quarta-feira, 16 de agosto de 2017

Circuitos Irradiante não ionizante

                                                                                                                                                                                                                                                                  De Ulisses Alves       


 É errado passar o cabo coaxial pelo campo magnético do dipolo, por que os  elétrons da malha do cabo coaxial são atraídos, distorcendo e absorvendo parte dos elétrons que formariam o campo magnético, enfraquecendo e distorcendo o campo magnético.
 A forma de passar o cabo coaxial fora do campo magnético é pela ponta do dipolo, conhecido como alimentação no ponto de maior tensão elétrica.


                                                                                                                                            PREFÁCIO 


 A grande maioria das pessoas, sequer imagina quanta pesquisa, quanta tecnologia e quanta dedicação estão em um simples apertar de um botão, de uma tecla ou ao acionar um potenciômetro.
 Para conseguirem dominar os “mistérios” da eletricidade e da eletrônica, precisaram de muita imaginação, inventividade, criatividade e técnica.
 Sem tais atributos, intrínsecos a estas profissões, seus objetivos jamais seriam atingidos.
 O destino tramou nossos primeiros encontros nos corredores da Universidade Federal de Uberlândia-MG, aí pelo ano de 2005, época em que Ulisses Ramos Alves-PY4 URA, foi meu aluno, no Curso Preparatório aos candidatos ao Radioamadorismo, funcionando no prédio da Engenharia Elétrica.
 Ulisses é um técnico admirável que domina completamente o campo da transmissão, recepção, mensuração, aperfeiçoando-se e atualizando-se constantemente, através de inúmeras experiências.  Embora por um breve período, foi um privilégio tê-lo como meu aluno. Fato este que só me trouxe motivo de grande satisfação e orgulho.
 Compartilhar conhecimentos técnicos e científicos tem muito a ver com a parábola bíblica das sementes. Agradeço cada dia de minha existência em ter escolhido a sagrada profissão de Professor-Educador, pois, além de poder transmitir aquilo que, modestamente conheço, mantenho contato constante com algo que, a meu ver, é a maior riqueza do Universo, ou seja, a mente humana!
 Que esta obra possa ser útil a todos que dela fizerem uso, e, que, de alguma forma, sirva para o desenvolvimento e aperfeiçoamento da eletrônica em geral.

                                                                                                                                  Prof. José Lahor Filho
                                                                                                                                    PY2 CLK\PY4 CLK

Depois de longo tempo, o PY4URA está em plena pungência como início na Av. Vicente Rizola, 990. Seu mestre não cansa de elogiá-lo. Os Circuitos Irradiantes não saem de sua mente. Espalham luz, força e som. Uma maravilha! Suas antenas espalham muita bondade. Isto para mim como pai é uma grandeza sem limite.
Um abraço com chuva de bênçãos dos céus.
                                                                                                                    Do pequeno paizinho: Coronel Zidelcy Alves


                                Eu Ulisses Ramos, agradeço a Deus por ter me escolhido para escrever este livro. Amém.
                                                                                                                                            PY4URA

                                                       
   

Na saída do circuito LPF, colocamos a tensão elétrica vinda da fonte de alimentação no inicio do condutor central do cabo coaxial, esta tensão excita os primeiros elétrons. A tensão elétrica da fonte de alimentação para ai. Os primeiros elétrons transferem seu SPIN para o elétron vizinho é para de girar, o vizinho faz o mesmo e depois para de girar. A partir dai, a tensão elétrica é a força magnética que um elétron faz ao outro, e a corrente elétrica é a quantidade de elétrons do SPIN girando no mesmo sentido e na mesma hora. A polaridade é o sentido do SPIN de cada elétron.
Na antena, esse movimento forma a onda que transporta metade da energia na forma de uma corrente elétrica, e a outra metade na forma de campo magnético criado ao redor do fio. O campo magnético acompanha a onda e se reveza com ela para conduzir a tensão elétrica.

- Reatância: Simbolizado por (Xc) é a oposição a passagem do fluxo de corrente continua através do capacitor.
- Reatância indutiva (Xl) é a oposição a passagem de corrente alternada através da bobina. A reatância é medida em  .
- O tanque final do transmissor, do cabo coaxial, da antena e do espaço tratando-se de RF, todos são indutivos e capacitivos, ou seja reativos, e todo circuito reativo tem seu valor dado em ohms. 

