Apostila Ondas e Antenas

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Ondas e Antenas1SUMRIO1. ONDAS ELETROMAGNTICAS..................................................................31.1. INTRODUO...........................................................................................................................31.1.1. Efeitos da Corrente Eltrica........................................................................................3 1.1.2. Campo Magntico......................................................................................................31.2. ONDAS ELETROMAGNTICAS.....................................................................................................31.2.1. Leis de Maxwell .........................................................................................................41.3. A GERAO DE ONDAS ELETROMAGNTICAS.............................................................................5 1.4. CARACTERSTICAS DA ONDAS ELETROMAGNTICAS.....................................................................71.4.1. Espectro Eletromagntico..........................................................................................81.5. CARACTERSTICAS DAS PRINCIPAIS RADIAES...........................................................................91.5.1. Ondas de Superfcie ..................................................................................................9 1.5.2. Ondas Ionosfricas ..................................................................................................10 1.5.3. Ondas Diretas ou de Visada Diretas.........................................................................10 1.5.4. Ondas Difratadas......................................................................................................11 1.5.5. Ondas Espalhadas...................................................................................................111.6. CLASSIFICAO POR USO........................................................................................................121.6.1. Ondas de rdio Propriamente Ditas..........................................................................12 1.6.2. Ondas de TV............................................................................................................12 1.6.3. Microondas...............................................................................................................12 1.6.4. Luz visvel.................................................................................................................13 1.6.5. Raios X.....................................................................................................................13 1.6.6. Raios Gama.............................................................................................................141.7. CLASSIFICAO POR FREQNCIA...........................................................................................15 1.8. EXERCCIOS...........................................................................................................................172. ANTENAS.........................................................................................................202.1. INTRODUO.........................................................................................................................20 2.2. IMPORTNCIA DAS ANTENAS...................................................................................................212.2.1. Comprimento de Onda.............................................................................................22 2.2.2. Diagrama de Irradiao............................................................................................22 2.2.3. Antena Isotrpica......................................................................................................232.3. GANHO DE UMA ANTENA........................................................................................................232.3.1. Coeficiente de Onda Estacionria............................................................................242.4. ANTENA DIPOLO....................................................................................................................252.4.1. Antena Dipolo Dobrado............................................................................................26 2.4.2. Como Instalar uma Antena Dipolo para HF..............................................................262.5. ANTENAS OUTROS MODELOS...............................................................................................272.5.1. Dipolos de Meia-Onda..............................................................................................28 2.5.2. Dipolos Bobinados/Multibanda.................................................................................28 2.5.3. Long Wire/Unifilar.....................................................................................................28 2.5.4. Windon/Zeppelin/G5RV............................................................................................28 2.5.5. Vertical de Onda...................................................................................................29 2.5.6. Vertical Multibanda Bobinada...................................................................................29 2.5.7. Loop Onda Completa...............................................................................................29 2.5.8. Antenas com Elementos Parasitas (Yagis, Quagis, quadra cbica).........................29 2.5.9. Yagis Multibanda......................................................................................................30 2.5.10. Log Peridica.........................................................................................................30 2.5.11. Beverage................................................................................................................30 2.5.12. Cornetas, Discos, Guias de Onda..........................................................................30Colgio Impacto 2 Mdulo de Telecomunicaes Av. Filinto Muller, 95 - Centro - Trs Lagoas/MS F: (67) 5217513 impacto3lagoas@brturbo.comOndas e Antenas2 2.6. RECEPTORES DE COMUNICAO PARA RADIOAMADORES...........................................................312.6.1. A Converso de Freqncia.....................................................................................31 2.6.2. O Amplificador de RF...............................................................................................31 2.6.3. O BAND-SPREAD....................................................................................................31 2.6.4. Freqncia-Imagem.................................................................................................32 2.6.5. O Processo da Dupla Converso.............................................................................33 2.6.6. O Amplificador de FI.................................................................................................34 2.6.7. Detector de CAG......................................................................................................34 2.6.8. Limitador de Rudos.................................................................................................34 2.6.9. O Amplificador de AF...............................................................................................34 2.6.10. O Essmetro...........................................................................................................35 2.6.11. O BFO....................................................................................................................35 2.6.12. Fonte de Alimentao.............................................................................................35 2.6.13. Diagrama em Blocos de um Receptor de Comunicao........................................362.7. ANTENAS PARA APLICAES WIRELESS 2,4 GHZ....................................................................362.7.1. Consideraes.........................................................................................................373. PROPAGAO DAS ONDAS........................................................................393.1. PROPAGAO NO ESPAO LIVRE DE ONDAS DIRETAS...............................................................39 3.2. EXERCCIOS PROPOSTOS.........................................................................................................41 3.3. CLCULO PRTICO DA ANTENA DIPOLO..................................................................................41 3.4. ANTENAS EM FM - CONSIDERAES.......................................................................................423.4.1. Acoplamento de Antenas.........................................................................................443.5. PROJETOS PRTICOS..............................................................................................................453.5.1. Projeto: Antena Plano-Terra.....................................................................................45 3.5.2. Projeto: Antena Direcional de 4 Elementos..............................................................464. APLICAES DAS ONDAS ELETROMAGNTICAS..............................494.1. FORNO DE MICROONDAS .......................................................................................................49 4.2. RADAR .................................................................................................................................50 4.3. RADIOASTRONOMIA................................................................................................................51 4.4. RADIOAMADORISMO UM DEPOIMENTO..................................................................................534.4.1. O que ?...................................................................................................................53 4.4.2. A Telegrafia..............................................................................................................554.5. CONSIDERAES SOBRE A IONOSFERA .....................................................................................554.5.1. Interpretando os Dados............................................................................................57Colgio Impacto 2 Mdulo de Telecomunicaes Av. Filinto Muller, 95 - Centro - Trs Lagoas/MS F: (67) 5217513 impacto3lagoas@brturbo.comOndas e Antenas31. ONDAS ELETROMAGNTICAS1.1. Introduo1.1.1. Efeitos da Corrente Eltrica Na passagem de uma corrente por um condutor observam-se alguns efeitos, que veremos a seguir. Efeito trmico ou efeito Joule: Qualquer condutor sofre um aquecimento ao ser atravessado por uma corrente eltrica. Esse efeito a base de funcionamento dos aquecedores eltricos, chuveiros eltricos, secadores de cabelo, lmpadas trmicas etc. Efeito luminoso: Em determinadas condies, a passagem da corrente eltrica atravs de um gs rarefeito faz com que ele emita luz. As lmpadas fluorescentes e os anncios luminosos. so aplicaes desse efeito. Neles h a transformao direta de energia eltrica em energia luminosa. Efeito qumico: Uma soluo eletroltica sofre decomposio, quando atravessada por uma corrente eltrica. a eletrlise. Esse efeito utilizado, por exemplo, no revestimento de metais: cromagem, niquelao etc. Efeito magntico: Um condutor percorrido por uma corrente eltrica cria, na regio prxima a ele, um campo magntico. Este um dos efeitos mais importantes, constituindo a base do funcionamento dos motores, transformadores, rels etc. Este ltimo o que nos desperta interesse de estudo. Vemos que a corrente eltrica pode produzir um campo magntico. 1.1.2. Campo Magntico "Campo magntico toda regio ao redor de um im ou de um condutor percorrido por corrente eltrica." Os plos magnticos de mesmo nome se repelem e de nomes contrrios se atraem. Se seccionarmos um im ao meio, surgiro novos plos norte e sul em cada um dos pedaos, constituindo cada um deles um novo im. "Segure o condutor com a mo direita de modo que o polegar aponte no sentido da corrente. Os demais dedos dobrados fornecem o sentido do vetor campo magntico, no ponto considerado. (Regra da mo direita)".B=sendo: B a intensidade do vetor campo magntico em um ponto (T); a permeabilidade magntica do meio ( 0 = 4 .10-7 Tm/A no vcuo); r a distncia do ponto ao fio (m). A unidade de B no SI o Tesla (T). Mas o que se deve notar que uma campo magntico varivel produz um campo eltrico. Isto , a partir do campo magntico podemos produzir o eltrico, e o inverso tambm. .i 2 .r1.2. Ondas Eletromagnticas importante tomarmos conscincia de como estamos imersos em ondas eletromagnticas. Iniciando pelos Sol, a maior e mais importante fonte para os seres terrestres, cuja vida depende do calor e da luz recebidos atravs de ondas eletromagnticas. Alm de outras, recebemos tambm: a radiao eletromagntica emitida, por tomos de hidrognio neutro que povoam o espao interestelar da nossa galxia; as emisses na faixa de radiofreqncias dos "quasares" (objetos pticos que se encontram a enormes distncias de ns, muito alm de nossa galxia, e que produzem enorme quantidade de Colgio Impacto 2 Mdulo de Telecomunicaes Av. Filinto Muller, 95 - Centro - Trs Lagoas/MS F: (67) 5217513 impacto3lagoas@brturbo.com4 energia); pulsos intensos de radiao dos "pulsares" (estrelas pequenas cuja densidade mdia em torno de 10 trilhes de vezes a densidade mdia do Sol).Ondas e AntenasEssas radiaes so to importantes que deram origem a uma nova cincia, a Radioastronomia, que se preocupa em captar e analisar essas informaes obtidas do espao atravs de ondas. H ainda as fontes terrestres de radiao eletromagntica: as estaes de rdio e de TV, o sistema de telecomunicaes base de microondas, lmpadas artificiais, corpos aquecidos e muitas outras. A primeira previso da existncia de ondas eletromagnticas foi feita, em 1864, pelo fsico escocs, James Clerk Maxwell . Ele conseguiu provar teoricamente que uma perturbao eletromagntica devia se propagar no vcuo com uma velocidade igual da luz. E a primeira verificao experimental foi feita por Henrich Hertz, em 1887. Hertz produziu ondas eletromagnticas por meio de circuitos oscilantes e, depois, detectou-se por meio de outros circuitos sintonizados na mesma freqncia. Seu trabalho foi homenageado posteriormente colocando-se o nome "Hertz" para unidade de freqncia. 1.2.1. Leis de Maxwell Maxwell estabeleceu algumas leis bsicas de eletromagnetismo, baseado nas j conhecidas anteriormente, como a Lei de Coulomb, a Lei de Ampre, a Lei de Faraday, etc. Na realidade , Maxwell reuniu os conhecimentos existentes e descobriu as correlaes que havia em alguns fenmenos, dando origem teoria de que eletricidade, magnetismo e ptica so de fato manifestaes diferentes do mesmo fenmeno fsico. O fsico ingls Michael Faraday j havia afirmado que era possvel produzir um campo a partir de um campo magntico varivel.Imagine um im e um anelConsidere o im perpendicular ao plano do anel. Movendo-se ou o im ou o anel, aparecer uma corrente no anel, causado por um campo eltrico criado devido variao do Colgio Impacto 2 Mdulo de Telecomunicaes Av. Filinto Muller, 95 - Centro - Trs Lagoas/MS F: (67) 5217513 impacto3lagoas@brturbo.comOndas e Antenas5fluxo magntico no anel. Maxwell verificou que o contrrio tambm era possvel. Um campo eltrico varivel podia gerar um campo magntico. Imagine duas placas paralelas sendo carregadas progressivamente:Ao crescerem as cargas das placas, o campo eltrico aumenta, produzindo uma campo magntico (devido a variao do campo eltrico). Embora Maxwell tenha estabelecido quatro equaes para descrever os fenmenos eletromagnticos analisados, podemos ter uma noo de sua teoria baseados em duas concluses: Um campo eltrico varivel no tempo produz um campo magntico. Um campo magntico varivel no tempo produz um campo eltrico.1.3. A Gerao de Ondas EletromagnticasImagine uma antena de uma estao de rdio:Na extremidade da antena existe um fio ligado pelo seu centro a uma fonte alternada (que inverte o sentido a intervalos de tempo determinados). Num certo instante, teremos a corrente num sentido e, depois de alguns instantes, a corrente no outro sentido.Colgio Impacto 2 Mdulo de Telecomunicaes Av. Filinto Muller, 95 - Centro - Trs Lagoas/MS F: (67) 5217513 impacto3lagoas@brturbo.comOndas e Antenas6A velocidade de propagao de uma onda eletromagntica depende do meio em que ela se propaga. Maxwell mostrou que a velocidade de propagao de uma onda eletromagntica, no vcuo, dada pela expresso:1 0 0 onde 0 a permissividade eltrica do vcuo, e 0 a permeabilidade magntica do vcuo. c=Aplicando os valores de encontra-se a velocidade:0= 4 10 7 e 0 = 8,85 10 12 de na expresso acima,ou(valor exato) que igual a velocidade da luz. Nisso Maxwell se baseou para afirmar que a luz tambm uma onda eletromagntica. Podemos resumir as caractersticas das ondas eletromagnticas no seguinte: So formadas por campos eltricos e campos magnticos variveis. O campo eltrico perpendicular ao campo magntico. So ondas transversais (os campos so perpendiculares direo de propagao). Propagam-se no vcuo com a velocidade "c" . Podem propagar-se num meio material com velocidade menor que a obtida no vcuo. Com isto, o campo eltrico E ao redor do fio em um certo instante estar apontando num sentido e, depois, no sentido contrrio. Esse campo eltrico varivel E ir gerar um campo magntico B, que ser tambm varivel. Por sua vez, esse campo magntico ir gerar um campo eltrico. E assim por diante. Cada campo varia e gera outro campo que, por ser varivel, gera outro campo: e est criada a perturbao eletromagntica que se propaga atravs do espao, constituda pelos dois campos em recprocas indues.Note que o campo eltrico perpendicular direo de propagao e o campo magntico tambm, o que comprova que a onda eletromagntica uma onda transversal. Colgio Impacto 2 Mdulo de Telecomunicaes Av. Filinto Muller, 95 - Centro - Trs Lagoas/MS F: (67) 5217513 impacto3lagoas@brturbo.com7 Alm disso, o campo eltrico perpendicular ao campo magntico, o que podemos verificar facilmente: quando um fio percorrido por cargas em movimento, o campo eltrico num ponto prximo ao fio pertence ao plano do fio, enquanto o campo magntico est saindo ou entrando neste plano.Ondas e Antenas` De maneira geral, sua propagao similar uma onda produzida na superfcie de um lago. A grande diferena que as ondas em um lago se propagam de maneira longitudinal (oscilaes esto na direo de propagao), enquanto as ondas eletromagnticas so transversais (oscilaes perpendiculares direo de propagao). Tambm a direo do campo eltrico e magntico so perpendiculares entre si em uma onda eletromagntica. Quando nenhum obstculo est presente, a onda eletromagntica se propaga livremente, dizemos assim que a propagao se d no espao livre. As ondas se propagando no espao livre espalham sua energia de maneira uniforme em todas as direes como uma fonte pontual.1.4. Caractersticas da Ondas EletromagnticasA densidade de potncia varia de maneira inversa ao quadrado da distncia da fonte. Uma fonte isotrpica aquela que irradia uniformemente em todas as direes. Embora nenhuma fonte prtica produz tal radiao este conceito de muito importncia na teoria de antenas. Uma onda se propagando no espao livre suas frentes de ondas so esfricas com a velocidade igual em todas direes, isto no acontece por exemplo quando a onda se propaga em um meio ionizado (ionosfera), como veremos no futuro. A polarizao de uma onda se refere a orientao fsica do campo eltrico em uma radiao. As ondas so ditas polarizadas se elas tem o mesmo alinhamento no espao. uma caracterstica de uma antena emitir radiaes polarizadas. Por exemplo uma antena colocada na vertical ir irradiar um campo eltrico que est tambm na vertical, neste caso dizemos que a polarizao vertical. De maneira similar um antena colocada na horizontal ir irradiar um campo eltrico horizontal, e neste caso dizemos que a polarizao ser horizontal. Outros tipos de polarizao existem como o caso da polarizao circular e elptica, como veremos futuramente. Um fio qualquer colocado no espao onde se propaga uma onda eletromagntica fica sujeito induo de correntes eltricas induzidos na sua superfcie, estas correntes podem alimentar um receptor qualquer como uma televiso um rdio, etc. A explicao para induo de correntes no fio dada pela expresso muito conhecida em fsica, V = Exd (onde V a tenso, E o campo eltrico que circula a antena, e d o tamanho do fio). O objetivo principal da teoria da propagao de ondas eletromagnticas calcular a intensidade do campo eltrico e magntico emitido por uma antena transmissora. Calculado o campo eltrico pode-se calcular a potncia recebida pelo receptor. O clculo do campo depende do meio de propagao da onda eletromagntica. No espao livre as ondas sofre perdas devido a divergncia da energia atravs do Colgio Impacto 2 Mdulo de Telecomunicaes Av. Filinto Muller, 95 - Centro - Trs Lagoas/MS F: (67) 5217513 impacto3lagoas@brturbo.com8 espao. Outras formas de atenuao so causadas por chuva, neblina, nuvens, etc. como em uma comunicao via satlite ou um enlace de microondas. Quando a onda penetra no solo, gua , ou qualquer outro material condutor imperfeito a atenuao surge principalmente devido s perdas hmicas da corrente de conduo no meio. Neste caso os sinais so bastantes atenuados e a atenuao proporcional freqncia da onda propagando no meio. As ondas de freqncia mais baixas tem um longo alcance quando se propagam no espao livre, devido sua facilidade de difrao atravs de obstculos. Elas tambm possuem uma grande penetrao no meios, como gua, terra etc.. Isto explica porque as sondagens, comunicao com submarino, se fazem em baixas freqncias. Para efeitos de propagao de ondas eletromagnticas podemos dividir a atmosfera em duas faixas: troposfera e ionosfera. A troposfera uma camada que se estende da superfcie da terra at aproximadamente 10 Km de altura, enquanto a ionosfera se estende aproximadamente de 80 at 600 Km de altura. A troposfera influencia principalmente nas propagaes prximo superfcie da terra como so os enlaces de microondas. A ionosfera influencia os enlaces de ondas abaixo de 30 MHz, como o caso das propagaes de ondas de rdio AM, e rdio amador em HF. Uma onda eletromagntica propagando no espao livre viaja com a velocidade da luz, que dada por c = 3.108 m/s. Para uma onda se propagando no meio que no o espao livre esta velocidade de propagao da onda menor do que c. O comprimento de onda no espao livre dado por:Ondas e Antenas =As ondas eletromagnticas so bastantes influenciadas pela atmosfera terrestre e obstculos tais como: montanhas, prdios, ons e eltrons da ionosfera e gases que circulam a superfcie da terra. As ondas de maneira geral se propagam em linha reta, exceto quando existem obstculos que tendem alterar sua trajetria. Para freqncia acima de HF as ondas se propagam em linha reta. Elas se propagam por meio das ondas troposfricas, elas vo atravs da troposfera e prximo da superfcie da terra. Para freqncias abaixo de HF, as ondas se propagam ao longo da superfcie da terra. Neste caso temos uma combinao de difrao e um tipo de efeito de um guia de onda entre a superfcie da terra e a camada mais baixa ionizada da atmosfera. Estas ondas de superfcie, assim como so chamadas permitem propagao em volta da superfcie da terra; elas so uma das maneiras de propagao alm horizonte. Por exemplo, um sinal de rdio difuso AM se propaga desta maneira. Em HF, e em freqncias ligeiramente acima e abaixo, as ondas so refletidas na ionosfera e so chamadas de ondas espaciais (sky waves) ou ondas ionosfricas. 