Observação importante ! : Vários anos apos a publicação desse meu artigo, onde aponto diversos erros e incongruências, diversos artigos originais do Sr. Hart e muitos outros, "misteriosamente" foram retirados da internet. Portanto o meu artigo contem muitos links quebrados, mas permitiu preservar um pequeno extrato de um artigo do Sr. Hart.
A "antena EH" é realmente um novo tipo de antena ?
Ou uma teoria revolucionária (palavras do seu autor) pode estar correta mesmo sendo baseada em ERROS elementares?
Por PY4ZBZ, Roland Zurmely. (04-06-2003 rev: 11-08-2009)
Eu quase nada não sei. Mas desconfio de muita coisa. (Guimarães Rosa, em Grande Sertão: Veredas)
Vários colegas radioamadores me pediram informações sobre a "antena EH". Fiz inúmeras pesquisas na Internet, analisei os artigos do “inventor” da antena, artigos de defensores e outros artigos técnicos que reportam a baixa eficiência e outros inconvenientes desta antena. Também fiz, eu mesmo, varias experiências de construção e testes desta antena, sempre comparando os resultados com uma antena de referencia bem conhecida que é o dipolo de meia onda. E queimei os dedos ao tocar na bucha (ligada a blindagem do cabo) do wattímetro Bird, ligado com um cabo de 3 metros para a antena e 5 metros para o radio, com 20 W de potencia direta e 0,5 W de potencia refletida, ou seja, uma ROE da ordem de 1,4/1, o que foi uma forma dolorosa de comprovar que é o cabo que irradia mais que a própria "antena EH", como será mostrado a seguir.
E nem o fato de ter um tamanho pequeno é vantagem, porque ela funciona somente quando ligada através de um cabo bem comprido !... (E não funciona como antena móvel, com cabo curto!...)
Veja algumas fotos da "EH", junto com as promessas mirabolantes!.
Escrevi as palavras "inventor" e "antena EH", no parágrafo anterior, entre aspas, pois para mim o senhor Ted Hart, W5QJR, não inventou nada, simplesmente porque a antena denominada por ele de EH não passa de um dipolo de Hertz, ligado a um circuito adaptador de impedância. O dipolo de Hertz recebeu este nome em homenagem a Heinrich Hertz, que em 1888 provou a existência das ondas eletromagnéticas.
É importante lembrar que um dipolo de Hertz é um dipolo muito curto, ou seja, um dipolo cujo comprimento é muito menor que meia onda. É sabido que tal dipolo apresenta uma impedância muito alta e essencialmente capacitiva, e que para ser usado com equipamentos comuns de comunicação precisa de um adaptador de impedância ou sintonizador de antenas. E é sabido também que o ganho do dipolo de Hertz é muito inferior ao dipolo de meia onda, e é por isso mesmo muito pouco usado para transmissão em telecomunicações, sendo mais usado para recepção, medições de intensidade de campo e como modelo teórico (dipolo elementar ou dipolo infinitesimal) em programas de modelagem e cálculos de antenas como o NEC (Numerical Electromagnetic Code), EZNEC, NEC4WIN, MMANA e muitos outros. (obs.: muitas vezes, o dipolo de meia onda é chamado erroneamente de dipolo de Hertz)
Repetindo: a antena denominada EH nada mais é que um dipolo de Hertz junto com o respectivo circuito adaptador de impedância.
E exatamente como acontece em uma serie de outras antenas de outros autores (e que não pregam a teoria da EH), como por exemplo: a Super-C, a Micro-Vert e a Isotron.
Todas evidentemente funcionam, mas como um simples dipolo de Hertz, e como é de se esperar de um tal dipolo, com um ganho sempre muito inferior ao dipolo de meia onda ou a vertical de um quarto de onda com plano de terra. E todas usam um cabo (Micro-vert e Isotron) ou placa (super C) de dimensões razoáveis como contrapeso.
Mas o sr. Hart se gaba de ter inventado uma forma de combinar os campos, elétrico (E) e magnético (H), de forma que fiquem em fase, já na região de campo próximo (near field) da antena, e não apenas na região de campo distante (far field), como acontece com qualquer antena. E ele prega que isso resulta numa alta eficiência, com um tamanho físico menor que 2% do comprimento de onda, mas sem ter provado isto com números ou resultados de testes precisos. (todas as medições sérias provam o contrário). Defensores da antena EH dizem que receberam reportagens de por exemplo S9+10 dB com a tal antena, mas isto não prova absolutamente nada, pois não há referencia, ou seja, qual seria o sinal na mesma hora usando uma antena de referencia e de ganho conhecido como por exemplo o simples dipolo de meia onda (e que no caso, comprovado por mim mesmo e muitos outros, seria de pelo menos S9+20 dB !...). Onde está a alta eficiência?
