Testando dois tipos de antenas “KAZ”

16 04 2011

John H. Bryant

Fiquei realmente excitado quando o veterano dexista de OM Neil Kazaross começou a usar o software para modelagem de antenas EZNEC para otimizar vários tipos de loop de tamanho grande para uso no dexismo de OM. Até onde sei, a maioria dos trabalhos anteriores feitos com K9AYs, etc, foram otimizados para a faixa de radioamadores de 160 metros.

O primeiro projeto que Neil de fato construiu foi o que chamava de “loop compacta”. Este projeto, com uma “aparente razão” de 1 para 4 era um que o software de modelagem mostrou para rejeitar a chegada de sinais de baixo ângulo a partir de sua parte traseira melhor até que a clássica equilateral trapézio/delta. As dimensões da loop foram de 10’ de altura por 40’ de comprimento. Por conveniência passei a me referir a esta antena como “KAZ-10×4” ou apenas como KAZ.

Naquela ocasião eu já utilizava a antena loop quádrupla K9AY há dois anos, ambas em minha em residência em Oklahoma e em minha cabana de veraneio na Ilha Orcas, ao norte de Seattle. Eu estava interessado em encontrar uma antena que fosse melhor que a K9AY para ambas localidades. Em Oklahoma eu captava emissoras mexicanas de OM e minha primeira preocupação era a de rejeitar os sinais indesejáveis co-canais. Ganho não é tão importante, uma vez que os níveis de sinal em geral são muito bons nas primeiras melhores horas para o Dexismo. No noroeste do Pacífico, meu principal interesse era o Dexismo de sinais Trans-Pacífico em OM. Lá, ganho é o mais importante, uma vez que a maioria daqueles fracos sinais estavam quase sempre sozinhos entre os canais de 10 kHz das emissoras norteamericanas uma vez que as condições de recepção Trans-Pacífico são frequentemente e extraordinariamente propícias.

Já tinha testado várias antenas durante anos, como a famosa Lowfer, de Bill Bowers. Ela foi concebida tendo como base o uso de equipamentos de laboratório de alto nível. Nós acabamos chegando a conclusão de que é impossível medir a relação frente/costas de uma antena para OM. Nós geralmente trabalhávamos ao redor do meio-dia para eliminar o máximo possível sinais provenientes de saltos ionosféricos, porém, acabamos tendo grande dificuldade para encontrar emissoras que estivessem totalmente sozinhas em suas frequências para usar em nossos testes. Até quando parecia não haver nenhuma emissora a antena ainda se mostrava suscetível a receber vários sinais fracos e desta forma preenchendo as regiões sem sinais e reduzindo a relação frente/costas medida significativamente em cima do valor absoluto determinado pela configuração da antena. Chegamos a conclusão que fazendo testes comparativos em direções A/B entre duas ou mais antenas simultaneamente elas tendiam a nos dar uma idéia maior sobre qual antena possui melhor rendimento. Já que minha semi-permanente K9AY está em uma pastagem com bastante área livre, decidi tentar ambos métodos de teste.

Minha K9AY é uma cássica delta equilateral com 28 pés de lado e com o fio mais baixo a 1,5 pés acima do solo. Minha KAZ 10×40 foi montada com um tubo de plástico ABS, com seu ponto mais baixo a 11 pés e o fio mais baixo  (40 pés) estando em torno de 1 pé acima da terra. A KAZ 10×40 foi construída com várias voltas de fio 12 e tendo em seu final uma resistência de 885 ohms. O transformador de impedância foi enrolado em um núcleo Amidon FT-114-43 (10 e 44 voltas). As duas terminações foram ligadas a antena com pinos banana para que pudessem ser trocadas sem necessariamente mover a loop. O cabo coaxial chegava ao meu shack em um ponto onde pudesse fazer a troca simultânea entre a K9AY e a KAZ. A intensidade dos sinais foi medida com meu Ten-Tec 340 que possui um S-meter que é calibrado em –dBM assim como as unidades S.

Para o teste inicial selecionei 10 emissoras localizadas a sudoeste de Oklahoma ou nas proximidades nordeste. Estas emissoras estavam no final da faixa e ficavam geralmente em uma linha direta diagonalmente através do estado comigo no meio. Elas foram direcionadas para a linha diagonal inferior esquerda.

Os dois últimos testes foram feitos com uso do S-meter e não consegui encontrar diferença “de ouvido” entre as duas antenas com relação a intensidade dos sinais.

A “Super KAZ”

Após ver o desenho que está na primeira metade deste artigo, o guru das antenas K6SE nos alertou que o ganho não é realmente o mais importante para uma antena de recepção e sim que a escuta de um sinal depende mais diretamente da relação sinal-ruído do que o ganho absoluto. Existe uma velha crença que diz “se você puder ouvir com certa qualidade o ruído básico de uma determinada faixa, ouvirá qualquer sinal que seja capaz de sobrepor aquele ruído com qualidade até melhor”. Naturalmente isso é verdadeiro. Porém, minha experiência mostrou que existem ocasiões em que é possível perceber que o ganho absoluto de uma antena é um fator limitador. Estas ocasiões podem surgir quando você estiver escutando uma faixa bem silenciosa com um receptor silencioso. Desde que passei a usar o novo Ten-Tec 340 e que me tornei suficientemente afortunado para viver fora de uma região infestada de ruídos produzidos pelo homem (assim como uma grande pastagem!) estava muito interessado em descobrir se a KAZ 40’ possuía limitação de ganho de maneira significativa.

