A “ANTRENA”: construa uma direcional com fita métrica

Projeto original por Joe Leggio WB2HOL. Traduzido e adaptado por Alisson, PR7GA

ATUALIZAÇÃO: Veja imagens da antena montada no final deste artigo.

Esse projeto foi desenvolvido com o objetivo de obter uma antena com relação frente-costas elevada para utilizar em atividades do tipo “caça à raposa” para a faixa dos 2 metros, de 144 a 148 MHz. Optei por diminuir um pouco o ganho frontal para maximizar o “notch” ou o nulo do lóbulo de irradiação traseiro, ou seja, diminuímos o ganho frontal para que na parte traseira ela tivesse recepção quase nula. É possível, porém, mudar o projeto para obter mais ganho frontal, mas em contrapartida terá um pequeno ganho na traseira. É um projeto que pode ser construído usando apenas ferramentas manuais simples, não necessitando de se ter uma oficina, e funciona muito bem. Tem sido reproduzido várias vezes por outros radioamadores e tem sido usado com sucesso.

Quando projetei essa antena, tinha uma ideia básica em mente. Queria ter facilidade para poder entrar e sair do carro enquanto procurava um transmissor oculto nas atividades de “caça à raposa”. Alcancei este objetivo com o uso de "fita métrica" ou trena de aço nos elementos, que poderiam ser dobrados facilmente ao entrar no meu carro, e ao sair, a antena recuperaria sua forma rapidamente. Eu decidi usar apenas três elementos para evitar que o boom ficasse muito longo.

Outro alvo no projeto era usar materiais fáceis de obter. Optei por usar tubo de PVC comum (20mm ou 25mm) e outros acessórios disponíveis em lojas de material de construção. Com isso, mantive o custo da antena muito baixo. Os suportes dos elementos consistem em cruzetas e “tês” de PVC.

Como não consegui encontrar nenhum outro projeto de antena usando elementos feitos de fita métrica de aço de 1 polegada de largura, eu tive que fazer o projeto do zero. Para ajudar no trabalho, eu utilizei um programa para cálculo e simulação de antenas yagi desenvolvido por Paul McMahon, VK3DIP. Desta forma, consegui otimizar a antena para que tivesse o padrão de irradiação desejado, combinado com a melhor relação frente-costas.

Desempenho Previsto - YAGI-CAD
GANHO	7,3 dBd
Relação frente/costas	> 50 db
Largura do feixe dentro de ± 3 dB	E = 67,5º (campo elétrico)
Largura do feixe dentro de ± 3 dB	H = 110º (campo magnético)

Quando construí a antena, descobri que precisava de um adaptador de impedância para manter a ROE baixa. Minha primeira tentativa foi um Gamma match. Porém, isso aumentou o peso do conjunto: o elemento irradiante mal conseguia se sustentar e o próprio Gamma não era muito flexível. Diante disso, buscando outras soluções, o melhor adaptador de impedância que pude encontrar foi o "Hairpin match". É simplesmente um fio com comprimento de 12,7 cm que é conectado nos pontos de alimentação do elemento irradiante. Como a antena tem alguma reatância capacitiva sem o adaptador, precisava de um indutor para cancelar essa reatância, e este fio cumpre precisamente esta função. Isso resultou no melhor acoplamento que pude encontrar, ou seja, uma menor ROE.

O fio que eu usei para o acoplador foi o de calibre 18 (1 mm2) sólido. Outros radioamadores que construíram esta antena usaram praticamente qualquer coisa que tivessem em mãos. O fio de calibre 14 (1,5 mm2) funciona bem, assim como um mais fino. Aparentemente, tanto pode ser usado o cabinho flexível ou rígido; use o que estiver disponível. Esta solução dará um bom acoplamento em toda a faixa de dois metros, desde que você tenha ajustado a distância entre as duas metades do elemento irradiante para o mínimo de ROE. No meu protótipo, esta distância ficou em torno de 2,5mm. No seu, pode ser diferente.

Eu usei uma tesoura para cortar os elementos da trena no comprimento correto. Tenha muito cuidado ao fazer o corte, pois as pontas cortadas ficam muito afiadas e podem causar acidentes. Use uma lixa para desbastar as pontas afiadas e rebarbas resultantes do corte dos elementos. Outra dica é arredondar os cantos dos elementos depois de cortá-los, ou colocar fita isolante grossa para “matar” as pontas afiadas. Use óculos de segurança enquanto corta os elementos. Esses pedaços de fita metálica podem ser perigosos.

O cabo coaxial RG58 é conectado diretamente ao elemento irradiante. Independentemente do método usado para fazer essa conexão, certifique-se de raspar ou lixar a tinta onde o cabo coaxial será conectado à fita metálica. A maioria das trenas têm uma cobertura de tinta muito durável, projetada para suportar o uso pesado, e essa tinta isolará a conexão se não for retirada.

É possível soldar o cabo coaxial diretamente nas metades do irradiante. É preciso ter cuidado, pois a fita de aço não solda com facilidade e os suportes de PVC podem derreter devido ao calor do ferro de solda. Para evitar o calor excessivo, você pode estanhar os elementos antes de montá-los na cruzeta de PVC.