Na teoria do Sr Hart, que se baseia em formulas complicadas (teorema de Poynting e equações de Maxwell), existem no mínimo três erros básicos e elementares, e que mostrarei a seguir. Mas antes vou resumir a teoria do Sr Hart a respeito de sua “antena EH”.
A parte inicial (e QUASE correta) da
teoria do Sr. Hart:
A antena EH é constituída fundamentalmente de um pequeno dipolo, feito com dois cilindros metálicos separados e que formam evidentemente um capacitor, já que o comprimento dos dois cilindros é muito pequeno em relação ao comprimento de onda.
(Por exemplo, dois cilindros de cobre de 16 cm de comprimento e 5 cm de diâmetro, separados por 5 cm (da forma usada na "EH") apresentam uma impedância de entrada de 0,071 -j3028 ohms em 14,2 MHz, ou seja, um capacitor quase perfeito de 3,7 pF. A resistência de radiação é de apenas da ordem de 0,05 ohms !...)
Ao aplicarmos uma fonte de RF ao dipolo, circula uma corrente, defasada praticamente 90 graus para frente da tensão aplicada, pois o dipolo de Hertz é altamente capacitivo, sendo a sua parte resistiva muito pequena (comparada à parte reativa) e constituída pela soma das resistências de radiação e de perdas. Entre os dois cilindros, a tensão aplicada gera um campo elétrico (E). E como esta tensão é alternada, haverá uma corrente entre estes dois cilindros: a famosa corrente de deslocamento (displacement current) formulada por Maxwell. E esta corrente por sua vez gera um campo magnético (H). E como a corrente num capacitor está adiantada 90 graus em relação à tensão aplicada nele, conclui-se que os dois campos E e H também estão defasados de 90 graus, pois E está em fase com a tensão e H em fase com a corrente.
Mas, acontece que numa onda eletromagnética :
- estes dois campos E e H estão em fase eletricamente,
- e situados fisicamente em planos ortogonais,
- e os dois vetores E e H, além de estarem a 90 graus fisicamente, ainda estão ambos a 90 graus em relação ao vetor velocidade de propagação. Veja em três dimensões nesta animação)
Esta segunda propriedade, campos em planos a 90 graus, já está satisfeita entre os dois cilindros, porque o campo elétrico é paralelo aos eixos (coincidentes) dos dois cilindros, enquanto que o campo magnético é perpendicular aos mesmos (pois é perpendicular a corrente que o produz). Portanto falta apenas colocar os dois campos em fase eletricamente para termos uma onda eletromagnética. Até aqui está quase tudo certo. (apesar de que existe muita polemica no meio cientifico a respeito da corrente de deslocamento, mas isto é outro problema e não importa muito neste caso). O "quase" da frase anterior se refere ao terceiro erro listado mais abaixo.
A parte final da teoria do Sr. Hart, onde estão dois dos três os ERROS !
Na figura abaixo, os erros marcados por mim em vermelho e azul, na copia de parte do artigo original do Sr. Hart :
Primeiro erro : Ingenuamente (é o mínimo que posso dizer de alguém que cita Maxwell e Poynting!; e não consigo entender como muita gente “boa”, ou seja, que tem algum conhecimento, embarcou neste sofisma! : o Sr. Hart resolve o problema colocando em serie com os cilindros um indutor (ou qualquer outro circuito mais complexo de defasamento), que, como todo mundo sabe, defasa a corrente 90 graus (ou quase) para traz em relação à tensão existente nos terminais deste indutor (parte marcada em vermelho). Pelo raciocínio do Sr Hart: o indutor atrasou em 90 graus a corrente que estava adianta em 90 graus no capacitor, e portanto agora está com +90-90 = zero graus, e conseqüentemente, os dois campos E e H agora estão em fase, e portanto gerou-se uma onda eletromagnética, já na região de campo próximo da antena. E o Sr Hart batizou a sua “descoberta” de Antena EH !. E ainda diz no seu artigo que no futuro todas as antenas serão EH !... E patenteou o seu “invento”.
Qualquer estudante de segundo grau de eletrotécnica é capaz de descobrir o ERRO GRITANTE no raciocínio do Sr. Hart (que ignorou as leis de Kirchhoff !, de forma semelhante aquele prefeito que mandou revogar a lei da gravidade!...), sem precisar recorrer a Maxwell e etc... Vejamos:
O indutor e o capacitor formam um circuito SERIE. E num circuito serie a corrente é a MESMA em todos os elementos do circuito, e é portanto é usada como referencia de fase. Qualquer que seja a reatância do indutor e do capacitor (e desprezando-se as perdas), a tensão nos terminais do indutor estará sempre 90 graus à frente da corrente; e a tensão nos terminais do capacitor estará sempre 90 graus para trás em relação a esta mesma corrente no circuito. E a soma das tensões de cada componente do circuito serie é igual à tensão total e é igual à tensão da fonte.