Amateur Radio (G3TXQ) - Cobweb Antenna
Rádio Amador (G3TXQ) - Antena Teia de Aranha
Durante testes recentes de alcance de uma antena hexbeam, precisei de uma antena ressonante com polarização horizontal que cobrisse a faixa de 20m a 10m e que pudesse ser montada e desmontada de forma rápida e fácil. A antena "teia de aranha" atende perfeitamente a esse requisito: ela consiste em 5 dipolos paralelos curvados em formato quadrado e montados em uma estrutura de suporte feita de hastes de fibra de vidro. O raio de curvatura é de apenas 1,9 m (6,25 pés). A modelagem computacional dessa configuração mostra que um dos resultados da curvatura dos dipolos é que a antena se aproxima da omnidirecionalidade em azimute, com uma excentricidade no espaço livre de cerca de 4 dB; um resultado menos interessante é que a impedância no ponto de alimentação cai para cerca de 12 ohms na ressonância.
A antena comercial CobWebb, comercializada por Steve Webb (G3TPW) — e a maioria das suas variantes caseiras — supera esse problema utilizando dipolos dobrados construídos com fio duplo em formato de oito como elementos. Isso aumenta a impedância do ponto de alimentação em um fator de 4 e proporciona uma boa adaptação à linha de alimentação de 50 ohms; a linha de alimentação geralmente é enrolada para formar um choke de modo comum com núcleo de ar próximo ao ponto de alimentação.
No entanto, a abordagem de dipolo dobrado para o casamento de impedância apresenta algumas desvantagens:
- O uso de cabo duplo aumenta o peso da antena.
- Um curto-circuito deve ser posicionado ao longo do dipolo dobrado, em um ponto determinado pelo fator de velocidade do modo diferencial do cabo. Variações no isolamento do cabo podem significar que as dimensões adequadas para um fabricante podem não ser adequadas para outro.
- Idealmente, a posição do elo de curto-circuito deve ser ajustada como parte da sintonia inicial da antena — algo que não é fácil de fazer. A página sobre dipolo dobrado neste site aborda detalhadamente o posicionamento do elo de curto-circuito.
- O balun de núcleo de ar com enrolamento "embaralhado", frequentemente instalado dentro da caixa de terminais, pode não fornecer muita impedância de bloqueio, a menos que as dimensões e o estilo de enrolamento sejam cuidadosamente controlados.
- O uso de cabos duplos torna um pouco mais difícil a montagem e desmontagem da antena se, como eu, você preferir guardar os fios separadamente.
A solução alternativa que utilizei foi combinar a transformação de impedância e as funções de balun em um balun de corrente Guanella 1:4 montado na caixa de terminais. Isso permite o uso de elementos de fio único, o que simplifica a montagem e o ajuste. O balun 1:4 é composto por dois baluns 1:1 enrolados com 8 espiras de cabo coaxial em um toroide de ferrite FT 140-61; os dois baluns são então conectados em série na extremidade da linha de alimentação de 50 ohms e em paralelo na extremidade da antena. O cabo coaxial precisa ter uma impedância característica de 25 ohms – algo que não é facilmente encontrado; portanto, cada balun é enrolado com dois cabos coaxiais de 50 ohms que são conectados em paralelo em cada extremidade – interno com interno, malha com malha. Clique nas fotos à direita para ampliá-las e veja o final desta página para mais detalhes de construção.
Medí a perda do balun Guanella entre 14 MHz e 30 MHz; ela variou entre 0,1 dB a 14 MHz e 0,14 dB a 30 MHz — isso é menos do que a perda em um balun de cabo coaxial enrolado com 1,8 m de cabo RG-58! Quando terminado com uma carga de 12,5 Ω, a ROE de entrada variou de 1,06:1 a 14 MHz a 1,1:1 a 28 MHz.
