Construir uma antena para a faixa de 2 metros nem sempre exige tubos complexos, sistemas elaborados de adaptação ou estruturas mecânicas difíceis de reproduzir. A antena Twin Delta, desenvolvida por Nikolay Kudryavchenko, indicativo UR0GT, apresenta uma solução interessante baseada em dois loops triangulares alimentados pelo mesmo ponto central.

O projeto foi publicado na edição número 018 da revista técnica AntenTop. A documentação apresenta as dimensões da antena, a alimentação por cabo coaxial de 50 ohms e simulações de impedância, relação de ondas estacionárias e diagrama de radiação. A publicação foi dedicada à memória de UR0GT, conhecido por seus projetos experimentais de antenas.

A simplicidade da construção torna a Twin Delta uma alternativa interessante para radioamadores que desejam experimentar uma antena de loop na faixa de 144 a 148 MHz.

O que é uma antena Twin Delta?

A Twin Delta é formada por dois loops triangulares de onda completa, posicionados verticalmente e unidos no ponto central de alimentação.

Visualmente, a antena se parece com dois triângulos colocados ponta com ponta:

• um triângulo fica acima do ponto de alimentação;
• outro triângulo fica abaixo;
• os dois são conectados aos mesmos terminais do cabo coaxial;
• o conjunto permanece no mesmo plano.

Cada triângulo possui aproximadamente uma onda elétrica de perímetro na faixa dos 2 metros. Os dois loops trabalham simultaneamente e são alimentados em paralelo.

Essa configuração ajuda a aproximar a impedância resultante dos 50 ohms utilizados pelos transceptores e cabos coaxiais modernos. Trata-se de uma interpretação elétrica da geometria apresentada no projeto, já que a documentação original informa que o cabo coaxial pode ser ligado diretamente à antena, sem transformador de impedância.

Medidas da Twin Delta para 2 metros

Cada loop triangular utiliza as seguintes dimensões:

O perímetro de cada triângulo é calculado da seguinte maneira:

70 + 67 + 67 = 204 centímetros

Uma onda no espaço livre, na frequência de 146 MHz, mede aproximadamente 205,3 centímetros. Portanto, o perímetro de 204 centímetros utilizado no projeto está muito próximo de uma onda completa no centro da faixa de 2 metros.

Essa relação explica por que cada triângulo pode funcionar como um loop ressonante para VHF. As dimensões reais, entretanto, podem variar ligeiramente por causa do diâmetro do condutor, da proximidade de estruturas metálicas, da altura de instalação e do tipo de suporte utilizado.

Materiais necessários

A construção pode ser realizada com materiais relativamente simples:

• aproximadamente 4,1 metros de fio ou tubo condutor;
• cabo coaxial de 50 ohms;
• conector compatível com o rádio ou sistema de descida;
• placa central de PVC, nylon, acrílico ou fibra;
• suportes isolantes para manter o formato dos triângulos;
• ferragens para fixação;
• material para impermeabilizar as conexões;
• ferrites para a instalação opcional de um choque de corrente.

A documentação informa que podem ser utilizados condutores com diâmetro entre 2 e 10 milímetros. Essa tolerância permite construir desde uma versão leve, com fio rígido, até uma estrutura permanente com tubos ou varetas metálicas.

Um condutor mais grosso normalmente oferece maior resistência mecânica e pode contribuir para uma resposta um pouco mais larga em frequência. Em contrapartida, aumenta o peso e exige uma estrutura de suporte mais robusta.

Como realizar a alimentação da antena

A alimentação é feita no encontro dos dois triângulos.

O condutor central do cabo coaxial deve ser ligado a um dos terminais da antena. A malha deve ser ligada ao terminal oposto. Cada terminal alimenta simultaneamente os lados correspondentes do triângulo superior e do triângulo inferior.

É importante evitar contato elétrico entre os dois terminais. Uma pequena placa isolante pode ser utilizada para manter a separação mecânica e sustentar o conector coaxial.

O projeto original afirma que a antena não exige dispositivo de simetrização ou transformador adicional. A alimentação é realizada diretamente com coaxial de 50 ohms.

