quinta-feira, 5 de novembro de 2009

REVISÃO E ADAPTAÇÃO DA ANTENA DO CT1MF - “MAIS FININHO”




Recentemente em conversa com o CT1EA, o colega Macário descreveu-me uma antena que à uns anos atrás terá gozado de muito sucesso junto dos radioamadores que operavam em VHF.
Esta antena a que o Macário se referia como a antena do “mais fininho”, era descrita como de fácil execução e com ganho. Estes dois predicados despertaram-me interesse imediato, uma vez que andava à procura de um projecto para executar uma antena para o colega Macário, porque a que ele possuía não lhe permitia trabalhar com segurança em VHF. Há já muito tempo que utilizava uma antena da banda do cidadão, uma “passo em frente”, a qual estaria seguramente no cimo do telhado á mais de 20 anos, e que ele fazia funcionar em VHF utilizando um sintonizador de antena. Dada a sua incapacidade visual e a sua avançada idade (80 anos), o CT1EA já não tem as capacidades de outrora, altura em que se destacou como técnico de electrónica, e que, então pela sua idade, podia facilmente subir e descer de qualquer telhado.
Tendo-me disponibilizado para a construção e respectiva montagem de uma antena de VHF, esta parecia reunir as características adequadas.
Na vasta colecção de apontamentos que o CT1EA possui, foi possível encontrar uma cópia da antena descrita pelo colega Graça Ferreira, o CT1MF (ex CR7MA), encontrando-se esta cópia devidamente rubricada pelo autor .


Figura 1 – Antena original de CT1MF

Pela análise do esquema, verifica-se que esta antena é composta por um elemento superior, com um comprimento físico correspondente a meia onda, separado através de uma bobine do elemento inferior, cujo comprimento corresponde a três quartos de onda. A alimentação é feita, segundo o autor, na extremidade inferior ligando o vivo do cabo coaxial ao elemento de três quartos de onda, e a malha a um elemento montado em paralelo e cujo comprimento corresponde a um quarto de onda. Na descrição feita pelo autor, o ajuste da antena seria efectuado afastando a extremidade superior do elemento de quarto de onda relativamente ao elemento maior.
Por certo muitos amadores que construíram esta antena, seguindo religiosamente as indicações do autor, obtiveram resultados satisfatórios. O colega Macário construiu várias antenas destas (as quais ofereceu a outros tantos radioamadores) e afirma que alcançou sempre bons resultados.

Tal como tinha prometido ao colega Macário, iniciei a construção da antena reproduzindo o projecto do CT1MF. Finalizada a construção, tendo seguido as medidas, e as indicações escritas, faltava efectuar a comprovação do seu funcionamento. Para tal, antes de a ligar ao meu emissor de VHF, o velho Icom IC-240, liguei o analisador de antenas – MFJ 269. A leitura obtida em 145,500 MHz indicava uma Relação de Onda Estacionária (ROE) de 1:3 evidenciando uma forte componente reactiva na impedância complexa (Rs=80 e Xs=120 Ohm).
Actuando como estava descrito, fui afastando a parte superior do elemento de ajuste. Este procedimento permitiu baixar a ROE, sem que no entanto tivesse conseguido obter um valor inferior a 1:2, mantendo-se de igual modo uma componente reactiva bastante elevada (Rs=70 e Xs=80 Ohm).
Os resultados obtidos, não se afiguravam satisfatórios, pelo que decidi analisar com maior rigor o projecto.

A antena do “mais fininho”, na realidade, corresponde a uma antena colinear, onde as correntes em cada um dos troços de meia onda são colocadas em fase pela bobine que se encontra no elemento de separação. Esta bobine é composta por dois enrolamentos em série, com 14 espiras cada, e bobinados em sentido contrário a partir do centro. Este elemento comporta-se como um transformador de um quarto de onda, cujo efeito, conforme já referido, é o de colocar em fase as correntes que circulam nos dois elementos de meia onda (o superior e o inferior). Nesta condição os campos radiados por cada elemento de meia onda adicionam-se vectorialmente, reforçando o campo total. Teoricamente numa antena com dois elementos de meia onda colineares (isto é: que estão na mesma linha), o campo radiado será reforçado em +3 dB. Na sua essência, o funcionamento destas antenas encontra-se descrito no Handbook ou no ARRL Antena Book, aconselhando-se a sua consulta a quem pretender informações mais pormenorizadas.
Como qualquer antena de meia onda alimentada na extremidade, o elemento inferior apresenta uma impedância elevada requerendo uma adaptação adequada quando se trata de lhe ligar uma linha de baixa impedância, como é o caso de um cabo coaxial de 50 Ohm.
É sabido que a impedância ao longo de um stub com um quarto de onda, ressonante na frequência de interesse, varia desde zero na extremidade curto circuitada até um valor de alta impedância na extremidade aberta. Perante este facto, parecia óbvio que a antena deveria ser terminada com um stub ressonante com um quarto de onda curto circuitado na extremidade, ao contrário de ser terminada com um troço de linha de quarto de onda (aberta) em cuja extremidade era ligado o cabo coaxial.
Assim, com base nesta análise, curto circuitou-se a extremidade onde originalmente era feita a alimentação da antena, e procurou-se o ponto de melhor adaptação para o emissor. Isto é conseguido por tentativas, fazendo tomadas ao longo do stub. No caso presente, este ponto foi encontrado a cerca de 5 cm da extremidade curto circuitada (este valor pode variar dependendo das características do stub).


