Antenas OWA

Geralmente, uma antena Yagi é projetada para apresentar o maior ganho possível, ou para ter uma boa relação frente/costas, etc... Mas assim, a impedância de irradiação fica muito menor que 50 ohms (para dipolo aberto), obrigando portanto o uso de algum transformador de impedância, como gamma match ou T-match, etc... E normalmente, uma Yagi com ganho otimizado apresenta uma banda passante relativamente estreita, não permitindo uma boa cobertura da banda toda (ROE alta nos limites).

A antena OWA é uma Yagi otimizada especificamente para apresentar uma banda passante mais larga possível, ou seja, para manter uma ROE baixa numa banda de freqüências mais larga possível. Ela foi criada por WA3FET graças ao uso de programas de simulação de antenas, e descrita por vários autores. (vejam o artigo: OWA de Cebik W4RNL). As antenas descritas aqui são todas baseadas em projetos do Cebik.

Essa banda larga é conseguida ao custo de uma ligeira redução de ganho, mas que é largamente compensada pelo fato de que a antena, apresentando diretamente uma impedância de irradiação de 50 ohms, não precisa de nenhum tipo de adaptador de impedância com gamma match, delta match, etc.. e que sempre introduzem uma certa perda e tornam o conjunto mais seletivo (menor banda passante).

O elemento radiante da OWA é um simples dipolo aberto, o que facilita muito a sua construção. A principal característica construtiva da OWA é o fato do primeiro diretor ficar muito próximo do elemento radiador. É claro que a posição e tamanho dos demais elementos, principalmente o refletor, também são importantes no projeto da OWA. Outra vantagem da OWA é que não precisa de balun, que teoricamente seria necessário, mas cuja ausência não teve efeito nenhum no comportamento das diversas antenas que já montei e testei. Pode ser usado um balun feito com o próprio cabo, enrolando-o em algumas espiras, próximo ao ponto de conexão do dipolo, ou ainda o balun linear tipo bazooka, como descrito no handbook ARRL, que não introduzem perda.

Apresentarei a seguir alguns exemplos de OWA, calculadas com a ajuda do MMANA, e baseadas em projetos do W4RNL.

OWA VHF de 4 elementos:

Ganho = 8,7 dBi (em espaço livre)

Comprimento total dos elementos em mm, feitos com tubo de alumínio, de 11 mm de diâmetro:

R=984 I=938 D1=840 D2=812

Espaçamento dos elementos em mm, a partir do refletor R :

R=0 I=434 D1=735 D2=1208

Resultados da simulação e otimização no MMANA (arquivo maa aqui), polarização vertical :

Esta antena é ideal como antena portátil para operação via satélite, combinada com a OWA de 6 elementos para UHF, descrita a seguir. Foto da antena montada por PY4BL :

OWA de 6 elementos VHF

Ganho 10,2 dBi em espaço livre

	B isolante	B=19mm	B=25mm	E-R
R	1036	1040	1043	0
I	1002	1004	1005	260
D1	940	944	947	368
D2	916	920	923	666
D3	916	920	923	958
D4	876	880	883	1392

A tabela acima mostra o comprimento dos elementos em milímetros, para boom isolante (ou elementos isolados do boom, ou em contato com o boom em um ponto central apenas), e para boom metálico de 19 e 25 mm de lado ou de diâmetro, com elementos atravessando o boom e em contato nos pontos de passagem. A ultima coluna (E-R) mostra o espaçamento de cada elemento em relação ao refletor R, em mm. Os elementos são barras de alumínio de 6 ou 6,3 mm de diâmetro.

As figuras seguintes, feitas com o MMANA, mostram respectivamente os diagramas de irradiação (para antena polarizada horizontalmente) e a sua ROE (SWR):

Foto da antena montada por Fabio PY4AJ:

OWA VHF de 8 elementos:

Ganho = 12,4 dBi (em espaço livre)

Comprimento total dos elementos em mm, feitos com barra redonda (ou tubo) de alumínio, de 6,3 mm de diâmetro:

R=1039 I=1004 D1=940 D2=923 D3=925 D4=920 D5=894 D6=843

Espaçamento dos elementos em mm, a partir do refletor R :

R=0 I=223 D1=342 D2=645 D3=1034 D4=1559 D5=2197 D6=2870

Comprimento total dos elementos em mm, feitos com tubos de alumínio, de 9,5 mm de diâmetro:

R=1032 I=998 D1=934 D2=916 D3=918 D4=914 D5=888 D6=838

Espaçamento dos elementos em mm, a partir do refletor R :