1.4.1. Espectro Eletromagntico A palavra espectro (do latim "spectrum", que significa fantasma ou apario) foi usada por Isaac Newton, no sculo XVII, para descrever a faixa de cores que apareceu quando numa experincia a luz do Sol atravessou um prisma de vidro em sua trajetria. Atualmente chama-se espectro eletromagntico faixa de freqncias e respectivos comprimentos de ondas que caracterizam os diversos tipos de ondas eletromagnticas. As ondas eletromagnticas no vcuo tm a mesma velocidade , modificando a freqncia de acordo com espcie e, consequentemente, o comprimento de onda.c fColgio Impacto 2 Mdulo de Telecomunicaes Av. Filinto Muller, 95 - Centro - Trs Lagoas/MS F: (67) 5217513 impacto3lagoas@brturbo.comOndas e Antenas9As escalas de freqncia e comprimento de onda so logartmicas.Fisicamente, no h intervalos no espectro. Podemos ter ondas de qualquer freqncias que so idnticas na sua natureza, diferenciando no modo como podemos capt-las. Observe que algumas freqncias de TV podem coincidir com a freqncia de FM. Isso permite algumas vezes captar uma rdio FM na televiso ou captar um canal de TV num aparelho de rdio FM.1.5. Caractersticas das Principais Radiaes1.5.1. Ondas de Superfcie As ondas de superfcie aparecem em freqncias mais baixas e se caracterizam por acompanhar a superfcie da terra atingindo longas distncias. Estas ondas induzem correntes na superfcie da terra sobre qual ela passa, isto produz uma perda por absoro. A figura a seguir ilustra as ondas de superfcie ou ondas de solo (abaixo 2 MHz).Colgio Impacto 2 Mdulo de Telecomunicaes Av. Filinto Muller, 95 - Centro - Trs Lagoas/MS F: (67) 5217513 impacto3lagoas@brturbo.comOndas e Antenas101.5.2. Ondas Ionosfricas As ondas ionosfricas se caracterizam por refletirem na ionosfera, camada ionizada, que se estende acima de 80Km de altura e at aproximadamente 600 Km, dependendo da atividade solar (noite ou dia). Como exemplo das ondas ionosfricas temos os de rdio AM, rdio amador que podem atingir distncia acima de 1000 Km com facilidade. Um dos pioneiros a estudar a ionosfera foi Sir Edward Appleton, ele trabalhou na anlise da ionizao da ionosfera, visando estudar os efeitos da propagao de ondas. A ionosfera dividida em camadas: D, E, F1, F2. A ionizao causada pelo efeito das radiaes do sol sobre a atmosfera terrestre. A incidncia de radiaes solares ioniza os gases constituintes da atmosfera, acima de aproximadamente 80 Km, produzindo eltrons livres e ons. As ondas refletidas na ionosfera podem atingir longas distncias (acima de 1000 km). As figuras a seguir ilustram como pode ser as ondas ionosfricas. Na primeira, os raios 4 e 5 no so refletidos e escapam, isto acontece quando a freqncia superior a 30 MHz. Para os outros raios a onda retorna superfcie da terra. A outra figura, ilustra o caso de haver vria reflexes na ionosfera e na terra, neste caso o sinal poder dar volta em torno da terra.Ondas com reflexo ionosfrica.Onda ionosfrica com mltiplas reflexes (2 at 30 MHz).1.5.3. Ondas Diretas ou de Visada Diretas As ondas diretas se propagam em visada direta ou em linha reta, como o caso dos enlaces de microondas. Colgio Impacto 2 Mdulo de Telecomunicaes Av. Filinto Muller, 95 - Centro - Trs Lagoas/MS F: (67) 5217513 impacto3lagoas@brturbo.comOndas e Antenas11Onda em visada direta(acima de 30 MHz).1.5.4. Ondas Difratadas. As ondas difratadas so aquelas que atingem antenas que no esto na visada direta e so explicadas pela teoria da difrao de Fresnel. Elas aparecem em recepes que ficam obstrudas por montanhas ou obstculos de maneira geral.Propagao por difrao (obstculo gume de faca).1.5.5. Ondas Espalhadas Na propagao por espalhamento as ondas eletromagnticas atingem longas distncias, efeito este que explicado pelo espalhamento do sinal na ionosfera ou troposfera. O fenmeno da difrao muito conhecido com a luz. Antigamente este tipo de comunicao era muito usado para atingir distncias onde no existia enlaces de microondas. As antenas usadas so enormes, pois a densidade de radiao muito pequena no receptor.Propagao por espalhamento.Colgio Impacto 2 Mdulo de Telecomunicaes Av. Filinto Muller, 95 - Centro - Trs Lagoas/MS F: (67) 5217513 impacto3lagoas@brturbo.comOndas e Antenas 1.6. Classificao por Uso12"Ondas de rdio" a denominao dada s ondas desde freqncias muito pequenas, at 1012 Hz, acima da qual esto os raios infravermelhos. As ondas de rdio so geradas por osciladores eletrnicos instalados geralmente em um lugar alto, para atingir uma maior regio. Logo o nome "ondas de rdio" inclui as microondas, as ondas de TV, as ondas curtas, as ondas longas e as prprias bandas de AM e FM. 1.6.1. Ondas de rdio Propriamente Ditas As ondas de rdio propriamente ditas, que vo de 104 Hz a 107 Hz , tm comprimento de onda grande, o que permite que elas sejam refletidas pelas camadas ionizadas da atmosfera superior (ionosfera). Estas ondas, alm disso, tm a capacidade de contornar obstculos como rvores, edifcios, de modo que relativamente fcil capt-las num aparelho rdio-receptor. 1.6.2. Ondas de TV As emisses de TV so feitas a partir de 5x107 Hz (50 MHz) . costume classificar as ondas de TV em bandas de freqncia (faixa de freqncia), que so: VHF: very high frequency (54 MHz 216 MHZ canal 2 13) UHF: ultra-high frequency (470 MHz 890 MHz canal 14 83) SHF: super-high frequency EHF: extremely high frequency VHFI: very high frequency indeed As ondas de TV no so refletidas pela ionosfera, de modo que para estas ondas serem captadas a distncias superiores a 75 Km necessrio o uso de estaes repetidoras.1.6.3. Microondas Microondas correspondem faixa de mais alta freqncia produzida por osciladores eletrnicos. Freqncias mais altas que as microondas s as produzidas por oscilaes moleculares e atmicas. As microondas so muito utilizadas em telecomunicaes. As ligaes de telefone e programas de TV recebidos "via satlite" de outros pases so feitas com o emprego de microondas.Colgio Impacto 2 Mdulo de Telecomunicaes Av. Filinto Muller, 95 - Centro - Trs Lagoas/MS F: (67) 5217513 impacto3lagoas@brturbo.comOndas e Antenas13As microondas tambm podem ser utilizadas para funcionamento de um radar. Uma fonte emite uma radiao que atinge um objeto e volta para o ponto onde a onda foi emitida. De acordo com a direo em que a radiao volta pode ser descoberta a localizao do objeto que refletiu a onda.1.6.4. Luz visvel Note que nosso olho s tem condies de perceber freqncias que vo de 4,3x10 14 Hz a 7x1014 Hz, faixa indicada pelo espectro como luz visvel. Nosso olho percebe a freqncia de 4,3x1014 como a cor vermelha. Freqncias abaixo desta no so visveis e so chamados de raios infravermelhos , que tm algumas aplicaes prticas. A freqncia de 7x1014 Hz vista pelo olho como cor violeta. Freqncias acima desta tambm no so visveis e recebem o nome de raios ultravioleta. Tm tambm algumas aplicaes. A faixa correspondente luz visvel pode ser subdividida de acordo com o espectro a seguir.1.6.5. Raios X Os raios X foram descobertos, em 1895, pelo fsico alemo Wilhelm Rntgen. Os raios Colgio Impacto 2 Mdulo de Telecomunicaes Av. Filinto Muller, 95 - Centro - Trs Lagoas/MS F: (67) 5217513 impacto3lagoas@brturbo.com14 X tm freqncia alta e possuem muita energia. So capazes de atravessar muitas substncias embora sejam detidos por outras, principalmente pelo chumbo. Esses raios so produzidos sempre que um feixe de eltrons dotados de energia incidem sobre um obstculo material. A energia cintica do feixe incidente parcialmente transformada em energia eletromagntica, dando origem aos raios X. Os raios X so capazes de impressionar uma chapa fotogrfica e so muito utilizados em radiografias, j que conseguem atravessar a pele e os msculos da pessoa, mas so retidos pelos ossos.Ondas e AntenasOs raios X so tambm bastante utilizados no tratamento de doenas como o cncer. Tm ainda outras aplicaes: na pesquisa da estrutura da matria, em Qumica, em Mineralogia e outros ramos. 1.6.6. Raios Gama As ondas eletromagnticas com freqncia acima da dos raios X recebe o nome de raios gama (). Os raios gama so produzidos por desintegrao natural ou artificial de elementos radioativos. Um material radioativo pode emitir raios gama durante muito tempo, at atingir uma forma mais estvel. Raios de alta energia podem ser observados tambm nos raios csmicos que atingem a alta atmosfera terrestre em grande quantidade por segundo. Os raios podem causar graves danos s clulas, de modo que os cientistas que trabalham em laboratrio de radiao devem desenvolver mtodos especiais de deteco e proteo contra doses excessivas desses raios.Colgio Impacto 2 Mdulo de Telecomunicaes Av. Filinto Muller, 95 - Centro - Trs Lagoas/MS F: (67) 5217513 impacto3lagoas@brturbo.comOndas e Antenas15A figura abaixo ilustra toda esta diviso realizada at aqui.1.7. Classificao por FreqnciaA freqncia uma caracterstica fundamental em uma onda eletromagntica, a ela est associado os vrios tipos de comunicaes com suas vrias aplicaes. O espectro de freqncia dividido em faixas que so mltiplas de 3.Colgio Impacto 2 Mdulo de Telecomunicaes Av. Filinto Muller, 95 - Centro - Trs Lagoas/MS F: (67) 5217513 impacto3lagoas@brturbo.comOndas e Antenas16O espectro de freqncia o conjunto de todas as freqncias que pode assumir uma onda eletromagntica. Ele varia desde freqncias muito baixas at altssimas freqncias, como veremos a seguir. Extremely low frequency (ELF): Faixa que vai de 3 mHz at 3 kHz. Esta faixa no tem aplicaes em telecomunicaes por ser constituda de freqncias muito baixas, no tendo capacidade de alocar banda suficiente para comunicaes. Vary low frequency (VLF): Faixa que vai de 3 kHz at 30 kHz. Aplicaes: prospeco e comunicao com submarino pois se trata de onda com comprimento de onda muito grande, e como veremos futuramente, a profundidade de penetrao de uma onda aumenta com o comprimento de onda. Caracterstica de propagao: ondas de superfcie com baixa atenuao. Low Frequency (LF): Faixa que vai de 30 kHz at 300 kHz. Aplicaes: navegao de longo alcance e comunicaes martimas. Caractersticas de propagao: ondas de superfcie com longo alcance e dutos de propagao com a troposfera. Medium frequency (MF): Faixa de 300 kHz at 3000 kHz. Aplicaes: rdio difuso AM, comunicaes martimas. Caracterstica de propagao: ondas de superfcie atingindo longas distncias e a noite ondas ionosfricas com baixa atenuao. Estes sinais apresentam bastantes ruidosos pois grande parte das descargas atmosfricas caem nesta faixa, apresentam tambm grande desvanecimento (fading), que observado quando se sintoniza uma rdio AM durante noite. a faixa do espectro mais usado pelas emissoras de rdio difuso AM. High Frequency (HF): Faixa que vai de 3 MHz at 30MHz. Aplicaes: rdio amador, rdio difuso em ondas curtas, comunicaes militares comunicaes com navios, telefone, comunicaes comerciais de voz e dados. Caractersticas de propagao: A propagao destas ondas se do principalmente atravs de ondas de superfcie e ondas ionosfricas. Quando se d na forma de ondas ionosfricas estas comunicaes atingem longas distncias podendo dar volta em torno da terra. Possui baixo custo, mas por outro lado no possui uma boa relao sinal-rudo, tendo grande desvanecimento e as vezes alta intensidade de rudo. At a dcada de 70 era uma das mais usadas, principalmente para se comunicar com navios situados a longa distncia da costa. Por ter longo alcance, so tambm muito usadas para atingir pontos longnquos onde no existe telefone ou qualquer outro meio de comunicao. Vrias empresas usavam tais enlaces de HF, pois alm de serem de custo reduzido de implantao no h custo nenhum em uma ligao desta natureza. Hoje grande parte dos enlaces de HF j no so mais usados, pois o satlite pode atingir locais ora alcanados por aqueles enlaces. Very High Frequency (VHF): Faixa que vai de 30 MHz at 300 MHz. Aplicaes: Colgio Impacto 2 Mdulo de Telecomunicaes Av. Filinto Muller, 95 - Centro - Trs Lagoas/MS F: (67) 5217513 impacto3lagoas@brturbo.com17 televiso em VHF, rdio FM, comunicaes militares, comunicaes com espaonaves, telemetria de satlite, comunicaes com aeronaves, auxlios rdio-navegao, enlaces de telefonia. Caractersticas: As ondas em VHF se propagam por ondas diretas, difratadas e ondas espalhadas. Esta uma das faixas mais utilizadas do espectro por se tratar da faixa em que se encontra todos os canais de televiso em VHF. Ultra High Frequency (UHF): Faixa que vai de 300 MHz at 3000 MHz. Aplicaes: televiso UHF, telefonia celular, auxlios rdio navegao, radar, enlaces de microondas e satlite. Caractersticas de propagao: Ondas de visada direta e difratadas. Super High Frequency (SHF): Faixa que vai de 3 GHz at 30 GHz. Aplicaes : Comunicaes via satlite e enlaces de microondas. Caractersticas de propagao: ondas de visada direta com grande atenuao devido chuva e gases atmosfricos(oxignio e vapor dgua). Extremely Hihg Frequency (EHF): Faixa que vai de 30 GHz at 300 GHz. Aplicaes: Radar, comunicaes via satlite em fase experimental. Caracterstica de propagao: ondas direta com grande atenuao devido a chuva e gases atmosfricos(oxignio e vapor dgua). A faixa de freqncia acima de 1GHz comum ter outra designao como: Designao Faixa (GHz) L 1.0 - 2.0 S 2.0 - 4.0 C 4.0 - 8.0 X 8.0 - 12.0 Ku 12.0 - 18.0 K 18.0 - 27.0 Ka 27.0 - 40.0 R 26.5 - 40.0 Q 33.0 - 50.0 V 40.0 - 75.0 W 75.0 - 110.0 Milimtricas 110.0 - 300.0 Infravermelho, visvel em ultra violeta 103 - 107Ondas e Antenas1.8. Exerccios1. Comparadas com a luz visvel, as microondas tem:(A) velocidade de propagao menor no vcuo. (B) ftons de energia maior. (C) freqncia menor. (D) comprimento de onda igual. (E) comprimento de onda menor. 