mais longa e curta nas perdas relativas em dB da terminação resistiva desta antena (ainda que um pouco exagerados na minha opinião, senão vejamos o emblemático contacto que efectuei com VP9, se fossem os 5 dB de perdas na carga resistiva nos 14 MHz, estariamos a falar em sensivelmente 20 W radiados o que não se traduziriam nunca num sinal igual ao que estava recebendo de 7 unid. S!)

Notem que este gráfico representa perdas brutais de dissipação de energia na carga resistiva, considerem que existem ainda perdas operacionais no Balun e nos condutores.

Para que não se confunda o rendimento global da antena com as perdas na carga resistiva, temos de observar que a carga resistiva está no final da antena e dissipa a energia residual que não foi radiada pelos muitos metros de arame condutor. Ou seja, na prática o seu efeito é mais notório nas Frequências mais baixas em que o comprimento físico da T2FD começa a ser demasiado curto para os comprimentos de onda em causa.

Atendendo aos valores do ultimo gráfico, todas as embaixadas a nível mundial, estações marítimas e militares estariam a "aquecer" a atmosfera com RF. Estas antenas já teriam sido retiradas se fosse esse o caso, de igual forma os fabricantes destas antenas onde estão incluídos as maiores empresas mundiais já as teriam descontinuado. Outro sinal inequívoco é o preço comercial, bastante elevado para uma simples carga resistiva - mas claro é apenas a minha humilde opinião!

Estas são algumas das antenas rivais da T2FD, cuja categoria é muito especial, tal como a T2FD são antenas de banda larga-Broadband: