antenas e propagação

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Bom material para quem quer saber ao fundo sobre teoria de antenas.

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  • Antenas e Propagao

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    Objetivo

    O texto de Antenas e Propagao, escrito sob a forma de curso, compreende o

    princpio de funcionamento, projeto e construo prtica dos principais tipos de antenas para diversas freqncias com o mnimo de frmulas. Engloba a teoria da propagao ionosfrica, o conceito de antena isotrpica e a descrio das antenas mais utilizadas como as antenas dipolo, verticais plano-terra, antena J, antena colinear, antenas de maior ganho como a Delta Loop. O livro inclui projetos prticos para construo de antenas direcionais tipo Yagi para as faixas de radioamador e para a Faixa do Cidado (PX), projetos de antenas direcionais Yagis para qualquer freqncia at 17 elementos, antena cbica de quadro, antena Loop para recepo e transmisso em ondas mdias (OM).

    Conhea tambm as antenas utilizadas na faixa de Radiodifuso em FM e as antenas para Internet sem fio (Wireless) na Faixa de 2,4 GHz, alm do estudo das Linhas de Transmisso, da Relao de Ondas Estacionrias ROE e aprenda como ajustar e testar a sua antena corretamente para o melhor desempenho.

    Finalmente, includo um estudo interessante sobre a Radiao No Ionizante provocada pelas Torres das operadoras de Telefonia Celular (Servio Mvel Pessoal) com respectivas medidas de intensidade de campo em diversos locais e a sua respectiva concluso.

    Eng. S. Rocha

    ISBN 978-85-908626-1-1

  • Antenas e Propagao

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    Prefcio da 1 Edio de Antenas e Propagao

    Agradeo aos amigos e colaboradores o incentivo da 1Edio deste Curso, que

    tem como propsito auxiliar a Radioamadores, estudantes e Profissionais de Telecomunicaes a compreender os princpios bsicos da propagao das ondas radioeltricas, o funcionamento de diferentes tipos de antenas, suas principais caractersticas, instalao, ajustes e noes de medidas da Radiao No Ionizante.

    Assim, a exemplo dos Cursos anteriores de Transmisso e de

    Radiointerferncia,o texto tambm constantemente atualizado e oferecido aos leitores de maneira independente para diminuio dos custos finais de edio e distribuio.

    Esta publicao o produto e a experincia de mais de 29 anos em Engenharia

    de Telecomunicaes e este trabalho representa o esforo e trabalho contnuo do Autor.

    Constitui uma produo independente, atravs da editorao prpria e

    respectivos direitos em funo de facilitar a divulgao de textos tcnicos para reduzir os custos finais para os leitores. Todos os Cursos foram elaborados e desenvolvidos pelo Autor sob a luz da Lei de Direitos Autorais N 9.610, de 19 de fevereiro de 1998, relativa Propriedade Intelectual.O autor no autoriza, de forma nenhuma, a revenda deste Curso, reproduo por qualquer meio ou repasse a terceiros sem a sua autorizao expressa.

    Veja em www.studiumtelecom.com os outros Cursos disponveis do Autor:

    Acstica e Sonorizao udio Valvulado Transmisso Recepo Radiointerferncia Casos e Solues Iniciao ao Radioamadorismo Tecnologia de Televiso Analgica e Digital

    Todas as sugestes e comentrios desta obra podero ser enviados para o e-mail: [email protected]

    Rio de Janeiro, 27 de junho de 2006

    Eng. Samuel Rocha

  • Antenas e Propagao

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    NDICE GERAL

    1. PROPAGAO DAS ONDAS ELETROMAGNTICAS

    2. MECANISMOS DE PROPAGAO

    2.1 Reflexo e Refrao 2.2 Zona de Silencio 2.3 Mxima Freqncia Utilizvel - MUF 2.4 Variao Ionosfrica 2.5 Teorema da Reciprocidade

    3. COMPRIMENTO DE ONDA

    4. TIPOS DE ANTENAS

    4.1 Antena Isotrpica e Unidades de Ganho 4.2 Antena Dipolo e Monopolo Vertical 4.2.1 Clculo de Antena Vertical 88-108 MHz 4.3 Antena Dipolo Meia Onda 4.3.1 Clculo de Antena Dipolo Meia Onda 88-108 MHz 4.3.2 Clculo de Antena Dipolo Meia Onda 7,1 MHz 4.3.3 Clculo de Antena Dipolo Meia Onda 27 MHz 4.3.4 Antena Multibanda para as Faixas de Radioamador tipo G5RV3.5 MHz a 28 MHz 4.4 Antena Dipolo Dobrado

    4.5 Antena Colinear Vertical 4.6 Antena Delta Loop 4.6.1 Antena Loop Skywire 4.7 Antena Zepelin ou End-Fed 4.8 Antenas Especiais 4.9 Antena Slim Jim 4.10 Antena vertical J

    5. ANTENAS DIRETIVAS

    5.1 Clculo de Antena Direcional de 2 Elementos para 6,10, 15, 20 e 40 Metros 5.2 Clculo de Antena Direcional de 3 Elementos para 6, 10, 11, 15 e 20 Metros 5.3 Antena Direcional de 3 Elementos com Espaamento curto para 20 Metros 5.3.1 Antena Direcional de 3 Elementos para 27,10 MHz / 11 Metros 5.4 Antena Direcional de 5 Elementos para a Faixa de 88 a 108 MHz 5.5 Clculo de Antenas Direcionais at 17 Elementos para VHF e UHF 5.6 Mtodos para Casamento de Impedncias no Elemento Irradiante

    5.6.1 Construo Prtica de Antena YAGI de 6 Elementos para 2 Metros 144/148 MHz 5.6.2 Construo Prtica de Antena YAGI de 11 at 22 Elementos para UHF 430/440 MHz

    5.7 Empilhando Antenas Direcionais YAGIS 5.8 Antenas Log-Peridicas 5.9 Interferncias e Solues na Recepo de TV 5.10 Antenas Curtas para 27 MHz

    5.11 Antenas de Ondas Mdias para Transmissores de Alta potncia

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    5.12 Antena Vertical para Ondas Mdias para Recepo ou Transmissores de Baixa Potncia

    5.13 Antena Loop para Ondas Mdias 5.14 Antena Cbica de Quadro para 27 MHz 5.15 Antenas parablicas 5.16 Antenas Slot 5.17 Antena Omnidirecional 2.4 GHz com 6 dB de Ganho para Internet Wireless. 5.18 Antena Omnidirecional 2.4 GHz para Internet Wireless.

    6. LINHAS DE TRANSMISSO

    6.1 Baluns 6.2 Como ajustar a relao de Ondas Estacionrias (ROE) de uma antena 6.3 Esquema de um Medidor de ROE para 50 e 75 Ohms 6.4 Esquema do Wattmetro Direcional BIRD 43 6.5 Grfico Para Clculo da ROE com a Potncia Refletida e a Incidente

    7. CONSIDERAES SOBRE O ALCANCE DE UMA TRANSMISSO

    7.1 Escolha do Local de Instalao de uma Antena 7.2 Alcance de uma Transmisso em VHF/UHF

    7.3 A Recepo em Ondas Mdias e HF

    8 RADIAO NO IONIZANTE (RNI) DAS EMISSES DE R.F. EM TORRES DE TELEFONIA CELULAR

    8.1 Procedimento das Medidas RNI 8.2 Escolha dos Locais das Medidas das Estaes Rdio-Base 8.3 Tabela de Resultados das Medidas em diversas Operadoras 8.4 Concluso 8.5 Fornos de Micro-Ondas 8.6 A Sociedade Versus Torres de Transmisso

    9. TABELAS E GRAFICOS TEIS

    9.1 Tabelas de Faixas de Freqncia de Radioamadores e Ondas Curtas 9.2 Freqncias dos Canais do Sistema Domstico Brasileiro de Satlite utilizadas em

    Antenas Parablicas 9.3 Tabela de Freqncias do Servio Mvel Celular

    9.4 Diagrama para confeco do Conector em Cabos Coaxiais 9.5 Grfico da Atenuao de diferentes Cabos Coaxiais com a Distncia

    9.6 Tabela de Freqncias da Faixa do Cidado 27 MHz

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    1. A PROPAGAO DAS ONDAS ELETROMAGNTICAS

    Uma antena um dispositivo que converte em sinal eltrico em uma onda eletromagntica e irradia para o espao, ou vice-versa. Essa onda de rdio composta de duas partes ortogonais, uma componente eltrica e outra magntica, sendo a energia distribuda igualmente entre as duas. Considerando uma onda propagando no espao livre, sem obstculos nem atmosfera, a propagao dessa onda ser em forma de esferas a partir do ponto inicial, com a mesma velocidade da luz, aproximadamente 300 000 km/s. A grandes distncias desse ponto a onda se tornar plana, assim como as ondas de rdio propagadas em ondas curtas cujo meio consiste na atmosfera terrestre, composta de diversos gases de diferentes densidades ionizados com altura variando de 40 km at 700 km. A ionosfera influenciada pelo constante bombardeio da atmosfera terrestre pela radiao e chuvas de partculas provenientes do sol e tambm pelos raios csmicos. A radiao solar no compreende apenas os raios luminosos que podemos ver, mas tambm todos os raios componentes do espectro, desde o infravermelho ao ultravioleta, alm da chuva de partculas prtons e eltrons. Estas diferentes formas de irradiao aproximam-se da atmosfera terrestre e atingem nveis crticos onde a densidade dos gases de tal ordem que se tornam susceptveis de ionizao, formando vrias camadas ionizadas.

    Atravs de sondagens ionosfricas foram identificadas quatro camadas distintas na ionosfera sendo denominadas, em funo da sua altura e de suas intensidades de ionizao, de camadas D, E, F1 e F2. A altura em relao a terra e a intensidade de ionizao destas camadas variam de hora para hora, de dia para dia, de ms para ms, de estao para estao e de ano para ano. A camada D situa-se em alturas entre 50 km a 90 km, a camada E entre alturas de 90 km a 145 km e a camada F entre alturas de 145 km a 380km.

    Durante o dia a onda ionosfrica ou espacial, sofre uma acentuada absoro nas camadas mais baixas, camada D ou na parte inferior da camada E, de forma que este meio de propagao pode ser desprezado. Presume-se que a acentuada absoro observada durante o dia devida a grande ionizao das camadas inferiores combinadas com um leve abaixamento de toda regio ionizada, de modo a penetrar em regies de alta presso atmosfrica.

    Durante a noite, no entanto, esta absoro relativamente pequena e a propagao ionosfrica deve ser considerada. No perodo noturno o limite inferior da ionosfera comporta-se como uma parede refletora para a onda ionosfrica, ou espacial, fazendo com que a cobertura da emissora aumente consideravelmente em relao cobertura que ela possui no perodo diurno.Esta a razo porque as emissoras em Ondas Mdias devem reduzir a potncia no perodo noturno.

    A onda de rdio tambm sofre influncia da radiao e atividade solar conforme ciclos de 11 anos. Para enlaces de longas distncias, vrias reflexes na ionosfera so necessrias para que o sinal alcance o ponto desejado. Como essas camadas variam de altura e de densidade, o sinal refletido chegar mais forte ou mais fraco, sendo somado ou subtrado, dependendo da fase, e o resultado ser o fenmeno de fading, ou desvanecimento

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    no receptor, fenmeno comum em ondas curtas.Esse problema pode ser evitado com o uso de duas ou mais antenas separadas de um comprimento de onda, pelo menos. O desvanecimento tambm pode ser provocado por mltiplos percursos, quando diversos obstculos proporcionam a reflexo indesejada do sinal, provocando o fenmeno conhecido por fantasmas na recepo de TV, quando diversos sinais so somados e subtrados devido a percorrerem diferentes distncias.

