164 PROFESSOR ANGELO ANTONIO LEITHOLD

INSTITUTO DE AERONÁUTICA E ESPAÇOCAMPUS DE PESQUISAS GEOFÍSICAS MAJOR EDSEL DE FREITAS COUTINHONOTAS DE AULA - BIBLIOGRAFIA - ASTROFÍSICA - RADIOCIÊNCIA ANTENA LONG WIRE E BEVERAGEANTENA FIO LONGO (LONG WIRE) está licenciado sob CC BY-NC-ND 4.0 © 1 por PROFESSOR ANGELO ANTONIO LEITHOLD

SUMÁRIO

ÍNDICE

A presente publicação faz parte das notas de aula ''Fundamentos de propagação de rádio'' datilografada em 1978 e apresentada na Escola Técnica Federal do Paraná em 1979. Foi complementada em 1987 e o formalismo matemático mais rigoroso foi inserido 1990. O trabalho digitalizado foi publicado no Hpg.IG em 1998 no endereço http://www.angeloleithold.hpg.ig.com.br/ciencia _e_educacao/9/index_int_4.html. Foi elaborada uma cópia de segurança e publicada no Yahoo-Geocities em 2004 no endereço http://br.geocities.com/angeloleithold/teoriaantena.html. Em maio de 2011 o Hpg.IG foi descontinuado, a cópia salva foi migrada para o presente endereço em junho de 2011:http://web.archive.org/web/20071112182438/http://br.geocities.com/angeloleithold/teoriaantena.htmlhttp://web.archive.org/web/20060221225235/http://angeloleithold.vilabol.uol.com.br/py5aal.htmlhttp://web.archive.org/web/20071202135144/http://br.geocities.com/angeloleithold/py5aal.refletores.htmlhttp://www.angeloleithold.hpg.ig.com.br/ciencia_e_educacao/6/index_pri_1.htmlhttp://web.archive.org/web/20040914020247/http://www.angeloleithold.hpg.ig.com.br/ciencia_e_educacao/6/index_int_3.html

Long wire antenna VK6YSF, Long wire antenna, Long Wire Antenna 1:9 Balun for 3-50 MHz (by F4HWK) ARRL Radio Amateur Handbook 1981

#ProfessorAngeloAntonio#Leithold#py5aal Existem diferentes modos de análise das antenas long wire. São antenas longas, muitos as classificam como antenas ressonantes, quando na verdade elas podem ressonar em algumas frequências. Estas antenas, pelo fato de não ser ressonantes, geram harmônicos e espalham a RF para as redondezas da estação de rádio, assim, uma das inúmeras formas de resolver o problema do espalhamento é o uso de BALUN e muitas vezes sua conexão ao terra, além de bons antenna tuner. Também é possível fazer choques utilizando cabo coaxial. Os Baluns Magnéticos também de fácil construção flexibilizam o funcionamento destas antenas. Embora estas antenas não sejam ideais, são preferidas por muitos radioamadores pela possibilidade de funcionar em diversas frequências. Existe um erro ao associar ganho com sintonia, etc, não somente nas antenas longwire quanto nos sistemas irradiantes em geral. Também, com o passar dos anos, as antenas Long-Wire começaram a diferir da sua oribem, ou seja a antena Beverage.

#ProfessorAngeloAntonio#Leithold#py5aal Na verdade o que muda é a distribuição de correntes, logo a forma dos seus lóbulos. Sob alguns aspectos até se pode observar e medir um certo ganho sobre o dipolo, por exemplo, mas não em relação à antenas direcionais. As antenas long wire podem ter comportamentos semelhantes às rômbicas, mas é interessante observar que aquelas são ressonantes, enquanto as antenas longas não. Um dos pontos que suscita certa confusão é quanto a diretividade longitudinal e não transversal em algumas frequências. Em outras pode ter um comportamento semelhante aos dipolos. A antena Beverage inicialmente foi idealizada para ser receptora de fio longo, usada principalmente nas bandas de rádio de baixa e média frequência, inventada por Harold H. Beverage em 1921. Era usada por radioamadores para escuta, etc., em especial para DX e aplicações militares. Ela consiste de um fio horizontal de meio a vários comprimentos de onda ( dezenas de metros em HF até vários quilômetros para VLF). O fio é suspenso acima do solo, com a linha de alimentação para o receptor conectado a uma extremidade e a outra extremidade é conectada a um resistor de carga ligado à terra. A antena tem um padrão de radiação unidirecional com o lóbulo principal do padrão em um ângulo raso na extremidade terminada na Rc (Resistência de carga). Isso torna a Beverage ideal para recepção de transmissões de longa distância de sinais refletidos na Ionosfera. No entanto, é construída com o extremo longitudinal apontando para a localização do transmissor, pois ela tem excelente diretividade e uma largura de banda mais ampla do que as antenas ressonantes. Sua desvantagem é o tamanho físico, que exige uma área de terreno considerável. Existe outra limitação que ela não pode ser giratória, mas isso é facilmente resolvido usando várias antenas para fornecer ampla cobertura de azimute.