2. A tabela mostra os comprimentos de onda de trs ondas eletromagnticas. Ondas X 10 Y 5.000 Z 10.000 Para essas trs ondas, qual a alternativa correta ? (A) No vcuo, a velocidade de propagao da onda X menor do que a da onda Y. (B) A energia de um fton da onda Z maior do que a de um fton da onda X. (C) A energia de um fton da onda Y igual de um fton da onda X. (D) No vcuo, as trs ondas tm a mesma freqncia. (E) A freqncia da onda X maior do que a da onda Y. 3. A velocidade de propagao das ondas eletromagnticas no ar de aproximadamenteColgio Impacto 2 Mdulo de Telecomunicaes Av. Filinto Muller, 95 - Centro - Trs Lagoas/MS F: (67) 5217513 impacto3lagoas@brturbo.comOndas e Antenas8 6183x10 m/s. Uma emissora de rdio que transmite sinais (ondas eletromagnticas de 9,7x10 Hz pode ser sintonizada em ondas curtas na faixa (comprimento de onda) de aproximadamente. (A) 19 m (B) 25 m (C) 31 m (D) 49 m (E) 60m 4. A tabela mostra as freqncias (f) de trs ondas, eletromagnticas que se propagam no vcuo. Comparando-se essas trs ondas, verifica-se que(A) a energia de um fton associado onda X maior do que a energia de um fton associado a onda Y. (B) o comprimento de onda da onda Y igual ao dobro do da onda Z. (C) onda Z esto, associados os fton de maior energia e de menor quantidade de movimento linear. (D) a energia do fton associado onda X igual associada onda Y. (E) as trs ondas possuem o mesmo comprimento de onda. 5. Selecione a alternativa que completa corretamente as lacunas nas afirmaes abaixo: I - O mdulo da velocidade de propagao da luz no ar .......... que o da luz no vidro. II - No vcuo, o comprimento de onda da luz .......... que o das ondas de rdio. (A) maior - menor. (B) maior - maior. (C) menor - o mesmo. (D) o mesmo - menor. (E) o mesmo - maior. 6. Entre as ondas eletromagnticas mencionadas na tabela. Identifique a que tem o maior comprimento de onda e a que apresenta a maior energia de um fton associado onda, respectivamente(A) microondas - raios X (B) ultravioletas - raios X (C) microondas - infravermelho (D) ultravioleta - infravermelho (E) raios x - infravermelho 7. Ondas eletromagnticas (A) de mesmo comprimento de onda no podem apresentar o fenmeno da interferncia. (B) podem propagar-se no vcuo. (C) apresentam um campo eltrico varivel paralelo a sua direo de propagao. (D) de diversos tipos apresentam a mesma freqncia no vcuo. (E) no so polarizveis. 8. Ondas de rdio FM so de mesma natureza que ondas:(A) na gua (B) sonoras (C) luminosas (D) numa mola (E) numa cordaColgio Impacto 2 Mdulo de Telecomunicaes Av. Filinto Muller, 95 - Centro - Trs Lagoas/MS F: (67) 5217513 impacto3lagoas@brturbo.comOndas e Antenas199. Analise cada uma das seguintes comparaes relacionadas com ondas eletromagnticas e indique se so verdadeiras (V) ou falsas (F). ( ) Os tempos que a luz leva para percorrer as distncias do Sol at a Terra e da Luz at a Terra so iguais. ( ) No vcuo, os mdulos das velocidades de propagao da luz e das microondas so iguais. ( ) No vcuo, as freqncias de todas as ondas eletromagnticas so iguais . Quais so, pela ordem, as indicaes corretas? (A) V - V - F (B) V - F - V (C) F - V - F (D) F - V - V (E) F - F V 10. Em qual das alternativas as radiaes eletromagnticas esto citadas na ordem crescente da energia do fton associado as ondas? (A) raios gama, luz visvel, microondas (B) raios gama, microondas, luz visvel (C) luz visvel, microondas, raios gama (D) microondas, luz visvel, raios gama (E) microondas, raios gama, luz visvel 11. Associe cada radiao eletromagntica (coluna da direita) com o seu intervalo de freqncia f, representado no espectro eletromagntico (coluna da esquerda). A relao numrica, de cima para baixo, da coluna da direita, que estabelece a seqncia de associaes corretas (A) 1 - 2 - 3 (B) 1 - 3 - 2 (C) 2 - 1 - 3 (D) 2 - 3 - 1 (E) 3 - 2 - 1 12. Selecione a alternativa que, pela ordem preenche corretamente as lacunas: Uma onda transporta ....... de um ponto a outro do espao No vcuo, todas as ondas eletromagnticas possuem mesma .........As ondas sonoras propagam-se em uma direo .......... a direo das vibraes do meio (A) energia - freqncia - paralela (B) matria - velocidade - perpendicular (C) energia - amplitude - perpendicular (D) matria - intensidade - paralela (E) energia - velocidade - paralela.Colgio Impacto 2 Mdulo de Telecomunicaes Av. Filinto Muller, 95 - Centro - Trs Lagoas/MS F: (67) 5217513 impacto3lagoas@brturbo.comOndas e Antenas202. ANTENAS2.1. IntroduoAs antenas so dispositivos destinados a transmitir ou receber ondas de rdio. Quando ligadas a um transmissor (de rdio, TV, radar, etc.) convertem os sinais eltricos em ondas eletromagnticas. Quando ligadas a um receptor, captam essas ondas e as convertem em sinais eltricos que so amplificados e decodificados pelo aparelho receptor (de rdio, televiso, radar, etc.).O transmissor produz o sinal na forma de corrente alternada, ou seja, com rpida oscilao, indo e vindo ao longo de seu condutor. A freqncia da oscilao pode ir desde milhares de vezes por segundo at milhes de vezes por segundo, e medida em kilohertz ou megahertz. Ao oscilar na antena de transmisso, a corrente produz uma onda eletromagntica em sua volta, que se irradia pelo ar. Quando atinge uma antena receptora, a onda eletromagntica induz nela uma pequena corrente eltrica que se alterna para a frente e para trs ao longo da antena, acompanhando as oscilaes da onda. Essa corrente muito mais fraca do que a presente na antena transmissora, mas pode ser amplificada pelo aparelho receptor. A atmosfera encontra-se repleta de ondas eletromagnticas de vrias freqncias, e todas elas atingem as antenas receptoras. Contudo, cada aparelho receptor possui meios prprios para selecionar uma faixa estreita de freqncia, podendo sintonizar um sinal em particular. Ao ser sintonizado numa certa faixa de freqncia, o receptor s responde aos sinais dessa faixa determinada, excluindo as demais.Cada freqncia est associada a um comprimento de onda. Quanto mais alta a freqncia, menor o comprimento de onda (o produto das duas sempre igual a velocidade da luz). A eficincia de uma antena depende da relao correta ente seu comprimento fsico e o comprimento de onda do sinal que transmite ou recebe. O ideal que as antenas tenham exatamente a metade, ou um quarto, do comprimento de onda que recebem ou transmitem. Os princpios que regem o funcionamento das antenas receptoras ou transmissoras so idnticos. As antenas de transmisso podem estar em posio horizontal ou vertical, mas requerem que as antenas receptoras de suas emisses observem o mesmo posicionamento. Colgio Impacto 2 Mdulo de Telecomunicaes Av. Filinto Muller, 95 - Centro - Trs Lagoas/MS F: (67) 5217513 impacto3lagoas@brturbo.comOndas e AntenasAs montadas verticalmente causam pouco efeito nas receptoras horizontais (e vice-versa).21Os sinais radiofnicos de ondas mdias e longas seguem a curvatura da Terra, chegando a se propagar por centenas e at milhares de quilmetros com relativamente pouca perda de potncia. Por outro lado, os comprimentos de onda menores, como as de freqncia VHF ou UHF, usados para transmisso de alta fidelidade, estereofonia ou televiso, propagam-se de maneira similar a um feixe luminoso, limitando seu alcance at a linha do horizonte.2.2. Importncia das AntenasA eficincia de qualquer meio de comunicao por meio do rdio, principalmente tratando-se de equipamento QRP, depende em grande parte da antena ou conjunto de antenas que so utilizadas. por esta razo que se deve ter o mximo cuidado na escolha da antena; caso contrrio, ela se transformar num fator limitante. A antena determina se a potncia disponvel ser irradiada em todas as direes ou no, qual ngulo sobre o horizonte e qual o fator de ganho. Alm disso, freqentemente ser ela que eliminar interferncias provenientes de alguma direo conhecida, alm de evitar uma srie de outros inconvenientes. Por todos esses motivos que se impe um cuidadoso estudo para a escolha correta da antena, para obter, em cada caso particular, a melhor recepo possvel. Primeiramente devemos observar que no existe um sistema de irradiao ideal, mas sim diversos tipos; o melhor sistema depender da anlise de cada caso particular. Somente depois dessa anlise poderemos determinar qual o melhor tipo para a situao que se tem pela frente. Acontece freqentemente que quando melhoramos uma caracterstica acabamos piorando outra. Por exemplo, aumentando o ganho de uma antena numa determinada direo, teremos nessa direo privilegiado um ganho bem maior, mas com o inconveniente de que nas outras direes o ganho ser inferior. Quando o objetivo a comunicao com uma nica estao, no h nenhum problema em reduzir o ganho nas demais direes, pois assim as estaes indesejveis sero atenuadas, melhorando sensivelmente o sinal recebido. Se, porm, queremos contatar vrias estaes ao mesmo tempo, esse procedimento j no ser aconselhvel. Por isso, o fundamental adequar cada sistema de irradiao a seus objetivos e necessidades especficas. Aproveite para tirar o mximo de seu sistema irradiante. Ser demonstrado a seguir uma maneira prtica de construo de uma antena dipolo, fcil de instalar e ajustar. Colgio Impacto 2 Mdulo de Telecomunicaes Av. Filinto Muller, 95 - Centro - Trs Lagoas/MS F: (67) 5217513 impacto3lagoas@brturbo.comOndas e Antenas222.2.1. Comprimento de Onda Em radiofreqncia utiliza-se uma unidade de medida diferente das quais estamos acostumados, como por exemplo o metro, o centmetro e a polegada. Quando nos referimos a comprimento ou distncia, ou seja, todos ou quase todas as relaes existentes em radiofreqncia so medidas em comprimento de onda, cujo smbolo : l Assim, quando dizemos que uma linha de transmisso de L, estamos nos referindo a um trecho de linha com um tamanho igual a L do comprimento de onda naquela linha, que pode ser um cabo coaxial ou outro tipo qualquer. Existe uma velocidade de propagao diferente da onda eletromagntica para cada tipo de meio de propagao, por isso existem tambm diferentes comprimentos de onda para freqncias iguais. Para sabermos qual o comprimento de onda em uma determinada freqncia, basta dividirmos a velocidade de propagao da onda eletromagntica no vcuo (300.000.000 m/s) pela freqncia (em Hertz). Por exemplo, para sabermos qual o comprimento de onda eletromagntica na freqncia de 7 MHz devemos fazer:L= por isso que a freqncia de 7 MHz conhecida como faixa dos 40 metros. Assim acontece com todas as outras faixas. Quando calculamos antenas devemos subtrair 5% da velocidade de propagao eletromagntica, pois agora ela no est mais no vcuo e sim no meio fsico que o cobre do cabo coaxial. Alterando-se o material do cabo, teremos portanto outro valor de comprimento de onda, mas todos muito prximos do comprimento no vcuo. Aps ajustes finos da antena, tais diferenas so compensadas. Veremos que quando calculamos o comprimento da antena deixamos um pouco mais de elemento irradiante para compensarmos as diferenas. Observe que em eletrnica nada exato, tudo tem uma tolerncia. 2.2.2. Diagrama de Irradiao O diagrama de irradiao a representao grfica do ganho de uma antena num determinado plano. Pode-se escolher qualquer plano, mas na prtica dois deles so mais usuais: o diagrama de irradiao horizontal e o vertical. Vamos considerar o diagrama de irradiao como sendo uma figura slida no espao. Ento, o diagrama de irradiao horizontal apenas a figura resultante do corte horizontal desse slido.300.000.000 = 42,86 metros 7.000.000Podemos observar que uma antena tem um determinado diagrama de irradiao "espacial", ou seja, em trs dimenses. No entanto, muito pouco prtico fazer o levantamento desse diagrama sempre que se for testar uma antena. por isso que foram escolhidos os dois planos mais importantes, que do uma boa idia de como a antena irradia. Para se compreender bem esta figura e demais diagramas, devemos raciocinar da seguinte maneira: imaginemos a antena localizada no centro do diagrama, isto , no ponto de cruzamento dos eixos X, Y e Z e com uma dimenso to pequena que seja imperceptvel a olho nu. A forma do slido que surge dos diagramas de irradiao de uma antena definida pela quantidade de energia de radiofreqncia que ela irradia em cada direo. A direo em que ela irradia mais apresenta uma figura mais alongada, e na direo em que a Colgio Impacto 2 Mdulo de Telecomunicaes Av. Filinto Muller, 95 - Centro - Trs Lagoas/MS F: (67) 5217513 impacto3lagoas@brturbo.com23 irradiao menor a figura tem um formato mais afinado. Assim, na figura acima, o plano definido pelos eixos X e Z representa o mnimo de irradiao da antena, e na direo da reta Y a irradiao mxima. Tudo o que foi dito vlido tambm para recepo. Assim, na direo em que houver maior irradiao, haver tambm maior ganho na recepo ocorrendo o contrrio no caso inverso. 