    2. MECANISMOS DE PROPAGAO

    Quando uma onda eletromagntica abandona uma antena transmissora, ela se propaga em todas as direes. Uma parte do sinal se propaga ao longo da terra e denominada onda terrestre ou onda de superfcie. Outra parte do sinal se propaga atravs da baixa atmosfera, em uma direo quase paralela superfcie da Terra; esta componente do sinal denominada onda espacial, ou onda troposfrica. Uma outra parte se propaga para cima e para fora, fazendo um ngulo com a superfcie terrestre; esta componente , geralmente, denominada onda ionosfrica. Na regio acima de 30 MHz, as componentes de onda, terrestre e espacial, se propagam a curtas distncias, raramente excedendo 40 ou 48 quilmetros devido curvatura da Terra. J a componente ionosfrica do sinal pode ser propagada a maiores distncias, tornando possvel a comunicao, por ondas curtas, a longas distncias. medida que a onda ionosfrica abandona a antena transmissora para se dirigir ao espao, ela ir sei propagando em linha reta at que se choque com uma regio de gases eletrizados, que comea a uma altitude em torno de 96 km; esta regio denominada ionosfera. As medidas efetuadas por meio de foguetes e satlites mostram que a ionosfera se estende at 700 km sobre a superfcie da Terra.

    ONDA TERRESTRE

    A superfcie da Terra, a presena dos mares e as diferentes camadas que compem a atmosfera afetam a propagao das ondas de rdio, que so classificadas em ondas terrestre ou ondas de superfcie.

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    ONDA TROPOSFRICA

    Ondas Troposfrica ou Espaciais so observadas em freqncias com comprimento de onda menores do que 10 m e distncias superiores a 1000 km.

    ONDA IONOSFRICA OU CELESTE

    A propagao realizada em grandes distncias por meio de reflexes na ionosfera e com comprimentos de onda maiores do que 10 metros. Para receber um sinal de uma estao em ondas curtas na Europa so necessrios mais do que 4 reflexes, por isso o sinal chega atenuado ao receptor.

    2.1 REFRAO E REFLEXO

    A Ionosfera formada, inicialmente, de radiao ultravioleta vinda do Sol. medida que esta radiao interage com os gases na atmosfera superior, estes gases, que so constitudos, principalmente, por molculas neutras, absorvem a energia ultravioleta e, durante este processo, perdem um eltron. Isto deixa eltrons livres e molculas de gs positivamente carregadas, as quais so denominadas ons; a formao de ons chamada ionizao. A Ionosfera tem a propriedade nica de ser capaz de refletir ondas de rdio e devolv-las Terra, a distncias considerveis do ponto de transmisso. Ao penetrar na Ionosfera, as ondas de rdio cedem sua energia eletromagntica aos eltrons livres da regio, e estes, por sua vez, comeam a vibrar e a "re-irradiar" esta energia, do mesmo modo que os eltrons, em uma antena transmissora, irradiam energia. medida que a onda penetra mais profundamente na Ionosfera, ela sofre maior desvio para baixo. Como resultado, este desvio, ou refrao, pode, eventualmente, mudar a direo da onda to radicalmente que ela seja devolvida Terra, em algum ponto distante; este processo comumente denominado reflexo.

    medida que uma onda eletromagntica se choca com a parte inferior da ionosfera, a velocidade da onda alterada, de acordo com as densidades inicas e de eltrons livres desta regio rarefeita. Na representao abaixo, altamente simplificada, a parte superior da frente de onda (designada por "I") comea a se acelerar, em relao parte inferior da frente de onda (designada por "2"). Esta acelerao obriga a frente de onda a se curvar e emergir da parte inferior da camada ionosfrica. Embora isto seja, tecnicamente, um processo de refrao, esta ao de espelho (em propagao de ondas) denominada reflexo.

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    A Ionosfera no uma regio nica; na verdade, ela constituda por diversas camadas distintas, e as caractersticas destas variam, na dependncia de vrios fatores. Uma das camadas, a camada F, a de maior importncia e a maioria das comunicaes mundiais de alta freqncia, a longa distncia, efetuada por meio da reflexo das ondas de rdio nesta regio da Ionosfera. A camada F est a cerca de 280 km acima da Terra. Os sinais de rdio que so refletidos pela camada F podem ser devolvidos Terra, a distncias da ordem de 300 km do transmissor. No ponto em que o sinal retorna Terra, ele pode ser refletido pela superfcie e retornar, novamente, Ionosfera, onde o processo de refrao repetido e o sinal devolvido Terra uma segunda vez. O processo pode ser repetido muitas vezes e, embora o sinal se enfraquea em cada "salto", ele pode ser fre-qentemente transmitido a pontos remotamente distantes por meio deste mtodo de "saltos" mltiplos de propagao de ondas eletromagnticas.

    As condies retratadas no desenho simplificado acima so as encontradas em uma tpica manh de inverno. Uma alta freqncia (tal como 26 MHz) no refletida de volta Terra, mas atravessa a parte. parte superior da Ionosfera. Uma baixa freqncia (tal como 4 MHz) refletida, porm, por causa da densidade Inica, a maior parte do sinal absorvida antes que possa emergir da Ionosfera. As freqncias entre 7 e 21 MHz so refletidas sob ngulos diferentes porque, para um dado valor da densidade inica, as freqncias mais altas necessitam penetrar mais na Ionosfera, antes de serem refletidas de volta Terra. A maior freqncia que pode ser propagada no depende apenas da densidade Inica, mas tambm do ngulo sob o qual a frente de onda de alta freqncia se choca com a Ionosfera. Desde que a superfcie terrestre "curva", pode ser impossvel obter este ngulo: como mostrado aqui, o espectro de freqncia de reflexo, utilizvel, est entre 7 e 21 MHz. Note-se como a zona de silncio" criada, e como os receptores, na zona de recepo de saltos mltiplos, podem estar aptos a receber os sinais chegados em diversos saltos simples, duplos e triplos, dependendo da freqncia.

    2.2 ZONA DE SILNCIO

    Perto da antena transmissora os componentes de onda, terrestre e espacial, so fortemente recebidos. A intensidade do sinal decresce muito rpidamente medida que aumenta a distncia em relao antena transmissora e, dentro de relativamente poucos quilmetros, ele est fraco demais para ser recebido. Alm dos limites de recepo da onda terrestre e espacial fica uma zona de silncio, na qual o sinal no pode ser ouvido; esta chamada

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    zona de silncio. Em seguida, a uma maior distncia ainda, um forte sinal , subitamente recebido outra vez. Isto acontece onde a componente de onda ionosfrica do sinal retorna, pela primeira vez, Terra, aps ser refletida pela Ionosfera. A distncia entre a antena transmissora e este ponto denominada largura de zona de silncio. As zonas de silncio, excetuando-se a primeira, raramente ocorrem durante a propagao de saltos mltiplos, visto que a energia eletromagntica amplamente dispersada, tanto pela Ionosfera quanto pela prpria Terra. Quando um sinal de rdio penetra na Ionosfera, ou refletido de volta Terra, ou penetra nela e se perde no espao exterior, ou ainda, est to fraco que se perde totalmente. O efeito da Ionosfera sobre o sinal depende, principalmente, da freqncia da onda eletromagntica, do ngulo sob o qual esta abandona a antena e do estado da Inosfera, o qual est sujeito a grandes variaes.

    2.3 MXIMA FREQUNCIA UTILIZAVEL MUF

    Com poucas excees, a Ionosfera refletir uma faixa de freqncias, cujo valor depende do grau de ionizao da Ionosfera. Freqncias superiores ao valor mximo da faixa penetraro na Ionosfera e continuaro pelo espao exterior; freqncias abaixo do mnimo sero absorvidas no interior da Ionosfera. Em um ou outro caso, a comunicao longa distncia, por meio da Ionosfera, no ser possvel. A freqncia mais alta que a Ionosfera refletir entre dois pontos denominada Freqncia Mxima Utilizvel ou "MUF", do ingls Maximum Usable Frequency"; a mais baixa denominada Freqncia Mnima Utilizvel" ou "LUF" Lowest UsefuI Frequency".

    A freqncia crtica (fc) para uma determinada camada a maior freqncia que pode ser devolvida para a Terra pela camada, para um raio de incidncia normal. a maior freqncia que pode ser refletida pela camada para determinado ngulo de incidncia da onda eletromagntica. A MUF geralmente no ultrapassa 35 MHz e dada pela equao:

    MUF = Freqncia crtica cos , sendo o ngulo formado entre a tangente no ponto de reflexo total na ionosfera e a normal ao plano. Na prtica a MUF serve para determinar a escolha da freqncia correta para a comunicao em HF em determinado horrio do dia.

    2.4 VARIAES IONOSFRICAS

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    Como a ionizao depende, principalmente, dos efeitos do Sol, mudanas na posio da Terra, em relao ao Sol (devido sua rotao anual e revoluo diria), provocam variaes correspondentes na Ionosfera. A intensidade da ionizao e, por esta razo, o grau no qual as ondas de rdio so refletidas, varia, considervelmente, do dia para a noite, de estao para estao, e geogrficamente. Como a radiao ultravioleta mxima durante o dia, a ionizao , ento, mais intensa, e a faixa de freqncias que a Ionosfera pode refletir , relativamente, ampla. noite, na ausncia de luz solar, a Ionosfera se enfraquece porque no esto sendo formados novos ons, e aqueles j formados tendem a se recombinar com eltrons livres para tornarem-se, novamente, molculas neutras de gs. Como resultado, freqncias mais baixas que as usadas durante o dia, devem ser utilizadas durante as horas da noite. Se as altas freqncias, do perodo diurno, forem usadas noite, o sinal penetrar nas camadas fracamente ionizadas, noturnas, e no retornaro Terra.

    Durante as horas do dia, dos meses de inverno, a freqncia mxima que a Ionosfera pode refletir geralmente maior que aquela de durante as horas do dia dos meses de vero, porque o Sol est mais prximo da Terra no inverno (o fato do hemisfrio norte ser mais frio devido ao menor ngulo zenital do Sol) e a intensidade da radiao ultravioleta que varre a atmosfera superior muito maior. Contudo, durante as horas noturnas do inverno, a situao invertida. Devido s longas noites invernais, h muito mais tempo disponvel para que as recombinaes se efetuem, dando como resultado que as camadas noturnas da Ionosfera, no inverno, se enfraqueam considervelmente, resultando em muito menores freqncias que durante o perodo noturno do vero.

    2.5 TEOREMA DA RECIPROCIDADE

    Um dos teoremas bsicos da teoria de antenas estabelece o principio bsico que todos os parmetros bsicos de uma antena (Ganho, polarizao, impedncia caracterstica, largura de banda, ROE, etc...) so vlidos tanto para a transmisso quanto para recepo.

    3. COMPRIMENTO DE ONDA

    Chamamos de comprimento de onda o espao pelo perodo de um ciclo entre 2 mximos da onda:

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    Ao circular corrente por uma antena, so criados no espao dois campos, um campo magntico e o outro eltrico, perpendiculares entre si. Estes campos propagam-se no espao e ao encontrarem condutores eltricos, produzem neles, por induo eletromagntica, uma diferena de potencial (ddp) e, desta forma, induzem correntes eltricas nestes mesmos condutores. Uma outra antena, dentro do alcance desse campo eltrico, captar todas as freqncias, porm com maior eficincia as faixas de freqncia para as quais ela ressonante e na direo correspondente. Desta forma, teremos numa antena diversas diferenas de potencial e correntes criadas, ou melhor, induzidas por diversos campos eltricos, que variam de acordo com as caractersticas de cada antena. Embora existam vrias correntes e tenses elas no se misturam, isto devido ao fato de que cada uma possui uma freqncia de ressonncia e o melhor rendimento ser correspondente ao sinal que mais se aproximar a mltiplos ou submltiplos do comprimento de onda da antena. Quando a antena est em ressonncia possumos a mxima eficincia, com a maior transferncia de energia do transmissor, e em conseqncia, com a melhor relao de ondas estacionrias (ROE) ou Taxa de Ondas Estacionrias (TOE). As condies de ressonncia podem ocorrer em outros casos. Condio de ressonncia:

    Um ou mais comprimentos de onda () 1/4

    Antenas Curtas: Possuem comprimento fsico inferior a 1/10 , por exemplo em Ondas mdias,

    onde a prpria torre isolada e utilizada como monopolo vertical.

