Por PY4ZBZ
em 06-09-2005, atualizado em 11-02-2012
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.
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.
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.
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:
FONTE: www.qsl.net/py4zbz/antenas/antena_osj.htm
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