Figura 2 – Esquema da antena do CT1MF modificada.

O ajuste foi facilitado com a utilização, uma vez mais, do analisador de antenas onde foi possível visualizar a impedância no ponto de alimentação, de Rs=52 e Xs=3 Ohm, a que correspondia uma ROE de 1:1,0. Depois de ajustada verificou-se que a antena possui uma banda passante de 5 MHz, obtendo-se uma ROE de 1:2 nas frequências de 148 MHz e 143 MHz. Para quem pretenda modificar a antena que já possua, ou que eventualmente venha a construir, e que não tenha disponível um analisador de antenas poderá fazer o ajuste com um simples medidor de estacionárias, devendo utilizar uma potência baixa para prevenir qualquer dano no emissor.
A construção do stub não é crítica, ou seja, poder-se-á utilizar um tubo com um diâmetro diferente do elemento da antena, bem como um espaçamento que pode variar entre 25 mm e 50 mm. No caso em análise, o elemento da antena é composto por um tubo de alumínio de 13 mm de diâmetro, e o elemento menor é um tubo de latão prateado, com 6 mm de diâmetro, que foi colocado a uma distância de aproximadamente 30 mm, para o que se utilizaram três espaçadores em Pexiglas (vidro acrílico). Estas características dimensionais vão, obviamente, determinar a impedância característica da linha de transmissão que constitui o stub, mas esta pode tomar qualquer valor que não altera o seu funcionamento.




Figura 3 – Imagem do stub

Nota: recentemente, utilizando uma antena da banda I da televisão (canal 3) que já estava fora de serviço, foi construída uma cópia da antena na qual se utilizou para o stub um dos “trombones” do dipolo. A antena original era feita em tubo de alumínio com 12 mm de diâmetro, estando os tubos que constituem o trombone afastados 45 mm. Neste caso, o ponto de alimentação onde foi possível obter uma ROE de 1:1,1 encontrava-se afastado 16 cm da sua extremidade.

Efectuados os ajustes, faltava fazer a “prova de fogo”, para o que se ligou a antena através de um cabo RG58 ao emissor, e experimentou-se accionar o repetidor da Serra da Estrela. Efectuada a chamada, respondeu o colega Jorge (CT1ASM) reportando que se estava a chegar ao repetidor com compreensibilidade total, embora acompanhado de um ligeiro sopro. Em face do reportado, aumentou-se 10 dB na potência de saída do emissor. Inicialmente, a potência de emissão era de 100 mW (0,1 W) passando então para uma potência de 1 W (a regulação de potência no IC-240 faz-se de forma muito simples actuando na resistência variável do circuito de protecção de saída do emissor, pelo que normalmente tenho o equipamento sem a tampa superior colocada, para rapidamente aceder a esta resistência). Aumentada a potência para 1 W (todavia fiel à filosofia QRP), o colega Jorge reportou então que já não se fazia notar nenhum sopro. Os resultados então obtidos afiguravam-se bastante promissores, tendo em conta que a antena estava montada ainda provisoriamente na corda da roupa, no terraço ao lado da garagem/shack/oficina.



Figura 4 – Ajuste final do ponto de alimentação no stub (Rs=52 e Xs=3 Ohm – 145.52MHz)

Terminada a fase de testes e afinações, a antena foi colocada dentro de um tubo de PVC, e estava então pronta para levar a casa do Macário e lá ser definitivamente montada.
Dadas as características de radiação omnidireccional das antenas verticais, e o baixo ângulo de radiação vertical associado às antenas colineares, a antena permite activar os repetidores à volta de Coimbra (Serra da Estrela, Serra dos Candeeiros, Brenha, Serra da Cota, Trevim, e Arestal), correspondendo às expectativas do colega Macário. No entanto, deve ser tido em conta que os resultados obtidos dependem, como é óbvio, da localização geográfica e da orografia do terreno onde a antena venha a ser colocada.
Pela descrição efectuada e com as ilustrações apresentadas, será possível reproduzir a antena com as alterações agora efectuadas. Terminarei dizendo apenas que o projecto apresentado não constitui um original, representando apenas um up-grade de uma antena anteriormente apresentada, e divulgada, pelo colega Graça Ferreira, o CT1MF

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