Sua Primeira Antena – o Dipolo de Meia-Onda

A primeira escolha de antena para muitos radioamadores é um dipolo de meia-onda. Mas não se engane – só porque eles são fáceis de fazer não significa que não funcionem bem. Na verdade, um dipolo de meia-onda frequentemente supera muitas antenas comerciais multibanda de qualidade inferior.

Dipolos de meia-onda são fáceis de instalar e erguer e não têm tanta probabilidade quanto fios alimentados pela extremidade (end-fed) de gerar problemas de EMC/interferência.

Como o nome sugere, um dipolo tem dois “polos” ou seções no elemento radiante. Em sua forma mais comum, ele possui um comprimento de meia onda no valor da frequência de operação.

Fig. 1 – Distribuição de corrente e tensão em um dipolo de meia-onda

Esta é sua ressonância fundamental e, observando as formas de onda de tensão e corrente (Fig. 1), pode-se ver que a tensão está em um mínimo no centro, enquanto a corrente está em um máximo.

Ao alimentar a antena nesse ponto, obtém-se uma alimentação de baixa impedância e um bom casamento com o cabo coaxial. Normalmente utiliza-se coaxial de 50 ohms, como RG213 ou RG58, pois isso proporciona um casamento razoável.

O dipolo, quando montado horizontalmente, irradia a maior parte de sua potência em ângulo reto em relação ao eixo do fio.

Dessa forma, pode ser possível orientar a antena para “disparar” na direção onde se deseja a maioria dos contatos, embora as dimensões do seu terreno sejam mais propensas a determinar o que é possível.

Também é possível operar a antena em uma frequência na qual seu comprimento seja de três meias-ondas, ou qualquer múltiplo ímpar de meia-onda.

Isso permite que um dipolo seja usado em mais de uma faixa de frequência. Por exemplo, um dipolo de meia-onda cortado para operar em 40 metros (7 MHz) também funcionará como um dipolo de três meias-ondas em 15 metros (21 MHz), embora a SWR seja um pouco mais alta.

Dipolos de meia-onda usados em qualquer frequência diferente de sua frequência fundamental de operação, ou de qualquer múltiplo ímpar desta, funcionarão, mas será necessário usar um acoplador (ATU). Um dipolo usado dessa maneira dificilmente será muito eficiente e esse tipo de operação deve ser evitado.

Construção do dipolo

Um dipolo é bastante fácil de construir. Pode-se pensar que o comprimento de um dipolo de meia-onda seja o mesmo que meia onda do sinal no espaço livre, mas isso não é exatamente o caso. Diversos efeitos, incluindo o fator de velocidade do fio, a relação comprimento/diâmetro do fio usado no elemento radiante e os efeitos capacitivos nas extremidades, fazem com que o comprimento real necessário seja um pouco menor.

Sem o efeito das extremidades, o comprimento de um dipolo poderia ser calculado pela fórmula:

comprimento (metros) = 150 / f, onde f é a frequência em MHz.

Considerando os efeitos de encurtamento, o comprimento pode ser aproximado pela fórmula:

Comprimento (metros) = 143 / f (MHz)

Os comprimentos calculados a partir dessa fórmula devem ser considerados apenas como valores aproximados – o ideal é cortar o fio um pouco mais longo que isso e depois torcer a ponta do fio sobre si mesma para obter o melhor casamento.

Existem diversas calculadoras online para auxilar a dimensionar sua antena dipolo, uma rápida consulta ao Google permitirá encontrar algumas delas.

Para uma estação transmissora, uma das maneiras mais fáceis é monitorar a potência refletida em um medidor de relação de onda estacionária de tensão, ou VSWR.

Se a operação for testada em diferentes pontos da faixa (tomando cuidado para não causar interferência), será observado que o VSWR é mais alto em alguns pontos do que em outros.

Fig. 2: Gráfico típico de VSWR para um dipolo de meia-onda

Pode-se então fazer um gráfico que deve se parecer com a Fig. 2. O comprimento da antena deve ser ajustado para proporcionar o menor nível geral nas áreas de interesse da faixa. Por exemplo, se a operação estiver prevista para a seção SSB no meio da faixa, o ponto mínimo pode ser ajustado para ocorrer nessa seção, mantendo ainda um nível aceitável nas outras partes da faixa.

Se o ponto mínimo de VSWR ocorrer em uma frequência muito baixa, o comprimento da antena pode ser reduzido.

Se ocorrer em uma frequência muito alta, significa que a antena está curta demais e precisa ser alongada de alguma forma. Colocar fio de volta não é nem de longe tão fácil quanto retirar um pouco de fio!

Analisadores de antena também podem ser utilizados, e eles podem fornecer uma indicação melhor do funcionamento de uma antena.