Cerca de uma  semana antes construí a “Super KAZ” na versão de 28’x112’ usando fio 22 com um fino mastro telescópico de fibra de vidro com 10 metros feito na Alemanha. Usando um fio de espessura bem menor Neil configurou a impedância para cerca de 1060 ohms. Acabei enrolando um novo transformador de impedância (50×10 voltas em num toróide Amidon FT-114-43) e aumentando a resistência final para 1057 ohms.

Enquanto testava a pequena KAZ ao meio dia notei a presença de vários sinais bem fracos vindos do sudoeste (o centro do ganho) aparentemente sozinhos em seus canais. Ademais, não surgiam sinais fortes nos canais adjacentes e minhas condições durante o dia em OM eram bem próximas do nível livre de ruídos. Então, esta parecia uma ótima oportunidade para que se apresentassem as condições que eu realmente aguardava: aqueles incríveis 90 minutos logo ao amanhecer quando (na zona litorânea de Washington) o ruído da faixa frequentemente baixa a um nível próximo do zero e todo o leste da Ásia se abre para o Dexismo de OM.

Quando o ganho não parece fazer diferença

Trabalhando por volta do meio dia captei seis estações que entravam com certo nível de áudio usando a KAZ 40’. Duas estavam localizadas no final da faixa, duas no meio e duas no início. Eu coloquei a KAZ adjacente no lugar da Super KAZ no meu chaveador de antena e iniciei as comparações. Em todos os casos, aparentemente a relação sinal-ruído era significativamente melhor do que na Super KAZ. Em outras palavras, o S-meter mostrava um sinal muito mais forte na Super KAZ. Tudo conforme esperado, mas havia um incremento muito significativo na qualidade do sinal. Todo ou quase todo o “ruído da faixa” deixava o sinal na Super KAZ. Fiz uma checagem total em todas as conexões e pensei muito sobre isso durante um bom tempo. Como a relação sinal-ruído básica de uma antena tem a ver com sua sensibilidade padrão e levando em conta que este padrão (mas não o ganho) da KAZ e a Super KAZ deveriam ser idênticos, a KAZ 40’ mostrava uma “limitação no ganho” abaixo das condições específicas testadas. Em outras palavras, o que eu estava ouvindo na KAZ 40’ não era o ruído da faixa, e sim muito mais do ruído de fundo do meu receptor! Adicionei em torno de 10dB em amplificação ao sinal da KAZ e atenuei o sinal da Super KAZ em torno desse valor; isso equalizou muito bem o ganho aparente das duas antenas. Conforme esperado, os sinais da KAZ se encontravam entre muito mais ruído do que os mesmos sinais quando recebidos com a Super KAZ.

Comparações finais de ganho

Para completar o estudo efetuei a comparação final de ganho entre todas as três antenas, novamente em torno do meio-dia. A K9AY é listada tanto no início como no final da tabela a seguir:

Comparações de ganho no período diurno
K9AY x KAZ x Super KAZ x K9AY

 Emissora  K9AY  Dif.  KAZ  Dif.  Super KAZ  Dif.  K9AY
   540 Monterrey   -93   11   -104   21   -83   10   -93
   930 Okla. City   -57   14   -71   22   -49   8   -57
  1050 Lawton   -92   20   -112   25   -87   5   -92
  1320 Clinton   -97   13   -110   20   -90   7   -97
  1460 El Reno   -84   17   -101   23   -78   6   -84
  1520 Okla. City   -56   14   -70   21   -49   7   -56
  Média     14     22     7  

A K9AY é um delta com aproximadamente 8,6 m; A KAZ tem aproximadamente 3,1 x 12,3 m; A Super KAZ tem aproximadamente 8,6 x 34,5 m

Também verifiquei novamente a relação frente/costas de cada antena KAZ novamente ao meio-dia usando a KGGF, Coffeyville/KS, 690 kHz como meu alvo. A esta hora foram obtidos 18 dB com a KAZ (tinha medido anteriormente 23) enquanto na Super KAZ foram obtidos 23 dB de F/C. As diferenças nas medições da KAZ 10×40 simplesmente reforçam os caprichos nas medidas da relação F/C em OM até mesmo ao meio-dia com uma emissora cuidadosamente selecionada. Tenho notado diferenças reais no dia-a-dia em situações de propagação no período diurno durante os picos solares. Suponho isso com base em minha recepção da emissora de Lamessa, Texas assim como notei a presença da XEWA em 540 kHz que chegava com bom nível de sinal ao meio-dia, algo muito incomum em minha localidade. O que o teste me mostrou foi que, sem dúvida alguma, a Super KAZ possui uma relação F/C no mínimo boa e provavelmente um pouco melhor que a KAZ, pelo menos da forma que as construi.