R=0 I=221 D1=340 D2=641 D3=1027 D4=1548 D5=2182 D6=2850

Comprimento total dos elementos em mm, feitos com tubos de alumínio, de 12,7 mm de diâmetro:

R=1024 I=990 D1=928 D2=928 D3=910 D4=912 d5=908 D6=882 D6=832

Espaçamento dos elementos em mm, a partir do refletor R :

R=0 I=220 D1=337 D2=636 D3=1020 D4=1538 D5=2167 D6=2831

Resultados da simulação e otimização no MMANA (arquivo maa aqui), polarização vertical, elementos com 6,3mm de diâmetro :

Esta ultima figura mostra também o resultado da medição da ROE da antena, feita com um wattímetro direcional Bird. A medição do ganho, feita com um atenuador de precisão da HP, resultou em 10 dB em relação a um dipolo na mesma altura e com o mesmo cabo, (10 dBd) o que confirma os 12,4 dBi calculados.

Efeito do boom sobre o comprimento dos elementos que o atravessam e que estão em contato elétrico nos pontos de passagem nas paredes do boom:

As medidas e a simulação acima consideram os elementos isolados do boom (ou boom isolante) (exceto a medida real da ROE). Mas, efetuando os cálculos publicados por Guy Fletcher VK2KU na QEX, concluímos que no caso desta antena, com boom de 25,4 mm e elementos de 6,3 mm, o refletor deveria ser aumentado em 12 mm. Os demais elementos sofrem um aumento que vai de 11mm a 8 mm, do radiador ao diretor 6.

Mas, e considerando que:

- a OWA tem uma banda muito maior que os 4 MHz em VHF

- a OWA apresenta uma típica e rápida subida da ROE no limite superior,

- o efeito do boom é encurtar eletricamente os elementos (desloca a banda para cima),

resolvemos não aplicar esta correção. Pois assim a curva da ROE da antena sobe um pouco em freqüência, deslocando esta subida da ROE para fora da faixa dos 2 metros, como ficou comprovado nas medidas efetuadas, e mostradas no gráfico seguinte. Mais um ponto a favor da OWA !:

A seguir algumas fotos de uma realização pratica desta antena, feita pelo nosso colega Vespasiano ZZ4VAS (o artista nas fotos). Esse projeto permite que a antena seja facilmente desmontada e dobrada, para operação portátil. A primeira mostra o ZZ4VAS desdobrando o boom, que é articulado com duas dobradiças. No chão estão os elementos e um suporte de madeira (para não interferir na antena) que será fixado no boom e encaixado no cano de metal usado para suportar a antena:

Do lado oposto as dobradiças, detalhe do sistema de travamento:

Detalhes do isolador e suporte do elemento radiante (dipolo aberto), com os bornes de fixação do cabo coaxial, antes e depois de fixado ao boom:

Detalhe da fixação dos elementos, que tem dois pequenos sulcos, separados pela largura do boom, no caso 26 mm, onde se encaixam as presilhas flexiveis de arame de aço, uma de cada lado do boom:

Agora só falta montar o ultimo diretor :

A antena pronta para fazer DX :

OWA compacta de 6 elementos para UHF:

Ganho 10,2 dBi em espaço livre. Elementos de 2,34 mm de diâmetro.

Comprimento total dos elementos em mm, feitos com vareta de solda amarela, de 2,34 mm de diâmetro:

R=346 I=336 D1=316 D2=308 D3=308 D4=296

Espaçamento dos elementos em mm, a partir do refletor R :

R=0 I=88 D1=125 D2=225 D3=323 D4=469

Comprimento total dos elementos em mm, feitos com vareta ou tubo de alumínio, de 6,35 mm de diâmetro:

R=335 I=350 D1=314 D2=299 D3=302 D4=294

Espaçamento dos elementos em mm, a partir do refletor R :

R=0 I=117 D1=161 D2=257 D3=362 D4=512

Resultados da simulação e otimização no MMANA (arquivo maa aqui), polarização vertical :

Vejam foto da antena aqui

OWA de 6 elementos para UHF:

Ganho 11,6 dBi em espaço livre. Elementos de 11 mm de diâmetro.

Esta antena é um pouco maior que a anterior (boom de 88 cm em vez de 47 cm), mas tem também um ganho ligeiramente maior. Outra diferença é o diâmetro dos elementos: 11 mm.

Comprimento total dos elementos em mm, feitos com tubos de aluminio, de 11 mm de diâmetro:

R=332 I=313 D1=286 D2=280 D3=269 D4=249

Espaçamento dos elementos em mm, a partir do refletor R :

R=0 I=173 D1=266 D2=429 D3=649 D4=880

Resultados da simulação e otimização no MMANA (arquivo maa aqui), polarização vertical :

Na foto seguinte, pode ser vista a antena, montada no mesmo boom de uma OWA VHF de 4 elementos.

