Antena OSJ dual band VHF / UHF com um cabo só.
Por PY4ZBZ em 06-09-2005, atualizado em 21-01-2019
Principio de funcionamento da antena J
Primeiro, vejamos o principio da antena J. Ela consiste de um elemento dipolo de meia onda, que em vez de ser alimentado pelo centro, (como é mais comum) é alimentado por uma das extremidades (no caso, a inferior). Como a impedância na extremidade do dipolo de meia onda é muito alta (da ordem de 2000 ohms) é necessário um transformador de impedâncias, para convertê-la em 50 ohms. Na antena J isso é feito por uma linha bifilar de um quarto de onda. A linha de um quarto de onda transforma a impedância na sua entrada Ze em outra na sua saída Zs pela seguinte formula:
Ze x Zs = Zo2
onde Zo é a impedância característica da linha, que para uma linha bifilar no ar vale:
Zo = 276 Log ( 2D / d )
onde D é a distancia entre eixos dos condutores da linha e d é o diâmetro destes condutores. Veja o esquema da antena J, sem o ponto de alimentação:
A alimentação da antena pode ser feita de duas formas, mostradas na figura seguinte:
1 - Fechando a saída da linha em curto e alimentando-a no ponto onde apresenta 50 ohms. Esta é a configuração mais comum, e da qual surgiu o nome J, pois apresenta a forma da letra J. No curto circuito, a impedância é zero, e na outra extremidade da linha, a impedância é a da ponta do dipolo, da ordem de 2000 ohms. Entre estes dois extremos, a linha apresenta valores intermediários. É escolhido o ponto onde ela apresenta 50 ohms. Veja um exemplo pratico aqui. E veja aqui a distribuição de correntes numa antena J.
2 - Alimentando-a diretamente na parte inferior da linha bifilar de 1/4 de onda. Neste caso, a parte inferior da linha não está em curto, mas aberta, para inserir o ponto de alimentação. Donde o nome de "Open Stub J", ou J com toco de linha aberto. ("Stub" ou toco de linha se refere a uma linha mais curta que uma onda.) A distancia entre eixos da linha bifilar é projetada para apresentar uma impedância característica Zo tal que transforme a alta impedância da ponta do dipolo em 50 ohms. Veja um exemplo de OSJ para UHF aqui.
Observação: Nos dois casos, o correto seria usar um BALUN para conectar o cabo coaxial, pois a linha bifilar é balanceada. A linha bifilar pode ser substituída por uma linha coaxial, resultando numa J coaxial, também conhecida como antena Topfkreis. Veja aqui. Neste caso, não precisa de BALUN.
A antena Slim_Jim
A Slim Jim é uma adaptação da J, e que não tem absolutamente nenhuma vantagem em relação a J, inclusive as 3 variações possíveis mostradas na figura seguinte, como está muito bem demonstrado no artigo sobre Slim Jim do Cebik W4RNL.
Ótimo artigo com links sobre Slim Jim aqui.
Antena OSJ para VHF e UHF com um cabo só:
Veja a teoria da antena J aqui.
Esta é uma antena muito simples de construir. Veja aqui o projeto original da Arrow Antennas.
A foto seguinte é uma realização da Dual Band OSJ montada por PY4BL e usada por ele com sucesso em QSOs via satélites AO51, SO50, ISS, VO52 e FO29:
Esta antena consiste em combinar duas J em uma só, fazendo com que o elemento menor da J de VHF seja o elemento maior da J de UHF. Como a relação de freqüências UHF/VHF=3, e o comprimento do elemento maior de uma J ser 1/2+1/4=3/4 de onda e portanto 3 vezes maior que o outro elemento que forma a antena J, o mesmo elemento (o médio no caso) serve tanto para VHF e UHF. Em VHF, o elemento maior é 3 vezes maior que o elemento médio e forma uma antena J para VHF. Em UHF, o elemento médio é 3 vezes maior que o elemento menor, e juntos formam uma antena J para UHF.
Duas das varetas, a maior e a menor, são conectadas ("aterradas") diretamente a uma cantoneira de alumínio, que pode ser fixada diretamente ao mastro. Esta cantoneira serve de condutor entre estas duas varetas e a blindagem (terra) do cabo coaxial .
