Antenas com refletor embaixo - Para pesquisar a ionosfera é necessário muitas vezes

Py5aal Antenas com Refletor Embaixo

py5aalPor Ângelo Antônio Leithold - py5aal

py5aalHá muito tempo tenho acompanhado a “celeuma das antenas com refletor embaixo”,

uns, pró, outros, contra. O que tenho visto, na verdade, são “provas” que se mostram sempre

parciais e inconclusivas. Alguns, no afã de mostrar que é uma bobagem, esquecem o principal

quando se faz uma pesquisa, este é o “método científico”. Não se tiram conclusões com

apenas uma tentativa, e muitas vezes um erro, ou, com “n” tentativas erradas, ou “n” tentativas

certas, mas utilizando o método errado, e assim por diante..., também não se “distorce a

realidade” para tentar mostrar que uma “experiência deu certo”. Em ciência, na maioria das

vezes, os testes são exaustivos, demandam tempo e dinheiro. Portanto, venho neste artigo

tentar “costurar” as “provas” daqueles que acham que refletores embaixo de antenas são

“mitos”, e daqueles que acham que refletores embaixo de antenas são “verdades

inquestionáveis”. Em primeiro lugar, devo fazer alguns questionamentos..., ou seja: Para que

usar uma antena com “refletor” embaixo? Existem alguns pontos interessantes, que gostaria

de colocar: Alguns utilizam um pedaço de fio, 5%, 10% mais comprido, etc, embaixo do dipolo.

Não podemos esquecer, contudo, o “efeito terra”, ora, se o solo estiver muito perto do tal

refletor, é claro que este não fará a mínima diferença para o sistema irradiante, pois em área,

etc, o solo é “muito maior”, e empiricamente se percebe que se houver algum tipo de influência,

esta será tão pequena que sequer será observada por estações distantes. O colega py1ll o Luiz

escreveu um artigo muito feliz a respeito (Ver: http://www.feirinhadigital.com.br/rbr/artigos-

tecnicos/py4lc/py4lc_1.htm ) , onde em suas experiências, ele comprovou que realmente não

faz diferença alguma em inserir um refletor embaixo do dipolo, este estando em baixa altura, e

aí é que vem a questão:

py5aalPara que um radioamador irá pôr um fio embaixo da antena, estando esta a baixa

altura? De fato isto não tem a mínima lógica... Portanto, as argüições do Luiz estão

corretíssimas. Mas, devemos considerar que um dipolo a baixa altura, por si só, já tem muitos,

podemos assim dizer, problemas, e não vai ser um fio sob esta antena que vai resolver, a

interação que ocorre com a calha da vizinha, o varal, o rufo, as diferenças de condutividade,

etc. No livro “ Engenharia de Antenas”, livro texto do ITA, do Luiz Gonzaga Rios e do Eduardo

Barbosa Perri, este problema de interações é muito bem trabalhado. Eu sugeriria aos leitores

que puderem lê-lo, vissem a partir da página 124, capítulo que trata de redes de antenas, é

interessante, que os conceitos podem ser utilizados da mesma forma para interações entre

antenas, e antenas e elementos “sintonizados” próximos a si. Também na página 155, no

mesmo alfarrábio, é feito um estudo bastante sucinto no que tange à refletores planos, mais

adiante, sugeriria, àqueles que tiverem curiosidade, vissem a análise Uda na página 170, e

assim por diante. Não vou aqui fazer análise matemática, haja visto que não disponho de

tempo para tal, mas quem quiser, poderá em meu site

(http://sites.google.com/site/angeloleitholdpy5aal/home) , verificar em algumas páginas

algumas análises interessantes. (http://sites.google.com/site/angeloleitholdpy5aal/antena-

refletor-embaixo) , (http://antena.py5aal.googlepages.com/home)

De forma simples, transcrevo algumas considerações sobre o meu uso de antenas Yagi

apontadas para cima, conforme segue:

py5aalNo estudo da Ionosfera me deparei com alguns problemas gerados por ruídos. Eu

necessitava da recepção de sinais provindos diretamente de cima, e os sinais laterais

atrapalhavam bastante a minha pesquisa e análise de dados.

py5aalAssim, estudando a teoria de Yagi-Uda, cheguei à conclusão de que uma antena Yagi-

Uda apontada para cima resultaria num substancial aumento da qualidade de minhas

recepções dos ruídos de fundo provindos da Ionosfera. Notei que quanto mais próximo o

refletor do solo menor era a influência do elemento refletor. Assim, me vi obrigado à "levantar"

a Yagi dois elementos e deixá-la a uma certa distância da terra. A partir de 0,6 de 1/4 de onda

foi onde começou a melhora da recepção dos sinais provindos diretamente de cima. Fiz testes

de transmissão durante mais de um ano, aparentemente não resultaram em melhora, mesmo

diferença em relação ao dipolo convencional. Mas, fazendo testes com o PP5NB Neri e o