#ProfessorAngeloAntonio#Leithold#py5aal No caso da Long-Wire (é aqui que eu diferencio as duas formas de construção), pelo fato de irradiar muitos lóbulos em ângulos diferentes, ocorre a emissão nos sentidos horizontal e vertical, aparecendo assim uma complexidade nas suas conformações lobulares, o que causa confusão ao afirmar que as antenas longas podem ter maior ganho que antenas direcionais. Tanto na LW quanto na Beverage é recomendável o uso de baluns, (alguns colegas sugerem 9:1), o que, de certa forma pode ser substituído por um bom antenna tuner.

Cálculo:

Para fios 12 AWG ou 3,30 mm² :

L = 150 x ( n + 0,0673 ) / F (MHz)

Para fios maiores que 3,30 mm²

L = 150 x ( n + 0,0500 ) / F (MHz):

F = Freqüência em MHz

L = Comprimento do condutor

n = Número de meias ondas para a freqüência escolhida para trabalhar.

ANTENA BEVERAGE

#ProfessorAngeloAntonio#Leithold#py5aal A antena Beverage consiste em um fio horizontal de meio a vários comprimentos de onda, suspenso próximo ao solo com altura entre 3m a 6m, apontado na direção da fonte do sinal. No final, a linha esticada é terminada por um resistor de aterramento aproximadamente igual em valor à impedância característica da antena, considerada como uma linha de transmissão, geralmente 400 a 800 Ohms. Ela é conectada ao receptor por meio de um balun antenna tuner, para casar a linha com a impedância característica da antena. Ao contrário de outras antenas de fio, como antenas dipolo ou monopolo, que são ressonantes, a antena Beverage é não ressonante. Esta falta de ressonância deixa a largura de banda mais ampla do que as antenas ressonantes . Ela tem polarização vertical, mas ao contrário de outras antenas polarizadas verticalmente, ela fica suspensa perto do solo e requer alguma resistência no solo para funcionar, e se o solo for muito pobre, há necessidade de uma linha paralela que pode estar em contato com a superfície do solo e com diversos grampos conectando o arame ao solo. A antena depende da "inclinação da onda" para sua operação. Em frequências baixas e médias, a onda polarizada verticalmente viaja perto da superfície da terra, a condutividade do solo finita, então ocorre uma perda que faz com que a frente de onda "incline" em um determinado ângulo. O campo elétrico não é perpendicular ao solo, mas em ângulo, produzindo um componente de campo elétrico paralelo à superfície da Terra. Se um fio horizontal estiver suspenso próximo à Terra e aproximadamente paralelo à direção da onda, o campo elétrico gera uma corrente de RF propagando-se na mesma direção da frente de onda. As correntes de RF que viajam ao longo do fio adicionam fase e amplitude ao longo dele, produzindo uma intensidade máxima do sinal na extremidade da antena onde o receptor está conectado. O fio da antena e o solo sob ele podem ser considerados como uma linha de transmissão "com vazamento" que absorve a energia de RF, a velocidade de propagação na antena é menor que a velocidade da luz devido ao solo. A velocidade da frente de onda ao longo do fio também é menor que a velocidade da luz devido ao seu ângulo.

#ProfessorAngeloAntonio#Leithold#py5aal Em um certo ângulo θ max, as duas velocidades são iguais e o ganho da antena é máximo, então o padrão de radiação tem um lóbulo principal neste ângulo que dá à a antena um padrão de recepção unidirecional, porque os sinais de RF que chegam da outra direção, da extremidade receptora do fio, induzem correntes que se propagam em direção à extremidade terminada, onde são absorvidas pelo resistor de terminação.

#ProfessorAngeloAntonio#Leithold#py5aal A impedância da antena é igual à impedância característica do fio em relação ao terra, algo entre 400 e 800 ohms, dependendo da altura do fio. Normalmente, um comprimento de cabo coaxial de 50 ohms ou 75 ohms seria usado para conectar o receptor ao ponto final da antena. Um transformador compatível deve ser inserido entre qualquer linha de transmissão de baixa impedância e a impedância mais alta de 470 ohms da antena.