A estrutura de suporte é construída com tubos de fibra de vidro, e os fios são mantidos no lugar passando-os por uma abraçadeira de nylon, que por sua vez também é presa ao tubo com outra abraçadeira; um parafuso de aço inoxidável inserido no tubo impede que as abraçadeiras deslizem para dentro. Os fios são terminados em terminais de solda que se encaixam em parafusos de 4 mm fixados na caixa de terminais. As extremidades dos elementos do dipolo são conectadas a cabos espaçadores (com aproximadamente 15 cm de comprimento) usando os insertos de latão dos blocos conectores de plástico; essa disposição permite que qualquer folga seja facilmente eliminada soltando os parafusos e deslizando os fios pelos insertos. O "X" interno da estrutura de suporte é composto por dois tubos de 86 cm de comprimento e 19 mm de diâmetro externo. Um tubo de 168 cm de comprimento e 13 mm de diâmetro externo se encaixa em cada braço do "X" com uma sobreposição de 19 cm, resultando em um comprimento diagonal total de 384 cm. A haste que suporta a caixa do balun é um tubo de 107 cm de comprimento e 19 mm de diâmetro externo. A tensão do fio mantém toda a montagem no lugar; essa disposição permite que a antena seja montada e desmontada muito rapidamente. As fotos a seguir mostram a ideia geral:
A tabela a seguir lista as dimensões dos fios utilizados em cada lado do ponto de alimentação, a distância do centro da estrutura até o canto do fio, a ROE mínima, a largura de banda de ROE 2:1 e a largura de banda de ROE 3:1 para cada uma das cinco bandas. Observe que o fio utilizado era isolado em PVC com diâmetro externo de 2 mm e diâmetro do condutor de 1 mm; as dimensões podem variar ligeiramente se você usar um fio diferente.
| Banda | Comprimento do fio | Comprimento do centro ao canto | ROE mínimo | largura de banda 2:1 | Largura de banda 3:1 |
| 20m | 201" | 72,25" | 1:1 | 208kHz | 362kHz |
| 17m | 157,5" | 56,75" | 1:1 | 170kHz | 299kHz |
| 15 | 135" | 48,25" | 1:1 | 167kHz | 293kHz |
| 12m | 114" | 40,25" | 1:1 | 156kHz | 271kHz |
| 10m | 100,5" | 34,75" | 1,2:1 | 184kHz | 337kHz |
desempenho de ROE
Aqui está um gráfico de ROE (Relação de Ondas Estacionárias) medido a 7,62 metros (25 pés) acima do solo. Observe que a ROE é referenciada ao conector coaxial na caixa do balun; na prática, a largura de banda da ROE será melhor do que a mostrada devido às perdas na linha de transmissão.
Construção Balun
Algumas pessoas tiveram dificuldade em visualizar a construção do balun, então aqui estão mais detalhes; clique nas miniaturas para ver fotos em alta resolução.
Corte dois pedaços de 510 mm de cabo coaxial miniatura RG316 (ou RG174, se não pretende usar mais de 100 W). Apare as quatro extremidades para formar pequenos rabichos. Coloque os dois cabos coaxiais lado a lado e conecte os centros dos cabos e as malhas das malhas em cada extremidade. Embora não seja estritamente necessário, acho que ajuda a manter a organização deslizar alguns pedaços estreitos de tubo termorretrátil sobre os cabos coaxiais para mantê-los juntos. Você criou agora uma única linha de transmissão com uma impedância característica de 25 ohms.
Agora, enrole 8 voltas desse cabo duplo em um toroide FT140-61 para formar um choke 1:1. O enrolamento "cruzado" não é um requisito elétrico; é apenas uma maneira fácil de fazer com que os cabos coaxiais saiam em extremidades opostas do núcleo de ferrite. Use algumas abraçadeiras de plástico para prender o cabo coaxial ao núcleo em cada extremidade.
Agora repita todos os passos acima para formar um segundo Choke 1:1.
Agora, junte os dois chokes 1:1 — novamente, usei abraçadeiras de plástico. Certifique-se de que os dois chokes estejam alinhados, ou seja, que os cabos coaxiais saiam aproximadamente na mesma posição.
Em uma extremidade do conjunto (lado esquerdo da foto), conecte os cabos coaxiais em paralelo: malha com malha, interno com interno; esta é a extremidade que se conecta aos elementos da antena. Na outra extremidade do conjunto (lado direito da foto), conecte os cabos coaxiais em série: malha de um choke ao interno do outro; esta é a extremidade que se conecta ao SO239 e à linha de alimentação, usando a malha restante e o interno.