As formulas são para efeito comparativo entre a propagação eletromagnética no espaço, na antena, no cabo coaxial e no circuito de casamento de impedância LPF, Vejam que o processo é o mesmo.

- Observe a polarização " +   - " no desenho abaixo, para compreender os próximos textos.


- Porque impares de ½ λ: Em pares, teremos um semiciclo positivo e um negativo, sé auto cancelando, por isto NÃO devemos usar múltiplos PARES na medida do cabo coaxial e da antena.   
                              PAR NÃO                                                                         CABO COAXIAL IMPAR OK                                                               ANTENA IMPAR OK


                                                                                                                                              ANTENA

Quanto mais corrente elétrica na antena, maior será sua largura de faixa de operação. Conseguimos mais corrente elétrica fazendo um sistema de aterramento eficaz na antena através do elemento de ¼ λ  negativo da antena, é um elemento negativo de ¼ λ de contrapeso no conector de aterramento do transceptor. A finalidade do contrapeso é ser caminho de baixa impedância para a corrente elétrica “onda estacionaria” que circulam no shack de radio. Sem o contrapeso temos medidos em equipamento ligados diretamente ao transceptor, 30 KHz de transmissão ao redor da frequência de calculo. Com o contrapeso, temos 7 KHz de transmissão ao redor da frequência de calculo, o contrapeso soma este 23 KHz na transmissão contribuindo significantemente com a redução de interferência em equipamentos ao redor. Ao contrario, quanto mais indutiva for a antena, mais estreita será sua largura de faixa de operação.
O comprimento do contrapeso é de ¼ λ de onda da mesma frequência da antena tambem com fio groso isolado do solo  como fosse os refletores de uma antena plano terra. O aterramento influencia diretamente na melhoria da qualidade de áudio na transmissão, e na sensibilidade de recepção.

 Aterramento no solo, tem como finalidade proteção contra choque elétrico, não é sintonizado.

- A antena é um circuito LC em série na frequência de ressonância.

- A antena de ½ λ na frequência de ressonância é um resistor, com isto, podemos fazer ligação serie é paralelo entre antenas que estejam na mesma faze, do contrario, antenas em faze inversa cancela a outra proporcionalmente a quantidade de fase inversa.

- Toda antena pode ser instalada na vertical ou na horizontal. Isto influenciará na polarização, vertical ou horizontal. A antena receptora tem que estar na mesma polarização da antena transmissora.

- Toda antena pode ser usada em qualquer frequência. O limite deste uso, esta no tamanho mecânico que ficará a antena.

- A diferença do cálculo do cabo coaxial e da antena, está somente no VP “velocidade de propagação” do material com que será feita a antena é que é feito o cabo coaxial.

- A antena e um adaptador de impedância entre a saída do transmissor 50 e o espaço livre que tem 376,7Ω.

- Ao se deslocar a antena para alcançar a melhor sinal, na verdade estamos procurando a melhor posição dentro do campo elétrico da frequência. Os quadros aumentam de tamanho em frequências baixas, e diminui em frequências altas.

- Todas as antenas só acrescentam perdas no sistema, através da resistência do metal com que ela é feita etc. O ganho em antena vem de acumular mais campo eletromagnético em uma direção como mostra o desenho abaixo.




                                                                                            CONSTRUINDO O DIPOLO ALIMENTADO PELA PONTA

 O dipolo alimentado pela ponta, é fácil de instalar, não precisa de fios radiais plano terra, tem radiação de baixo ângulo, largura de faixa grande é de VSWR 1:0, tem grande imunidade a ruídos terrestres, tem maior galho do que a antena plano terra, é mais durável que a antena plano terra, discreta, tem menos ruído de carga estática.
 O dipolo alimentado pela ponta tem alta tenção é alta impedância em sua entrada, consequentemente baixa corrente elétrica, por este motivo não use BALUN.
E um projeto interessante pelo seu preço baixíssimo, facilidade de construção, precisa de pouquíssimo espaço para instalação, (pelo menos ¼ λ ou múltiplos impares ao redor).
 Este modelo é conhecido como SLIM JIM (Magro Jota Integrated Matching) é composto por dois dipolo em paralelo alimentados pela ponta, que são dois imãs em paralelo é de mesma polaridade sé repelindo, motivo este, alterando o lóbulo, deixando-a mais diretiva.

 Seu lóbulo, trabalha no melhor angulo para longas distancias. 20º
 Tem resistência de radiação de 376,7Ω que é a impedância o espaço livre, tendo um casamento próximo do perfeito entre a estação transmissora com a estação receptora.



