Antena OSJ dual band VHF / UHF com um cabo só.

Antena J comum para VHF.

Antena OSJ para UHF.

 

Por PY4ZBZ  em 06-09-2005, atualizado em 11-02-2012

 

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 = Zo

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.

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.