    A resistncia de radiao mnima quando a antena est em ressonncia. Essa resistncia recebe o nome de impedncia caracterstica da antena.Uma antena apresenta perdas caso a impedncia da linha de alimentao for diferente da impedncia da antena na freqncia de trabalho utilizada. A impedncia de uma antena dada em ohms ().As antenas possuem uma largura de banda, ou seja, uma antena projetada para ressonar em uma determinada freqncia ir ter um ganho maior para esta freqncia e para as freqncias prximas a ela. Essa faixa de freqncias denominada de largura de banda ou banda de operao. Ela depende do dimetro do condutor e do projeto da antena. Antenas construdas com tubos tm largura de faixa maior do que antenas de fio. Para uso em receptores de TV - VHF (52 a 88 MHz) e (174 a 213 MHz) ou UHF ( canais 14 a 83) - uma antena receptora deve apresentar uma faixa passante larga para cobrir toda a faixa do VHF, sendo comum em instalaes prediais coletivas a instalao de mais de uma antena: uma para canais baixos e outra para os altos.

    4. TIPOS DE ANTENAS

    4.1 ANTENA ISOTRPICA E UNIDADES DE GANHO

    uma antena imaginria e apenas terica, com forma de uma esfera suspensa no ar irradiando igualmente em todas as direes. Uma antena vertical irradia ao redor da sua

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    haste vertical, porm, no existe a irradiao nas suas extremidades, a irradiao nas laterais ser aumentada de +0,3 dBi.

    A Antena Isotrpica irradia em todas as direes igualmente

    Na antena dipolo de meia onda (2 x 1/4 ) a irradiao ser nas laterais que tambm acumularo a irradiao no gerada nas extremidades passando a ter um ganho de 2,14 dBi. (em relao ao isotrpico).

    Dipolo com o comprimento L igual a meia onda

    Para efeito de clculo utilizamos a unidade de referncia em dBi. Para efeito comparativo utiliza-se como referncia a antena bsica, ou seja: nas antenas direcionais o ganho dado sobre o dipolo de meia onda = 0 dBd. Se uma antena direcional de 3 elementos tem 8 dBd, significa que ela tem 8 dB de ganho sobre o dipolo. O dipolo de meia onda de 0 dBd tem ganho unitrio, isto , como o dipolo a prpria referncia de ganho, o ganho ser igual a 1.

    Para as antenas verticais a referncia a antena de 1/4 com 3 ou 4 radiais que fazem o plano terra. Assim, para uma antena de 1 x 5/8 , cujo tamanho fsico de 2 x 1/4 ter 3 dB de ganho sobre a antena vertical de 1/4 .Uma antena de 2 x 5/8 ter ganho de 6 dB, j uma antena com 3 x 5/8 ter apenas 7 dB sobre a vertical de 1/4 .

    4.2 MONOPOLO VERTICAL

    No monopolo vertical de 1/4 , o outro elemento composto de radiais, geralmente 3 a 4, que funcionam como plano artificial, substituindo o plano de terra. Podem variar o ngulo de 30, 45 ou 90, sendo o ngulo de 90 indicado para comunicaes de curta distncia. As antenas verticais recebem e transmitem em todas as direes. Como o rudo provocado por escovas de motores, sistemas de ignio de veculos e rede eltrica tm, geralmente a polarizao vertical, esse tipo de antena ir receber mais rudo devido a sua polarizao.

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    Essa antena pode operar invertida, caso se deseje concentrar a R.F. em uma rea menor, como em um prdio ou shopping. Os radiais devem ser dimensionados para mais 5%.

    4.2.1 Exemplo de Clculo de Antena Vertical Plano Terra para a Faixa de 88 a 108 MHz para Radiodifuso

    Para um monopolo vertical, conhecido como plano terra (ground plane), utilizamos um tubo central de alumnio, de dimetro variando de at 1, dependendo do comprimento. A fabricao do plano de terra compreende 3, 4 ou mais radiais, quanto maior o nmero deles, melhor o efeito da terra artificial. Esta antena possu a impedncia caracterstica menor do que o dipolo horizontal de meia-onda, sendo o melhor casamento de impedncias realizado com cabo coaxial de 50 Ohms.

    Exemplo de antena plano-terra (ground-plane) para a Faixa de 88 a 108 MHz

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    4.3 ANTENA DIPOLO DE MEIA ONDA

    A antena dipolo de meia onda composta de dois elementos de . na vertical ou na horizontal, com o diagrama de irradiao em forma de 8 irradiando o mximo na direo perpendicular antena. a antena mais simples de construir e ideal para baixas freqncias, nas faixas de 80 e 40 metros e funciona bem mesmo quando instalada em baixas alturas. A tenso se apresenta mxima nos extremos e nula em seu centro, quando o valor zero de tenso coincidente na antena dipolo de meia onda a partir do seu centro para os extremos a tenso aumenta e a corrente diminui, indicando que os extremos da antena so os pontos de tenso mxima e de corrente mnima, enquanto no centro da antena a corrente mxima e a tenso mnima. Por este motivo podemos aterrar o ponto central de um dipolo.

    Dicas prticas para a instalao de Antenas:

    Antes de instalar a antena, observe onde fica localizado o Norte Geogrfico (diferente em poucos graus do Norte Magntico) e oriente o dipolo perpendicular direo de maior interesse. Nas pontas so utilizados isoladores e cordas com fios de nylon em vez de fios para diminuir o efeito capacitivo e no alterar a sintonia da antena. No centro da antena tambm empregado outro isolador de porcelana, acrlico, pexiglass ou, melhor ainda, um isolador de antena blindado contra umidade, tipo Osledi, onde os condutores da antena so ligados linha de transmisso conectada ao receptor ou transmissor.

    Em antenas dipolos podemos usar o cabo coaxial de 75 ohms RG-59U ( pequeno dimetro) para distncias at 30 metros e potncias de R.F. at 430 Watts e empregamos o cabo coaxial RG-11U (baixa perda) para distncias acima de 30m e potncias at 2 kW. Para monopolos verticais utilizamos cabos coaxiais com impedncia caracterstica de 50 Ohms.

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    4.3.1 - Exemplo de Clculo de Antena Dipolo de Meia Onda para a Faixa de 88 a 108 MHz:

    Vamos calcular uma antena dipolo para a faixa de FM de 88 a 108 MHz, dimensionada para o centro da faixa, 100 MHz, pois neste caso a largura total da faixa de FM de 20 MHz:

    Clculo do Comprimento de Onda:

    Utilizaremos a frmula: = v/f

    Como a velocidade de propagao da onda = 300 000 000 m/s e sendo a freqncia = 100 000 000 Hz, temos que = 3 metros.

    Como o dipolo de meia onda, o seu comprimento fsico ser a metade de um , ou seja, metro. Levando-se em conta o efeito das pontas, onde existe um acmulo de cargas na extremidade do fio condutor e efeitos dos isoladores quando a antena suportada, o valor do comprimento fica reduzido de cerca de 5 %, (este fator depende do dimetro do condutor), devendo a seguinte frmula ser empregada:

    /2 ( m ) = 142/f (MHz) onde f a freqncia central de operao.

    /2 = 1,42 m, e o comprimento de cada lado do dipolo (/4) ser de aproximadamente 0,71 m para cada lado. Na linha de alimentao poderemos usar um cabo coaxial de 75 Ohms com um balun, que adapta a estrutura balanceada do dipolo com a o cabo que eletricamente desbalanceado, conforme veremos no captulo relativo aos Baluns.

    4.3.2 - Exemplo de Clculo de Uma Antena Dipolo de Meia Onda para 7,1 MHz Faixa de 40 metros:

    Usando a frmula acima, onde o comprimento de onda, /2 ( m ) = 142/f (MHz), Temos: 142/7,1=20 metros, sendo 10m para cada lado do isolador central, devendo o fio de cobre isolado ou esmaltado, calibre # 2,5 mm ser utilizado, alimentado por um cabo coaxial de 75 Ohms com menor comprimento possvel.

    4.3.3 - Exemplo de Clculo de Uma Antena Dipolo de Meia Onda para 27 MHz

    Usando a frmula acima, onde o comprimento de onda, /2 ( m ) = 142/f (MHz), observamos o centro da Faixa do Cidado: 26.965 a 27.605 MHZ (canal 30). Temos: 142/27,285= 5,20 metros, sendo 2.60m para cada lado.

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    Como prender o cabo coaxial em torno do isolador central para evitar entrada de gua:

    Importante: Por motivo de segurana para evitar choques eltricos, instale a antena longe de redes eltricas, em local alto e de preferncia, longe de objetos metlicos, levando em considerao que a direo mxima de recepo/transmisso ser perpendicular ao dipolo, devendo ser o mesmo orientado na direo de interesse. O fabricante de antenas Electril recomenda: As antenas dipolo para 80, 40 e 30 metros so as mais utilizadas. Para as faixas de 20, 17 e 15 metros, antenas direcionais de 3 elementos so aconselhveis.Para as faixas de 12, 11 e 10 metros em operao normal podem ser utilizadas antenas verticais de 5/8 com timos resultados, antenas direcionais com 5 ou mais elementos com rotor de direo para operao em DX (contatos de longa distncia).Princpio vlido, pois nunca instale uma antena direcional sem o rotor, pior que uma antena vertical.

    4.3.4 Antena Multibanda para as Faixas de Radioamador tipo G5RV 3.5 MHz a 28 MHz

    Utilizei essa antena por muitos anos com excelentes resultados. Segundo o seu criador, Louis Varney: A antena G5RV, com o arranjo do seu alimentador especial, uma multibanda alimentada no centro e capaz de uma operao eficiente em todas as bandas de HF, de 80 a 10 metros. Suas dimenses foram projetadas especialmente para que seja possvel instalar em reas de espao limitado, mas que possam acomodar um percurso razoavelmente reto de 31 metros. Uma observao importante: caso no haja espao suficiente para estender os 31 metros da antena, possvel dobrar as pontas para que caiba no espao disponvel pode-se dobrar at da antena sem que haja perda de desempenho perceptvel.

    Segundo seu autor:

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    Ao contrrio das antenas multibandas em geral, a G5RV no foi concebida como uma dipolo de meia onda na sua mais baixa freqncia de operao, mas com uma antena long wire de 2/3 onda em 20 metros, onde a seo casadora em linha aberta com 10 metros de comprimento serve como um transformador de impedncia.