As relações F/C destas duas KAZ foram projetadas para serem idênticas, eu acho. Provavelmente também o resistor final da antena KAZ menor não esteja com seu valor correto. Neil calculou a diferença de ganho entre as duas versões da KAZ como 17 dB onde eu medi 23 dB, o que também serve como evidência de que a KAZ de tamanho menor não está operando em seu máximo nível.

Considerações finais

Embora eu pretenda efetuar mais testes com a Super KAZ bem como a KAZ no Nordeste do Pacífico neste verão, gostaria de colocar os seguintes itens :

1) A diretividade utilizável da KAZ de 40 pés é no mínimo boa e provavelmente um pouco melhor do que minha clássica K9AY tanto no início quanto no final da faixa. Estas são boas notícias, uma vez que a KAZ é uma antena bem menor/barata. Neil aventurou-se a projetar uma antena pequena como esta de 40 pés objetivando desenvolver uma antena que pudesse se erguida no quintal de uma casa na cidade, um telhado ou até mesmo em um grande sótão.

2) A clássica K9AY ultrapassa o ganho da KAZ de 40 pés em torno de 12 a 14 dB. Medi isso antes de ler um artigo de Andy Ikin que dizia o aumento da área da seção em cruz de uma loop por dois dê algo em torno de 12 dB de ganho. A área da KAZ-10×40 é de 200 pés e da K9AY é de 350 pés. Depois, ao calcular a diferença entre minhas duas antenas obtive 10 dB. É muito bom ver que as minhas medições e a teoria caminham bem próximo… isso me deixa mais confiante sobre o processo e modelos de previsão.

3) Levando em conta os altos níveis de sinal durante a noite, os 12 a 14 dB de diferença de ganho entre a K9AY a pequena KAZ quase nunca eram perceptíveis na recepção. Quando cobri o S-meter por um momento simplesmente não conseguia encontrar diferença entre as duas antenas a maior parte do tempo. Ocasionalmente, conforme discutido acima, a KAZ era realmente superior – devido a sua reduzida inclinação traseira. Me agrada também o fato de que esta pequena KAZ, uma verdadeira antena para “Dexistas urbanos”, possa estar no mesmo nível da K9AY para a todas a situações reais de Dexismo.

4) C*O*N*T*U*D*O ……….. No Nordeste do Pacífico, naquelas maravilhosas aberturas em ondas médias ao amanhecer, preciso de todo ganho que puder obter. A K9AY, assim como as Beverages, são incomparáveis nestas condições com seus 10 a 13 dB de amplificação. Realmente gosto mais do ganho natural da KAZ e a considero uma excelente concorrente da Beverage!

Obviamente, uma boa quantidade a mais de trabalho deverá ser feita para otimizar tanto a K9AY quanto a KAZ para o Dexismo de OM em várias partes dos EUA e outros países. As seguintes questões me vem a mente:

1) Por que a antena KAZ de menor tamanho não mostra “ganho limitado” nem mesmo no final da faixa de radiodifusão? Existe alguma teoria a respeito disso?

2) O que ocorre com uma K9AY quando a primeira vai para uma relação de 1 para 4 comparada com a KAZ? A única e inegável vantagem de configuração da K9AY é a facilidade na modificação do arranjo de suas loops.

3) Será acrescentado ganho extra a já excelente relação frontal-traseira fornecida pela Super KAZ de 37 metros para competir com as Beverages na Costa Oeste ao amanhecer? Sinceramente suspeito que não, embora a relação F/C possa realmente nos ajudar na escuta dos canais de emissoras Havaianas que são difíceis de se ouvir e emissoras Trans-Pacífico, onde os 9 kHz e 10 kHz por canal se alternam ritmicamente.

4) Me surpreendo como as duas KAZ dispostas em fase em torno de 15×60 e distanciadas em torno de 77 metros possam ocupar aquele espaço. Posso montá-las sem maiores problemas em minha pastagem em Okie.

5) Falando em disposição em fase, adquiri um dos novos faseadores Quantum produzidos por Gerry Thomas e eles são realmente ótimos a primeira vista. Posso rotineiramente e facilmente diminuir a menos de 45 dB de anulação a interferência local durante o dia. A operação noturna de qualquer faseador é muito mais do que uma arte, naturalmente. Enquanto eu estava testando a relação F/C das duas KAZ durante a recepção da KGGF faseei as duas sendo uma contra a outra enquanto cada uma delas era apontada diretamente contra a emissora. O valor total da relação F/C do conjunto foi de 55 dB! Isso representa um valor S-9 + 20 dB de sinal quase ao nível do ruído e com um lóbulo cardioide.

Neil Kazaross está trabalhando na modificação da delta K9SE e isso certamente mostrará o caminho para MUITAS outras antenas úteis para todos nós Bravo, Neil!

Artigo traduzido mediante autorização do autor. A publicação em qualquer outro meio é expressamente proibida.


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