ZBZ46BL : antena especial para satélites:

Foto da antena ZBZ46BL, montada por Arnaldo PY4BL, que consiste de uma OWA UHF de 6 elementos e 11,6 dBi, montada no mesmo boom de uma OWA de 4 elementos VHF com 8,7 dBi, descritas anteriormente. Ambas são feitas com tubos de alumínio de 11 mm de diâmetro. A elevação foi fixada em 45 graus, azimute variável, e permitiu ótimos contatos via satélites:

Cada antena tem um cabo independente, e os dois são ligados a um diplexador, para utilização em equipamento V/U com apenas um conector. Caso o equipamento tenha conectores separados parar V e U, o diplexador não precisa ser usado.

Um detalhe IMPORTANTE ! Em UHF, é preciso fazer conexões muito curtas, como mostra a foto seguinte:

Antena para satélites 4 el. VHF e 6 el. UHF diam.=9,5 mm

Ganho: 9,6 dBi em VHF e 11,3 dBi em UHF com boom de 1 metro.

Esta é a minha mais recente antena para satélites (janeiro 2009). Ela é constituída de 2 antenas OWA montadas a 90 graus no mesmo boom quadrado de alumínio com 19 mm de lado. Os elementos são tubos de alumínio de 9,5 mm de diâmetro.

Detalhes das conexões diretas no cabo RGC 58 (evita perdas no conector), impermeabilizado com araldite:

Características da antena de VHF:

Características da antena de UHF:

Medidas:

Comprimento total dos elementos em mm, tubo de alumínio de 9,5 mm de diâmetro, parte VHF:

R=996 I=969 D1=916 D2=897

Espaçamento dos elementos em mm, a partir do refletor R :

R=0 I=229 D1=444 D2=944

Comprimento total dos elementos em mm, tubos de alumínio de 9,5 mm de diâmetro, parte UHF:

R=336 I=317 D1=290 D2=284 D3=272 D4=252

Espaçamento dos elementos em mm, a partir do refletor R :

R=0 I=175 D1=271 D2=435 D3=658 D4=892

Simplesmente por razões mecânicas, para que um elemento não cruze com outro no mesmo lugar (e como pode ser visto nas fotos anteriores), a antena de UHF tem o seu refletor 94 mm na frente do refletor da antena de VHF. Assim, os radiadores ficam separados de 40 mm (o de UHF na frente do de VHF), e os diretores da frente separados por 42 mm, sendo o de UHF (D4) na frente do de VHF (D2).

Arquivos para o MMANA : antena VHF e antena UHF

OWA UHF de 7 elementos de 3,2 mm de diâmetro, 12 dBi de ganho:

OWA VHF de 4 elementos de 3,2 mm de diâmetro e 9,5 dBi de ganho:

OWA UHF de 8 elementos :

Ganho 13,1 dBi , elementos com 12,7 mm de diâmetro, boom de 1,40 metros, quadrado de 25 mm de lado. A esquerda na foto seguinte, o refletor R, seguido do radiador I (isolado) e da seqüência de diretores, D1 a D6, que como R, estão atravessando o boom, sem isolação.

As medidas da antena são as seguintes, apos um ajuste fino:

Comprimento total (ponta a ponta) dos elementos em mm, feitos com tubos de alumínio, de 12,7 mm de diâmetro:

R=344 I=310 D1=287 D2=277 D3=277 D4=267 D5=260 D6=253

Espaçamento dos elementos em mm, a partir do refletor R :

R=0 I=165 D1=253 D2=412 D3=635 D4=865 D5=1111 D6=1357

Detalhes do conector e isolador do radiador. Observe as conexões curtas e de baixa indutância (chapa e fita metálica). Há um espaço de 2,5mm do inicio de cada metade do radiador e o boom. Como o radiador tem 310mm de ponta a ponta, cada metade tem (310-25-2,5-2,5)/2=140mm de comprimento :

Essa realmente é banda larga ! ROE (SWR) abaixo de 1,1 de 428 a 445 MHz :

Diagramas de radiação, com a antena em polarização horizontal. Para polarização vertical, é só trocar os dois diagramas :

O arquivo para simulação no MMANA está aqui.

Nas fotos seguintes, estou instalando a antena na torre de telecomunicações do Gleuder PU4GSV (ou será da NASA ?), sob a supervisão dele e de sua mãe Dona Marlene :