2.2.3. Antena Isotrpica Antena isotrpica aquela que irradia igualmente em todas as direes. Os diagramas de irradiao vertical e horizontal so em forma de circunferncia, pois o diagrama no espao seria equivalente a uma esfera. Essa antena pode ser comparada a uma lmpada que ilumina igualmente em todas as direes. A antena isotrpica existe somente na teoria (no existe antena ideal), e sua finalidade servir como padro de referncia na medio de outras antenas, embora alguns fabricantes considerem a antena dipolo um elemento bem melhor como padro de referncia, porque ela uma antena real e no imaginria. De qualquer forma, a escolha de uma ou outra referncia no altera em nada as caractersticas da antena medida. a mesma coisa que medir uma mesa em metros ou polegadas, apesar dos nmeros se apresentarem diferentes o tamanho da mesa ser igual. lgico que sempre necessrio indicar qual a unidade que foi usada (metros ou polegadas). A mesma coisa acontece no caso da antena: devemos indicar qual o padro de referncia que usamos para expressar o seu ganho. Ainda mais: no caso de uma comparao, deve-se ter o cuidado de expressar ambos os ganhos comparados em relao mesma referncia. Voltando ao nosso exemplo, s podemos comparar uma medida em cm com outra tambm em cm; no podemos comparar centmetros com polegadas. Por isso que no tem validade alguma afirmar que uma antena tem um ganho de 10 dB, para que a afirmativa seja vlida necessrio indicar se esses 10 dB so em relao antena isotrpica ou a outra referncia escolhida, da vermos em manuais valores expressos em dBi (de isotrpica) ou dBd (de dipolo).Ondas e Antenas2.3. Ganho de uma AntenaPara definir com preciso o que o ganho de uma antena se faz necessrio algumas consideraes. O que realmente significa quando algum diz que uma antena tem 5 dB (decibels) de ganho? A antena isotrpica aquela que irradia igualmente em todas as direes. Mas para que isso acontea, ela deve ser um ponto sem dimenses afastado de qualquer objeto. Qualquer antena prxima a um objeto, por menor que seja, no irradiar como a isotrpica. Alm do mais, existem outros fatores que tambm tornam impossvel sua existncia, tal como a distncia do solo. A antena isotrpica um modelo ideal, que no pode existir a no ser matematicamente e cuja funo a de servir de padro de referncia para outras medidas. A unidade empregada para expressar o ganho o decibel (dB), que dado pela expresso:N(dB) = 10 logP2 - decibel P1Por essa equao podemos calcular quantos decibels (o plural de decibel mesmo decibels e no decibis, conforme SI) uma dada potncia P2 maior que P1. Devemos notar que essa uma medida relativa e que nos d o quanto uma grandeza (potncia) maior que outra. Agora, se um sinal for 6 dB mais potente que outro, por uma propriedade caracterstica dos logaritmos, o primeiro ser 2 x 2 = 4 vezes maior que o segundo (6 dB = 3 dB + 3 dB). No caso de termos 9 dB, fazemos o desdobramento: Colgio Impacto 2 Mdulo de Telecomunicaes Av. Filinto Muller, 95 - Centro - Trs Lagoas/MS F: (67) 5217513 impacto3lagoas@brturbo.comOndas e Antenas249 dB = 3 dB + 3 dB + 3 dB , o que nos d 2 x 2 x 2 = 8 vezes Quando tivermos 10 dB, a potncia P2 ser 10 vezes maior que P1. E assim, quando quisermos saber quantas vezes uma certa potncia maior que outra, basta separ-la (os dB) em somas de 3 dB e multiplicar por 2 cada vez que tivermos um 3. Se tivermos um mltiplo de 10 ainda mais fcil, pois basta multiplicar por 10. Veja os exemplos: 6 dB = 3 dB + 3 dB = 2 x 2 = 4 vezes 13 dB = 10 dB + 3 dB = 10 x 2 = 20 vezes 16 dB = 10 dB + 3 dB + 3 dB = 10 x 2 x 2 = 40 vezes 26 dB = 10 dB + 10 dB + 3 dB + 3 dB = 10 x 10 x 2 x 2 = 400 vezes e assim por diante. Como podemos perceber, at mais fcil do que usar a calculadora e com um pouco de prtica pode ser feito at de cabea. No devemos, porm, confundir os dB de potncia e de tenso. Este ltimo dado por outra relao semelhante, expressa pela seguinte equao:N(dB) = 20 logV2 V1Voltando s antenas, podemos aplicar esse conceito ao que j vimos. Como referncia podemos usar qualquer valor, mas na prtica consagrou-se o uso do isotrpico ou do dipolo meia onda. Se compararmos a antena com uma fonte de luz, a antena isotrpica eqivaleria a uma lmpada que ilumina igualmente a superfcie interna de uma esfera que a envolve. J uma antena direcional, que irradia preferencialmente em uma dada direo, seria comparada com uma lanterna que ilumina somente uma parte da rea da esfera considerada. Podemos ento perceber que um modo de medir o ganho seria dividir a rea total da esfera pela rea "iluminada" pela antena. Quanto menor for essa rea, maior o quociente e tanto maior o ganho. Como a luz da lanterna no ilumina s aquela rea, mas sim uma rea difusa, sem contornos definidos, foi escolhida a rea iluminada a meia potncia como aquela que seria usada como referncia. Quando comparamos a rea total com a rea referenciada estamos fazendo a comparao entre uma antena real e o isotrpico, e isso deve ser observado. No caso de usar o dipolo meia onda como referncia, teramos diferentes reas, o que daria nmeros diferentes para o mesmo valor do ganho. Por isso importante indicar em qual referncia o ganho dado. 2.3.1. Coeficiente de Onda Estacionria Toda antena tem uma determinada impedncia, que igual resistncia de irradiao mais uma componente reativa, acontecendo o mesmo com os cabos coaxiais (ou outra linha de transmisso qualquer), s que esses no apresentam a parte reativa. Acontece que se no houver casamento entre a impedncia da antena e a do cabo, ao alimentarmos tal conjunto com um sinal de radiofreqncia, teremos um efeito que se chama onda estacionria, efeito esse que ser tanto maior quanto maior for o descasamento entre o cabo e a antena. Um dipolo ou outro tipo qualquer de antena apresenta uma certa impedncia entre seus terminais na freqncia de ressonncia. Vamos considerar que nesse ponto sua impedncia esteja perfeitamente casada com a do cabo. Se mudarmos um pouco a freqncia do sinal para cima ou para baixo em relao freqncia de ressonncia, a impedncia da antena tambm ser alterada ocasionando assim um descasamento entre ela e o cabo de alimentao, o que nos leva a um aumento do coeficiente de ondas Colgio Impacto 2 Mdulo de Telecomunicaes Av. Filinto Muller, 95 - Centro - Trs Lagoas/MS F: (67) 5217513 impacto3lagoas@brturbo.comOndas e Antenas25estacionrias. A sigla ROE (relao de onda estacionria) ou COE (coeficiente de ondas estacionrias) podem tambm aparecer como SWR, que vem do ingls standing wave ratio. Quando no for possvel a medio do coeficiente de ondas estacionrias, existe um mtodo de clculo muito simples que nos dar esse valor. No entanto, ele s vlido quando a impedncia da antena for puramente resistiva. A ROE ser dada por:ROE =ZR ZA ou ROE = ZA ZRO uso de uma ou outra dessas frmulas depende apenas de Z R (impedncia resistiva da linha) e da Z A (impedncia resistiva da antena). Como a ROE tem sempre que ser maior que um, basta colocar o valor maior sempre no numerador. Vamos ver um exemplo: Exemplo: Qual a ROE para uma antena de 80 W de impedncia ligada a um cabo coaxial de 50 W? 80 W/ 50 W = 1, 6 = ROE (ento a ROE 1,6:1)2.4. Antena DipoloA dipolo de L provavelmente a mais simples antena utilizada pelos radioamadores, ela consiste de dois L de comprimento de fio. Como mostrado, o dipolo tem uma performance melhor atravs da frente e costa de sua tela, mas ter um nulo (rea reduzida/baixo rendimento) em qualquer lateral de seu monitor. Isto pode ser extremamente til se voc deseja operar Leste de estaes ou Oeste de voc, mas pode evitar interferncia de estaes para o Norte ou Sul (ou vice-versa).Para uso omni-direcional, o dipolo dever ser montado verticalmente, com o centro do cabo coaxial alimentando o fio que fica para o alto. A figura 1 mostra a antena usada com uma conexo simples a um cabo coaxial de 75 Ohms. Como a impedncia caracterstica de uma antena dipolo de L aproximadamente de 75 Ohms, pode-se ligar a mesma diretamente ao radio. Claro que, se trata de uma alternativa, mas pode alimentar o dipolo diretamente com o cabo de 50 Ohms. A figura 2 mostra o dipolo com um balun de 1:1 (transformador equilibrado/desequilibrado) inserido no centro da antena. Este o mtodo preferido de construo, e normalmente tem uma melhor performance que o mtodo de isolador central previamente mostrado. A impedncia a um determinado ponto na antena determinada pela relao da voltagem pela corrente quele ponto. Por exemplo, se tiver 100 V e 1.4 A de RF a um ponto especificado em uma antena e se elas estiverem em fase, a impedncia seria aproximadamente 71 Ohms. O tamanho de uma antena dipolo de L depende do dimetro do condutor utilizado, bem como da distancia da antena com relao ao solo e outros, onde o ideal seria acima de L em metros. Colgio Impacto 2 Mdulo de Telecomunicaes Av. Filinto Muller, 95 - Centro - Trs Lagoas/MS F: (67) 5217513 impacto3lagoas@brturbo.comOndas e Antenas26Exemplo: Calcule aproximadamente o tamanho de sua antena dipolo de L, para freqncias abaixo de 30 MHZ. 2.4.1. Antena Dipolo DobradoO Dipolo Dobrado outra variao do Dipolo de 1/2 onda, mas tem uma banda passante um pouco maior quando comparada a um Dipolo de 1/2 onda. H dois modos principais para construir a antena conforme mostrado acima. A figura 1 mostra o Dipolo Dobrado construdo de arame. O raio dos fins realmente no importa muito, mas o que importante que a antena alimentada com tira de 300 Ohms. Isto porque o Dipolo Dobrado, como todos o outros dipolos, uma antena equilibrada e tem um impedncia de cerca de 250 ohms. Novamente, como todos os dipolos, um balun alimentado com cabo coaxial pode ser usado, mas ao contrrio do dipolo de 1/2 onda ou o V "Invertido", devem ser usados um balun de 4:1 e cabo coaxial de 75 Ohms. A figura mostra o mtodo preferido de construo, com alimentador de 300 Ohms que usado para a prpria antena. Isto porque mais fcil de utilizar no cumprimento a mesma fita geminada. No h nenhuma dificuldade com manter os dois comprimentos da antena separadamente, e eles sempre mantero na posio relativo para um ao outro. Como a maioria dos radioamadores tem um acoplador de antena muito mais barato, (muito mais simples) utilizar a fita geminada de 300 Ohms na antena e na descida e fica mais leve a montagem final da antena. 