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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Quantos contrapesos você precisa? Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / antenas de alta frequência Antenas verticais, que requerem uma pequena área de instalação, são muito populares entre as operadoras de ondas curtas. No entanto, a sua eficácia depende significativamente do “solo” artificial - contrapesos. A recomendação geral “quanto mais, melhor” nem sempre é aceitável. Deve-se notar que em relação aos contrapesos existem duas situações fundamentalmente diferentes. Uma delas ocorre quando é possível elevar a antena suficientemente alto e os contrapesos são retirados do “solo” (telhado de um prédio, etc.). Isso é típico para bandas VHF. Aqui o número de contrapesos não é essencialmente importante: de um a três ou quatro. No primeiro caso (com um contrapeso vertical), obtém-se um dipolo simplesmente vertical. No segundo, os contrapesos são instalados em um determinado ângulo em relação ao emissor, posicionando-os uniformemente em toda a circunferência para garantir um padrão de radiação circular. Mas ambas as opções estão unidas pelo fato de que a influência do “solo” no funcionamento dos contrapesos é insignificante. A questão é diferente se os contrapesos tiverem que ser colocados muito próximos do “solo”. Esta é uma situação comum nas bandas de HF, quando os contrapesos estão localizados do “solo” a uma distância significativamente menor que o comprimento de onda. Um número insuficiente deles levará a perdas significativas em “solo” mal condutor (solo, telhados de edifícios, etc.) e, consequentemente, a uma diminuição notável na eficiência da antena. Uma análise do número de contrapesos necessários neste caso foi realizada pelo W2FMI (Jerry Sevick. Short Ground-Radial System for Short Verticals. - QST, 1978, abril, p. 18). Duas conclusões decorrem dos resultados da análise. Em primeiro lugar, para um determinado número de contrapesos, existe um limite para o seu comprimento, cuja ultrapassagem já não conduz a um aumento da eficiência dos contrapesos. Em segundo lugar, para um determinado comprimento de contrapesos existe um limite para o seu número, cujo excesso também não contribui para aumentar a eficiência. O conceito de “limite”, que aparece nestas conclusões, é bastante vago – a eficiência varia suavemente dependendo do número de contrapesos e do seu comprimento. Desenvolvendo as disposições acima decorrentes do trabalho do W2FMI, o G3SEK propôs (John White. Na prática. - RadCom. 1999, fevereiro, p. 45) um critério prático simples para determinar o comprimento e o número de contrapesos, que combina ambas as saídas do W2FMI em uma proporção. De acordo com suas estimativas, o comprimento dos contrapesos e seu número devem ser tais que a distância entre as extremidades dos contrapesos (ver figura) seja kl, e o valor de k pode estar na faixa de 0,02...0,05. Se k for maior que 0,05, a perda será significativa. Reduzir k para 0,02 na verdade melhora a eficiência da antena. No entanto, uma diminuição adicional em k já não produz um efeito perceptível.
As descrições de muitas antenas incluem contrapesos “ressonantes” de 4/3 de comprimento, localizados a uma pequena altura acima do telhado. Com base no critério G30SEK, pode-se argumentar que tais contrapesos se tornarão efetivos se seu número for pelo menos XNUMX. Todas as relações acima são válidas para contrapesos do mesmo comprimento. As relações discutidas neste material definem limites razoáveis para a combinação “número de contrapesos – comprimento dos contrapesos”. Obviamente, desde que estas relações sejam cumpridas, o melhor dos dois sistemas para uma determinada antena ainda será aquele que tiver um contrapeso mais longo. Esta publicação (“Rádio”, 1999, nº 6) despertou o interesse dos leitores da revista, uma vez que a antena GP sempre foi popular entre as operadoras de ondas curtas. Fornecemos informações mais detalhadas sobre os resultados obtidos por W2FMI (Jerry Sevick. Short Ground-Radial System for Short Verticals. - QST, 1978, abril, p. 30-33) ao estudar a influência do número de contrapesos e seu comprimento em a eficiência da antena. Estamos falando de uma antena HF instalada próxima ao solo (praticamente sem mastro). Nestes experimentos, o solo sob a antena, segundo medições do W2FMI, era “médio”, ou seja, tinha condutividade de 15...30 mS/m (valores maiores referem-se ao solo após chuva, valores menores para secar o solo). "Ruim" para antenas depois da chuva, menores - para secas). Solo com condutividade inferior a 5 mS/m (rochoso, areia) é considerado “ruim” para antenas, e solo “muito bom” é cerca de 100. O telhado de concreto armado de um edifício moderno, infelizmente, é o mais provavelmente classificado como “solo ruim”. A Figura 1 mostra a dependência da impedância de entrada da antena na frequência de ressonância com o número de contrapesos obtidos pelo W2FMI. Inclui resistência à radiação (parte útil) e resistência à perda. O valor calculado da impedância de entrada para o diâmetro do emissor utilizado pelo W2FMI e o aterramento ideal (sem perdas) foi de 35 Ohms.
Como pode ser visto a partir da fig. 1, um valor de impedância de entrada próximo a este é alcançado somente quando o número de contrapesos é superior a 50. Em outras palavras, com um pequeno número de contrapesos, uma parte perceptível da potência do transmissor não é irradiada pela antena, mas literalmente vai para o “chão”. Para a versão GP mais comum com três a quatro contrapesos, a impedância de entrada será de aproximadamente 70 Ohms e, consequentemente, a eficiência da antena será de cerca de 50%. A partir dos dados mostrados na Fig. 1, segue-se também que o comprimento dos contrapesos não afeta muito a eficiência da antena. O W2FMI explorou esta questão em detalhes. Os resultados da medição são mostrados na Fig. 2, que mostra a dependência da eficiência da antena do número de contrapesos para três opções de comprimento - l/4, l/8 e l/16. A análise destas curvas permite-nos tirar diversas conclusões.
Em primeiro lugar, quanto mais longos os contrapesos, mais eficazes eles são, em geral. Em segundo lugar, com um pequeno número de contrapesos, o seu comprimento tem pouco efeito na eficiência, pelo que o esforço e o dinheiro gastos na fabricação de contrapesos longos podem não dar um resultado perceptível neste caso. Em terceiro lugar, sob certas condições, contrapesos curtos (menos de 4/XNUMX) podem fornecer a mesma eficiência de antena que os contrapesos longos. Expliquemos este último com mais detalhes. Da Fig. 2 pode-se observar que a mesma eficiência é proporcionada por quatro contrapesos com comprimento de l/4, cinco a seis contrapesos com comprimento de l/8 e sete contrapesos com comprimento de l/16. Além disso, vinte contrapesos de 16/4 de comprimento proporcionam a mesma eficiência que oito contrapesos de XNUMX/XNUMX de comprimento. E as vantagens de design proporcionadas pelo uso de contrapesos curtos (especialmente em faixas de baixa frequência) são óbvias. Autor: Jerry Sevick
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