Certas considerações sobre antenas

Certas considerações sobre antenas.  
 

Algumas pessoas pensam que antena é simplesmente um pedaço de metal ou qualquer vara de alumínio colocado sobre o telhado, outros usam lâmpadas fluorescentes, antena de carro na janela ou colocam uma antena móvel no centro de uma bacia de alumínio, dizendo ser uma antena parabólica !?!?.

Na realidade, antena é um elemento muito mais importante que qualquer invenção maluca e deve ser considerada com respeito pois é a "alma" de uma estação de rádio.
Existe uma certa arte nas antenas que envolve frequências, direções, polarizações e principalmente ondas estacionárias (R.O.E). Aquele que trabalha construindo antenas, precisa ter além das ferramentas adequadas para sua construção, o conhecimento total do seu funcionamento sem esquecer da sua resistência aos ventos fortes que ela venha a sofrer.
Para classificar entendendo melhor sobre as antenas, descrevo agora os elementos básicos do seu funcionamento:

Frequência : Determina o tamanho da bobina ou dos seus elementos, que dependerá da frequência que ela trabalhará (diz-se estar em corte). Cada antena construída, precisa estar na frequência desejada para um melhor rendimento e sem riscos de danos posteriores no transmissor.
Impedância : Para cada tipo de antena, existe um tipo de impedância. Antenas de televisão, são fabricados com impedâncias de 75 e 300 ohms. Para os Radio Amadores, as antenas são fabricadas geralmente com impedância de 50 ohms, alguns tipos de antenas, necessita de linha de transmissão (o cabo ) em 75 ohms.
Direção : Determina uma direção da transmissão e recepção desejada ou específica eliminando as áreas indesejáveis. Antenas construídas com direção determinada, são chamadas de antenas direcionais e podem ser horizontal ou vertical dependendo da sua frequência de corte e preferências de uso. Antenas diretivas, são muito usadas geralmente para armar repetidoras quando se está a grandes distâncias, fazer contatos familiares e DX ( contatos interestaduais ou para outros países ).

Polarização : As estações de rádio em comunicação devem possuir as suas antenas fixadas na mesma polarização pois é muito difícil haver um bom contato entre estações que usam antenas com polarizações diferentes. Dependendo do tipo de uso do transceptor e da frequência usada, a antena pode estar na posição vertical ou horizontal. Em frequências baixas, pode-se aproveitar as propagações da ionosfera para contatos interestaduais ou até internacionais e nesse caso as antenas deverão estar no sentido horizontal pois as ondas de rádio que conseguem trafegar e refletir na ionosfera, estarão apenas nessa polarização. Em outros casos quando a frequência usada é muito alta (acima de 70 mhz), faz se necessário o uso de antenas na posição vertical para contatos locais entre várias estações ou para "armar" uma repetidora distante pois a propagação na ionosfera é muito fraca ou não existe e a ausência dos ruídos das baixas frequências estimula a construção de estações repetidoras em morros altos. Antenas parabólicas, também usam no seu alimentador, polarizações verticais e horizontais. As antenas cúbica de quadro (conhecidas como quadra cúbica) são consideradas como as melhores da atualidade, principalmente porque elas possuem altos ganhos e capacidade de dupla polarização ao mesmo tempo.R.O.E : Relação de ondas estacionárias, é a quantidade de rf que retorna da antena e fica estacionado no transmissor. Isso acontece quando a antena está mal sintonizada, está muito baixa, próximo de obstáculos, fora da impedância ou apresenta algum erro de montagem. Quanto maior o desajuste ou seu erro, maior será o retorno e as possibilidades de queima do transistor principal do transmissor. Um medidor de R.O.E deve ser usado para que se possa detectar esse erro possibilitando o ajuste correto da antena na frequência ou seu conserto obtendo assim um R.O.E 1:1,1 (diz-se 1 por1). É muito importante saber que um medidor de R.O.E é um pequeno aparelho que somente mede as relações de retorno da antena e não um aparelho que conserta isso. Se for constatado uma antena com muito retorno, significa que alguém terá que ir até ela e corrigir os erros.