2.4.2. Como Instalar uma Antena Dipolo para HF A instalao desse tipo de antena muito fcil, mas deve-se ter alguns cuidados para evitar campos parasitas e valores de ROE indesejveis. Como ela uma das mais usadas, vale a pena nos aprimorarmos um pouco mais no assunto. A primeira coisa a fazer o clculo do comprimento da antena pelas equaes vistas anteriormente. Por exemplo, para calcularmos um dipolo que funcione em 7060 MHz, temos: L = 1/2 = 142,5 /7,060 (MHz) = 20,18 metros Feito isso, o prximo passo a escolha do fio a ser empregado. Na maioria das vezes o que se costuma fazer utilizar uma bitola de fio que sirva para os casos mais freqentes, ou seja, casos em que temos potncias envolvidas relativamente pequenas. Essa bitola pode ser 12 ou 14 AWG para potncias de at 1 kW (1000 watts). Estaes de radioamadores, faixa do cidado e alguns servios comerciais se enquadram perfeitamente nessa categoria. Os QRPistas no enfrentam tal problema, mas a bitola do fio maior ser interessante, pois assegura boa resistncia mecnica. Utilize preferencialmente o fio 12 AWG, pode ser encapado mesmo. A maneira tecnicamente correta de se instalar um dipolo de 1/2 onda pendur-lo por suas extremidades, deixando o cabo coaxial sair em ngulo reto para baixo de seu centro ou ento prend-lo em sua parte central pelo isolador, fazendo com que as duas metades formem um V invertido, num ngulo de 90 graus. Essa configurao chama-se justamente V invertido. Qualquer que seja a configurao escolhida, vemos que o fio ficar tracionado, o que Colgio Impacto 2 Mdulo de Telecomunicaes Av. Filinto Muller, 95 - Centro - Trs Lagoas/MS F: (67) 5217513 impacto3lagoas@brturbo.com27 acabar por along-lo, principalmente porque a liga geralmente empregada nos condutores no pura. Devemos ento compensar um pouco esse efeito, alongando um pouco o fio antes de fazer a antena. Isso evitar que com o passar do tempo o prprio peso do cabo coaxial acabe por deformar o dipolo. Para along-lo , amarra-se uma das pontas do fio a ser usado em uma rvore ou poste, e por meio de um apoio amarrado na outra ponta puxa-se o fio at que tenhamos um alongamento de uns 5% do tamanho original. Um outro detalhe, posso mesmo utilizar fio encapado? Sim, no h motivo para preocupao, pois tanto o fio encapado como esmaltado se prestam igualmente a isso. O nico detalhe que no caso do fio esmaltado devemos rasp-lo antes de sold-lo. Quando efetuar a soldagem, procure raspar bem todas superfcies antes de junt-las para a solda. Uma boa idia seria a de dar uma estanhada nos dois lugares antes de uni-los, para garantir que a solda faa contato quando as superfcies so bem limpas. Depois de esticar o fio, com auxlio de uma trena medimos o comprimento l e, deixando uma certa folga (mais ou menos 1 metro) para ambos os lados, cortamos o fio no seu ponto central. O cabo coaxial dever ter a sua extremidade desencapada (capa preta de vinil) uns cinco centmetros; a malha deve ser desfiada e agrupada como um nico condutor. O condutor central dever ter o isolante do coaxial removido um centmetro a partir da ponta, soldando-se a malha e o fio interno do coaxial num dos extremos de cada fio utilizado um isolador central que pode ser comprado em casas especializadas ou feito de madeira ou plstico. Como ltimo detalhe temos as pontas extremas da antena. poderemos usar castanhas de cermica ou isoladores de material plstico, vendido em casas do ramo. A antena est pronta para ser instalada entre dois pontos previstos para essa finalidade. No devemos esquecer que essa uma antena direcional e que o mximo desempenho, tanto na transmisso como recepo, se d nas direes perpendiculares ao eixo do fio condutor.Ondas e Antenas2.5. Antenas Outros ModelosDesde os primeiros dias do rdio, as antenas envolveram os operadores. Houveram muitos desejos e restries. Cada tipo de antena foi desenvolvido para ajudar algum em sua necessidade. Muitos modelos foram modificados, otimizados, curvados, dobrados at algum dar um novo nome para uma nova antena que nascia. Algumas antenas foram desenvolvidas para serem usadas em locais com pouco espao disponvel, outras, para prover um lbulo de radiao em especial, e outras somente porque foram feitas. Radioamadores adoram desenvolver e experimentar antenas. uma das poucas reas atualmente em que ainda o radioamador pode construir algo ou modificar visando uma boa ou melhor performance. Para iniciar, tenha em mos um bom livro sobre o assunto e faa a leitura do mesmo com ateno. Existem muitas publicaes que podem fornecer importantes informaes sobre muitos tipos de antenas para radioamadorismo. A performance das antenas um fator ainda no compreendido pela maioria dos radioamadores. Muitos iniciantes acreditam que uma antena com baixa estacionria uma boa antena. A estacionria lida atravs de instrumentos nos mostram to somente o tanto de potncia perdida e no irradiada pelo sistema. Uma alta estacionria pode ser causada por conectores defeituosos ou cabo, assim como uma antena defeituosa ou mal ajustada. A estacionria medida, alta ou baixa, no traduz o quo bem a antena est irradiando!. Medies ou ganho preterido em antenas so objeto das maiores controvrsias entre fabricantes e usurios. Uma diferena de 2 dB entre uma antena de um fabricante e de outro na hora de comparar um determinado tipo de irradiante pode ser determinada durante os testes onde a altura e o angulo de irradiao podem ter sido diferentes para um mesmo tipo de antena, da resultarem diferenas entre elas. Assim, uma antena Yagi mal construda ou Colgio Impacto 2 Mdulo de Telecomunicaes Av. Filinto Muller, 95 - Centro - Trs Lagoas/MS F: (67) 5217513 impacto3lagoas@brturbo.com28 projetada, ou em altura errada, pode no funcionar to bem quanto outra de menores dimenses ou mesmo um dipolo. A altura correta de uma antena depende de uma srie de fatores. Em geral uma antena baixa mais eficiente para cobertura local e outra a maior altura ideal para DX. Porm na prtica, existem ocasies em que uma antena a baixa altura suplanta a mais alta nas bandas de HF. Em VHF e UHF, grandes antenas a grande altura so usadas para transpor obstculos. Existem outras aplicaes nestas faixas em que a altura no fator preponderante, como ex.: Reflexo lunar, reflexo em chuva de meteoros, aurora, e satlites. A escolha do tipo de antena a ser usado depende do que se pretende fazer com ela. Voc quer competir em um conteste em 160 m. Ou somente escutar o repetidor local de 2m? Voc reside em um apartamento em um grande centro urbano ou em uma dzia de acres no interior? Voc vai instalar sua antena em uma torre de 30 m ou vai instalar um fio na janela de seu apartamento? A lista a seguir contempla alguns tipos mais populares de antenas usadas. No se trata de uma lista completa, apenas ilustrativa, pois nossa inteno no aprofundar-nos em teorias da fsica, mas sim um simples guia prtico de consulta. 2.5.1. Dipolos de Meia-Onda Descrio A mais bsica das antenas, somente dois pedaos de fio ou tubos de alumnio com de onda para cada lado, alimentada pelo centro. Bandas - Todas. Uso mais comum HF. Padro de irradiao Se est na horizontal, o padro ser bidirecional, com pontos nulos nas extremidades. Se o centro estiver mais alto que as extremidades, ela ser chamada de V invertida os pontos nulos das extremidades sero mais pronunciados. Se o fio estiver na vertical obteremos um padro de irradiao circular. Vantagens Fcil de construir, fcil de instalar, materiais leves e de tambm fcil aquisio. Desvantagens Muito longa nas faixas inferiores de HF. 2.5.2. Dipolos Bobinados/Multibanda Descrio Dipolo ou dipolo invertido com traps e/ou bobinas de carga que ajudam a operar em outras bandas. Bandas HF. Uso mais comum HF, onde o espao no permite ter-se mltiplas antenas de onda completas. Padro de irradiao - Igual ao dipolo de onda. Vantagens Fcil de instalar e economiza espao. Desvantagens Os traps ou bobinas podem limitar a potncia irradiada, mais difcil de ser projetada e sintonizada que um dipolo comum. 2.5.3. Long Wire/Unifilar Descrio Usualmente um pedao de fio to longo quanto possvel. Bandas HF. Uso mais comum - HF porttil ou mesmo base, onde a rapidez e facilidade de instalao so requeridas. Padro de irradiao Multi-lbulos atravs do comprimento da mesma, variando o padro conforme a longitude e a freqncia. Vantagens Fcil de instalar , leve e pode ser colocada quase que em qualquer lugar. Desvantagens Normalmente requer acoplador, requer bom sistema de aterramento para manter a RF fora do Schak. Performance menor que a prevista . 2.5.4. Windon/Zeppelin/G5RV Descrio So variaes de dipolos e long wires envolvidos em certas situaes. Colgio Impacto 2 Mdulo de Telecomunicaes Av. Filinto Muller, 95 - Centro - Trs Lagoas/MS F: (67) 5217513 impacto3lagoas@brturbo.comOndas e Antenas29 Dentre estas a G5RV a mais popular verso deste tipo de antena pois foi projetada para cobrir muitas das bandas de HF. Bandas HF algumas ou combinaes de bandas. Uso mais comum HF. Padro de irradiao - Varivel conforme a freqncia. Vantagens Cobertura multi-banda. Desvantagens Alguns modelos podem ser grandes. Precisam de certos tipos diferenciados de alimentao, acopladores ou balloons para trabalharem bem. 2.5.5. Vertical de Onda Descrio essencialmente um dipolo de onda onde sua parte inferior constituda por um plano de irradiao. Ex.: o teto de um automvel ou um plano de terra que consiste em alguns pedaos de fio ou tubos. Uma variante comum deste tipo de antena a L invertida. Bandas - HF, VHF e UHF. Uso mais comum HF VHF e UHF. Mvel ou base. Padro de irradiao - Omnidirecional. Vantagens - Omnidirecional, cobre mltiplas bandas. Fcil de construir, fcil de sintonizar. Com um sistema diferenciado de alimentao, pode ser combinada aos pares para aumentar o ganho e diretividade. Desvantagens Muito grande para as bandas inferiores de HF. 2.5.6. Vertical Multibanda Bobinada Descrio Podem ser verticais de ou onda com traps ou bobinas para faze-la trabalhar em mltiplas bandas. Bandas HF VHF e UHF. Uso mais comum HF VHF e UHF mvel. Padro de irradiao Omnidirecional. Vantagens - Padro omnidirecional, cobre mltiplas bandas com um simples irradiador vertical, relativamente pequena, comparada a uma vertical full size, algumas no requerem plano terra nem mesmo radiais. Desvantagens Mais cara que uma vertical banda-nica, no muito eficiente pois existem perdas nos traps e bobinas. Difcil de projetar e construir. 2.5.7. Loop Onda Completa Descrio - uma antena onda completa feita com fio montada em loop , e alimentada onde as pontas se encontram. Bandas HF. Uso mais comum HF. Padro de irradiao - Bi-direcional variando a omnidirecional, dependendo da orientao e do ponto de alimentao. Vantagens Ganho maior que a dipolo comum. Material usualmente fcil de encontrar e fcil de construir. Desvantagens - Imensamente maior que o dipolo, instalao difcil, sintonia delicada em 50 ohms. 2.5.8. Antenas com Elementos Parasitas (Yagis, Quagis, quadra cbica) Descrio - Antenas construdas com tubos de alumnio, geralmente onda (Yagis), ou com onda completa em fios rgidos (Quadras) ou combinao destas duas (Quagis). Normalmente s um dos elementos alimentado com o cabo coaxial, os demais elementos tem a funo de apanhar a energia do elemento excitado e reirradia-la. Bandas HF VHF e UHF. Uso mais comum A qualquer tempo em que se deseje um padro diretivo. Padro de irradiao Facho diretivo simples. Colgio Impacto 2 Mdulo de Telecomunicaes Av. Filinto Muller, 95 - Centro - Trs Lagoas/MS F: (67) 5217513 impacto3lagoas@brturbo.comOndas e Antenas30 Vantagens Ser projetada para dar um ganho maior que a maioria das antenas existentes de HF e VHF. Pode ser apontada para a estao desejada concentrando a potncia irradiada naquela direo. Pode reduzir interferncias na recepo por tambm receber em uma s direo. Pode ser construda com fios a preo reduzidssimo, porm estar apontada somente para um determinado ponto. Desvantagens - Difcil construo, especialmente nas baixas freqncias onde so muito grandes e caras. 2.5.9. Yagis Multibanda Descrio - Similares as yagis descritas anteriormente, porm com traps e/ou bobinas de carga com o propsito de cobrirem mltiplas bandas. Bandas HF (40 a 10 metros usualmente). Uso mais comum So usualmente usadas em situaes onde no se dispe de espao ou dinheiro para ter vrias mono bandas. Padro de irradiao Facho diretivo simples. Vantagens Cobertura de geralmente trs faixas de HF. Desvantagens No to eficientes quanto as mono bandas, difceis de construir em casa. 2.5.10. Log Peridica Descrio Esta uma antena dipolo com aproximadamente onda, que vai encurtando seu comprimento fsico progressivamente ao longo do boom. Todos os dipolos so alimentados simultaneamente numa disposio conhecida como fase alternada. A idia ter dois ou mais dipolos trabalhando juntos em uma freqncia em particular, criando um facho onde a antena estiver apontada. Bandas HF VHF e UHF. Uso mais comum Cobertura de mltiplas bandas. Padro de irradiao Lbulo simples. Vantagens - Cobertura contnua de freqncias. Mais eficiente que as yagis bobinadas. Desvantagens - Difcil de ser projetada e construda em casa. Usualmente grande como uma tribanda bobinada. 2.5.11. Beverage Descrio O nome deriva do Dr. Harold Beverage que foi o primeiro a constru-la. Esta antena tornou-se popular devido ao baixo rudo na recepo de sinais em freqncias baixas, principalmente usada em 160 metros , mas pode ser usada com eficincia em 40 e 80 metros (s recepo). Esta antena como uma long-wire; usualmente com um comprimento de onda ou mais, instalada a cerca de 2 ou 3 metros acima do solo. Bandas 40 a 160 metros. Uso mais comum - HF recepo somente. Padro de irradiao Depende do comprimento e da forma de terminao, mas normalmente uma srie de lbulos so encontrado em sua longitude. Vantagens Muito direcional, muito baixo rudo captado, fcil de instalar, muitas variaes so possveis. Material barato e fcil de conseguir. Desvantagens Comprimento, superior na maioria das vezes a 160 metros. Relativamente ineficiente, alguns usurios adicionam pr-amplificador a elas com finalidade de aumentar o rendimento. 