Circuito irradiante não ionizante
De Ulisses Ramos Alves
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.
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.
RESUMO
O objetivo principal é não deixar o cabo coaxial passar pelo campo
magnético gerado pela antena. Sé o mesmo acontecer, atrairá os elétrons da
malha do cabo coaxial diminuindo e deformando o campo magnético
"lóbulo".
A forma de amenizar esta situação, é alimentando a antena por uma de suas extremidades.
Coloque um fio de 2 mm de grossura isolado do solo, com ¼ de comprimento de onda completa da mesma frequência da antena, ligado no chassi do transceptor. Este fio de aterramento de RF, influencia diretamente na melhoria da qualidade de áudio na transmissão, e na sensibilidade de recepção.
O fio de ¼ de comprimento de onda completa, estreita 23 KHz na transmissão, contribuindo significantemente com a redução de interferência em equipamentos ao redor. Ao contrario, na falta do elemento de ¼ de comprimento de onda completa, mais indutiva será a antena é mais estreita será sua largura de faixa de operação.
Aterramento no solo, é com a finalidade de proteção contra choque elétrico, não é sintonizado.
FÓRMULA GERAL
GERANDO UMA ONDA ELÉTROMAGNETICA
FÓRMULA GERAL
GERANDO UMA ONDA ELÉTROMAGNETICA
O gerador de R.F, gera uma tensão elétrica com comprimento de ¼ de onda completa. Esta tensão elétrica percorre e gira os elétrons do inicio do irradiante até o fim, que tem ¼ de onda completa. A tensão elétrica ao passar pelo irradiante, gira o elétron, gerando a força magnética "tensão elétrica" que o elétron induz ao outro que sé encontra no espaço fara do irradiante, gerando a onda eletromagnética.
Como a tensão elétrica do gerador de R.F é alternada, ao passar pelo elétron, faz o elétron girar da esquerda para a direita criando um imã norte sul, e depois, o mesmo elétron, da direita para a esquerda criando um imã sul norte. Este campo magnético alternado, criar o campo elétrico alternado, e assim por diante.
Sé o elétron gira uma vez por segundo ele gera a frequencia de 1 Hz, mas se gira a 28.305 vezes por segundo, ele estará gerando a frequencia de 28.305 MHz.
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.
No tanque final do transmissor, no cabo coaxial, na antena e no espaço, tratando-se de RF, todos são indutivos e capacitivos, ou seja reativos, e todo circuito reativo tem seu valor dado em ohms.
- Reatância capacitiva: (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 ohms .
CONSTRUINDO O DIPOLO ALIMENTADO PELA PONTA (antena obelisco)
OBS: As antenas transmissora são adaptadores de impedância entre a saída do transmissor 50 ohm e o espaço livre que tem 376,7 ohm.
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.
O dipolo alimentado pela ponta, é fácil de instalar, não precisa de fios radiais plano terra, é boa para longas destancias grassas ao seu angulo de propagação eletromagnética de 36 graus. 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.
OBS: 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 de onda completa 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.
A antena pode ser instalada na vertical ou na horizontal. Isto influenciará na polarização, vertical ou horizontal. È bom a antena receptora estar na mesma polarização da antena transmissora.
A 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 o cabo coaxial.
A antena é um circuito LC em série na frequência de ressonância.
A antena de ½ de comprimento de onda completa na frequência de ressonância, é um resistor, com isto, podemos fazer ligação serie é paralelo entre antenas que estejam na mesma fase, do contrario, antenas em fase inversa cancela a outra, proporcionalmente a quantidade de fase inversa.
Ao se deslocar a antena para alcançar o 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.
PORQUE USAR TRANSFORMADOR DE IMPEDÂNCIA?
CÁLCULO
O QUE É ONDA ESTACIONARIA OU "VSWR"
A tensão elétrica positiva emitida pelo gerador de RF "transceptor" ao chegar na carga "antena" não é todo absorvido. A tensão elétrica que não é absorvida, retorna para o gerador de RF "transceptor", más com polaridade invertida "negativa", é ao encontrar a próxima tensão positiva que está vindo do gerador de RF "transceptor", fecha curto circuito, é como curto circuito tem baixa resistência, teremos alta corrente, por isto que o transistor de saída do gerador de RF "transceptor" é a fonte esquentam, pelo excesso de corrente elétrica passando por eles.
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 medida que o VSWR aumenta, o consumo de corrente elétrica na fonte também aumenta. Essa é a lei fundamental.
O consumo de amperagem normal na fonte em transmissão é: transceptor 50 ohm, é carga 50 ohm, tensão da fonte 13.8 volts, teremos VSWR 1:0. Quando o VSWR vai gradativamente aumentando, a resistencia ohmica do conjunto antena, cabo coaxial, transceptor, tambem irá gradativamente diminuindo, ocasionado pela tensão elétrica que não foi consumida pela carga "antena", retornando em sentido e polaridade inversa a tensão elétrica vinda do transceptor, gerando um curto circiuto na tensão elétrica vinda do transceptor e aumentando proporcional com o valor lido na VSWR.
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.
Para evitar este problema, temos que ter o comprimento do cabo coaxial e da antena em multiplos impares de meia onda.OBS: Apartir da primeira onda, seja do cabo coaxial, seja da antena, a impedância no ponto de alimentação começa a subir.