    Isto permite que um cabo coaxial de 50 ou 72 ohms veja uma impedncia bem casada com uma conseqente baixa ROE. Entretanto, em todas as outras bandas de HF, a funo desta seo casadora a de acomodar aquela parte da ROE (componentes de corrente e tenso) que, em certas freqncias de operao, no pode ser completamente acomodada pela parte irradiante. O projeto na freqncia central 14,15 MHz e o comprimento total de 31 metros. Como a antena no usa traps (armadilhas ressonantes), a poro do dipolo torna-se eletricamente maior medida que aumenta a freqncia de operao. Este efeito confere certas vantagens sobre as antenas com traps, ou carregadas linearmente, pois o aumento do comprimento eltrico leva a um menor ngulo de irradiao. Assim, para 20 metros, a maior parte da energia ocorre em ngulos adequados para DX. Ainda que o casamento de impedncia para o coaxial de 75 ohms seja bom em 20 metros, e mesmo com o uso de coaxial de 50 ohms resulte em ROE menor que 1,8:1, o uso de um sintonizador de antena necessrio em todas as demais bandas. Teoria de funcionamento: Em 80 metros: Nesta banda, a antena atua como uma meia onda encurtada, com aproximadamente 5 metros do comprimento total feito pela seo casadora. O restante desta seo introduz uma reatncia antena. O diagrama polar de irradiao essencialmente o mesmo de um dipolo de onda. Em 40 metros: A parte irradiante, mais 4,8 metros constituem uma antena long wire colinear de 1 parcialmente dobrada. O diagrama de irradiao mais agudo que o dipolo devido sua caracterstica colinear. O casamento de impedncia degradado devido reatncia introduzida pelo comprimento extra da seo casadora. Esta reatncia pode ser facilmente compensada por um sintonizador de antena. Em 20 metros: Nesta banda a G5RV realmente brilha, operando como long wire colinear de 3/2 onda, multi-lbulo, baixo ngulo (em torno de 14 graus) que bastante efetivo para trabalhar em longa distncia (DX). A antena apresenta uma carga de 90 ohms, basicamente sem reatncia presente. Em 15 metros: A antena trabalha como uma long wire colinear de 5/2 , multi-lbulo, ngulo baixo, com alta impedncia resistiva, sendo uma antena altamente eficiente para contatos em DX. Em 10 metros: Nesta banda, a antena atua como uma long wire colinear de 3 . Aqui tambm a irradiao do tipo multi-lbulo, mas com ganho ainda maior devido ao efeito de duas 3/2 em fase. A impedncia elevada, com baixa reatncia.

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    4.4 ANTENA DIPOLO DOBRADO

    Se voltarmos ao grfico que representa a tenso e a corrente numa antena veremos que o centro da mesma possui tenso nula no nosso exemplo o ponto A, para fixar mecanicamente este dipolo dobrado ser este o ponto ideal para aterramento, pois no possuindo tenso, no ter afetado suas caractersticas de funcionamento. O dipolo dobrado em tubo na forma circular utilizado na Faixa de FM devido a suas caractersticas omnidirecionais.

    4.5 ANTENAS VERTICAIS COLINEARES

    Geralmente so conjunto de 4 antenas empilhadas para obter um maior ganho do que um monopolo de /4, cerca de 6 a 9 dB, e a sua distribuio em torno da torre pode apresentar ganho em uma determinada direo ou em todas, por igual (caractersticas omnidirecional). Segue um exemplo de colinear para a faixa de 2 metros 144 a 148 MHz.

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    ANTENA COLINEAR COM 4 ELEMENTOS, GANHO 6 dB, PARA 2 METROS

    Balun casador: Para a faixa de 2 m, o comprimento do cabo coaxial de 75 ohms de 1,04 m para as sees A,B,C e D; enquanto as sees E e F devem ser cortadas em 1,62m. O espaamento entre os dipolos de 1,5m, e podem ser cortados dipolos de /2 em vez de dipolos fechados como na figura. Aps a juno de E com F usar cabo de 50 Ohms.

    4.6 ANTENA DELTA LOOP

    uma das melhores antenas que j utilizei. de baixo custo e simples de construir. Utiliza um comprimento total de 1 e possui maior ganho do que um dipolo de meia onda.Pode ser construda em forma de um tringulo issceles, alimentada em um vrtice. Possui uma impedncia em torno de 150 ohms e devemos utilizar um balun casador de 4:1 para utilizar um cabo de 50 ohms. O balun formado por um cabo de 75 ohms cujo comprimento depende da banda utilizada (vide tabela). A condutividade do solo importante em 7 MHz, pois sua influncia maior nas freqncias baixas do que nas altas.A altura da antena deve ser de 12 metros no mnimo para melhores resultados. Observe as conexes no isolador central. O comprimento da antena no crtico mas a proximidade de prdios influenciam no ajuste de ROE desta antena.

    Esquema da Antena Delta Loop Detalhe do isolador

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    4.6.2 Antena Loop Skywire

    de construo semelhante antena Delta Loop, mas precisa de 4 suportes para sua instalao:

    Faixa metros

    Frequncia MHz

    Comprimento Antena - L

    Comprimento do Balun - cabo 75

    ohms L1 160 1,9 161,22 26,05 80 3,75 81,68 13,20 40 7,10 43,10 6,94 20 14,20 21,57 3,48 15 21,25 14,41 2,33 10 28,40 10,78 1,74 6 50,20 6,10 0,99

    Clculo do comprimento total da antena L:

    L ( em Metros)= 306,324 / frequncia (MHz)

    4.7 ANTENA ZEPELIN OU END-FED

    Antena alimentada pelo extremo, onde necessrio um casador de impedncias para a faixa de operao, pois apresenta uma impedncia de at 5000 Ohms no ponto de alimentao da linha de transmisso. Utilizada em aeronaves navios e seu nome deriva da utilizao no dirigvel Zeppelin.

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    4.8 ANTENAS ESPECIAIS

    Antena Bi-cnica,possui uma larga faixa de freqncias comparado com o dipolo de meia onda. Outros tipos: Antena rmbica,micro-fita, guia de onda aberto para freqncias acima de 10 GHz.

    4.8 Antena Vertical Slim Jim para 2 metros (J Integrated Matching = JIM)

    Esta antena omnidirecional usa um acoplador do tipo da antena J. Apresenta um ganho de 6 dB sobre a de 5/8 e ngulo de irradiao muito baixo de 150 contra 300 da antena vertical de 5/8 . Nenhuma parte dessa antena aterrada. As dimenses apresentadas so para a faixa de 2 metros.

    4.10 ANTENA VERTICAL J

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    Como construir a antena J para a Faixa de 2 metros:

    Corte o tubo de 20 mm em 2 sees: 1,50 m e 0,50 m; da mesma maneira corte o tubo de 16mm em 0,60 m e 0,20 m; junte os tubos da seguinte maneira: 20mm/1,50m + 16mm/0,60m e 20mm/0,50m + 16mm/0,20 m de forma a obter 2 mastros: 1,80m e 0,53m.

    Antena J fabricada por WB8ERJ, com tubo de cobre

    A seo de cabo coaxial de 1,70m enrolada em voltas para assegurar proteo contra descargas atmosfricas.

    Ponto de alimentao 75mm da base

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    Prximo passo: fure a base do mastro mais curto e atravesse a base com um parafuso de 6mm; faa o mesmo a 0,53m da base do mastro maior; mantendo o espaamento entre os mastros de 29 mm. Monte o conector SO239 usando uma chapa de cobre ou zinco no mastro de 1,80 m, acima alguns centmetros do parafuso de 6mm.

    Ponto de alimentao do cabo coaxial: A malha do cabo conectada ao mastro mais comprido de 1,80 m e a parte central do cabo ao mastro mais curto. Faa 2 furos espaados de 50 mm e com dimetro de 20 mm no tubo de PVC de 32 mm passando atravs dos mastros, esse espaador isolado deve ficar a 0,30m do conector SO239. A base do mastro maior pode ficar com qualquer tamanho abaixo do parafuso de 6 mm pois ser usado como suporte da antena. Quanto maior o dimetro do tubo, maior ser a faixa de freqncias de operao da antena. Na antena da foto foi obtida a ROE de 1:1 em toda a faixa de 2 metros. Para a sintonia manter o comprimento do mastro de 1,80m fixo, e ajustar o comprimento do outro.Aps a sintonia, vedar a caixa contra gua e umidade com silicone.

    5. ANTENAS DIRETIVAS

    Torre da TV Globo No Sumar/RJ

    Diagrama de Radiao de uma Antena Direcional

    Torre com Antenas de Transmissores de TV

    Caractersticas das antenas quanto Polarizao: - Vertical, Horizontal ou Circular,combinao das duas primeiras, direita ou

    esquerda.

    Caractersticas das antenas quanto Diretividade: - As antenas Direcionais possuem o diagrama de radiao maior em determinada

    direo, como, por exemplo, as antenas YAGI e parablica.

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    Diagrama de uma antena direcional mostrando a maior intensidade de campo na direo 0 (Direo de Maior ganho)

    - As Antenas Omnidirecionais so antenas que transmitem e recebem em todas as direes (monopolo vertical, por exemplo). Possuem o ganho menor do que antenas direcionais.

    O eixo Z representa a antena em polarizao vertical. Os diagramas em azul representam a radiao da antena visto em corte em azimute e em elevao. Este tipo de antena acima cujo diagrama de irradiao uniforme em todas as direes recebe o nome de antena isotrpica ou no direcional.

    5.1 Estudo das Antenas YAGI

    - A relao frente-costa a diferena entre o Ganho para a frente e o ganho da antena para trs em dB.

    ngulo de Irradiao => Direo em que o lbulo da antena maior. ngulo de meia potncia => Abertura do lbulo de Irradiao para pontos de meia potncia (-3dB).

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    As antenas YAGI-UDA so assim denominadas em homenagem aos engenheiros japoneses Hidetsugu YAGI e Shintaro UDA que a projetaram em 1926. Apesar do invento ser atribudo a UDA, com a colaborao de Yagi, este ltimo publicou um artigo em ingls com o invento em 1928 e a antena passou a ser conhecida apenas com o seu nome. Foi utilizada em aplicaes de radar na 2Guerra Mundial.

    A antena YAGI mostrada acima possu uma caracterstica direcional, com uma relao de sinal maior para frente do que para trs, essa relao entre os ganhos em dB chamado de relao frente-costa. Os diagramas de irradiao servem para verificar o quanto a antena direcional em determinada direo. Quanto mais afastada da antena estiver a curva, maior ser o ganho naquela direo. Sendo assim, podemos perceber que no ltimo diagrama a direo correspondente ao ponto. O elemento da antena cuja linha de alimentao conectado recebe o nome de irradiante. O refletor pode ser formado por um tubo ou um conjunto de vrios tubos ou ainda, uma tela para melhorar a eficincia. Como exemplo, mostramos abaixo uma antena YAGI com 6 elementos: refletor, irradiante e os 4 elementos menores, chamados diretores.

    Fotos de duas Antenas Direcionais YAGI, polarizadas verticalmente, alimentadas com Cabo Coaxial de 50 Ohms

    DIRETORES

    REFLETOR

    IRRADIANTE

    Essa interessante patente foi feita em 06/03/1931 pela Rdio ustria de uma antena direcional, onde uma srie de dipolos mostrados em A, espaados /2 e posicionadas na horizontal em relativa baixa altura, conectados por linhas de alimentao L e L1.

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    Existem antenas direcionais Yagi, como as representadas acima, de 2, 3, 4 , 5 ou mais elementos.

    A frente de uma antena Yagi sempre o lado que possui o elemento menor (diretor).

    Detalhe da fixao mecnica com braadeiras dos elementos na gndola (boom) da antena direcional

    O irradiante o segundo maior elemento, denominado dipolo, o elemento diretor tem por funo direcionar ou aumentar mais o ganho da antena, ou seja, estreitar mais ainda o diagrama de radiao. Uma antena pode ter um, dois, ou mais diretores.

    Para aumentar a diretividade (ganho) da antena devemos colocar diretores e um refletor (maior elemento).

    A colocao dos elementos parasitas (que no tm alimentao da linha de transmisso) como os diretores e o refletor geralmente diminui a impedncia do dipolo.

    O nico elemento que tem ligao com a linha de transmisso de descida o irradiante ou dipolo, que dever ser alimentado com uma linha de transmisso de 50 ohms. Para melhor casamento de impedncias entre o cabo e o dipolo podemos utilizar um acoplador do tipo gama ou T match, conforme veremos mais adiante.

