Secção Técnica Temática de trabalhos da A.R.L.A.

Artigos de natureza técnica ou histórica

Antenas Direccionais para Recepção

Antena "U" invertido simples

[  Carlos Goçalves  - Agosto de 2003 ]

Neste artigo vamos conhecer uma antena que embora possa perfeitamente ser usada para emissão muita tinta tem feito correr em artigos elaborados sobretudo pelos radioaficcionados que se dedicam à recepção.

Esta publicação marca uma viragem no trabalho da secção técnica temática dedicada à radioescuta pois trata-se do primeiro artigo de características técnicas fundamentalmente vocacionado para esta importante modalidade do radioamadorismo.

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Há já alguns anos que o autor experimentou determinadas antenas que, embora concebidas por rádio-amadores emissores - logo, mais destinadas às bandas dos 80 e 160 m - se adaptam, com excelentes resultados, para a recepção da banda dos 530-1700 kHz, onde a componente “onda de solo” é mais importante e notória do que a “onda reflectida”, igualmente presente, mesmo em QRGs tão baixas como as da chamada OL, 153-279 kHz.

Para tais faixas, particularmente em OL, é comum a ideia (falsa) de que “quanto mais fio no ar, melhor.”   Até certo ponto, é verdade, dado lidarmos com comprimentos de onda que - inviabilizando a utilização, por amadores, de antenas verdadeiramente adequadas, pelas dimensões e custo que tal implicaria -, podem ser compensados ...mediante outros “estratagemas.” 

A teoria do “quanto mais fio, melhor” pode resultar em zonas de ruído ligeiro ou nulo e também de ausência de outras emissoras, por forma a minimizar captação de espúrios, fenómenos de modulação cruzada, por saturação do espectro, etc.   Trata-se, sem embargo, do que apelidaria por “fio não domesticado”, ou seja, um simples fio longo, uma extensão de condutor posta no ar para captar, sem critério, sinais de RF e... ruído, de nível cada vez mais intenso nos meios urbanos, em virtude da multiplicidade de equipamentos e utensílios à disposição do Homem, comodidades que podem exasperar o mais paciente dos DXistas.

Quando o espaço para um desses “fios longos” deixa de ser questão, poder-se-á transformar um “fio” desses numa antena direccional útil desde a OL ou LF à OC ou HF: opera-se, portanto, a transformação desse fio em algo designado por Antena Beverage, cujo comprimento mínimo costuma ser 300 m, por apresentar a característica de onda completa em 1000 kHz, mais ou menos o meio da principal banda de radiodifusão em  OM.   Porém, mesmo tal “refinamento” de um fio longo pode desencorajar um DXista que pretenda explorar em mais pormenor as bandas de OL e OM, onde  pode encontrar, para além das radiodifusoras, os radiofaróis, normalmente de potência muito baixa e que têm a vantagem de emitir contìnuamente a sua identificação em Morse, oferecendo a muitos, quiçá, uma outra faceta no DX desconhecida para muitos iniciados.

Ora, precisamente para ambos os tipos de estação, e mesmo para a recepção dos amadores experimentais em OL/LF, há antenas direccionais de dimensões muito mais reduzidas e, ainda assim, oferecendo desempenho muito bom, por forma a maximizar o sinal e/ou minimizar a fonte de distúrbio, seja por QRM ou por QRN.   

Proporia, num primeiro artigo, a antena mais simples das várias que conheço e utilizo - O “U” invertido quadrangular... não, não há qualquer relação com o “V” invertido, que é um simples dipolo montado dessa forma, normalmente, por razões de espaço, sendo também uma antena equilibrada, ao contrário deste “U”, que é desequilibrado.  

Este “U” é semelhante a uma antena vertical composta por um elemento directivo e um elemento reflector unidos por cima, mas o desempenho é distinto: o elemento horizontal actua como linha entre o director e o reflector, sendo que as características direccionais da antena resultam de três factores combinados: 

a)      ocorre uma deslocação de 180º na corrente do sinal, entre os dois elementos;

b)      no reflector, a corrente é quase 70% menos que no outro elemento vertical, o director, que é ligado ao cabo até ao rx mediante um transformador de impedância;

c)       a terminação resistiva variável TRV aplicada ao elemento reflector induz um decréscimo na velocidade da onda propagada no elemento reflector, sendo que, quanto mais alto for o valor da TRV, menor é a velocidade de propagação no reflector.