2.5.12. Cornetas, Discos, Guias de Onda Descrio Estes tipos de antenas so usadas especialmente em UHF e microondas. Bandas - UHF e acima . Uso mais comum Qualquer aplicao em UHF. Padro de irradiao Desde um simples facho at mltiplos fachos diretivos. Colgio Impacto 2 Mdulo de Telecomunicaes Av. Filinto Muller, 95 - Centro - Trs Lagoas/MS F: (67) 5217513 impacto3lagoas@brturbo.comOndas e AntenasOndas e Antenas31Vantagens Mais alto ganho possvel, pequeno tamanho, baixo peso. Desvantagens - Muito difceis de serem executadas em casa, exatido extremamente importante quanto o comprimento de onda diminui.2.6. Receptores de Comunicao para RadioamadoresSe voc j tentou sintonizar uma estao de radioamador em um rdio comum para AM, certamente encontrou alguma dificuldade. Por exemplo, a intensidade do sinal captado relativamente fraca, uma vez que a potncia de um transmissor de radioamador bem menor que a potncia do transmissor de uma estao de radiodifuso comercial, que gira em torno de 5 kW at mais de 50 kW. Por outro lado, a sintonia de uma estao de radioamador algo crtico nesse aparelho, pois as faixas destinadas aos amadores so bem mais estreitas, por exemplo a faixa de 40 metros, que vai de 7,0 MHz at 7,3 MHz. Os fatos mencionados estabelecem as primeiras caractersticas tcnicas de um receptor de comunicaes: boa sensibilidade - capacidade de receber sinais fracos; boa seletividade - capacidade de sintonizar estaes que transmitem em freqncias bem prximas, alm de outras que sero analisadas mais adiante. Na atualidade, praticamente todos os receptores usados nas estaes dos radioamadores so do tipo super-heterodino. Apesar do princpio bsico de funcionamento ser o mesmo entre um receptor comum para radiodifuso (como aquele usado em casa) e um receptor de comunicaes existem algumas diferenas. Um receptor de comunicaes um receptor de rdio comum com certos refinamentos para que possa desempenhar as suas funes adequadamente. Entre esses refinamentos podemos citar, por exemplo, o amplificador de RF, a dupla converso, o limitador de rudos, o silenciador, o indicador de intensidade de sinal (ou S METER), o oscilador de batimento (ou BFO), o band-spread (ampliao de faixa), entre outros. 2.6.1. A Converso de Freqncia O princpio de funcionamento de um receptor super-heterodino o da converso de freqncia: o sinal captado pela antena do receptor misturado com um outro sinal gerado por um circuito especial (o oscilador local) do prprio receptor, e cuja freqncia um pouco superior freqncia do sinal sintonizado. Como resultado dessa mistura (batimento) obtmse um terceiro sinal de freqncia fixa igual diferena entre as duas anteriores, e que denomina-se freqncia intermediria ou apenas FI. 2.6.2. O Amplificador de RF Encontramos o circuito amplificador de RF somente em equipamentos de construo mais elaborada, como em alguns tipos de auto-rdios. Nos receptores de comunicao, a amplificao de radiofreqncia antes do processo de converso praticamente obrigatria. O objetivo deste procedimento conseguir uma elevada sensibilidade e uma alta seletividade, entre outros requisitos; porm, de todos eles o mais importante a seletividade, conforme veremos mais adiante. 2.6.3. O BAND-SPREAD Este o dispositivo especfico e exclusivo dos receptores de comunicaes. Num receptor comum de radiodifuso (AM), a faixa de ondas mdias vai de 550 kHz a 1600 kHz. Vamos supor que o comprimento dessa escala gravada no mostrador (ou dial) do aparelho seja de 9 cm. Assim, teremos 1600 kHz - 550 kHz = 1050 kHz distribudos ao longo do mostrador, o que nos permitir uma sintonia razoavelmente cmoda das estaes que operam nesta faixa. Ainda nesse receptor, vamos imaginar que a faixa de ondas curtas v de 6 MHz a 18 MHz. Neste caso, teremos 18 MHz - 6 MHz = 12 MHz (ou 12.000 kHz) distribudos ao Colgio Impacto 2 Mdulo de Telecomunicaes Av. Filinto Muller, 95 - Centro - Trs Lagoas/MS F: (67) 5217513 impacto3lagoas@brturbo.com32 longo dos mesmos 9 cm. Como fcil notar, aqui a sintonia das estaes se torna um pouco crtica, pois a largura da faixa sintonizada muito maior (12 MHz) para um mesmo comprimento da escala (9 cm). E se quisermos sintonizar a banda de 40 m, a dificuldade aumenta, pois seremos obrigados a explorar os 300 kHz (de 7000 kHz a 7300 kHz) em 3 ou 4 mm da escala. Como vemos, torna-se necessrio empregar algum mtodo que permita abrir ou ampliar mais a faixa, de modo que possamos sintonizar, por exemplo, o espectro de 300 kHz da faixa de 40 m ao longo de todo o dial. Um dos processos utilizados para esse fim consiste em usar um capacitor varivel (de pequeno valor) ligado em paralelo com o capacitor varivel de sintonia principal (tanto no circuito de antena como no circuito de oscilador local). Este sistema requer o emprego de dois mostradores. Um deles, correspondente ao varivel de sintonia principal, possui as escalas gravadas com as freqncias das diversas faixas cobertas pelo receptor. O outro, correspondente ao varivel de ampliao de faixa (ou band-spread) normalmente possui a escala dividida em 100 partes. O band-spread usado em conjunto com o varivel de sintonia principal, e permite separar as estaes que estejam muito prximas no mostrador principal. Muitos receptores de comunicao para uso exclusivo dos radioamadores j so projetados com as faixas ampliadas, mesmo assim possuem o band-spread. 2.6.4. Freqncia-Imagem Nos receptores de comunicao o problema da freqncia-imagem muito importante. Portanto analisaremos mais detalhadamente tal fenmeno. Como dissemos, a freqncia do sinal resultante da converso (sinal de FI) igual diferena entre a freqncia do sinal do oscilador local e a freqncia do sinal captado pela antena. Em geral, a freqncia do sinal gerado pelo oscilador local maior do que a do sinal sintonizado. Mas se for menor, o receptor super-heterodino tambm funcionar, desde que a diferena mencionada seja a mesma da FI do aparelho. Vamos imaginar que dispomos de um receptor cuja FI de 100 kHz. Com ele desejamos ouvir as estaes de radioamadores que operam na banda de 40 metros. Se sintonizarmos uma estao que esteja transmitindo em 7040 kHz, por exemplo, o oscilador local do receptor ir trabalhar em 7140 kHz. Como resultado teremos um sinal de 7140 kHz - 7040 kHz = 100 kHz, que a FI do aparelho, portanto ele ser amplificado no estgio de FI, detectado, novamente amplificado no estgio de AF e finalmente reproduzido pelo alto-falante. Caso nesse instante haja uma outra estao transmitindo em 7240 kHz, e admitindo que a seletividade do circuito de antena no seja to aguda, de modo que ele consiga chegar at o misturador, o sinal de 7240 kHz ir misturar-se com o de 7140 kHz do oscilador, resultando um sinal de FI, pois: 7240 kHz - 7140 kHz = 100 kHz. Em resumo, quando o receptor est sintonizado em 7040 kHz, alm da emissora que transmite nesta freqncia, tambm escutaremos o sinal da estao que opera em 7240 kHz (a segunda emissora ir interferir na primeira). Neste exemplo, o sinal de 7240 kHz recebe o nome de sinal-imagem e a sua freqncia denomina-se freqncia-imagem. Observe tambm que no exemplo dado, o sinal-imagem ser ouvido em duas situaes: a primeira quando o receptor estiver sintonizado em 7040 kHz e a segunda quando o aparelho for sintonizado nos prprios 7240 kHz, pois neste caso, o oscilador local ir trabalhar em 7340 kHz, resultando: 7340kHz - 7240 kHz = 100 kHz (FI). importante frisar que a freqncia-imagem sempre igual freqncia do sinal sintonizado mais duas vezes o valor da FI. No exemplo dado, 7240 kHz = 7040 kHz + 2 x 100 kHz + 200 kHz . Num receptor comum de AM, que disponha de faixas de ondas curtas (entre 6 MHz e 18 MHz por exemplo), bem fcil observarmos o problema ora analisado. Em primeiro lugar, Colgio Impacto 2 Mdulo de Telecomunicaes Av. Filinto Muller, 95 - Centro - Trs Lagoas/MS F: (67) 5217513 impacto3lagoas@brturbo.comOndas e Antenas33 devemos conectar uma boa antena ao aparelho. Um simples fio estendido, com um comprimento de 12 m a 15 m, j o suficiente. A seguir sintonizamos o aparelho por volta de 6200 kHz (ou 6,2 MHz), um pouco acima da rdio Bandeirantes (49 metros). Nessa regio do dial, fatalmente iremos escutar alguma estao de radioamador. Se "subirmos" a sintonia do receptor at aproximadamente 7110 kHz (ou 7,11 MHz), voltaremos a escutar a mesma estao de radioamador, agora com maior intensidade. Observe que o lugar correto da emissora de radioamador, no dial do aparelho, de 7110 kHz e no em 6200 kHz. Mas como a seletividade do circuito de antena do receptor no muito aguda, quando o aparelho est sintonizado em 6200 kHz ocorre que o sinal de 7110 kHz tambm consegue entrar no conversor, apesar de relativamente atenuado. Por outro lado, lembrando que a FI do receptor de 455 kHz, portanto, 6200 kHz + 2 x 455 kHz = 6200 kHz + 910 kHz = 7110 kHz. Em outras palavras, o sinal de 7110 kHz aparece como sinal-imagem e pode causar interferncias quando o receptor est sintonizado em 6200 kHz. Para os receptores comuns de radiodifuso (AM) na faixa de ondas mdias, o problema da freqncia-imagem praticamente no existe. Como nesses aparelhos a FI de 455 kHz, o sinal-imagem cai fora dessa faixa. J nas faixas de ondas curtas, esse problema sentido mais de perto, pois as freqncias sintonizadas so mais altas. Uma soluo para evitar tal problema seria aumentar o valor da FI. Com isso o sinalimagem ficaria mais distanciado do sinal sintonizado, e a prpria seletividade do circuito de antena encarregar-se-ia de atenu-lo o suficiente, de modo a evitar que esse sinal-imagem chegasse at o misturador. Entretanto, se aumentarmos o valor da FI perdemos em sensibilidade, pois o ganho do estgio de FI maior em freqncias baixas. Em vez de aumentar muito o valor da FI nos receptores de comunicao o problema resolvido elevando-se a seletividade dos circuitos prvios ao conversor. Aqui vemos a necessidade do estgio amplificador de RF antes do conversor nesse tipo de receptor. 2.6.5. O Processo da Dupla Converso Uma outra maneira de se eliminar o sinal-imagem consiste em utilizar duas vezes o processo da converso de freqncia. Este procedimento denomina-se dupla converso. Com ele conseguimos melhorar bastante a seletividade do aparelho, da o seu largo emprego nos receptores de comunicao. O processo consiste em obter, pelo batimento do sinal sintonizado no circuito de antena com o sinal gerado no 1. oscilador local, uma FI de valor alto. Em seguida, h um novo batimento entre essa FI elevada e o sinal gerado pelo 2. oscilador local, resultando numa outra FI, mas agora de valor baixo. Na primeira etapa desse processo conseguimos uma boa rejeio do sinal-imagem porque empregamos uma FI elevada (4,6 MHz por exemplo). E na segunda etapa, como usamos uma FI baixa (455 kHz por exemplo), ganhamos bastante em sensibilidade. Nos receptores que empregam a dupla converso, geralmente a sintonia feita com um capacitor varivel de trs sees, unicamente na primeira converso. A seo "Ca" desse capacitor usada na sintonia do circuito de antena, a seo "Co" na sintonia do circuito do oscilador local e, por fim, a seo "Cc" utilizada na sintonia do circuito que acopla a sada do amplificador de RF com a entrada do 1. misturador. Da em diante (at a sada do amplificador de FI) todas as demais sintonias so fixas, isto , uma vez ajustados os circuitos sintonizados, no tocamos mais neles. Uma outra caracterstica da dupla converso que, em geral, o 2. oscilador local trabalha numa freqncia fixa, o que proporciona uma grande estabilidade de freqncia. Para isso, o 2. oscilador local emprega um cristal de quartzo, pois este componente utilizado nos osciladores de freqncia fixa proporcionando grande estabilidade de freqncia. Colgio Impacto 2 Mdulo de Telecomunicaes Av. Filinto Muller, 95 - Centro - Trs Lagoas/MS F: (67) 5217513 impacto3lagoas@brturbo.comOndas e Antenas34 Para entendermos melhor o processo de dupla converso, vejamos um exemplo prtico: Vamos supor que o sinal sintonizado e captado pela antena seja de 7200 kHz; depois de passar pelo amplificador de RF, ele estar presente na entrada do 1. misturador. Ao mesmo tempo, na entrada do 1. misturador tambm estar presente o sinal gerado pelo 1. oscilador local, cuja freqncia vale, nesta situao, 11800 kHz. Do batimento entre esses dois sinais resultar o 1. sinal de FI em: 11800 kHz - 7200 kHz = 4600 kHz (freqncia fixa). 