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ANTENAS DE FIO COM DUPLA RESSONÂNCIA

Este artigo descreve  uma interessante técnica que utiliza comprimentos fixos de cabos de 50 e 75 ohms para criar dois seguimentos em separado de baixa estacionaria na banda de 80 metros. O autor nos mostra como é possível  usando cabos coaxiais de baixa perda em várias combinações, para uma antena horizontal de 80 metros, horizontal, em altura fixa, mas o que nós vamos ver mesmo o que acontece com alguns comprimentos diferentes de coaxial de  real baixa perda que foram incorporadas ao sistema.

CONCEITO  BÁSICO : A idéia principal é utilizar-se das propriedades dos transformadores de impedância de certos comprimentos de linhas de transmissão para então alterar a impedância de entrada ( e também a SWR ),  do transmissor até o final do cabo. Primeiramente a antena de interesse neste caso , uma dipolo reta ou uma V invertida, é sintonizada para ressonar na freqüência central da faixa, que será discutida mais tarde . Segundo: Um pedaço de cabo de 50 ohms e fixado diretamente no ponto de alimentação da antena. O cabo é um múltiplo de ¼ de onda elétrico da mesma freqüência central. Terceiro : Um pedaço de cabo de 75 ohms, também de ¼ de onda elétrico da freqüência central é conectada na porção inferior do cabo de 50 ohms vindo da antena dipolo. Se necessário, um outro pedaço de cabo de 50 ohms será somado ao final do cabo de 75 ohms para estender a longitude até o shack .

PROCEDIMENTOS:  Para efeito de demonstração, eu elegi a freqüência de  3650 como central, e elegi as freqüências de 3500 para cw e de 3800 para fonia .  A antena para o experimento foi um dipolo horizontal para 80 metros, a 30 metros de altura. A condutividade do solo foi medida e encontrado o resultado de 0.005 siemens por metro e uma constante dielétrica de 13 . Foi usado neste dipolo fio 12 e ajustada a ressonância em 3650 kHz.  Obtive uma impedância de entrada  =  71.21 – j0.08 ohms. O pico de ganho medido neste dipolo foi de 7,70 D.B.  num  angulo de 20 graus acima da linha do horizonte.  Após  o ajuste para ressonar em 3650 kHz  como o desejado, foi usado o programa para PC , EZNEC para encontrar a performance da antena entre 3500 a 3800 MHz  ;  esta informação está na tabela 1( ABAIXO ) . Foi encontrada uma estacionária de 1.42:1 na faixa central de operação, porém este numero sobe consideravelmente para as pontas, ou seja , em 3500 e 3800 kHz

          FREQ                             IMPED.                SWR

           3500                       60.27 -  J 73.07          3.52

           3525                       61.97 -  J 60.79          2.89

           3550                       63.72 -  J 48.55          2.38

           3575                       65.52 -  J 36.36          1.97

           3600                       67.37 -  J 24.22          1.66

           3625                       69.27 -  J 12.13          1.47

           3650                       71.21 -  J 0.079          1.42

           3675                       73.20 + J 11.93          1.53

           3700                       75.24 + J 23.89          1.75

           3725                       77.32 + J 35.80          2.03

           3750                       79.44 + J 47.68          2.37

           3775                       81.61 + J 59.50          2.75

           3800                       83.62 + J 71.30          3.17

LINHAS DE TRANSMISSÃO  IDEAIS:   Como mencionado anteriormente, o exato comprimento do cabo de 50 ohms que é instalado entre os terminais da antena e a seção de ¼ de onda de cabo 75 ohms, deve ser um múltiplo de ¼ de onda elétrico da freqüência central .  Por isso, comprimentos de  0.5 , 1.0 , 1.5  e 2.0  de onda ( WL )  são selecionados . Qualquer número de linhas de transmissão podem ser adicionados em série, porém todos devem ser ideais, ou seja cabos sem perda ! A tabela 2 nos mostra a estacionária ( SWR ) na porção inferior do cabo de 75 ohms, para cada um dos 4 comprimentos dos cabos de 50 ohms, quando cabos de perda-zero são usados. Uma revisão deste cabo, indica como “cabo C “, ( 1,5 WL de 50 ohms , mais  0.25 WL de linha de 75 ohms ) nos dá a melhor performance na sub – faixa de CW, com a SWR oscilando entre 1.4  e 1.6 : 1 . A estacionária em fonia se mostra melhor,  nos mostrando  1.5 : 1  em 3800 kHz  .  Estes dados são para os considerados “cabos perfeitos “. Se formos contar, na verdade eles não existem ! Porém, o que acontece quando utilizamos cabos reais que tem baixa porém mesuráveis constantes de perda  e atenuação ?

