Dipolo encurtado com bobinas

 

por PY4ZBZ       em 02-03-2015       rev. 24-07-2016

 

Já foram publicados inúmeros artigos a respeito do encurtamento de uma antena dipolo por meio de duas bobinas posicionadas fora do centro de alimentação do dipolo.

Vou apenas descrever resumidamente o calculo das bobinas, ilustrando com um exemplo pratico (em vermelho).

Esse encurtamento permite ocupar menos espaço, mas as custas de um menor ganho e uma menor banda passante que o dipolo de meia onda normal. Vejam uma comparação aqui.

A figura seguinte mostra o esquema básico da antena, onde A é a medida de cada metade da antena encurtada e portanto menor que um quarto de onda, e B a distancia das bobinas em relação ao centro do dipolo ou ponto de alimentação:

Para calcular as bobinas, o comprimento A em metros deve ser transformado em A%, ou porcentagem de encurtamento, com a seguinte formula:

A% = 1,4 A F     onde F é a freqüência de operação em MHz  e  A o comprimento em metros de uma metade da antena.

Por exemplo, um dipolo com A = 4 metros para a freqüência F = 7,125 MHz, tem A% = 1,4 x 4 x 7,125 = 39,9 %  ou arredondando 40%. 

O dipolo normal para 40 metros teria A = 10 metros aproximadamente, portanto com 4 metros tem apenas 40% do tamanho normal.

E a posição B em metros das bobinas deve ser transformada em B% = 100 B/A, ou posição relativa em %.

Por exemplo, se as bobinas forem colocadas no meio de cada metade do dipolo, B% será igual a  100 x 2/4 = 50%.

A figura seguinte mostra a complexa formula para calculo da indutância das bobinas, com A e B em pés, e D (diâmetro do condutor do dipolo) em polegadas. (da revista QST):

 

 

Os cálculos da formula acima, com unidades métricas, podem ser feitos de maneira bem simples com esse calculador.

 

O gráfico seguinte ( do ARRL Antenna Book), obtido da formula anterior, permite de maneira bem simples, determinar a reatância indutiva XL de cada bobina, no ponto de intersecção de A% com B%:

 

Por exemplo, com A% = 40% e B% = 50%, temos que XL é da ordem de 1300 ohms.

O valor da indutância L de cada bobina é obtido pela formula L = XL / 6,28F , onde F é a freqüência de operação em MHz.

Exemplo: para XL = 1300 ohms, L = 1300 / (6,28 x 7,125) = 29 uH

Usando o calculador de indutâncias em HF components do MMANA (ou qualquer outro programa de calculo de indutores), podemos deduzir o numero de espiras das bobinas, após ter escolhido o diâmetro da forma, o diâmetro do fio e a separação entre espiras:

Por exemplo, com forma de 4 cm de diâmetro, fio com 1,4 mm de diâmetro e separação entre espiras de 0,8 mm, a bobina deve ter 47,5 espiras.

 

Verificação.

Usando o MMANA, verificamos como essa antena se comporta. A sua simulação é a seguinte:

O calculo da impedância R+jX, ganho, ROE, etc..., com a antena a 10 metros de altura, é o seguinte:

O diagrama de irradiação é o seguinte:

Distribuição da corrente na antena:

 

O comportamento da ROE (SWR) em função da freqüência é o seguinte:

A variação da resistência de irradiação R e da reatância jx em função da freqüência:

 

Observações:

É obvio que na pratica, é preciso fazer um ajuste fino para obter a ressonância na freqüência desejada, que depende da altura da antena e outros fatores, sendo o mais simples variar o comprimento dos fios após as bobinas, e em casos extremos, alterar o numero de espiras.

A altura da antena em relação ao solo interfere muito na parte resistiva R da impedância de irradiação da antena e portanto na ROE.

O rendimento (ganho) do dipolo encurtado sempre é menor que o dipolo de meia onda. Quanto mais encurtada, menor o ganho.

A posição B das bobinas interfere também na banda passante da antena, que será tanto menor quando maior o valor de B%, ou seja, quanto mais as bobinas estiverem afastadas do centro da antena. E nesse caso, precisam de mais espiras o que ainda aumenta as perdas...

 

Comparação com o dipolo de meia onda:

 

Dipolo de meia onda para 7,125 MHz (A = 10,05 metros) na mesma altura a 10 metros do solo.

Distribuição da corrente:

Diagrama de irradiação e ganho:

ROE em função da freqüência e banda passante:

 

A figura seguinte mostra a ROE das duas antenas na mesma escala. Azul=dipolo encurtado para 40%, vermelho: dipolo de meia onda

 

Resultado da comparação:

Dipolo de meia onda:   G = 5,9 dBi,  BW = 474,2 kHz para ROE<2

Dipolo encurtado para 40%:  G = 1,76 dBi,  BW = 74,4 kHz para ROE<2

ou  ganho 4 dB menor (quase um ponto S) e banda passante 6 vezes menor.

 

 

 

 

Link:

http://www.m0ukd.com/calculators/loaded-quarter-wave-antenna-inductance-calculator/

 

73 de Roland.