Projeto dois: para as faixas de SHF.

Guia de onda.

 É um mono polo afastado ¼ λ do refletor que é o fundo do tubo, é múltiplos impares de ½ λ do mono polo para frente. O funil, para fazer o casamento de impedância da parte interna do guia de onda, com o espaço na transmissão é aumenta a sensibilidade na recepção.



     
                                                                                                                            LINHA DE TRANSMISSÃO

- Um cabo torna-se linha de transmissão quando tem o comprimento de multiplos impares de ½ λ.
- O cabo coaxial deveria ser um tubo de cobre para ficar bem vedado, mas para fazer curva e subir o cabo até o telhado seria inviável. Por isto é feito de malha de fios de cobre, é quanto mais vedado melhor. Motivo este, na compra do cabo coaxial verifique a porcentagem de blindagem da malha, 67%, 95% ou 97%, para evitar problemas em seu projeto.
- A velocidade da corrente elétrica no ar e de 300.000 kM por segundo, a velocidade da corrente elétrica no cabo coaxial é muito menor, por causa da resistência elétrica do metal com que é feito.
Para a corrente elétrica chegar a ½ λ tanto no ar como no cabo coaxial em um segundo, temos de diminuir o comprimento do cabo coaxial. Isto é conhecido como VP “velocidade de propagação’’, é dada em porcentagem.
Formula: 300 / FMHz / 2 x Vp x 01 ou 03 ou 05 etc, vezes um número ímpar que dê comprimento entre o transceptor é a antena. O valor VP se encontra na tabela.

Exemplo: MHz 28.480 e cabo coaxial RG-58: 300 / 28.480 / 2  x 0,66 = 3.47 metros ou x 3 = 10.42  metros ou x 5 = 17.38 metros etc.
Na escolha do cabo coaxial, não esqueça de olhar a frequencia e potencia suportável.


- O comprimento elétrico do cabo coaxial é a parte coberta por malha. A parte escrita ANTENA já deve ser somada ou comprimento da antena.


- O cabo coaxial e a antena são circuitos elétricos, indutivo e capacitivo onde o capacitivo anula o indutivo e o indutivo anula o capacitivo e teremos o resultado puramente resistivo.      
A formula Z= √ Ze * Zs é apropriada para casamento de impedância, é não para alimentação entre transceptor e a antena, por ser altamente dependente dos valores da saída do transceptor, do cabo coaxial e da antena, qualquer um destes parâmetro que variar, a impedância terá um impacto muito grande no resultado final.
Ex: saída do transceptor 50Ω e antena entrada de 50Ω, teremos Z = √ 50 * 50 = 50 ou seja, o comprimento de ¼ λ e seus múltiplos impares, podem ser usados entre a saída do transceptor e a entrada da antena. Más se a saída do transceptor for de 50Ω e a entrada da antena for de 120Ω, teremos Z = √ 50 * 120 = 77,45 ou seja, o comprimento de ¼ λ e seus múltiplos impares de um cabo coaxial de 77,45Ω, casa perfeitamente o transceptor a antena.

Então, a formula baseada em ¼ λ é para transformação de impedância, e não apropriada para alimentação corriqueira entre transceptor antena, isto e feito com múltiplos impares de ½ λ onde na frequencia de ressonância, poderia ser usado um cabo coaxial de 75Ω entre um transceptor de saída 50Ω e uma antena 50Ω, porque ½ λ entrega na saída a mesma tenção de entrada, sem transformação.

- Por ser indutivo e capacitivo, o comprimento do cabo coaxial acima ou abaixo do comprimento da frequencia de calculo, altera a sua impedância, é começa a ter medida de tensão elétrica por ter corrente elétrica (SPIN) a ser cancelada gerando V.S.W.R.

Macete: para saber o que está acontecendo no conjunto cabo coaxial antena quando o resultado for acima de 1:1:
 _ Com somente o cabo coaxial ligado ao radio é o medidor de V.S.W.R com o ajuste da FWD  todo aberto, é minima potencia no transmissor, você tem que ter estacionaria 3:00, este valor mostrará que o cabo coaxial está com a medida correta que é múltiplos impares de ½ λ.
Este procedimento deve ser feito em um segundo, tempo suficiente somente para leitura, e te ajudar a separar se o problema está no cabo coaxial ou na antena.
_ Remonte o conjunto cabo coaxial antena. A partir da frequência que calculou a antena, suba uns 300 KHz, sé a medida da V.S.W.R abaixar, é por que a antena está menor que o comprimento que deveria ter na frequência calculada.
A baixe uns 300 KHz em referencia a frequência que calculou a antena, sé a medida da V.S.W.R abaixar, é por que a antena está maior que o comprimento que deveria ter na frequência calculada.
Ou ter um deste, para saber se o conjunto está indutivo ou capacitivo.