Caso não queira ou não consiga soldar, você pode usar abraçadeiras de metal, como na figura abaixo. Na figura, o coaxial está soldado, mas você pode simplesmente colocar as suas extremidades sob as abraçadeiras do elemento irradiante e apertar com força para prendê-las com firmeza. Esta solução permite ajustar a antena para menor ROE, aproximando ou afastando as metades do elemento irradiante.

Usando as dimensões especificadas, a ROE medida foi 1:1 em 146,565 Mhz quando os dois elementos estavam espaçados aproximadamente a 2,5mm de distância. A Figura mostra o aspecto final do elemento irradiante de nosso protótipo.

Outros que construíram o meu projeto usaram parafusos auto-roscantes para fixar os elementos às cruzetas e o T de PVC. O desempenho é o mesmo usando qualquer um dos métodos. Os parafusos são muito mais baratos, mas não seguram os elementos com estabilidade.

Abaixo, na ilustração, estão todas as dimensões da "antrena"

Construção

Corte um pedaço de fita métrica de 1050 mm. Será o elemento Refletor. Corte dois pedaços de fita métrica de 451 mm cada. Estes serão utilizados para o elemento irradiante. Corte outro pedaço de 892 mm para o diretor. Depois do corte, coloque fita isolante nas extremidades da fita para se proteger das bordas afiadas. Raspe ou lixe a tinta de uma extremidade de cada uma das metades do elemento irradiante para que haja boa conexão elétrica ao cabo coaxial.

Se você estiver planejando soldar o cabo ao irradiante, é melhor estanhar os elementos antes de prendê-los à cruzeta de PVC. Se você não fizer isso, o PVC irá derreter quando você aplicar calor ao elemento. Corte 12,7 cm de fio para o adaptador de impedância e dobre-o em forma de “U” com as duas pernas do “U” separadas por cerca de 19mm.

Você precisará cortar dois pedaços de tubo de PVC para usar como boom (suporte). Corte o primeiro com 292 mm para formar o boom entre o diretor e o irradiante. O outro pedaço de PVC deve ser cortado com 178 mm. Ele será usado entre o refletor e o irradiante.

Neste momento, você pode pré-montar o boom utilizando as cruzetas e o T. Não precisa utilizar cola. No meu protótipo, eu apenas os encaixei.

As abraçadeiras que eu usei são de aço inoxidável e têm um parafuso sem-fim que é usado para apertar. Utilize uma abraçadeira que consiga “abraçar” tanto as cruzetas quanto a trena, para conseguir prendê-la. Prenda os elementos de fita métrica nas conexões de PVC, conforme mostrado no desenho. É normal que os elementos refletor e diretor se dobrem um pouco quando são apertados no T e na cruzeta de PVC. Para evitar isso, ao invés de abraçadeiras, você pode utilizar parafusos auto-roscantes para fixar esses elementos. Porém, creio que as abraçadeiras são mais duráveis e suportam melhor o uso pesado.

Resultados

Após a construção, é interessante verificar seu funcionamento. A ROE deve ser menor que 2:1 em toda a banda de dois metros. Espera-se que a relação frente-costas seja muito boa, com a antena exibindo um nulo muito profundo em seu diagrama de irradiação na parte de trás. Utilizei o programa YagiCad 4.1 para ilustrar o padrão que você deve esperar. Se você quiser experimentar um pouco este programa, o arquivo de especificação yagi desta antena está disponível para download aqui. Basta baixar o programa YAGI-CAD e colocar o arquivo do projeto na mesma pasta.

Resumo

Esta antena foi usada em atividades de caça à raposa, em montanhas, ao ar livre, em ambientes fechados, em sótãos, em quase todos os lugares. A ROE deve ficar muito próxima de 1:1, depois do ajuste. A relação frente-costas deve ser excelente. O nulo na parte traseira mostrado na ilustração é perfeito para caçada a transmissores. Quando testado usando um medidor de intensidade de campo sensível e um transmissor de baixa potência, as leituras com escala cheia foram alcançadas a uma distância de cerca de três metros. Com o mesmo medidor de intensidade de campo, pude apontar a antena na direção contrária do transmissor e aproximar o elemento refletor alguns centímetros da antena do transmissor e mesmo assim não houve leitura no medidor. Mesmo com muito uso, a minha antena aguentou muito bem.

Traduzido e adaptado por Alisson Teles Cavalcanti em Junho de 2018. Revisado em Janeiro de 2022. Fonte do projeto original: http://theleggios.net/wb2hol/projects/rdf/tape_bm.htm

ATUALIZAÇÃO: Veja imagens da antena montada. Uma versão modificada da antena leva uma bobina (choke) de 7 a 8 voltas entre o elemento irradiante e o refletor. Essa bobina tem como objetivo reduzir o retorno de RF, teoricamente melhorando a diretividade da antrena. Porém, entre os construtores, não há um consenso sobre qual versão da antrena é melhor para a sua aplicação específica. Teste os dois modelos e decida você mesmo (a).

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