Apesar disso, existe uma diferença entre transformação de impedância e controle de corrente de modo comum. Mesmo quando a impedância está próxima de 50 ohms, o cabo coaxial é uma linha desbalanceada alimentando uma estrutura geometricamente balanceada.

Por esse motivo, a instalação de um choque de corrente 1:1, feito com ferrites adequados para VHF, pode melhorar a repetibilidade das medições. O choque também ajuda a impedir que a parte externa da malha do coaxial participe do sistema irradiante.

Não se trata obrigatoriamente de um transformador de impedância. Sua função principal é reduzir correntes indesejadas no cabo.

Por que a Twin Delta apresenta uma faixa relativamente larga?

Uma antena de loop fechado pode apresentar comportamento mais estável do que elementos muito finos e eletricamente estreitos. Na Twin Delta, dois fatores contribuem para essa característica:

1. utilização de dois loops ressonantes ligados ao mesmo ponto;
2. possibilidade de empregar condutores com maior diâmetro.

A publicação descreve a antena como suficientemente larga em frequência para não exigir tolerâncias extremamente rígidas durante a construção. Isso não significa que qualquer medida funcionará perfeitamente, mas indica que pequenas diferenças mecânicas podem ser corrigidas durante o ajuste final.

Para operação em repetidoras, simplex e APRS, uma resposta relativamente ampla pode ser vantajosa. O operador não precisa construir uma antena excessivamente concentrada em uma única frequência.

Mesmo assim, a largura real dependerá da montagem. Uma antena instalada próxima de telhados, calhas, torres, cabos elétricos ou mastros metálicos poderá apresentar comportamento diferente daquele observado na simulação.

Impedância, ROE e simulação

O estudo publicado apresenta gráficos de:

• impedância de entrada;
• relação de ondas estacionárias;
• diagrama de diretividade.

A antena foi simulada instalada a aproximadamente sete metros acima do solo real. Portanto, os resultados apresentados não devem ser interpretados como valores universais para qualquer instalação.

Altura, condutividade do solo, posição do cabo, presença do mastro e estruturas próximas alteram a impedância e o diagrama de radiação.

Os gráficos do documento indicam qualitativamente uma adaptação compatível com a utilização de cabo de 50 ohms na região da faixa de 2 metros. Entretanto, o construtor deve confirmar o resultado em sua instalação com um analisador de antenas ou NanoVNA.

Uma ROE baixa, isoladamente, não garante o melhor rendimento. Também é importante observar:

• resistência no ponto de alimentação;
• componente reativa;
• frequência de ressonância;
• estabilidade da leitura ao movimentar o cabo;
• perdas na linha de transmissão;
• comportamento da antena na altura definitiva.

Se a leitura mudar muito quando o cabo é tocado ou deslocado, provavelmente existe corrente de modo comum na parte externa da malha.

Diagrama de radiação

Loops de onda completa instalados verticalmente normalmente irradiam com maior intensidade nas direções perpendiculares ao plano da antena. Nas laterais do loop, a intensidade tende a ser menor.

Como a Twin Delta utiliza dois loops posicionados verticalmente, existe uma interação semelhante à de elementos empilhados. A simulação apresentada pelo projeto mostra um comportamento direcional, mas não fornece uma promessa de ganho absoluto para todas as instalações.

Na prática, a antena pode ser orientada girando-se seu plano em direção às regiões ou estações de maior interesse. Para cobertura local em várias direções, será necessário avaliar se esse padrão atende à necessidade da estação.

A polarização e o formato efetivo dos lóbulos também devem ser verificados experimentalmente. Pequenas assimetrias mecânicas, a descida do coaxial e a proximidade do mastro podem modificar o comportamento previsto pela simulação.

Como construir e ajustar

A construção pode seguir esta sequência:

1. Corte os elementos

Prepare duas seções de 70 centímetros para as bases horizontais e quatro seções de 67 centímetros para os lados inclinados.

Caso seja possível realizar ajustes, deixe alguns milímetros adicionais antes da montagem definitiva.