PY5ZG o Edemar (Verificando com o PP5NB, via VHF na repetidora 146640 de Curitiba) em

7.052 kHz em 1997, 1998, 1999 e 2000, observamos, todos, que havia diferença real de

melhora dos sinais transmitidos e recebidos, cerca de 3 dB em relação ao dipolo, claro que

foram tempos de “propagação boa”. Após as experiências com PP5NB e PY5ZG, fiz os

mesmos testes com o PY5ZX Lazzaris, que também confirmou a melhora. A partir de 2000, fiz

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Py5aal Antenas com Refletor Embaixo py5aalPor Ângelo Antônio Leithold - py5aal py5aalHá muito tempo tenho acompanhado a “celeuma das antenas com refletor embaixo”, uns, pró, outros, contra. O que tenho visto, na verdade, são “provas” que se mostram sempre parciais e inconclusivas. Alguns, no afã de mostrar que é uma bobagem, esquecem o principal quando se faz uma pesquisa, este é o “método científico”. Não se tiram conclusões com apenas uma tentativa, e muitas vezes um erro, ou, com “n” tentativas erradas, ou “n” tentativas certas, mas utilizando o método errado, e assim por diante..., também não se “distorce a realidade” para tentar mostrar que uma “experiência deu certo”. Em ciência, na maioria das vezes, os testes são exaustivos, demandam tempo e dinheiro. Portanto, venho neste artigo tentar “costurar” as “provas” daqueles que acham que refletores embaixo de antenas são “mitos”, e daqueles que acham que refletores embaixo de antenas são “verdades inquestionáveis”. Em primeiro lugar, devo fazer alguns questionamentos..., ou seja: Para que usar uma antena com “refletor” embaixo? Existem alguns pontos interessantes, que gostaria de colocar: Alguns utilizam um pedaço de fio, 5%, 10% mais comprido, etc, embaixo do dipolo. Não podemos esquecer, contudo, o “efeito terra”, ora, se o solo estiver muito perto do tal refletor, é claro que este não fará a mínima diferença para o sistema irradiante, pois em área, etc, o solo é “muito maior”, e empiricamente se percebe que se houver algum tipo de influência, esta será tão pequena que sequer será observada por estações distantes. O colega py1ll o Luiz escreveu um artigo muito feliz a respeito (Ver: http://www.feirinhadigital.com.br/rbr/artigos- tecnicos/py4lc/py4lc_1.htm ) , onde em suas experiências, ele comprovou que realmente não faz diferença alguma em inserir um refletor embaixo do dipolo, este estando em baixa altura, e aí é que vem a questão: py5aalPara que um radioamador irá pôr um fio embaixo da antena, estando esta a baixa altura? De fato isto não tem a mínima lógica... Portanto, as argüições do Luiz estão corretíssimas. Mas, devemos considerar que um dipolo a baixa altura, por si só, já tem muitos, podemos assim dizer, problemas, e não vai ser um fio sob esta antena que vai resolver, a interação que ocorre com a calha da vizinha, o varal, o rufo, as diferenças de condutividade, etc. No livro “ Engenharia de Antenas”, livro texto do ITA, do Luiz Gonzaga Rios e do Eduardo Barbosa Perri, este problema de interações é muito bem trabalhado. Eu sugeriria aos leitores que puderem lê-lo, vissem a partir da página 124, capítulo que trata de redes de antenas, é interessante, que os conceitos podem ser utilizados da mesma forma para interações entre antenas, e antenas e elementos “sintonizados” próximos a si. Também na página 155, no mesmo alfarrábio, é feito um estudo bastante sucinto no que tange à refletores planos, mais adiante, sugeriria, àqueles que tiverem curiosidade, vissem a análise Uda na página 170, e assim por diante. Não vou aqui fazer análise matemática, haja visto que não disponho de tempo para tal, mas quem quiser, poderá em meu site (http://sites.google.com/site/angeloleitholdpy5aal/home) , verificar em algumas páginas algumas análises interessantes. (http://sites.google.com/site/angeloleitholdpy5aal/antena- refletor-embaixo) , (http://antena.py5aal.googlepages.com/home) De forma simples, transcrevo algumas considerações sobre o meu uso de antenas Yagi apontadas para cima, conforme segue: py5aalNo estudo da Ionosfera me deparei com alguns problemas gerados por ruídos. Eu necessitava da recepção de sinais provindos diretamente de cima, e os sinais laterais atrapalhavam bastante a minha pesquisa e análise de dados. py5aalAssim, estudando a teoria de Yagi-Uda, cheguei à conclusão de que uma antena Yagi- Uda apontada para cima resultaria num substancial aumento da qualidade de minhas recepções dos ruídos de fundo provindos da Ionosfera. Notei que quanto mais próximo o refletor do solo menor era a influência do elemento refletor. Assim, me vi obrigado à "levantar" a Yagi dois elementos e deixá-la a uma certa distância da terra. A partir de 0,6 de 1/4 de onda foi onde começou a melhora da recepção dos sinais provindos diretamente de cima. Fiz testes de transmissão durante mais de um ano, aparentemente não resultaram em melhora, mesmo diferença em relação ao dipolo convencional. Mas, fazendo testes com o PP5NB Neri e o PY5ZG o Edemar (Verificando com o PP5NB, via VHF na repetidora 146640 de Curitiba) em 7.052 kHz em 1997, 1998, 1999 e 2000, observamos, todos, que havia diferença real de melhora dos sinais transmitidos e recebidos, cerca de 3 dB em relação ao dipolo, claro que foram tempos de “propagação boa”. Após as experiências com PP5NB e PY5ZG, fiz os mesmos testes com o PY5ZX Lazzaris, que também confirmou a melhora. A partir de 2000, fiz