REFERÊNCIAS

Winder, Steve; Carr, Joe (2002). Newnes Radio and RF Engineering Pocket Book (3ª ed.). Newnes. pág. 4.ISBN 0080497470.

Basu, Dipak (2010). Dicionário de Física Pura e Aplicada (2ª ed.). CRC Press. pág .21.ISBN 978-1420050226.

Hille, K., DL1VU . Der Dipol in Theorie und Praxis [ O Dipolo, na Teoria e na Prática ] (em alemão).

Bodnar, Donald (1993). Definições Padrão IEEE de Termos para Antenas (Relatório). Nova Iorque, NY: Instituto de Engenheiros Elétricos e Eletrônicos . §2.102, página 10. ANSI/IEEE Std 145-1993 .

Rouse, Margaret (2003). "Antena dipolo" . Enciclopédia de TI online .

Balanis, Constantine A. (2011). Manual de Antena Moderna . John Wiley e Filhos. pp. 3 (§2–1), 164, 173.ISBN 978-111820975-2.

Stutzman, Warren; Thiele, Gary (1981).Teoria e Projeto de Antenas. John Wiley & Sons. pp. 212–220.ISBN 0-471-04458-X.

Stutzman, Warren L.; Thiele, Gary A. (2012). Teoria e Projeto de Antenas . John Wiley e Filhos. pp. 74–75 . ISBN 978-0470576649.

Kraus, JD, W8JK (1988).Antenas(2ª ed.). McGraw-Hill.ISBN 0-07-035422-7.

Silver, Samuel, org. (1949).Teoria e Projeto de Antena de Micro-ondas.Série Laboratório de Radiaçãodo MITBibcode:1949matd.book.....S.OCLC1062672–Reimpressão integral (1984) ISBN 978-086341017-8 .

"Diagrama de antena quadrante" . Comunicações de rádio da Marinha dos EUA - décadas de 1950 e 1960. Antenas de comunicação de estações costeiras da Marinha.

Amlaner, Charles J., Jr. (20–22 de março de 1979). "O projeto de antenas para uso em radiotelemetria" . Um Manual sobre Biotelemetria e Rastreamento de Rádio .

Conferência Internacional sobre Telemetria e Rastreamento de Rádio em Biologia e Medicina. Oxford, Reino Unido: Elsevier. p. 254. ISBN 9781483189314.

"Reflexões e razão de onda estacionária" . 8 de maio de 2007.

Poole, I., G3YWX . Antenas de fio práticas . 2.

Beezely, B., K6STI . "Baluns para 88–108 MHz" .

Holland, Ralph."Um balun 1:1 de modo de corrente com boa relação custo-benefício".rising.com.au.

Lee, Kai Fong (1984).Princípios da Teoria da Antena. John Wiley & Sons. pp. 29,42.ISBN 0-471-90167-9.

Caudron, F.; Ouslimani, A. (2011). "Comportamento caótico em limitadores frontais de receptores" . Progress in Electromagnetics Research Letters . 23 ( 19–28 ): 23–24 . doi : 10.2528/PIERL11020305 .

Terman, Frederick E.; Helliwell, Robert (1955). Rádio Eletrônico e Engenharia (4ª ed.). MacGraw-Hill. ISBN 978-0-07-085795-7.

Feynman, Richard. Leighton; Sands (orgs.). Aulas de Física de Feynman . Addison-Wesley.

Panofsky, W.; Phillips, M. Eletricidade e Magnetismo Clássicos . Addison-Wesley.

Orfanidis, Sophocles J. Electromagnetic Waves and Antennas (manuscrito de livro didático online). Universidade Rutgers . Arquivado do original em 20 de dezembro de 2008.

"Antenas lineares" (PDF) . stevens-tech.edu . Arquivado do original (PDF) em 7 de setembro de 2006.

"slides de antena asc" (PDF) . nt.hs-bremen.de . Arquivado do original (PDF) em 26 de setembro de 2007.

Fitzpatrick, Richard (2 de fevereiro de 2006). "O dipolo hertziano" . Radiação eletromagnética. farside.ph.utexas.edu (notas para um curso de física de nível intermediário). PHY 352K – Eletromagnetismo Clássico . Austin, TX: Universidade do Texas .

ARRL (21ª edição). Newington, CT: American Radio Relay League . 2007. ISBN 978-0-87259-987-1. Livros ARRL , catálogo nº 6133 .

Clássicos de antenas de arame da ARRL . Vol. 1. Newington, CT: American Radio Relay League . 2005. ISBN 0-87259-707-5. Livros da ARRL , catálogo nº 7075. Uma coleção dos melhores artigos das publicações da ARRL

Buchwald, JZ (c. 2002). Reflexões sobre Hertz e o Dipolo Hertziano (Relatório). MIT e Instituto Dibner. Arquivado do original em 26 de maio de 2005.