Dicas de construção

É fácil construir um dipolo. Basicamente, ele é simplesmente um comprimento de fio de meia onda cortado no meio.

Normalmente ele pode ser montado de forma semelhante à Fig. 3. Embora esse possa ser o tipo de instalação “padrão”, raramente é possível fazer uma instalação exatamente assim, e é aceitável adaptá-la às condições do local.

Pode ser necessário dobrar um pouco o fio ou deixá-lo inclinado, por exemplo. Essas variações afetarão o padrão de radiação em algum grau, mas para a operação prática provavelmente farão pouca diferença.

Fig. 3: Uma instalação típica de antena dipolo

Outros pontos importantes a observar são as formas de fixar as extremidades do fio e também de conectar o cabo alimentador ao centro da antena.

Idealmente, isoladores devem ser usados nas extremidades, pois esses pontos estão em um nível de alta tensão. Pequenos isoladores do tipo “ovo” (Fig. 4) são ideais e podem ser comprados por preços relativamente baixos em fornecedores especializados em antenas.

Os isoladores do tipo ovo têm a vantagem de que, caso se quebrem por algum motivo, eles se soltam, mas o fio e a corda de fixação permanecem entrelaçados, o que significa que a antena não irá desabar.

O cabo alimentador pode ser conectado ao centro da antena de várias maneiras. Peças centrais específicas para dipolos podem ser compradas. Outra alternativa é usar um isolador ranhurado ou do tipo “dogbone”.

Também é necessário lembrar de vedar a extremidade do cabo coaxial para impedir a entrada de umidade. Caso a umidade entre, as perdas aumentam consideravelmente, tornando o cabo coaxial praticamente inutilizável.

Também vale a pena tentar garantir que a extremidade do coaxial fique apontada para baixo, para evitar a entrada de umidade, mesmo que esteja vedada.

Fig. 4: Isoladores de antena: (a) isolador tipo ovo, (b) isolador ranhurado ou “dogbone”, usado aqui como peça central de dipolo

O cabo alimentador pode ser relativamente pesado e, por isso, às vezes é conveniente fixar o coaxial a um ponto adequado para evitar que muito peso fique pendurado no centro da antena. Isso também destaca outro ponto importante: sempre que possível, deve-se usar fio de cobre rígido (hard drawn copper). O cobre possui baixa resistência e seu uso resulta em menores perdas resistivas, porém o fio de cobre comum pode se esticar e, com o tempo, acabar ficando alguns pontos percentuais mais longo.

Um dipolo é o que se chama de uma antena balanceada. Em um mundo ideal, um balun deveria ser usado com o cabo coaxial (que é desbalanceado) para fazer a transição entre sistemas balanceados e desbalanceados.

O uso de um balun impedirá que o coaxial irradie potência ou capte ruído. Em muitas situações práticas é possível operar o dipolo satisfatoriamente sem ele, mas pode haver um risco ligeiramente maior de interferência se ele não for utilizado. Baluns simples podem ser comprados de fornecedores de antenas ou fabricados manualmente.

Dipolos Invertido-V

A radiação máxima de um dipolo ocorre no centro. Assim, essa é a parte mais importante da antena a ser mantida o mais alta possível.

Somado ao fato de que, em muitas situações, só é possível ter um único mastro alto ou ponto elevado para a antena, isso frequentemente torna o dipolo invertido-V (Fig. 5) uma escolha ideal.

A antena é basicamente um dipolo comum, mas em vez de mantê-lo horizontal, utiliza-se um único mastro ou ponto de fixação no centro, e as duas metades do dipolo são inclinadas para baixo, afastando-se do mastro central.

Fig. 5: Um dipolo invertido-V

Embora isso altere o padrão de radiação, tornando-o quase omnidirecional, seu funcionamento básico permanece o mesmo. Devido à sua praticidade e às vantagens operacionais, esse tipo de antena é amplamente utilizado e é o preferido de muitos operadores.

O principal ponto a observar ao instalar um dipolo é que as extremidades mais baixas da antena devem ficar fora do alcance das pessoas.

As pontas da antena terão alta tensão quando usadas para transmissão, e a instalação deve ser feita de forma que não seja possível tocá-las. Além disso, se as extremidades ficarem muito baixas, podem ocorrer perdas para o solo — mantenha-as a pelo menos três metros de altura, se possível.

As cordas de fixação também devem ser instaladas de forma que as pessoas não possam tropeçar ou esbarrar nelas. Uma árvore ou arbusto bem localizado pode ajudar a resolver esse problema.

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Esse artigo foi publicado originalmente, em inglês, no site da
RSGB - Radio Society of Great Britain (rsgb.org)
e pode ser acessado clicando aqui

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