Estes três efeitos conduzem à anulação parcial do sinal que chega da parte posterior da antena, oferecendo uma relação frente/costas superior, em teoria, a 35 dB, no melhor dos casos, segundo artigos publicados sobre esta antena, cuja primeira descrição, em 1995, foi feita  pelo rádio-amador norte-americano Floyd Koontz, WA2WVL, que a desenvolveu especialmente para as já referidas bandas de amador dos 80 e 160 m e a baptizou de “Ewe” (¹), por analogia com a pronúncia igual, em inglês, da letra “u”, já que, como se viu,  pode-se imaginar esta antena como um “U” invertido mas quadrangular.

Como outras características da “U” invertido – parente das antenas  K9AY,  Bandeira (²) e Galhardete (³), todas da classe das verticais, apesar de apresentarem formas algo bizarras e longe de sugerirem tal designação -, é de salientar o baixo ângulo de recepção, o comportamento quase linear numa vasta faixa, facilidade de construção, custo reduzido e, ao que parece, susceptível de ser utilizada para emissão, mediante a necessária adaptação, v.g. na TRV, que, por razões óbvias, terá que suportar a potência dissipada pelo tx.

¹) lit. “ovelha”,  ²) do inglês Flag,  ³) do inglês Pennant, v.g os termos que costumam aparecer nos artigos da especialidade.

 

Dimensões

Normalmente, este “U” apresenta as dimensões mínimas de 3x10x3 m, i.e. 3 m para cada um dos 2 ele. verticais e 10 m para condutor que os une por cima.  Pessoalmente, utilizo uma antena de 4x12x4 m alimentada em baixo.   Não parece haver regra bem definida que estabeleça razão suficientemente lógica entre o comprimento dos el. verticais e o comprimento do elemento horizontal, de ligação.   Em tabelas já publicadas para o efeito, surgem valores como 3x12x3 m para uma “U” inv. alimentada em baixo e concebida para os 160 m e um ângulo de elevação de 30º, enquanto experiências em 530-1700 kHz  revelaram bom desempenho para “U” invertidos de 6x20x6 m.

 

Terminação Resistiva Variável

A TRV é, normalmente*, inserida entre o extremo inferior do elemento que constitui as “costas” da antena e a terra. 

Esta pode conseguir-se mediante um simples potenciómetro de 2 kΩ ou algo superior**, sendo que esta opção torna inviável o ajuste à distância.  Pessoalmente, utilizo um sistema de comando por cabo de 2 condutores em que um potenciómetro junto do rx ajusta a intensidade da corrente de 12 V= injectada num LED de alto brilho dentro de uma cápsula contendo uma célula fotoeléctrica de CdS cuja resistência varia consoante o brilho do primeiro.  Um borne da célula está ligado ao ele. vertical do “U”, o outro à vareta de uma boa terra: o funcionamento da antena depende de uma boa terra!

O ajuste da TermR proporciona a vantagem de adequar o desempenho à frequência e às variações da ligação de terra.

*) A TRV também pode ser intercalada no “canto” que lhe está por cima, i.e. na junção do el. horiz. com o ele. vertical; nesta opção, a antena também deverá ser alimentada no outro canto.

**) Este valor de 2000 Ohm será, aproximadamente, o máximo.

 

Funcionamento

Mediante um  sinal estável proveniente da parte de trás da antena, poder-se-ão observar atenuações consideráveis ou mesmo a total supressão, tudo dependendo do azimute e potência da estação que se pretende “evitar”, por forma a escutar outra ou outras em azimute oposto.  Isto não é linear, pois há estações “ao lado” que também podem ser minimizadas.

No caso de uma TRV por potenciómetro, a pior opção, há que proceder a tentativas até chegar-se ao valor  correcto para reduzir a intensidade do sinal da/s estação/ções a evitar e, eventualmente, substituir o potenciómetro por uma resistência fixa.