Se você quer saber mais sobre medidor de R.O.E, clique Clique aqui

Esses elementos juntos, comprovam que a antena é o componente mais importante de uma estação de RadioAmador, merecendo muita atenção na sua construção e instalação que deve ser feita por pessoas competentes e sempre com ajuda (nunca se instala uma antena de radioamador sozinho). Para sua maior eficiência, a antena deve estar situado em uma torre segura, longe de fios elétricos e o mais alto possível (quanto mais alto melhor). Isso resulta em eficiências capazes de melhorar a estação de rádio em muitos watts de ganho (equivalente ao uso de equipamento complementar de transmissão conhecido como botina) e para impedir interferências indesejáveis em aparelhos de som e televisores (TVI).

Pode parecer difícil mas não há muita complicação se um iniciante desejar construir sua própria antena. A mais fundamental de todas as antenas, é um dipolo de meia onda e para tal, basta apenas saber a velocidade da luz que está um pouco abaixo de 300.000 km por segundo (300.000.000 metros por segundo), a polarização preferencial e a frequência central de transmissão do seu transceptor. (A velocidade mais próxima da luz calculada até hoje é de: 299.792,458 km/s. Entretanto, adotamos o valor de aproximadamente 300.000 km)

 Exemplo de quem tem um rádio PX (27 mhz ou 27000000 hz) :

l=300000000 e f=27000000

Para saber o tamanho da onda : 

l		300000000
f	ou	27000000	=	11.11 metros

Para cálculos de 1/4 da onda : 

l		11.11
4	ou	4	=	2.78 metros

Para cálculos de 5/8 da onda :

5l		5x11.11
8	ou	8	=	6.94 metros

Devemos primeiramente saber o tamanho da onda bastando dividir 300000 por 27000 que dá o resultado de 11.11 .
Agora que sabemos que a nossa onda tem 11 metros (11.1111111), temos que usar apenas a sua metade e como um dipolo usa 2 elementos distintos em seu conjunto, cada um deles usará 1/4 da onda partindo do seu centro. Devemos então dividir a nossa onda em 4 partes para ajustar a vareta da antena ao tamanho exato de 1/4 da onda, então temos que dividir 11.11 por 4 que dá 2.78 ( 2 metros e 78 centímetros ) sendo então esse o tamanho de cada vareta da nossa antena de meia onda.

Propagação :Para a alegria dos aficionados em rádio, existe na natureza, um elemento que envolve nosso planeta responsável pela reflexão de certas frequências de rádio funcionando como um satélite natural permitindo que as emissões de rádio, alcançam distancias intercontinentais. A ionosfera é a terceira camada acima do solo terrestre entre 80 a 400 km formada de diversos elementos ionizados enriquecidos pelas atividades solares com variações a cada hora do dia que determina o que chamamos de propagação. Graças a ela, é possível fazer contato com o Brasil e algumas partes do mundo. A ionosfera, pode refletir com eficiência, frequências que vão de alguns khz até 70 mhz, mas dependendo de certas condições raras ocorre reflexões eficientes de até 100 mhz.

Mosca branca (gíria) :O magnetismo que envolve o planeta juntamente com sua geografia, só permite um contato terrestre (rádio a rádio em linha reta) até uns 100 km com o uso de uma boa antena e o sinal de rádio que chega até a ionosfera, tem sua primeira reflexão a uma distância de uns 450 km. O espaço existente de 100 a 450 km fica fora da área de captação de rádio resultando em uma zona de silêncio conhecido como mosca branca. Isso explica porque fica difícil falar nas frequencias de 27mhz (px) do Rio de Janeiro para São Paulo, Minas Gerais e Espírito Santo, mas é fácil falar do Rio de Janeiro para Brasília, Paraíba e até outros países que são muito mais distantes. As vezes ocorrem variações especiais na propagação capaz de burlar essa lei permitindo rápidos contatos com estações localizados nessas áreas.