 Resumindo: Todo cabo coaxial e antena, são calculados para uma frequência. O aparecimento de ondas estacionaria é ocasionado por que o cabo coaxial e a antena vão ficando mais curtos em frequências mais baixas que foram calculados ficando eles capacitivos, ou ficando mais compridos em frequências mais altas que foram calculados ficando indutivos, saindo de ressonância que é resistiva é não consumindo a tensão elétrica criada pelo transceptor.


                                                                                                                   PROPAGAÇÃO ELETROMAGNÉTICA



As ondas eletromagnéticas da faixa do HF, para serem recebidas por estações distantes, precisam ser refletidas de volta para a terra, do contrário se perdem em linha reta no espaço, é as pessoas dirão "a propagação está ruim", ou seja, quando comunicamos em H.F com outros países, e por que a onda eletromagnética está presa na região da atmosfera terrestre.
Para serem refletidas de volta para a terra, é necessário que a ionosfera esteja com grande quantidade de elétrons livres, para eles se agruparem através da passagem dos raios solar e formem um refletor. Os elétrons do refletor excitados pela onda eletromagnética do transmissor em terra, oscilam e retransmite a onda eletromagnética na mesma frequência da onda eletromagnética do transmissor em terra, mas em outro ângulo.
Quem ioniza os átomos de hidrogênio que estão na ionosfera para criar os elétrons livres, é o sol, é com a rotação da terra, o sol ioniza camadas diferentes da ionosfera, variando a propagação da faixa de frequências eletromagnética das mais baixas até as mais altas e novamente até as mais baixas entre o amanhecer até o anoitecer.
No inverno a terra recebe menos luz solar, ficando operacional as faixas de onda eletromagnéticas de frequência baixa 160, 80 e 40 metros por serem predominantemente ondas terrestres.


As frequências eletromagnéticas de ondas terrestres, utilizam os átomos de hidrogênio da água do solo, para se propagarem.



As frequências eletromagnéticas de ondas diretas, utilizam os átomos de hidrogênio da água do ar, para se propagarem.

 Seja no solo, no ar ou a partir de 800 km de altitude em relação ao solo, a propagação da onda eletro magnética é através do átomo de HidrogênioNão existe outro elemento tão farto no universo quanto o hidrogênio, uma substância incolor e inodora com alto poder de combustão. Aproximadamente 7% da massa da Via Láctea, nossa galáxia, está na forma de hidrogênio interstelar. Desta forma poderemos dizer que o universo e um plasma de hidrogênio.



 Antigamente o considerado vácuo entre as estrelas, é na realidade uma região repleta de gases e de partículas. A matéria está espalhada na forma de hidrogênio super aquecido, e sua existência foi confirmada quando se descobriu seus efeitos de absorção seletiva sobre a luz das estrelas. O gás interestelar ocorre em nuvens discretas com dimensões de alguns anos-luz, a densidade do gás é da ordem de 10 átomos por cm3. Os gases neutros e ionizados mais abundantes são o hidrogênio e o hélio. Os gases ionizados aparecem, principalmente, em nebulosas, tais como a Nebulosa de Órion.


                                            RECEPÇÂO DA TENSÃO ELÉTRICA TRASMITIDA 


Quando a tensão da onda eletromagnética de valor na ordem de mV atinge uma antena receptora sintonizada na mesma freqüência da transmissão, esta tensão induz na antena uma pequena corrente oscilante. Essa corrente é fraca, mas suficiente para excitar a base do primeiro transistor do receptor. O medidor S mede o valor de tensão de entrada.
                             
CONVERTER COMPRIMENTO DE ONDA EM METROS
    

   
CALCULO DE PROPORÇÃO

Ex 1: Preciso de 112,457 pF em um cabo coaxial RG 58 C/U que tem 101 pF por metro.
                                                                                                     

Ex 2: Tenho 349 cm de cabo coaxial RG 58 C//U, quantos picofarads tem?