LINHAS DE TRANSMISSÃO REAIS:   Com o crescente número de fabricantes de excelentes cabos coaxiais, tomamos o Beldem  8267 como exemplo em 50 ohms e o Belden  8261  para  75 ohms.  Todos os cálculos das linhas de transmissão de baixa perda, foram feitos com o programa TLA, desenvolvido por N6BV, Dean Straw .  Dean neste momento, lista estes dois tipos de cabo em seu programa, mas eles podem ser selecionados no software.  Com o TLA, pode-se utilizar vários parâmetros, tanto para seção de 50 como para seção de 75 ohms .  Os resultados finais são apresentados na tabela 3  . Como foi verdade com o “cabo perfeito “,  com os cabos Beldem os resultados foram além das expectativas : a estacionária medida ficou em 1.2 :1 entre os segmentos de CW e fonia .  Interessantemente, qualquer comprimento , longo ou curto de cabo melhoraram  a estacionária nas sub – bandas de interesse.   Os dois tipos de cabo Belden mencionados anteriormente, possuem um fator de velocidade de 0.66, e o comprimento físico para 1,5 WL de 50 ohms ,mais 0.25 WL  de 75 ohms somaram 311 pés de longitude. Se uma especial e específica combinação de cabos não for suficiente para alcançar o shack,, uma porção extra de cabo de 50 ohms deverá ser utilizada da parte final do conjunto até o transceptor. Uma pergunta fica no ar :  Se existem cabos de baixa perda que mantém a SWR plana porque não usar uma peça inteira desde a antena até o transceptor ?  A tabela  4 nos mostra porque a resposta  é não ! Substitua a porção de ¼ de onda de 75 ohms por outro pedaço com a mesma longitude de cabo 50 ohms,  simplesmente v/c. verá no gráfico que não se trata de uma boa idéia ! O comprimento total de cabo 50 ohms aumenta , a SWR também cai , porém , a performance da combinação 50/75 será sempre superior.  Se utilizarmos cabo de 50 ohms para tudo , o sistema terá uma só porção de estacionária  mínima,  enquanto quando se utiliza da combinação 50/75, existem dois pontos de mínima estacionária ! Isso era o que realmente nos desejávamos, não é mesmo ?

TABELA 2  :  SWR medida no ponto de alimentação  com várias combinações de cabos 75/50 .

           CABO IDEAL ( PERDA  ZERO )

FREQ  ponto de alim.  Cabo A  Cabo B  Cabo C  Cabo D

3500          3.52               2.14        1.74       1.57      1.71

3525          2.89               1.98        1.63       1.38      1.29

3550          2.38               1.86        1.60       1.37      1.18

3575          1.97               1.76        1.61       1.46      1.33

3600          1.66               1.69        1.62       1.55      1.49

3625          1.47               1.63        1.61       1.59      1.58

3650          1.42               1.58        1.58       1.58      1.58

3675          1.53               1.54        1.52       1.51      1.50

3700          1.75               1.52        1.45       1.39      1.34

3725          2.03               1.51        1.37       1.24      1.14

3750          2.37               1.52        1.30       1.12      1.08

3775          2.75               1.57        1.31       1.23      1.39

3800          3.17               1.64        1.42       1.50      1.84

ONDE :  Ponto de alimentação é a antena normal .

CABO A :   0.5 WL  50 ohms  +   0,25 WL  cabo 75 ohms

CABO B :   1,0 WL   50 ohms  +  0,25 WL  cabo 75 ohms

CABO C :   1,5 WL  50 ohms   +  0,25 WL  cabo 75 ohms

CABO D :   2,0 WL  50  ohms  +  0,25 WL  cabo 75 ohms

WL =  Comprimento de Onda  ( Wave Lenght )

TABELA  3  :  Swr  no ponto de alimentação , mais várias combinações de cabos 50/75 ohms.

           CABOS COMERCIAIS

FREQ  ponto de alim  Cabo A  Cabo B  Cabo C  Cabo D

3500         3.52               1.84       1.39        1.14        1.28

3525         2.89               1.78       1.42        1.15        1.08

3550         2.38               1.73       1.50        1.33        1.25

3575         1.97               1.70       1.58        1.50        1.45

3600         1.66               1.67       1.64        1.62        1.62

3625         1.47               1.65       1.67        1.69        1.71

3650         1.42               1.62       1.65        1.69        1.72

3675         1.53               1.59       1.61        1.63        1.65

3700         1.75               1.55       1.52        1.51        1.52

3725         2.03               1.52       1.42        1.36        1.36

3750         2.37               1.50       1.30        1.19        1.21

3775         2.75               1.50       1.20        1.04        1.24

3800         3.17               1.52       1.17        1.19        1.46

ONDE :  Ponto de Alim. é a antena normal.

CABO A  = 0,5 WL  50 ohms  +  0,25 WL   75 ohms

CABO B  = 1,0 WL  50 ohms  +  0,25 WL   75 ohms

CABO C  = 1,5 WL  50 ohms  +  0,25 WL   75 ohms

CABO D  = 2,0 WL  50 ohms  +  0,25 WL   75 ohms

TABELA 4 :   SWR  medida no ponto de alimentação , cabo normal de 50 ohms.

FREQ  Ponto de alm.  Cabo A  Cabo B  Cabo C  Cabo D

3500          3.52               2.96         2.71       2.50        3.33

3525          2.89               2.52         2.34       2.19        2.06

3550          2.38               2.13         2.01       1.91        1.82

3575          1.97               1.81         1.73       1.66        1.60

3600          1.66               1.56         1.51       1.47        1.43

3625          1.47               1.40         1.37       1.34        1.31

3650          1.42               1.37         1.34       1.31        1.29

3675          1.53               1.47         1.43       1.39        1.36

3700          1.75               1.66         1.59       1.54        1.49

3725          2.03               1.89         1.80       1.72        1.65

3750          2.37               2.16         2.03       1.92        1.83

3775          2.75               2.45         2.28       2.13        2.01

3800          3.17               2.76         2.54       2.35        2.19

ONDE :   CABO A = 0,75 WL 50 OHMS

CABO B  = 1.25 WL 50 OHMS

CABO C =  1.75 WL  50 OHMS

CABO D =  2.25 WL  50 OHMS