A vareta media é conectada no ponto central (vivo) do conector coaxial especial (Part Number J14605 no site da Arrow antennas), cuja blindagem é ligada (parafusada) à cantoneira. Esta vareta media fica portanto perfeitamente isolada da cantoneira suporte. A figura seguinte mostra dois conectores vistos pelas duas extremidades, onde aparece o detalhe da porca comprida com rosca interna de 3/8 de polegada, (usada no lugar do terminal de solda em conectores UHF SO-239 comuns), onde é parafusado o elemento por meio de uma rosca feita na sua ponta :
(Obs.: Conector semelhante pode ser obtido aqui no Brasil.)
Em VHF o elemento menor não participa da antena, assim como em UHF é o elemento maior que não participa. Na verdade, causam uma ligeira (e desprezível) distorção no diagrama de irradiação (veja mais abaixo), que é semelhante ao de um dipolo de meia onda vertical, ou seja, onidirecional no plano horizontal. Esta distorção no plano vertical é até benéfica, pois elimina o nulo no zênite, o que é favorável para operação via satélites. Em cada banda, a antena se comporta como um dipolo de meia onda, alimentado pela ponta, através de uma linha (stub) de um quarto de onda. Veja o principio de funcionamento abaixo:
Vejam os diagramas de irradiação em VHF e UHF, simulados com o MMANA:
Importante: como o ganho da antena é baixo (3 dBi), convém usar um cabo coaxial de baixa atenuação, como o RG213 por exemplo.
Antena J comum para VHF
Veja a teoria da antena J aqui.
As figuras seguintes mostram uma antena J comum para VHF, feita com tubo de alumínio de 10 mm de diâmetro, parede grossa. O elemento menor (da linha de 1/4 de onda) tem 49 cm a partir do curto circuito na base, feito por uma placa de alumínio de 4 mm de espessura por 10x14 cm. No topo desta linha de 1/4 de onda, foi aberta uma rosca interno ao tubo para receber um parafuso de 6,3 mm de alumínio, com porca, para permitir o ajuste fino do comprimento do elemento, que, junto com o ajuste da posição do ponto de alimentação, permite ajustar a ROE para 1,0/1 (50 ohms de impedância em 146 MHz). O ponto de alimentação ficou em 5,5 cm do curto circuito da base. O elemento maior tem 147 cm a partir do curto circuito. A distancia entre eixos dos elementos é 4 cm. A 10 cm do final do elemento menor, fixei uma barra de material isolante, para aumentar a rigidez mecânica do conjunto :
A figura seguinte mostra os resultados (ROE versus freqüência e diagramas de irradiação) da simulação desta antena com o MMANA, e cujo arquivo está aqui.
A figura seguinte mostra a distribuição da corrente nos elementos. Observe que as correntes na linha de 1/4 de onda são iguais, e como tem sentidos contrários, não produzem radiação em campo distante. Somente a parte superior, correspondente a um dipolo de meia onda, irradia.
Antena OSJ para UHF
Veja a teoria da antena J aqui.
A imagem seguinte mostra uma antena OSJ UHF. O elemento menor da OSJ é feito com o próprio suporte, um cano de 16 mm de diâmetro em alumínio, sendo que o elemento menor corresponde aos últimos 144 mm do cano, e ficam acima da chapa de alumínio que serve de contato da baixíssima indutância para a blindagem do cabo coaxial. O comprimento total do cano não importa, desde que seja maior que 1 metro. Mas quando mais comprido, mais alta ficará a parte ativa da antena, o que é melhor.
O elemento maior é um tubo de alumínio de 9 mm de diâmetro e 462 mm de comprimento, com a parte inferior ligada ao condutor central do coaxial, com uma ligação mais curto possível, e fixado por meio de uma plaqueta de material isolante à chapa de alumínio. Esta chapa tem a forma de um J para poder abraçar o tubo suporte e é apertada por meio de 2 parafusos inox. A distancia entre os centros dos dois tubos é de 65 mm. A figura seguinte mostra os detalhes de forma ampliada:
IMPORTANTE ! Em UHF, devem ser tomados os seguintes cuidados: observe a conexão direta da blindagem com a chapa de alumínio, feita com um uma chapinha de cobre estanhado soldada na blindagem em toda a sua periferia. E também a conexão curta e direta do condutor interno do cabo coaxial, que deve ser de baixa perda (tipo RGC213 ou similar)
As figuras seguintes mostram respectivamente os diagramas de irradiação e ROE (SWR) desta antena:
Montei esta antena para o nosso colega Gleuder PU4GSV, que, em conjunto com a J comum VHF descrita anteriormente, fez inúmeros contatos via satélites AO-51, SO-50 e VO-52, usando um TM-733A.