    5.1 Clculo para Antenas Direcionais de 2 Elementos

    Antena Direcional de 2 Elementos para 6 ou 10 Metros

    Antena Direcional de 2 Elementos para 11,15 ou 20 Metros

    Ganho= 4,8 dB Relao Frente-Costas=12 dB

    Ganho= 5.3 dB Relao Frente-Costas=12 dB

    Dipolo (m) =143,6/freq(MHz) Diretor (m) = 132,6/freq(MHz)

    Espaamento entre elementos =36,6/freq(MHz)

    Dipolo (m) = 144,8 /freq(MHz) Diretor (m) = 136,5/freq(MHz)

    Espaamento entre elementos = 36,6 /freq(MHz)

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    Dimetro dos Tubos Telescopados 40 metros = 2 polegadas 10 metros= 1 polegada

    6 metros = 1 polegada

    Dimetro dos Tubos Telescopados 20 metros= 1 polegada 15 metros = 1 polegada 11 metros = 1 polegada

    5.2 Clculo para Antenas Direcionais de 3 Elementos

    Antena Direcional de 3 Elementos para 11,15 ou 20 Metros

    Antena Direcional de 3 Elementos para 6 ou 10 Metros

    Ganho= 8,0 a 8,5 dB Relao Frente-Costas=25 dB

    Ganho= 7,5 a 8,0 dB Relao Frente-Costas=20 dB

    Dimensionamento Dipolo (m) =144,2/freq(MHz) Diretor (m) = 135,6/freq(MHz) Refletor (m) = 152,7/freq(MHz)

    Espaamento entre elementos =42,7/freq(MHz)

    Dimensionamento Dipolo (m) = 144,8 /freq(MHz) Diretor (m) = 132,9/freq(MHz)

    Refletor (m) = 153,9/freq(MHz) Espaamento entre elementos = 56,4 /freq(MHz)

    Dimetro dos Tubos Telescopados 20 metros= 1 polegada 15 metros = 1 polegada 11 metros = 1 polegada

    Dimetro dos Tubos Telescopados 10 metros = 1 polegada

    11 metros = 1 polegada

    5.3 Antena Direcional de 3 Elementos com Espaamento curto para 20 Metros

    Uma antena monobanda para a faixa de 20 metros possu dimenses entre elementos de 3,17m (0,15 ) e 3,59m (0,17 ), mas podemos encurtar um pouco a estrutura da gndola, sacrificando o ganho em funo da menor dimenso, obtendo para a freqncia central de 14,20 MHz as seguintes dimenses:

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    Os tubos de alumnio empregados so de 1 no centro, 7/8 e telescopados e com braadeiras para permitir ajuste fino da freqncia de ressonncia e da mnima ROE. Geralmente so vendidos em peas de 6 metros. Operei com esta antena durante muitos anos com excelentes resultados. O acoplamento com o cabo coaxial de 50 ohms pode ser feito com T ou Gama Match.

    5.3.1 Antena Direcional de 3 Elementos para 27 MHz / 11 Metros

    A gndola que suporta os 3 elementos pode ser fabricada com um tubo de ferro ou cantoneiras de alumnio em L de 1 x 1/16 e x 1/8, formando uma escada, o comprimento total da gndola ser de 4,5m. Os elementos so todos aterrados no centro, com maior proteo contra descargas atmosfricas. Usei esta antena muitos anos com timos resultados utilizando um acoplador Gama match composto de um capacitor de 100 pF em srie com o tubo de alumnio, veja captulo 5.6 para a descrio do mesmo. O capacitor dever ser protegido em uma caixa plstica contra chuva. Na poca, a faixa de 11 metros possua somente 23 canais, para sintonizar em 27,30 MHz, o centro da faixa atualmente, as dimenses devero ser ligeiramente reduzidas e ajustada para o melhor rendimento com o auxlio de um medidor de ROE.

    5.4 Antena Direcional de 5 Elementos para a Faixa de 88 a 108 MHz

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    5.5 Clculo de Antenas Direcionais at 17 Elementos para VHF e UHF em funo do comprimento de onda ()

    COMPRIMENTO DA YAGI em () 2,2 3,2 COMPRIMENTO DO REFLETOR em () 0,482 0,482

    COMPRIMENTO DO DIRETORES () xxx xxx 1 0,432 0,428 2 0,415 0,42 3 0,407 0,407 4 0,398 0,398 5 0,39 0,394 6 0,39 0,39 7 0,39 0,386 8 0,39 0,386 9 0,398 0,386 10 0,407 0,386 11 xxx 0,386 12 xxx 0,386 13 xxx 0,386 14 xxx 0,386 15 xxx 0,386

    ESPAAMENTO ENTRE DIRETORES E ENTRE REFLETOR E IRRADIANTE ()

    0,2

    0,2

    GANHO EM RELAO AO DIPOLO (dBd) 12,25 13,4

    A segunda coluna representa a opo do projeto com ganho maior e maior tamanho fsico da gndola (boom) da Yagi. Aps o clculo do comprimento de onda (), multiplique pelo fator para encontrar o comprimento do elemento da antena desejado.

    5.6 Mtodos para Casamento de Impedncias no Elemento Irradiante

    No dipolo irradiante utilizamos uma estrutura dupla denominada T-Match (dois lados do dipolo) ou o simples Gama-Match (somente um lado do dipolo) para adaptar a baixa impedncia da antena direcional, em torno de 20 a 25 ohms com um cabo de 50 Ohms. A menor ROE obtida atravs do ajuste de um capacitor varivel em srie com um tubo paralelo ao dipolo. Duplo no caso do T-Match e apenas de um lado como no Gama-Match.

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    Nas antenas com Casador Tipo Gamma Match, ajustar o comprimento do stub e depois do capacitor em srie, caso usado, para o mnimo de ROE na freqncia central de operao

    5.6.1 Construo Prtica de Antena YAGI de 6 Elementos para 2 Metros -144-148 MHz

    Em 1977 esta direcional foi construda e testada por mim otimizando ganho e largura de banda. Para os ajustes, foi utilizado um equipamento da Scientific Atlanta que possui uma antena padro fixa enquanto em outra torre a antena sob teste gira em 360 para obter o diagrama de radiao. O comprimento total da gndola de alumnio de seo quadrada de 2 de 2,27 m, enquanto os tubos utilizados para o irradiante e gama match so de 12,5mm e os demais so tubos de alumnio de 15mm de dimetro com as dimenses representadas acima. Os tubos recebem pontas de borracha nas extremidades para evitar a

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    entrada de gua. Utilizar parafusos de ao inox para evitar oxidao.Regular o comprimento do gama match e depois o capacitor varivel em srie para o mnimo de ROE.

    5.6.2 Construo Prtica de Antena YAGI de 11 at 22 Elementos para UHF 432 MHz

    Incluo outra antena Yagi, de fcil fabricao e baixo custo que proporciona excelentes resultados na faixa de UHF. Pode ser fabricada com at 22 elementos, conforme tabela com respectivas dimenses. O projeto apresentado a seguir configura uma verso menor de 10 elementos com elementos passando atravs da gndola (no isolados).

    Utilizar como sustentao dos elementos uma gndola de alumnio de perfil quadrado de seo de 1 polegada com o comprimento de 1,5 m para 10 elementos. Os tubos para refletor, irradiante e diretores so de . O balun confeccionado com uma seo de 22,7 cm de cabo coaxial, enquanto o T Match usa um fio de cobre de 2,5 mm (antigo fio #12 AWG) nas dimenses do esquema. - Clculo do balun: /2 x 0,654 ( fator velocidade do cabo ) = 0,694/2 x 0,654 = 22,7 cm

    Tabela de Dimensionamento dos Elementos da Yagi para UHF

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    Elemento Distncia do Elemento em

    mm com referncia ao incio do lado direita da

    gndola ( linha 0)

    Comprimento do Elemento (mm)

    Refletor 30 346 Irradiante 134 340 Diretor 1 176 321 Diretor 2 254 311 Diretor 3 362 305 Diretor 4 496 301 Diretor 5 652 297 Diretor 6 828 295 Diretor 7 1020 293 Diretor 8 1226 291 Diretor 9 1444 289 Diretor 10 1672 288 Diretor 11 1909 286 Diretor 12 2152 285 Diretor 13 2403 284 Diretor 14 2659 283 Diretor 15 2920 281 Diretor 16 3184 280 Diretor 17 3452 279 Diretor 18 3723 278 Diretor 19 3997 277 Diretor 20 4272 276

    5.7 Empilhando Antenas YAGIS e COLINEARES

    Para aumentar ganho e diretividade, podemos empilhar horizontal ou verticalmente as Yagis, desde que sejam idnticas e acopladas em fase com o cabo de alimentao. Para duas antenas YAGIS podemos espaar em 1/2 e para antenas quadra cbica em 5/8 para mnima interao.

    Casador de Impedncia: Lembrando que uma seo de /4 x o fator de velocidade do cabo coaxial (0.66) produz uma transformador de 1:1 e uma seo de /2 x o fator de velocidade do cabo coaxial (0.66) produz uma transformador de 1:2 de impedncia. Assim ao ligar em paralelo duas antenas colineares ou Yagis, temos a que a impedncia resultante ser a metade com sees mltiplas de /4 e depois teremos que adicionar um transformador composto de uma seo mltiplo de /2 para retornar impedncia de uma antena. Levar em considerao a dimenso do conector para esse clculo do comprimento fsico do cabo coaxial.

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    Caso sejam instaladas no mesmo mastro duas antenas de freqncias diferentes, a menor dever ficar acima da antena maior.

    5.8 ANTENAS LOG-PERODICAS

    So antenas de banda larga. O comprimento fsico dos elementos e dos espaamentos escolhido de maneira que o padro de radiao bi-direcional, impedncia e outros fatores so repetidos para diversas freqncias. A largura de faixa aproximadamente a relao entre o comprimento do elemento do dipolo maior para o menor. A log-peridica possu a caracterstica principal do ganho menor do que a Yagi, porm uniforme em uma larga faixa de freqncias, por isso amplamente empregada na recepo de TV canais baixos de 2 a 6 (VHF); canais altos de 7 a 13 (UHF) ou nos canais de 14 a 83 (UHF). Uma antena log-peridica da marca Plasmatic, modelo Senior para TV com 8 elementos para os canais altos e 8 para os baixos possui um ganho estimado de 4,5 dB em 54-108 MHz e 9,0 dB na faixa alta de 175 a 216 MHz. A tabela seguinte relaciona os canais e as respectivas faixas de freqncias:

    CANAIS FAIXA DE FREQUNCIA

    CANAIS FAIXA DE FREQUNCIA

    2 54-60 8 180-186 3 60-66 9 186-192 4 66-72 10 192-196 5 76-82 11 198-204 6 82-88 12 204-210 7 174-180 13 210-216

    Nos clculos do comprimento fsico dos elementos utilizar a freqncia central da faixa. As antenas abaixo so projetadas para a faixa de HF, de 10 a 30 MHz.

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    Para o complexo projeto dessas antenas foi utilizado Software especfico denominado NEC-WIRES / NEC-2 projetado pelo radioamador K6STI e Nec-Win Plus+, um produto para Windows da Nittany Scientific. Ateno para a linha de transmisso que interliga os elementos devido ao seu projeto ser crtico. Numa antena log-peridica, o ngulo entre o eixo e os irradiadores, influi na diretividade da mesma.

    Antena Log Peridica no Sumar R.J. Antenas Parablicas na Faixa de SHF da Estao da EMBRATEL no Sumar/R.J.