É de especial interesse lograr-se uma boa terra, como se torna quase imprescindível a utilização de um pequeno amplificador de sinal, visto o “U” invertido, tal como  a K9AY, a Galherdete e a Bandeira, ser antena de menor sensibilidade que outros tipos.

 

Alimentação

Sendo uma antena desequilibrada, ela é alimentada como uma Beverage, por exemplo, só que pelo lado oposto desta última, ainda a melhor antena para DX numa ampla gama de frequências, desde a VLF à HF.  Com base na minha experiência, posso afirmar que tenho obtido bons resultados desde os 150 kHz aos 17 MHz.

A impedância característica do “U” inv. varia entre 300 e 700 Ω, pelo que, para alimentação mediante cabo co-axial de 50 Ω, a relação a observar será na ordem de 3:1, considerando uma valor médio da Z=450 Ω.

 

Tipos de transformador

Para quem pretenda algo já feito, há várias casas estrangeiras que fornecem estes transformadores prontos a ligar e que podem ser utilizados noutras antenas, como num simples “T” ou “L” invertido,  uma Beverage.   Estes acessórios são, de amiúde, erradamente apelidados de baluns (balanced to unbalanced), quando deverão ser ununs (unbalanced to unbalanced); uns e outros são, no entanto, transformadores de impedância.

Como segunda alternativa, há os transformadores já construídos mas que precisam de montagem em caixa para as tomadas respectivas.   Esta opção traduz-se em custo substancialmente inferior e é talvez a menos conhecida.

Como terceira alternativa, a mais interessante e de custos ainda baixos, temos a possibilidade de, também encomendando ao exterior, obter os anéis de ferrite adequados; isto permite “brincar”, até certo ponto, com os anéis, em virtude de o amador poder sempre mudar os enrolamentos e construir transformadores para outras antenas, ou ir experimentando...

 

Aumento de rendimento

Dois ou mais “U” invertidos deste tipo podem ser alimentados em fase por forma a aumentar o ganho e estreitar o feixe do lóbulo de recepção.  Naturalmente, estas instalações exigem espaços substancialmente maiores nem sempre ao alcance de muitos, já que um conjunto de dois “U” pode ser montando lado a lado ou em linha.

 

Azimutes variáveis

De uma forma simples, 4 “U” invertidos podem proporcionar 4 direcções, tal como sucede com a versão comum da antena K9AY, que também utilizo e com excelentes resultados, desde a OL/LF à banda dos 25 m/12 MHz da OC/HF.

Para tal, os elementos verticais de cada uma das 4 antenas podem ser colocados em torno de um suporte a que se fixa o transformador de Z comum.  A selecção de antenas A-B-C-D é feita por relé antes da ligação ao transformador, logo, utilizando-se só um cabo co-axial, embora 4 cabos para comando das TRV, i.e. 1 para cada antena, salvo se se optar por uma...

Menos prática para conseguir mais do que um azimute, é a Pennant, enquanto a Flag poderá ser aplicada em rotor de mastro.  A K9AY, que é fixa, torna-se, porém, a mais eficiente, sendo normalmente concebida para 4 direcções.

 

...TRV sem cabo específico

Para maior comodidade, mas não simplicidade (!) de circuito, através do próprio cabo co-axial ligando o  rx à antena, é possível comandar o ajuste da TRV sem necessidade de um cabo de 2 condutores ligados ao ele. vertical (as “costas”).   Esse sistema pode ser aplicado a outras antenas, com alguns (poucos) ajustes, e, pessoalmente, utilizei-o numa antena Galhardete.  Com mais modificações, este comando para uma “U” invertido também serve para uma Beverage.

Esta faceta e demais pormenores, v.g onde encomendar os transformadores, que tipos de ferrite escolher e onde encomendá-las, que bobinas fazer e como, etc., poderão ser objecto doutro ou doutros artigos futuros, já que parte dessa informação se aplica a outros tipos de antena direccional extremamente úteis que me proponho oferecer.

 

 Por Carlos Gonçalves

carlos-relvas@clix.pt

Membro do DSWC-Danish Short Wave Club International, colaborador dos boletins SWN-Short Wave News (DSWCI), DX Window (DSWCI), Ydun’s Page (Dinamamarca, OM e OL), BC-DX (Alemanha).

 

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