testes com o PY5DKW Dilmar que foi mais além, pois, ao invés de utilizar uma antena dipolo com refletor embaixo, utilizou uma Delta-loop, que na frequência de sintonia do sistema irradiante teve resultados muito significativos (Diferença de 5 dB!), de sinais “provindos de cima”. Assim, as antenas com refletores embaixo, cujo dispositivo esteja a certa distância do solo (A partir de 0,6 de comprimentos de onda começa a aparecer uma quase imperceptível diferença) funcionam sim, mas há que se tomar o cuidado de montá-las a uma distância razoável do chão. Embaixo, deixei sistematizado, de uma forma bastante resumida, os resultados obtidos de quatro anos de exaustivas experiências. Os gráficos obtidos são práticos, e estão de acordo com as soluções teóricas encontradas para uma altura do refletor a partir de 1/4 de onda do solo. py5aalA figura acima mostra como montar a antena, não se pode esquecer que o refletor deve estar a uma certa distância do solo, em torno de 1/4 de onda para mais (Observar também, que este tipo de antena não presta para comunicados, mas para verificação de sinais oriundos de cima, no meu caso para pesquisas da Ionosfera). Na figura embaixo estão representados dois gráficos elaborados na época dos experimentos.

py5aalEmbaixo está uma tabela que resume a montagem e o que nós obtemos a partir de nossas experiências: Yagi apontada para cima py5aalExemplificando-se como antena uma monopolo podemos dizê-la igual ao dipolo no espaço livre. A impedância e o diagrama de uma dipolo sofre alteração conforme a distância do solo. Daí podemos usar o solo como refletor levando-se em conta a praticidade deste. Como o solo pode ser utilizado como um refletor cujas dimensões podem ser, para efeito de cálculo, infinitas, podemos seguramente aceitar que a introdução de um elemento parasita também o pode, desde que aceitas certas condições. A principal é a altura do refletor em relação ao solo, isto é muito importante, pois como trata de uma antena apontada para cima, não podemos esquecer que a influência da terra, neste caso pode simplesmente eliminar o efeito do refletor. Assim, a forma do elemento parasita (refletor) ou a distância da antena a este, pode perfeitamente ser arbitrada dentro de parâmetros pré-determinados conforme tabelas práticas embaixo. py5aalUm sistema irradiante antena-refletor, pode ter um aumento de ganho substancial, desde que obedecidas as condições acima, havendo também um aumento significativo da relação F/C (Frente/Costas, se antena estiver na horizontal, e o refletor também), dependendo da situação e polarização deste, sempre levando em conta a distância do solo (Vejam que uma antena Yagi-Uda muito próxima do solo, conforme literatura citada, também tem seu rendimento prejudicado. Outro detalhe é que ao apontarmos uma antena Yagi para cima, esta se comportará de uma forma diferente do que em posição horizontal ou vertical, pois estaremos alterando alguns parâmetros, principalmente do dipolo, daí a importância dela estar distante do solo. A escolha do refletor deve obedecer algumas condições bem delineadas, tais como dimensões e qualidades elétricas, deve também ser levada em conta a condutividade do solo pois este influirá de forma definitiva se a antena estiver na horizontal (Vide gráficos). Por isso se o refletor está muito próximo do solo perderá totalmente sua influência. Cabe ressaltar que este tipo de antena, quando apontada diretamente para cima (É mister que haja uma pequena inclinação – vide embaixo), se presta para maximizar a reflexão ionosférica imediatamente acima do elemento transmissor-receptor, e não se presta para comunicados, embora a certa distância (1F2) de salto, nalgumas vezes foi observada melhora, em condições excelentes de propagação. A foi desenvolvida no Campus de Pesquisas Geofísicas Major Edsel de Freitas Coutinho para pesquisas das condições ionosféricas, e não para QSO’s, ou seja, seu papel é reduzir as recepções de sinais locais e ruídos locais. Assim, uma pergunta fica no ar: - Se a antena não serve para DX, nem para o contato local, para que serve então? Conforme afirmo, é uma antena desenvolvida para pesquisas da região ionosférica, portanto para o uso de radioamadores ela é muito limitada, e nem sempre se prestará para comunicados. Quando usamos nas pesquisas, obtivemos condições razoáveis de construção, os refletores nestas antenas, não significam necessariamente placas metálicas, e sim elementos parasitas inseridos na parte da antena que desejamos ser as costas destas, ficando desta forma o dipolo como frente e o elemento parasita como costas, e, por questões de sintonia, este não deve ultrapassar a 10% no máximo ao tamanho do dipolo porque ao utilizar, neste caso, o refletor, tanto a impedância quanto a largura de faixa da antena sofrem influências. Desta forma devemos levar em conta os fatores chamados compromisso, para fazermos um sistema irradiante eficiente e dentro dos parâmetros desejáveis para a pesquisa de sinais oriundos