    5.9 INTERFERNCIAS E SOLUES NA RECEPO DE TV

    Quando o sinal chega no receptor de TV fortemente atenuado devido distncia entre o transmissor e o receptor no devemos empregar amplificadores de banda larga do tipo booster, pois estes amplificam o rudo alm do sinal fraco. So susceptveis a intermodulao e facilmente recebem sinais de outras freqncias, como de estaes de radioamadores e pioram a recepo. Devemos optar sempre pelas antenas de maior ganho e sempre utilizar cabo coaxial em vez de linha aberta para evitar sinais interferentes. Evitar passar a antena pelo videocassete ou gravador de DVD, pois atenuam o sinal da metade (3 dB) devido a chave comutadora de antena a diodo existente no videocassete ou DVD. Para dividir o sinal para 2 ou 3 receptores, devemos empregar divisores blindados de qualidade. Assim temos uma perda terica de 3 dB para um divisor de 2 sadas; 4,8 dB para 3 sadas e

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    6 dB para 4 sadas. ( na prtica a atenuao um pouco maior, da ordem de 3,5dB; 5,5 dB e 7 dB respectivamente).

    Para melhorar a recepo em FM em um sintonizador ou sistema de som na falta de uma antena para 88-108 MHz podemos substituir a antena interna pela antena de TV, adaptando com um casador de impedncias de 75 para 300 ohms.

    No caso da transmisso digital de TV, uma simples antena garante uma excelente recepo, sem os tradicionais problemas encontrados na TV analgica como fantasmas e reflexes do sinal.

    5.10 ANTENAS CURTAS PARA 27 MHz

    As antenas mveis encurtadas utilizam bobinas de carga e so construdas com fio enrolado sobre uma forma isolante, de forma que essa indutncia compensa o menor comprimento fsico. O dimetro desta forma, a bitola do fio e a separao das espiras determinam quanto a antena ser encurtada. Para efeito de clculo de rendimento de uma antena encurtada usa-se o seguinte principio: a perda de uma antena encurtada ser proporcional ao quadrado do seu encurtamento. As antenas mveis utilizam bobinas de carga, encurtando as antenas at 5 vezes o seu comprimento fsico com menor rendimento. Neste caso, o segundo lado da antena, o plano-terra, substitudo pelo veculo e como est isolado pelos pneus, atua como uma parte da antena aumentando o seu rendimento em determinada direo.O local de instalao de uma antena numa viatura crtico devido a irregularidade do plano terra, isto , o local ideal o centro do carro e para cada ponto escolhido o comprimento fsico da antena ir variar. A seguir dado, a ttulo de exemplo, o esquema bsico de construo de uma antena muito fabricada nos anos 70, na poca da febre da Faixa do Cidado. A antena de maior ganho era o monopolo de , denominado de Maria-Mole, devido ao balano da vareta de ao inox com mais de 2,70m.

    5.11 Antenas de Ondas Mdias para Transmissores de Alta Potncia

    Devido ao grande comprimento de onda os monopolos so antenas eletricamente curtas. As fotos seguintes mostram uma antena com os 120 radiais distribudos de 3 em 3, com comprimento de +5%, enterrados e operando na freqncia de 1350 kHz.

    Utilizar forma isolante de PVC ou celeron, com dimetro de 5/8, cerca de 16 mm, nas extremidades utilizar o conector coaxial macho PL-259 (UHF)

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    Base da Antena Isolada Torre com Estais Construo com caixa de sintonia

    5.12 Antena Vertical para Ondas Mdias (OM) para Recepo ou Transmissores de Baixa Potncia

    O FCC permite transmissores na Faixa de OM, pois estabelece limite mximo de 100 mW:

    15.219: Operation in the band 510-1705 kHz. (a) The total input power to the final radio frequency stage (exclusive of filament or heater power) shall not exceed 100 milliwatts.

    5.13 Antena Loop para Ondas Mdias (OM)

    Uma antena tipo Loop consiste em uma ou mais espiras de um condutor, geralmente sintonizado e ressonante atravs de um capacitor conectado nos terminais da antena. A antena abaixo fabricada com cabo coaxial de 50 Ohms, RG-8U e utiliza um capacitor varivel de recepo para sintonia na faixa de Ondas Mdias. A estrutura de suporte pode ser construda com tubos de PVC. Observar a abertura de 3 cm na malha do cabo coaxial.

    A bobina para OM possui 145 espiras de fio esmaltado #20 AWG, espaamento cerrado em forma de PVC, dimetro de 3,5, aproximadamente 90 mm,fornecendo uma indutncia de 3,5 mH, a antena um tubo de alumnio vertical com comprimento de 2,40m. O RX ou Tx dever ser acoplado a 3 a 4 espiras do terra, enquanto as derivaes so feitas de 10 em 10 espiras, para melhor acoplamento. Fonte: Jon Smick's info-packed messages on the Community Radio USA

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    5.14 Antena Cbica de Quadro para Faixa do Cidado -27 MHz

    Uma antena de Quadro possui em cada lado um comprimento fsico equivalente a uma antena de /4, no total de l , com isso, uma antena de 2 quadros possui um ganho maior do que uma antena Yagi de 2 elementos, sendo equivalente a uma Yagi de 3 elementos. A antena descrita a seguir foi construda e usada com sucesso por muitos anos na dcada de 70 por Cesar Castelo. A construo simples e barata, pois utiliza varas de bambu envernizados e tratados contra intempries e tubos de PVC ou madeira nas funes dos quadros.

    Dimensionamento da antena:

    -Clculo do comprimento de Onda: = 300/27,125 = 11,06m

    -Clculo do Espaamento = 0,15 x 11,06 = 1,64m

    -Lado do Quadro irradiante: 2,75m (/4 = 2,76m)

    -Lado do Quadro refletor: 2,80m (1,8% maior que o comprimento do quadro irradiante)

    -Utilizar fio de cobre #14 ou #12 AWG ( 2,5 mm)

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    -Ajustes: Utilizar stub com comprimento varivel de 0,40m no refletor para a melhor relao frente-costa utilizando-se um medidor de intensidade de campo ou receptor com medidor distante da antena. -Stub de 30cm no quadro irradiante para o ajuste de mnima ROE da antena.

    -Distncia dos isoladores utilizados no refletor e irradiante de 5 cm.

    -Distncia entre os quadros = 1,64 m (0,15)

    -Casamento de impedncias: Utilizar cabo coaxial de 75 , com balun de 1,83m (/4 x 0,66 = 2,75x0,66 =1,83m) distante de 2,5cm do cabo de descida, proteger contra umidade.

    -Utilizar mltiplos de /2xVF (fator de velocidade do cabo) na descida, isto , em mltiplos de 1,83m.

    Para freqncias mais baixas, como 20 metros devemos ter cuidados com a rigidez mecnica do conjunto. possvel montar antenas multibandas para as faixas de 10, 15 e 20 metros, porm uma antena ir interagir na sintonia da outra. Para VHF e UHF os quadros tornam-se menores, com a vantagem de se utilizar um numero maior de elementos.Veja como alimentar a antena de forma a obter a polarizao desejada na figura abaixo:

    Balun no quadro Irradiante com 1,83m de comprimento, distante 2 cm do cabo

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    Solde perpendicularmente 4 tubos com seo quadrada de 30 a 35 cm para inserir os tubos de fibra ou bambu e aparafuse esse conjunto gndola.

    N de Elementos da Quadra Cbica

    Ganho sobre o Dipolo (dB)

    Relao Frente-Costas (dB)

    Observaes

    2 5 12 Somente com o refletor 3 10 15

    4 12 25

    5 12.1 30

    6 12.2 30

    7 12.3 32

    8 12.4 32

    Tabela de Nmero de Elementos versus Ganho e Relao Frente-costas para Quadra Cbica

    5.15 ANTENAS PARABLICAS

    Para o estabelecimento de enlaces ponto a ponto em aplicaes de repetio de sinais ou at mesmo retransmisso de sinais, a exigncia de antenas com elevado ganho nas faixas de UHF e Microondas tornam as antenas parablicas a soluo mais indicada. Ao instalar uma parablica, observe os ngulos de azimute e elevao que so crticos devido a grande distncia de apontamento para o satlite.

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    Em aplicaes de Radiodifuso, as parablicas mais utilizadas recaem na categoria de antenas tipo focal point onde o alimentador ou feeder est situado geometricamente no ponto focal da parbola configurada pelo refletor. A foto anterior ilustra uma antena parablica deste tipo, onde o refletor do tipo slido. Em UHF, dado o maior comprimento de onda e dimenso do refletor parablico, utilizam-se telas ou grades como superfcie refletora.

    A vantagem do refletor parablico aumentar o ganho, isto , a energia radiada da antena proveniente do satlite. Quanto maior o refletor, maior a quantidade de energia captada. Mas no basta captar essa energia, preciso envi-la ao receptor da forma mais eficiente possvel, concentrando toda a radiao que incide na antena num s ponto. Como os satlites esto muito distantes, o que, para a ptica, significa estar no infinito, utilizam-se refletores parablicos, que so estigmticos para pontos localizados no infinito. Dessa forma, toda a radiao converge para o foco do refletor. Uma propriedade importante acentua a vantagem do refletor parablico. Ao contrrio da esfera, cuja forma nica, existem parabolides mais abertos ou fechados, o que torna possvel projetar antenas com foco na posio tecnicamente mais propcia utilizando at mesmo focos secundrios, como nas antenas parablicas menores ( utilizadas pela Sky, Direct TV).

    5.16 ANTENAS SLOT

    As Antenas Slot apresentam solues versteis e econmicas para transmisso de sinais de TV nas faixas de VHF (canais 7 at 13) e UHF dentro de uma gama de nveis de potncia, possuem ganhos e diagramas possveis sem similares dentre os demais tipos de antenas estudados, o que as tornam quase que uma categoria de antenas que se enquadram como soluo universal para a maior parte das situaes (ganho: 4 a 21 dBd).

    Antenas Slot so constitudas basicamente por uma cavidade de RF com geometria e dimenses adequadas ressonncia e conformao de diagramas de radiao especificados, a alimentao da cavidade , via de regra, desbalanceada e o acoplamento de energia entre a linha de transmisso e as fendas (aberturas da cavidade) se d por elementos de acoplamento externamente cavidade so ainda incorporados elementos parasitas para conformao dos diagramas de radiao especificados.

    Uma Antena parablica foi utilizada na chegada do homem Lua em 20 de julho de 1969

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    5.17 ANTENA OMNIDIRECIONAL PARA A FAIXA DE 2.4 GHz COM GANHO DE 6 dB para Internet Wireless.

    Para obter o ganho de 6 dB so empregados 8 setores. Iniciamos o clculo dessa antena para o meio da faixa de 2.4 GHz, na freqncia de 2.441GHz.Como usaremos o cabo coaxial RGU-213, o fator de velocidade ser de 0.66.

    Clculo do Comprimento de Onda = 300x0.66 /2.441 = 81,1 mm

    /2 = 40.5 mm

    O trecho da antena de /4 no preenchido pelo dieltrico do cabo coaxial, logo no multiplicamos pelo fator de velocidade de 0.66:

    /4 = 122,90/4 = 30.7 mm

    O comprimento total da antena ser de 355mm mais os lides.

    Material necessrio: 1 m de cabo coaxial, conector N, se utilizar cabo fino poder ser usado o conector BNC; 20 mm de conduite PVC de dimetro interno de 20mm para o acabamento externo.

    Cortando cada setor de cabo:

    Corte o cabo conforme o diagrama acima deixando 6mm para ambas as extremidades de fio para facilitar a soldagem. O comprimento ser de 37 +6 +6 +1 = 50mm de cabo para cada setor, para os 8 setores, mais a seo de , total de 420 mm de cabo para a antena.

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    As 3 sees superiores da antena ficaro assim:

    A melhor maneira cortar as sees com uma serra pequena.