PORQUE USAR IMPARES DE ½ de ONDA COMPLETA?
Em pares, teremos um semiciclo positivo e um negativo, sé cancelando, por isto NÃO devemos usar múltiplos PARES na medida do cabo coaxial e da antena.
PORQUE NÃO USAR cabo coaxial DE ¼ DE ONDA COMPLETA?
A formula Z= v 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 50 ohm e antena entrada de 50 ohm, teremos Z = v 50 * 50 = 50 ou seja, o comprimento de ¼ de comprimento de onda 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 50 ohm e a entrada da antena for de 120 ohm, teremos Z = v 50 * 120 = 77,45 ou seja, o comprimento de ¼ de comprimento de onda e seus múltiplos impares de um cabo coaxial de 77,45 ohm, casa perfeitamente o transceptor a antena.
Então, a formula baseada em ¼ de comprimento de onda é para transformação de impedância, e não apropriada para alimentação corriqueira entre transceptor antena, isto e feito com múltiplos impares de ½ de comprimento onda, onde na frequencia de ressonância, poderia ser usado um cabo coaxial de 75 ohm entre um transceptor de saída 50 ohm e uma antena 50 ohm, porque ½ de comprimento de onda 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 variações no valor da tensão elétrica da saída do transceptor que estão dentro do cabo coaxial gerando VSWR.
LINHA DE TRANSMISSÃO COAXIAL
Uma seção de cabo coaxial com comprimento elétrico adequado e com carga adequada, sé apresenta para a fonte de R.F como um indutor ou capacitor que é um circuito ressonante em paralelo de alto “Q”, passando uma estreita faixa de freqüências, não sendo ideal para antenas e circuitos de faixa larga “múlti banda”.
Para amenizar esta situação, recomenda-se cabo coaxial da família RGC ou LMR, são cabos com baixo valor de capacitância e consequentemente alto V.P.
O cabo coaxial com comprimento de ½ de onda completa, é um circuito PI, e torna-se linha de transmissão com a passagem de tensão continua pulsante por ele. O primeiro capacitor se carrega. Quando estiver totalmente carregado, o primeiro capacitor descarrega no indutor. O indutor descarrega no segundo capacitor, é quando totalmente carregado descarrega no próximo indutor. Assim caminha a R.F no cabo coaxial até a antena. E ter o comprimento de múltiplos impares de ½ de onda completa.
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 de onda completa, 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, sempre consulte a tabela do fabricante, porque do mesmo modelo de cabo coaxial, temos variações de 50 ohm a 54 ohm originadas em variações de capacitância, indutância e % cobertura de malha. Para conferir, use a formula.
Como este exemplo, temos muitos. O fabricante escreveu que o cabo coaxial é de 50 ohm.
O comprimento elétrico do cabo coaxial é a parte coberta por malha. A parte escrita antena, já deve ser somada ou comprimento da antena.
PARA SABER O QUE ESTÁ ACONTECENDO NO CONJUNTO CABO COAXIAL ANTENA QUANDO A 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 de onda completa.
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 VSWR 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 frequencia calculada.
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.
ANTENA FAIXA LARGA DE TRANSCEPÇÃO
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 de vários elementos de ¼ de comprimento de onda completa no negativo da antena. A finalidade do elemento de ¼ de comprimento de onda, é ser caminho de baixa impedância para a corrente elétrica.
PROJETO FAIXA DE SHF
GUIA DE ONDA
É um monopolo afastado ¼ de onda completa do refletor que é o fundo do tubo, é múltiplos impares de ½ onda completa do monopolo para frente. O funil, é para fazer o casamento de impedância da parte interna do guia de onda com o espaço na transmissão, é aumenta a sensibilidade na recepção.
PROPAGAÇÃO ELETROMAGNÉTICA
As ondas eletromagnéticas da faixa do HF, para serem recebidas por estações distantes, precisam ser refletidas de volta para a terra pela camada ionosfera, do contrário se perdem no espaço, é as pessoas dirão "a propagação está ruim". Quando comunicamos em H.F com outros países, e por que a onda eletromagnética está presa na região da atmosfera terrestre através de reflexões na ionosfera.
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 do raio 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.
A propagação está diretamente ligada as manchas que ocorrem na superfície do sol. Estas manchas, emitem grande quantidade de raios X e ultravioleta, e ao serem barrados pela atmosfera, 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 em melhor funcionamento, 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.
Seja no solo, no ar ou a partir de 800 km de altitude em relação ao solo, a propagação da onda eletromagnética é através do átomo de Hidrogênio por ter somente um elétron um próton e um neutro, fazendo com que tenha ligação elétrica fraca entre eles é a pequena tensão elétrica do transceptor consegue excitar o elétron . Não 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.
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.
A tensão elétrica passando pela antena é igual a uma pedra caindo na água e gerando perturbação no ambiente água.
A onda na água parada, não é a água andando, más sim é a perturbação passando. O mesmo efeito acontece com os elétrons do espaço ou de coisas solidas.
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.
FORMULAS PARA R.F
TRANSFORMADOR DE IMPEDÂNCIA USANDO BOBINA COM NUCLEO A AR
CONVERTER COMPRIMENTO DE ONDA EM METROS
CÁLCULO DE PROPORÇÃO
LEI DE OHM
SISTEMA INTERNACIONAL
PREFIXO DE CHAMADA POR ESTADO BRASILEIRO