diretamente de cima, da ionosfera. Portanto, repito, para fazer a sondagem ionosférica em HF, não adianta utiliza-la para recepção de sinais oriundos de estações ordinárias, e sim de outras que obedecem aos mesmos parâmetros, ou compromisso. Imagine-se uma superfície refletora plana perfeitamente condutora e infinita, imagine-se também uma antena a uma determinada distância desta superfície reflexiva, esta distância é tal que os efeitos terra podem ser desprezados, ou seja, acima de 2 comprimentos de onda. Para tal, as experiências foram executadas a partir de uma torre com 130 metros de altura em relação ao solo para um comprimento de ondas de 20 metros. Assim, podemos tratar que a antena tem um equivalente imagem (Devido o refletor), e, se esta estiver a uma distância S do refletor, sua imagem estará a uma distância 2S, isto é, a antena e sua imagem, formando desta forma uma rede (Rios, 1982).Considerando-se um dipolo de meia onda cuja polarização é plano(F) horizontal , podemos calcular o ganho G(F), nomeando a antena de elemento1, e sua imagem de elemento 2, cuja tensão nos terminais de antena será: V1 = I1. Z11 + I2. Z12, onde V I1 = corrente da antena Z11 = impedância própria da antena I2 = corrente da imagem Z12 = impedância concomitante entre as antenas onde, I1 = - I2, logo, Z1 = V1 = Z11-Z12 , onde, R1 = R11 – R12 , cujo campo E(F) longitudinalmente é dado por I E(F) = 2KI1 sen (dr cos F / 2 ) campo produzido pelo dipolo de meia onda na horizontal na mesma distância r será: EMO = kIo onde a corrente em cada elemento para uma potência W de entrada na rede será: W1 = (I 1 )^2 (R 11 – R 12 ) = W 2 Sabe-se que W = W 1 + W 2 , então, I^2 = W / 2 (R11 – R 12 ) , Logo a corrente produzida no dipolo será: (Io)^2 = W / 2R00, uma vez que W 1 = W / 2 = (I 0 )^2 R 00 = potência entregue na antena real. Os campos produzidos pelas antenas dadas pelas expressões acima serão: E(Φ) = 2k [√ W / 2( R 11 – R 12 )] sen ( dr cos Φ / 2) , EMO(Φ) = k √ W/ 2R00. Portanto levando-se em conta as assertivas acima, teremos o ganho GC(Φ) como sendo GC(Φ) = E (^) (Φ)/ EMO(Φ) = {[ 2 √ W / 2 ( R 11 - R 12 )] / √ W/ 2R 00 } sen dr cos Φ/ também GC(Φ) = (2 √ R 00 / R 11 – R 12 ) sen (dr cos Φ /2) em d ser expresso em termos de S, onde d=2S, ficando a expressão GC(Φ)= 2√ R 11 / R 11 - R 12 |sen (Sr cos Φ| , onde R 00 = R11, sendo a antena um dipolo. py5aalVê-se que um dipolo em frente à um refletor, pode chegar a um campo até 2,3 vezes

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