    Separando as sees

    Corte com uma faca e tora os condutores.

    A prxima marca 37mm abaixo (68mm do final do cabo) e o corte para a outra extremidade da seo blindada do setor superior. A prxima marca ser 13mm abaixo e 81 mm do final e consiste de 6mm de cada setor e 1mm para o corte entre setores. A prxima marca ser de 37 mm, 13mm, e 37mm, respectivamente at ter marcado todas as sees da antena:.

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    Finalmente, teste a continuidade com um ohmmetro para verificar se tudo foi soldado corretamente e a ausncia de curto-circuito.Utilize o menor comprimento de cabo coaxial necessrio devido a alta perda em 2.4 GHz!

    5.17 Antena Vertical Omnidirecional para 2.4 GHz para Internet Wireless.

    Uma antena mais simples, porm sem o ganho da antena anterior, poder ser fabricada com um conector fmea N e 4 radiais como mostrado na figura abaixo:

    Corte em V no cabo para soldagem do conector

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    6. LINHAS DE TRANSMISSO

    Uma linha de transmisso ideal seria sem resistncia, que no irradiasse e que possusse a mesma impedncia caracterstica do que a antena, para total transferncia da potncia do transmissor antena. Sabemos que diversos fatores influenciam a impedncia de uma antena, tais como: altura, objetos metlicos e antenas prximas, influncia da resistividade do solo, vegetao, que absorve R.F., etc.Em uma torre composta de diversas antenas, a menor dever ficar mais alta do que as antenas menores.

    6.1 Baluns

    Como uma antena dipolo uma estrutura balanceada, utilizamos um casador denominado balun ( balanced/unbalanced) para adaptar uma linha desbalanceada (cabo coaxial) at a antena. Seu comprimento calculado como um mltiplo de /4 multiplicado pelo fator de velocidade do cabo, que varia de 0,66 at 0,82 e ligado conforme a figura acima. Os baluns podem atuar como transformadores com relao de 1:1; 1:4; etc. A impedncia caracterstica de um dipolo de meia onda prxima de 75 e de um dipolo dobrado de 300 devido a seu comprimento fsico. Empregando um cabo coaxial de 75 ohms, podemos fabricar um transformador de 4:1, utilizando um balun de /2, a impedncia da antena de 300 ohms ser facilmente casada com um cabo de 75 ohms, conforme mostrado na figura. As perdas inseridas pelo balun so inferiores a 0.5dB e podem ser fabricados pelo amador utilizando um ncleo de ferrite de antena de Ondas Mdias ou com o prprio cabo coaxial.

    6.1.1 Fator de Velocidade:

    A velocidade de propagao dentro do cabo coaxial menor do que no ar, por isso aplicamos um fator de reduo, para obter o comprimento de onda em linhas de transmisso. Fator de velocidade para fitas de 300 = 0.89 e linhas abertas = 0.98. Fator de velocidade dos cabos: RG-58 e RG-213 = 0,66 UT-141 semi-rgido; RGC-58 e RGC-213 = 0,82

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    O tipo RGC possui revestimento celular. Os Cabos com isolantes comuns suportam potncias maiores. Os cabos celulares tm tenso de ruptura do dieltrico menor que o tipo com polietileno. Utilize cabo de baixa perda em antenas de VHF e UHF.

    Quando cortamos o cabo coaxial em mltiplos mpares de /2 fazemos com que a impedncia da antena seja a mesma na outra extremidade do cabo coaxial.

    Exemplo de Balun de 1:1: Utilizando o cabo RGC 213, de fator de velocidade 0,82, para operar na faixa de 11 metros: Calculamos o centro da faixa, que a freqncia de 27,305 MHz

    = v/f = 300/27,305 = 10,987m /2 = 5,493m

    Comprimento do cabo coaxial celular RGC-213 = 5,493 X 0,82 = 4,504 m, isto , utilizamos mltiplos impares deste valor, por exemplo: 3 x 4,504 = 13,512 m

    6.2 Como ajustar a Relao de Ondas Estacionrias (ROE) da Antena

    Todo medidor de ondas estacionrias possui a leitura direta, onde a portadora ajustada para o final da escala do medidor e a leitura da porcentagem de RF que no casada pela antena e retorna pela linha de transmisso, denominada onda refletida. Para ajustar o comprimento fsico da antena dipolo para a menor Relao de Ondas Estacionrias (ROE), devemos transmitir em dois extremos da faixa e anotar os valores medidos.Se a ROE estiver menor na freqncia alta, a antena est curta e dever ser aumentada. Caso a ROE estiver menor na freqncia mais baixa a antena est com seu comprimento fsico maior e dever ser encurtada.

    Para antenas com Gamma Match, ajustar o comprimento do stub e depois do capacitor em srie,caso usado, para o mnimo de ROE na freqncia central de operao. Observe a impedncia para o qual o medidor de ROE utilizado se foi fabricado para 75 ou 50 Ohms.

    O Wattmetro direcional BIRD modelo 43 possui elementos (pastilhas) para cada faixa de potncia e freqncia. So detectores, formados por diodos,resistores e capacitores para cada faixa de freqncias e possui um ajuste fino atravs de um capacitor tipo trimmer sob a etiqueta da pastilha.A seta indica o sentido da R.F. na pastilha. Esse medidor indica a

    Nesta antena mvel com base imantada para VHF e UHF existem 2 ajustes de comprimento, um na base e outro acima da bobina de carga conforme indicam as setas vermelhas. O ajuste feito com uma chave Allen no centro de cada banda para obter o valor mnimo. Inicialmente, anotar as leituras nos extremos da faixa e ajustar o melhor comprimento para a mnima potncia de retorno.

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    potncia em Watts direta e a refletida porm possui um erro de at 5% nas medidas. Observar os diferentes conectores disponveis: N e UHF. A ROE pode ser calculada pela seguinte frmula, onde Wr a potncia Refletida e Wp a potncia direta:

    Frmula do Clculo da ROE com a Potncia Incidente e Refletida

    Dica: Para medidas de potncia refletida podemos colocar pastilhas de menor faixa de potncia, para maior preciso da leitura e realizar a leitura no meio e nos extremos da faixa de operao da antena.

    Exemplo: utilizando um elemento de 100 W para a leitura direta e 10 W para a leitura refletida para maior preciso: Potncia direta=80 W, Potncia refletida = 0,5 W, ROE= 0,5/80= 0.6% ou aproximadamente ROE = 1: 1,16

    Fotos do Wattmetro Direcional BIRD 43 e o Elemento utilizado

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    Tabela de Referncia para ROE

    1: ROE %

    Potncia Direta

    % Potncia Refletida

    1.5 96 4 2.0 89 11 2.5 82 18 3.0 75 25 3.5 70 30 4.0 64 36 4.5 60 40 5.0 56 44 6.0 50 50 7.0 44 56 8.0 40 60 9.0 36 64

    10.0 33 67

    6.3 Esquema de um Medidor de ROE para 50 e 75 Ohms

    De construo simples, pode ser montado em uma caixa de alumnio para facilitar os ajustes de antenas:

    Componentes Utilizados:

    1 Caixa, de preferncia de alumnio ou cobre

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    2 Chaves H-H 1 Potencimetro de 100K 2 Resistores de 150 W 2 Resistores de 100 W 1 Microampermetro, preferncia de 0-100 A 2 Conectores fmea PL-259 (UHF fmea) Ponte de terminais e parafusos 2 Diodos de Germnio 1N34 ou 1N60 2 Capacitores cermicos de 1 KpF

    6.4 Esquema do Wattmetro Direcional BIRD 43

    6.5 Grfico Para Clculo da ROE com a Potncia Refletida e a Incidente

    Podemos utilizar o grfico abaixo quando temos ambas as leituras das Potncias de R.F. incidente na carga ou na antena e a potncia refletida. A potencia mxima obtida com a carga no irradiante colocada na sada do transmissor, pois se a antena no possuir a mesma impedncia caracterstica da linha e do transmissor a potncia direta (irradiada) ser menor.

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    O grfico acima correlaciona a potncia direta e a potncia refletida, obtendo o valor da Relao de Ondas Estacionrias - ROE

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    7. CONSIDERAES SOBRE O ALCANCE DE UMA TRANSMISSO

    O sinal de radiofreqncia transmitido depende de muitos fatores; do relevo do terreno, da propagao, da freqncia escolhida, da hora do dia, potncia do transmissor e antenas, sendo importante o estudo prvio desses fatores para a previso da rea de cobertura do sistema.

    7.1 Escolha do Local de Instalao de uma Antena

    O local para a instalao de um sistema irradiante deve obedecer alguns requisitos bsicos: - Distante de sub-estaes de energia eltricas linha de alta tenso. - Longe de objetos metlicos, outras antenas, telhados metlicos e prdios. - A altura do solo influencia o ngulo de irradiao de antena, a freqncia de ressonncia e conseqentemente no ajuste da ROE e, por isso, a altura deve ser superior a meio comprimento de onda. - Observar a proteo contra descargas eltricas, assegurando o aterramento da estao transmissora/receptora como fator bsico de segurana.

    7.2 A Lei da Antena

    Um dos maiores problemas enfrentados pelos radioamadores ou empresas que utilizam equipamentos de rdio-comunicao instalar antenas dipolo ou antenas diretivas no topo dos prdios onde residem ou tm escritrio.Na maioria das vezes os condomnios se recusam a dar a autorizao para a instalao com medo das antenas atrarem descargas atmosfricas, da radiao ou mesmo da rdio-interferncia. Em muitos casos, a alegao dos condminos se restringe apenas a fatores estticos e o cidado que necessita do seu rdio para se comunicar at desiste do seu intento. A soluo surgiu em 15 de julho de 1994, quando o Governo Federal, atravs do Presidente Itamar Franco, editou a Lei N. 8.919, na qual assegurado ao permissionrio, o direito de instalao de sua estao em prdio prprio ou locado, observados o projeto tcnico e as normas de engenharia aplicveis. Obviamente, as despesas decorrentes dessa instalao incluindo-se os reparos de danos causados a terceiros, bem como o sistema de proteo contra descargas atmosfricas, se preciso for, correro por conta do interessado na instalao do sistema irradiante.

    7.1. Enlaces em VHF e UHF

    A comunicao nas faixas de VHF/UHF tem uma propagao semelhante da luz, limitada pela curvatura da Terra. Sempre que haja linha visual entre os dois pontos, (transmisso e

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    recepo) possvel uma comunicao. Podendo ainda ser atenuada ou bloqueada totalmente, ou parcialmente por objetos slidos entre os dois pontos, apresentando ainda os fenmenos da reflexo (multipercurso) e refrao. A potncia importante quando no existe linha visual e a comunicao depende do grau de atenuao dos objetos slidos no percurso da propagao. Alm da distncia, a ionizao do ar outro fator que atenua a irradiao, variando todos os dias. (a ionizao produzida principalmente pela radiao solar). A frmula que relaciona a Potncia transmitida com o Campo Eltrico (V/ m) em condies de Campo Distante ( mais do que 10 ) :

    E V/ m = (30Pt.Gt ) /r Onde: r = distncia das antenas em metros Pt =Potncia de transmisso Gt =Ganho da Antena de transmisso

    Os objetos slidos so opacos s ondas de rdio, e apresentam diferentes graus de atenuao, dependendo do material, tamanho, etc.

    Onde: Densidade de Potncia Recebida = Pt . Gt / 4 R Pt=potncia transmisso Gt=ganho da Antena de transmisso R=distncia entre as antenas de TX e RX em metros

    A distncia, o ganho e a altura das antenas do receptor e do transmissor so os principais fatores de atenuao das ondas de rdio, quando existe linha visual entre os dois pontos.