Ângelo Antônio Leithold é um professor e pesquisador brasileiro com uma sólida formação e atuação em diversas áreas da Física e ciências correlatas. Com titulação que inclui Mestrado e Doutorado em Física pela Universidade de São Paulo (USP) e Pós-doutorado em Astrofísica pela Universidade de Brasília (UnB), Leithold demonstra um amplo espectro de interesses e conhecimentos. Sua expertise abrange campos como: Astrofísica e Geofísica: Com destaque para seus estudos sobre a Anomalia Magnética do Atlântico Sul (AMAS), um tema de relevância para a propagação de ondas de rádio e o comportamento de satélites. Neurofísica: Explorando a interface entre a física e a neurociência, com foco em mecanismos de aprendizagem e neuroestimulação. Eletrônica: Desenvolvendo projetos na área de eletrônica, incluindo sistemas de comunicação e antenas, e atuando ativamente no radioamadorismo. Além de sua atuação acadêmica e de pesquisa, Ângelo Antônio Leithold também se dedica ao ensino e à divulgação científica. Ele utiliza plataformas como Google Sites e YouTube para compartilhar conhecimento e materiais didáticos, abordando temas que vão desde a termodinâmica para o ensino médio até discussões mais aprofundadas sobre fenômenos geofísicos e astronômicos. Sua participação em podcasts também evidencia seu interesse em tornar a ciência acessível a um público mais amplo. Seu trabalho reflete uma abordagem multidisciplinar, conectando diferentes ramos da física e explorando suas aplicações emS áreas tecnológicas e biológicas. Ângelo Antônio Leithold é um nome proeminente nos meios acadêmicos e de divulgação científica no Brasil, reconhecido por sua vasta atuação em diversas áreas da Física e por seu empenho em compartilhar conhecimento. Sua trajetória de vida e obra é marcada pela exploração de múltiplos campos do saber e pela dedicação ao ensino. Formação Acadêmica e Áreas de Expertise: A base de sua sólida carreira científica foi construída em instituições de renome. Angelo Antonio Leithold obteve seu Mestrado e Doutorado em Física pela Universidade de São Paulo (USP), consolidando seus conhecimentos em fundamentos teóricos e experimentais da área. Posteriormente, realizou Pós-doutorado em Astrofísica pela Universidade de Brasília (UnB), aprofundando sua pesquisa em fenômenos cósmicos. Essa formação diversificada o capacitou a atuar em frentes de pesquisa igualmente variadas, incluindo: Astrofísica e Geofísica: Um de seus principais focos de estudo tem sido a Anomalia Magnética do Atlântico Sul (AMAS), investigando seus efeitos na propagação de ondas de rádio e seu impacto em tecnologias espaciais e terrestres. Neurofísica: Demonstrando um interesse pela interdisciplinaridade, Leithold também se dedica ao estudo dos mecanismos físicos subjacentes aos processos cerebrais, como aprendizagem e neuroestimulação. Eletrônica e Radioamadorismo: Com conhecimento prático, ele desenvolve projetos em eletrônica, sistemas de comunicação e é um entusiasta do radioamadorismo, atividade na qual possui o indicativo PY5AAL. Carreira e Contribuições: Ao longo de sua carreira, Ângelo Antônio Leithold tem atuado como professor, compartilhando seu conhecimento com estudantes em diferentes níveis de ensino. Sua didática e paixão pela física são evidentes em seus materiais e aulas. Além da sala de aula, sua obra se estende à pesquisa, com publicações e estudos que contribuem para o avanço das áreas em que atua, especialmente no que tange à AMAS e seus efeitos. Divulgação Científica: UmP aspecto marcante da obra de Leithold é seu forte engajamento na divulgação científica. Ciente da importância de tornar a ciência acessível ao público em geral, ele utiliza diversas plataformas para disseminar conhecimento: Google Sites: Mantém páginas com vasto material didático, notas de aula e informações sobre seus projetos e pesquisas. YouTube: Em seu canal, disponibiliza vídeos com aulas, explicações sobre conceitos físicos e discussões sobre temas científicos atuais. Participação em Podcasts: Contribui ativamente em podcasts, levando discussões sobre física, geofísica e outros tópros de ciência a um público mais amplo de forma acessível ePcatractiva. Através de sua vida e obra, Ângelo Antônio Leithold se destaca como um educador e pesquisador comprometido em explorar asRfronteras do conhecimento e em1inspirar outros a2desvendar os mistérios do universo e do nosso planeta.