Modulação :
Muita confusão é feita por causa do que se diz hoje em dia com relação a tipos de modulação e frequências. Quando se diz FM, logo se pensa em um rádio que toca músicas em estéreo e o mesmo com o AM que logo se faz pensar em radinho de pilha para ouvir futebol, notícias etc... .
FM e AM na realidade são 2 tipos de modulação de portadora bem diferentes um do outro e pouco tem a ver com as frequências que elas modulam, mas há certas preferências com relação a modulação x frequências que acabou por causar essa confusão como usar AM (amplitude modulada) geralmente em frquências baixas e FM (frequência modulada) em freqûencias altas. Mas isso não quer dizer não é possível usar modulação em AM em transmissores de frequências altas e vice-versa. Os exemplos estão nos rádios de aviação que operam entre 110 a 136 mhz modulando em AM e a faixa do Cidadão (PX) possuindo rádios que operam em 27 mhz e modulam também em FM.
Aquele rádio que toca músicas em estéreo, é na realidade um rádio de VHF porque as emissoras que ele sintoniza, transmitem entre 88 a 108 mhz (faixa do vhf ) e o radinho de pilha que ouve futebol e notícias, é um rádio LF porque as emissoras que ele recebe, estão nas frequências de 640 khz a 1.6 mhz (faixa do LF).

A tabela abaixo mostra as preferências de modulação em relação as frequencias de operação mas isso não quer dizer que deve ser exatamente assim. É possível que alguns transceptores que operam acima de 300 mhz, possa estar modulando em AM e transceptores operando abaixo de 3 mhz, modulando em FM.

MODO	TIPO	LARGURA	MODULAÇÃO
VLF	Frequencias muito baixas	De 3 khz a 30 khz	AM
LF	Frequencias baixas	De 30 khz a 300 khz	AM
MF	Frequencias médias	De 300 khz a 3 mhz	AM
HF	Frequencias altas	De 3 mhz a 30 mhz	AM / FM
VHF	Frequencias muito altas	De 30 mhz a 300 mhz	AM / FM
UHF	Frequencias ultra altas	De 300 mhz a 3 ghz	FM
SHF	Frequencias extremamente altas	De 3 ghz a 30 ghz	FM

Casador de impedância :Quando a impedância da antena não casa com a impedância do cabo, evidentemente a antena não responderá corretamente ao sistema oferecendo muitas perdas a cada metro do cabo e uma estacionária (R.O.E) muito acima do aceitável colocando o transceptor em risco de algum problema futuro. A solução correta para esses casos é a manutenção da antena e calcular o tamanho do cabo para que este tenha a menor perda possível a cada metro. Só que existe alguns casos que impede qualquer tipo de manutenção como o tempo muito ruim, altura arriscada, possuir um rádio de muitas frequâncias sendo inviável o uso de uma única antena ou usar amplificadores lineares (botinas) sem ajuste na entrada. Nesses casos, uma alternativa é usar um pequeno aparelho de montagem simples e que não necessita de energia de uma fonte de voltagens para funcionar corrigindo os problemas de casamento errado entre o cabo e a antena conhecido como casador de impedâncias que é capaz de ajustar no caminho do cabo as diferenças de impedâncias com a antena protegendo o rádio de uma possível queima de transmissão. Com ele é possível ter um rádio de muitas frequências e praticamente um sistema irradiante ajustada para todos os canais do rádio sem se preocupar com R.O.E alto, ajustar a impedância de entrada dos lineares, usar antenas provisórias e muitos outros usos. Mas ele não é a solução perfeita de uma estação de radioamador pois se uma antena apresenta R.O.E alta, ela  não esta cortada na frequência certa ou tem algum erro sério, isso significa que a antena está apresentando muitas perdas de ganho efetivo e mesmo usando um casador de impedâncias e ajustando a R.O.E, essas perdas não serão corrigidas mesmo com os medidores indicando baixa estacionária, na realidade a antena continua errada e o problema deve ser corrigida nela.