    A Frmula de Friis usada para se encontrar a potncia transmitida a uma determinada distncia R (km) , descontandose as perdas referentes a freqncia em MHz e distncia:

    Prx ( dBm) = P tx (dBw)+ G ant tx (dB) + G ant rx (dB) - 20 log R (km) 20 log f(MHz) 2,44

    Se Prx for dado em dbw, diminuir 30dB, assim:

    P rx ( dBm) = P tx (dBm)+ G ant tx (dB) + G ant rx (dB) - 20 log R (km) 20 log f (MHz) 32,44

    Dicas: Para passar de dBW para dBm some 30. Para converter dBuV em dBm : dBV = dBm + 107 E dB(V) = P dbm + 107

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    7.2. A Recepo em Ondas Mdias e HF

    Nos projetos de implantao de estaes na faixa de ondas mdias (540 a 1710 kHz), por exemplo, utilizam-se as curvas de nvel de intensidade de campo em dBv/m, para avaliao do alcance da estao transmissora em funo da distncia e do tipo de terreno.Aps o calculo terico, um receptor e um GPS podem ser empregados para verificar ponto a ponto os nveis de intensidade nos locais de maior relevncia para verificao da conformidade com o projeto inicial.

    Para os ouvintes de ondas curtas e amantes do DX em HF recomendo: - A recepo noite geralmente melhor do que de dia devido ao menor rudo e

    melhor propagao, assim como no inverno melhor do que no vero. - As melhores faixas diurnas so: 13, 15, 16, 19 e 22 metros, sendo a melhor recepo

    nas faixas de 16 e 19 metros. noite, as bandas de 25, 31, 41 e 49 metros, com os sinais melhores em 31m e 49m.

    - Uma excelente hora para recepo a longa distncia (DX) na hora do por do sol e no amanhecer.

    - Use sempre antena externa devido blindagem formada pelas ferragens de um prdio que prejudicam a recepo em HF.

    8. RADIAO NO IONIZANTE DAS EMISSES DE R.F. RNI EM TORRES DE TELEFONIA CELULAR

    Painis de uma ERB

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    .

    RNI - Um assunto controverso!

    Instrumento da Wandel & Goltermann e respectivas antenas omnidirecionais para Campos Eltricos e Magnticos utilizados para Medidas de Radiao No Ionizante. Este medidor fornece valores mximos, mdios e instantneos do somatrio de todos os campos existentes no local em um determinado intervalo de tempo.

    Atualmente muitas estaes rdio-base (ERB) do Sistema Mvel Pessoal so foco da preocupao da populao, em relao Radiao No Ionizante, devido freqncia de operao das mesmas, altura das torres e ao possvel efeito da radiao. Neste caso, o contnuo efeito da radiao no somado no corpo humano, ao contrrio das emisses de raios-X. Em algumas cidades, j existe legislao sobre a distncia mnima de construo (200m) das torres de colgios e hospitais.

    Incluo alguns estudos e medidas realizadas por Engenheiros de uma Operadora para comprovar o nvel de radiao de ERBs e apresento, a seguir, as medidas realizadas em 2006 sobre a radiao emitida por torres do Servio Mvel Pessoal.

    8.1 Procedimento das Medidas Realizadas:

    Foi utilizado o medidor de Radiao No Ionizante da Wandel & Goltermann modelo ERM300 que realiza a soma dos vetores dos Campos Eltricos presentes no espectro compreendidos entre 300 kHz e 3 GHz. Poderamos realizar a mesma medida utilizando vrios equipamentos e antenas para diversas freqncias mas com o ERM-300 mais prtico e rpido. O campo eltrico mximo foi medido durante 6 minutos e registrado no equipamento. Como o equipamento registra todos os sinais presentes na faixa de freqncias de 100 kHz a 3 GHz e o limite mximo de exposio a campos eltricos permitido na Resoluo N303 varia em funo da freqncia, considerou-se como limite mximo de exposio o caso mais crtico na faixa de operao do medidor, ou seja, o limite mnimo de exposio segura contido na Resoluo 303, que de 28 V/m. O limite para a Taxa especfica de absoro,SAR, na Austrlia, Estados Unidos e Canad de 1.6 milliwatts por grama.

    8.2 Escolha dos Locais das Medidas das Estaes Rdio Base ERBs

    No local de instalao de cada torre, realizou-se a varredura na regio em reas de circulao, como ruas, caladas, residncias e terrenos vizinhos ao local de instalao dos sistemas de telecomunicaes, a fim de identificar o local onde o apresentasse o maior valor de Campo Eltrico (pior caso de exposio).

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    Os limites para a exposio da populao em geral a Campos Eltricos, Magnticos, e Eletromagnticos na faixa de radiofreqncias entre 9 kHz a 300 GHz CEMRF varia de acordo com a sub-faixa estabelecida na Tabela II da Resoluo 303. Como exemplo, para a faixa de freqncias acima de 2 GHz tolervel at 61 V/m. J para a faixa de 10 MHz a 400 MHz tolervel at 28 V/m. Cada operadora do Servio Mvel Pessoal tem que dispor em cada local um Relatrio de Conformidade com a Resoluo N303 informando valores calculados de RNI. Caso haja mais de um servio de telecomunicaes instalado, esse Laudo dever incluir o somatrio total das radiaes. O uso do prprio telefone celular produz um nvel de radiao superior ao da ERB devido proximidade do corpo. Em cada manual de celular existe o valor mximo de SAR medida pelo fabricante. Por este motivo aconselho a mudar o celular de um ouvido para outro em ligaes longas.

    8.3 Tabela de Medidas de RNI Realizadas nas ERBS de diversas Operadoras no R.J.

    RNI MEDIDA (V/m)

    Distncia MEDIDOR -ERB (m)

    Limite Mximo ( V/m)

    Atende a Resoluo

    N303

    2,18 56 28

    SIM

    1,05 56 28

    SIM

    1,45 41 28

    SIM

    3,43 30 28

    SIM

    2,55 41 28

    SIM

    3,85 61 28

    SIM

    1,35 30 28

    SIM

    1,77 56 28

    SIM

    1,55 105 28

    SIM

    0,90 340 28

    SIM

    1,70 41 28

    SIM

    2,18 30 28

    SIM

    5,13 201 28

    SIM

    1,65 64 28

    SIM

    1,17 209 28

    SIM

    2,77 209 28

    SIM

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    8.4 Concluso

    A Resoluo n 303, de 2 de julho de 2002, publicada no Dirio Oficial da Unio do dia 11/07/2002 estabelece os limites de exposio a campos eltricos, magnticos e eletromagnticos.

    Considerando os valores medidos nas 16 ERBS acima, em nenhuma delas foi detectado valores acima do mximo admissvel e nenhuma irregularidade foi observada nas medidas de radiao no ionizante em todos os locais.At o presente momento, mesmo em Estaes multi-usurios, nenhum local que atingiu um valor crtico de RNI.

    8.5 Fornos de Micro-Ondas

    As emisses em microondas, assim como as ondas de rdio, a luz visvel, o infra-vermelho, fazem parte do espectro eletromagntico, ou seja, so uma forma de radiao eletromagntica. So classificadas como radiao no-ionizante, pois, diferentemente dos raios-X e dos raios Alfa, Beta e Gama, seus efeitos so estritamente trmicos e, portanto, no alteram a estrutura molecular do item que est sendo irradiado. Os fornos de micro-ondas emitem Radiao na faixa de 2,4 GHz e o vazamento de R.F. pode ser testado com detectores apropriados. Existe vazamento pela parte frontal,onde a tela ou a abertura da porta deixa passar alguma radiofreqncia. Como o corpo humano constitudo basicamente por gua e gorduras, as microondas podem causar queimaduras profundas em nosso organismo, assim como fazem com os alimentos, no caso da ocorrncia de vazamentos. A norma internacional utilizada como base para realizao dos ensaios, estabelece o nvel mximo de exposio s microondas de at 5 miliwatts por centmetro quadrado como seguro para os usurios. Todo equipamento eltrico por motivo de segurana deve ser ligado a terra atravs do terceiro pino da tomada e nos casos dos fornos de micro-ondas para que a blindagem seja eficiente e evitar vazamento de radiao. A ligao a terra tambm necessria pois em caso de curto-circuito de um lado da fase com a caixa do forno, o disjuntor ir desarmar, protegendo, assim o usurio.

    8.6 A Sociedade Versus Torres de Transmisso

    Existem muitas aes na Justia contra a instalao e operao de Torres de Telefonia Celular e de Torres de Estaes de Radiodifuso. A prpria altura da torre, em si, d a falsa idia que os transmissores utilizados pelo Servio Mvel Pessoal so de alta potncia. Por exemplo, em Sidney, na Austrlia, Estaes de Radiodifuso em AM sero foradas a mudar o local de suas antenas de Home Bush Bay, devido a riscos de segurana e nveis de radiao de uma rea residencial com 1200 apartamentos prximos. A Sociedade deve optar entre a comodidade de sinal de vrias operadoras disponveis ou a

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    no poluio visual e de campos eletromagnticos em alguns casos. Na regio da Restinga da Marambaia, R.J., uma reserva ecolgica, no existe torre de telefonia celular.

    Em vez da tradicional torre de telefonia celular, um coqueiro, no centro, disfara as antenas e atenua o visual destoante de uma torre de 30 metros em um condomnio fechado de casas.

    9. TABELAS E GRFICOS

    9.1 TABELA DE FAIXAS DE RADIOAMADORES E ONDAS CURTAS Regio II da UIT Brasil

    O Espectro de Radiofreqncias de uso finito, assim a sua boa administrao recomenda que seja utilizado por estaes com critrios planejados e estudados para minimizar ou eliminar possveis interferncias entre estaes do mesmo ou de diferentes pases. O Brasil signatrio da Unio Internacional das Telecomunicaes (UIT), com sede em Genebra, Sua, onde existe o compromisso dos pases membros de participarem em conjunto de Normas e Procedimentos estudados e debatidos continuamente para a melhor utilizao do Espectro. As freqncias podem ser remanejadas ou compartilhadas, conforme a criao ou extino de novos Servios de Telecomunicaes. Como exemplo, as faixas de radioamadores em outras Regies da UIT so diferentes e por isso encontramos estaes de Broadcasting operando dentro da nossa faixa de 40 metros.

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    Espectro de Radiofreqncias

    Ondas Longas (Long Wave) 30 - 300 kHz

    150 - 280 KHz LW Radiodifuso Rdio-farol, navegao 2 000 m - 1 071 m

    Ondas Mdias (Medium Wave) 300 - 3 000 kHz

    530 - 1 710 KHz MW - Radiodifuso 565 m - 187 m

    1 830 - 1 850 KHz 160 Metros - Radioamador - LSB 160 m

    Ondas Curtas (Short Wave) 3 000 kHz - 30 000 kHz

    3 150 - 3 450 KHz SW - Radiodifuso 90 m

    3 600 - 3 800 KHz 80m Metros - Radioamador - LSB 80 m

    3 850 - 4 050 KHz SW - Radiodifuso 75 m

    4 700 - 5 100 KHz SW - Radiodifuso 60 m

    5 900 - 6 250 KHz SW - Radiodifuso 49 m

    7 040 - 7 100 KHz 40 Metros - Radioamador - LSB 40 m

    7 100 - 7 400 KHz SW - Radiodifuso 41 m

    9 400 - 10 000 KHz SW - Radiodifuso 31 m

    10 000 10150 kHz 30 Metros - Radioamador - LSB 30 m

    11 500 - 12 150 KHz SW - Radiodifuso 25 m

    13 500 - 13 900 KHz SW - Radiodifuso 22 m

    14 100 - 14 350 KHz 20 Metros -Radioamador - USB 21 m

    15 000 - 15 700 KHz SW - Radiodifuso 19 m

    17 450 - 18 000 KHz SW - Radiodifus