2. Monte os dois triângulos

Forme um triângulo acima do ponto de alimentação e outro abaixo. Os dois devem permanecer alinhados no mesmo plano.

Mantenha a estrutura simétrica. Diferenças entre o lado esquerdo e o direito podem deslocar o ponto de alimentação e favorecer correntes indesejadas no coaxial.

3. Prepare o centro

Utilize uma placa isolante para sustentar os dois terminais. Ligue o condutor central do coaxial em um terminal e a malha no outro.

Impermeabilize a conexão somente depois dos primeiros testes.

4. Instale o choque de corrente

Coloque ferrites próprios para VHF junto ao ponto de alimentação. Essa medida não substitui o ajuste da antena, mas ajuda a evitar que o cabo altere as medições.

5. Faça a medição na posição definitiva

A Twin Delta deve ser medida próxima da altura, orientação e local em que será utilizada. Testes realizados no chão ou sobre uma bancada metálica podem apresentar resultados completamente diferentes.

Configure o NanoVNA para uma varredura entre aproximadamente 140 e 150 MHz. Observe onde ocorre a menor reatância e não somente o menor valor de ROE.

6. Corrija o comprimento

Quando a ressonância estiver abaixo da frequência desejada, reduza o comprimento dos elementos de maneira simétrica.

Quando estiver acima, será necessário aumentar o comprimento elétrico. Por isso, construir inicialmente com uma pequena margem facilita o ajuste.

Faça alterações pequenas. Em VHF, poucos milímetros já podem produzir mudanças perceptíveis.

Instalação no mastro

Sempre que possível, utilize um suporte não condutivo próximo à antena. Um mastro metálico muito próximo ou atravessando o plano dos loops pode modificar a impedância e distorcer o diagrama.

O cabo coaxial deve sair do ponto de alimentação sem acompanhar imediatamente um dos lados do triângulo. Conduza o cabo para trás do plano da antena e somente depois direcione-o ao mastro.

Para linhas longas, utilize cabo de baixa perda. Em 145 MHz, as perdas de cabos finos tornam-se relevantes, especialmente quando a estação trabalha com potência reduzida ou sinais fracos.

Antena de loop é protegida contra raios?

A publicação menciona que o formato fechado oferece alguma proteção contra eletricidade estática e descargas. Essa afirmação precisa ser interpretada com cuidado.

Um loop fechado pode oferecer continuidade em corrente contínua e reduzir o acúmulo de determinadas cargas estáticas. Entretanto, isso não transforma a antena em um sistema protegido contra descargas atmosféricas.

A Twin Delta não substitui:

• aterramento adequado;
• protetor contra surtos;
• equipotencialização;
• projeto de proteção contra descargas atmosféricas;
• desconexão do cabo durante tempestades.

Nenhuma antena instalada externamente deve ser considerada segura contra uma descarga direta apenas por possuir elementos eletricamente fechados.

Vale a pena construir a Twin Delta?

A Twin Delta reúne características interessantes para experimentação:

• construção relativamente simples;
• dimensões compactas para VHF;
• alimentação por coaxial de 50 ohms;
• estrutura de loop fechado;
• possibilidade de utilizar diferentes diâmetros de condutor;
• resposta potencialmente mais larga que projetos muito estreitos;
• comportamento direcional;
• facilidade de simulação e ajuste com NanoVNA.

Seu principal valor está na combinação de simplicidade mecânica e princípio elétrico interessante. O projeto também permite investigar na prática como dois loops de onda completa, alimentados em paralelo, interagem na faixa de 2 metros.

Os resultados finais dependerão da qualidade da construção, do controle das correntes no coaxial, da altura e do ambiente de instalação. Por isso, a Twin Delta deve ser tratada como um projeto experimental que merece ser medido e documentado.

Para o radioamador que gosta de construir suas próprias antenas, comparar simulações e realizar testes de campo, esse modelo oferece uma excelente oportunidade de aprendizado.

Crédito do projeto original: Nikolay Kudryavchenko, UR0GT. Publicado pela AntenTop na edição 018, páginas 67 e 68

http://www.antentop.org/018/files/twin_delta_018.pdf