2.6.6. O Amplificador de FI Num receptor de comunicao o estgio amplificador de freqncia intermediria reveste-se de grande importncia, j que dele dependem, em grande parte, a seletividade e a sensibilidade totais do aparelho. Em geral, o estgio amplificador de FI constitudo por dois ou trs circuitos ligados em cascata, dependendo da categoria do receptor de comunicao. A diferena bsica entre os amplificadores de FI dos receptores comuns de radiodifuso e aqueles utilizados nos receptores de comunicao relaciona-se com a faixa passante. Nas estaes de radiodifuso, a freqncia mxima do sinal modulador limitada em 5 kHz, a fim de se obter uma reproduo razovel dos programas musicais. Por outro lado, nas estaes de comunicao geral (como as de radioamadores), a freqncia mxima do sinal modulador fixada, por norma, em 3 kHz. Nos receptores, o canal de FI deve permitir a passagem das duas faixas laterais produzidas pelo sinal modulador. Assim, num receptor de radiodifuso a faixa passante (ou largura de faixa) do amplificador de FI vale 10 kHz (5 kHz de cada lado da freqncia central). Por outro lado, num receptor de comunicao a faixa passante vale 6 kHz (3 kHz de cada lado da freqncia central). 2.6.7. Detector de CAG O circuito detector de AM usado nos receptores de comunicao do tipo convencional a diodo. A tenso CC negativa (ou positiva, conforme o caso) resultante da "retificao e filtragem" do sinal obtido na sada do amplificador de FI a tenso do CAG. Nos receptores de comunicao com dupla converso, essa tenso CC do CAG comanda automaticamente o ganho do amplificador de FI e do 2. misturador, na maioria das vezes. Nos receptores de comunicaes, o ganho do amplificador de RF geralmente controlado manualmente, e no pela tenso do CAG. Esse controle comumente denominado ganho de RF (RF gain), ou controle de sensibilidade. Nos circuitos valvulados, o controle de sensibilidade um simples potencimetro ligado entre a massa e o ctodo da vlvula amplificadora de RF. Nos receptores comuns de radiodifuso, o usurio no tem acesso ao CAG. J nos receptores de comunicao existe um interruptor que permite, ao operador, desligar o CAG. Essa operao normalmente feita durante a recepo de estaes telegrficas. 2.6.8. Limitador de Rudos Muitas vezes o sinal captado pela antena do receptor vem acompanhado de uma certa quantidade de rudo provocado por descargas eltricas, motores eltricos, sistemas de ignio de automveis, etc. O rudo superpe ao sinal til, dificultando o entendimento da mensagem recebida. Deste modo, o uso de um limitador de rudo, num receptor de comunicaes, quase obrigatrio. No receptor de comunicao, o limitador de rudo vem conjugado com um interruptor, de forma a permitir que o circuito seja colocado em ao quando houver necessidade. 2.6.9. O Amplificador de AF Num receptor comum de radiodifuso (AM), a faixa de passagem do amplificador de AF Colgio Impacto 2 Mdulo de Telecomunicaes Av. Filinto Muller, 95 - Centro - Trs Lagoas/MS F: (67) 5217513 impacto3lagoas@brturbo.comOndas e Antenas35 estende-se desde 50 Hz at 5kHz, aproximadamente. Nos receptores de FM, essa faixa vai at os 15 kHz ou um pouco mais. Com tal procedimento, consegue-se uma boa fidelidade na reproduo tanto da voz como da msica. Alm disso, a etapa de sada do amplificador de udio projetada para fornecer a mxima potncia sem distoro no alto-falante. Num receptor de comunicao, a mensagem recebida constituda da voz (fonia) ou de sinais em cdigo morse (telegrafia), de modo que no necessria uma fidelidade muito alta. Nos receptores desse tipo, a faixa de passagem do amplificador de AF vai de 300 Hz a 3 kHz, o que garante uma boa inteligibilidade. Por outro lado, a etapa de sada projetada para uma potncia bem menor (em geral de 3W a 6W), apenas o suficiente para excitar o alto-falante ou o fone de ouvido. A maioria dos receptores para radioamadores inclui um jaque de fone de ouvido. Encaixando-se o plugue nesse jaque o alto-falante fica fora do circuito, funcionando apenas o fone de ouvido. Este procedimento muito til quando se escutam estaes distantes ou quando no se quer molestar os vizinhos com o som produzido pelo alto-falante. Todo receptor de comunicao est projetado para um certo tipo de fone, normalmente de alta ou baixa impedncia. Os de alta impedncia so, em geral, de 10 kW ou mais; os de baixa impedncia normalmente so de 80 kW ou 40 kW. Em qualquer caso, para se obter os melhores resultados aconselhvel usar o tipo correto de fone, recomendado pelo fabricante do receptor. Em muitos receptores de comunicao, o alto-falante instalado numa pequena caixa parte. Quanto maior seu tamanho, melhor a qualidade sonora. Os fabricantes de receptores comumente especificam o tamanho (dimetro, em polegadas) e a potncia do alto-falante requerido. Quanto aos controles do amplificador de AF, volume (ou ganho de udio) e tonalidade este pode ser de variao sem escales (ou graus) ou de variao contnua - constituem um refinamento no essencial ao perfeito desempenho do aparelho. 2.6.10. O Essmetro A denominao ESSMETRO vm do ingls signal strenght meter e significa medidor de intensidade de sinais. tambm conhecido como s-meter e medidor de s. Trata-se de um dispositivo que proporciona uma indicao visual, mas relativa, da intensidade dos sinais captados pelo receptor. Essa indicao quase sempre se obtm por meio de um medidor de bobina mvel, cuja escala est graduada de acordo com um cdigo preestabelecido (unidade "S"). O essmetro usado como "indicador visual de sintonia", indicando o ponto correto de sintonia de uma determinada estao: nesse ponto, a deflexo do ponteiro do medidor mxima. Em geral, para se estabelecer comparaes exatas dos sinais recebidos, necessrio que o controle de ganho de RF do receptor esteja todo aberto (virado para a direita) quando este controle existir. Somente assim as indicaes do medidor sero corretas. 2.6.11. O BFO Um receptor comum de AM no capaz de reproduzir os sinais telegrficos do tipo A1 (onda portadora interrompida), uma vez que esses sinais no possuem nenhuma modulao. Para que seja possvel a recepo de sinais em cdigo morse, do tipo A1, ao receptor de AM deve ser incorporado um oscilador de freqncia de batimento (ou BFO). Trata-se de um simples circuito oscilador que gera um sinal de freqncia prxima freqncia do sinal da 2. FI do receptor. Da mistura desses dois sinais, no detector, resulta um sinal de udio que reproduzido no alto-falante. A freqncia de tal oscilador pode ser variada dentro de certos limites, at que se obtenha um tom agradvel (por volta de 1 kHz). 2.6.12. Fonte de Alimentao Colgio Impacto 2 Mdulo de Telecomunicaes Av. Filinto Muller, 95 - Centro - Trs Lagoas/MS F: (67) 5217513 impacto3lagoas@brturbo.comOndas e Antenas36 Nos receptores de comunicao a fonte de alimentao normalmente possui um transformador de energia, o qual fornece os diversos valores de tenso e corrente adequados aos circuitos do aparelho. A retificao da tenso CA da rede eltrica, em geral, obtida do tipo de onda completa, onde so utilizados diodos retificadores ou pontes retificadoras de silcio. O sistema de filtragem de uso mais comum o do tipo RC. O seu emprego altamente vantajoso devido ao custo relativamente baixo e ao nvel de ondulao (ripple), perfeitamente tolervel neste tipo de aparelho. A maioria dos receptores para radioamadores possui uma chave comutadora de duas posies (transmisso/recepo) que funciona como stand-by. Quando ela est na posio transmisso, o receptor no funciona, pois a chave desliga a alimentao do +B do aparelho; nos receptores valvulados, os filamentos permanecem ligados. Quando na posio recepo, o receptor funciona normalmente, pois a chave liga o seu +B. A utilizao dessa chave comutadora necessria para evitar que o receptor capte os sinais emitidos pelo transmissor da prpria estao de radioamador. 2.6.13. Diagrama em Blocos de um Receptor de Comunicao Em linhas gerais, o funcionamento do aparelho resume-se no seguinte: o sinal sintonizado sofre uma primeira converso, de onde se obtm um sinal de FI de alto valor. Em seguida, ocorre uma segunda converso, resultando um sinal de FI de baixo valor. Este sinal ento amplificado adequadamente, para logo aps ser detectado. Na sada do detector teremos apenas o sinal de AF (correspondente informao transmitida). Depois de passar pelo limitador de rudo, quando necessrio, o sinal de AF tambm simplificado para finalmente ser reproduzido pelo alto-falante do aparelho. O circuito CAG fornece a tenso CC necessria para comandar o ganho do amplificador de FI e do segundo misturador. Alm disso, a tenso do CAG tambm utilizado no funcionamento do essmetro, uma vez que ela diretamente proporcional intensidade do sinal captado pelo receptor. Na recepo de sinais telegrficos (A1), o BFO gera um sinal de RF com valor prximo ao da segunda FI, com o que possvel demodular aqueles sinais. Por fim, temos a fonte de alimentao, que fornece as tenses necessrias ao funcionamento dos diversos circuitos do receptor.Ondas e Antenas2.7. Antenas para Aplicaes Wireless 2,4 GHzFundamentalmente, existem dois tipos de antenas para aplicaes wireless: Omnidirecional e direcional. As antenas omnidirecionais cobrem 360 no plano horizontal. Elas trabalham excepcionalmente bem em reas amplas ou em aplicaes multiponto. Usualmente, este tipo de antena utilizado em estaes base, com estaes remotas colocadas ao seu redor. As antenas direcionais concentram o sinal em uma nica direo. Seus sinais podem ter alcance curto e amplo, ou longo e estreito. Via de regra, quanto mais estreito o sinal, maiores distncias ele alcanar. Normalmente, este tipo de antena utilizado em estaes remotas para fazer a comunicao entre estas estaes com uma ou mais estaes base. A seguir mostramos os tipos mais comuns de antenas direcionais e as aplicaes em que melhor se ajustam:Colgio Impacto 2 Mdulo de Telecomunicaes Av. Filinto Muller, 95 - Centro - Trs Lagoas/MS F: (67) 5217513 impacto3lagoas@brturbo.comOndas e Antenas37Omnidirecional: Como j vimos, uma antena que irradia em todas as direes, por isso sua forma uma haste somente. Vamos nos lembrar que a sua irradiao tenta se aproximar da irradiao omnidirrecional terica, porm (todas as direes em igual potncia) no atinge em este estado em sua plenitude.Parablica: As antenas parablicas canalizam o sinal em forma de cone, sendo indicadas para aplicaes de longa distncia. A antena semi parablica, uma variao da parablica, emite o sinal de forma elptica. Os modelos Grid (grelha) so menos susceptveis a ao dos ventos em razo dos mesmos passarem atravs de estrutura em forma de gaiola, seu sinal pode chegar de 40 a 50 Km em condies eletricamente visuais. Antena Setorial: As antenas setoriais tem formato amplo e plano, e so, normalmente montadas em paredes podendo ser interna ou externa. So mais recomendadas para links entre prdios com distncias de at 8 km. algumas podem operar at 3 Km. dependendo do ganho especifico no projeto.Yagi: So antenas rgidas usadas externamente em ambientes de condies hostis, foram projetadas para resistir a formao de gelo, chuva pesada, neve e ventos fortes. Os sinais podem chegar a 30 Km, quando em condies eletricamente visual.2.7.1. Consideraes Na escolha do modelo de antena mais adequado para cuidados devem ser considerados fortemente, pois o fundamentalmente do sistema irradiante. Distncia: A antena a ser escolhida deve cobrir uma necessria. Caso seja utilizada uma antena operandoa sua aplicao wireless, alguns sucesso do projeto depende distncia maior que a aplicao em sua capacidade mxima,Colgio Impacto 2 Mdulo de Telecomunicaes Av. Filinto Muller, 95 - Centro - Trs Lagoas/MS F: (67) 5217513 impacto3lagoas@brturbo.comOndas e Antenas38provavelmente os sinais chegaro mais fracos que o exigido pela aplicao. Largura da onda: Expressa em graus, a largura de onda denota o alcance de um sinal. Geralmente, quanto mais larga for a onda, mais curta ser a rea de cobertura. Por outro lado, as ondas mais largas compensam os fatores ambientais, como o vento, que afetam adversamente a performance da antena. Ganho: Expresso em dB, o aumento da potncia do sinal aps processado por um dispositivo eletrnico. Usualmente, ganhos maiores revertem em distncias maiores, contudo maiores distncias exigem largura de onda menor e margem de erro muito maior. Para evitar esses problemas alguns fatores, como: vento e prdios existentes no trajeto do sinal devem ser considerados no projeto da rede wireless.Colgio Impacto 2 Mdulo de Telecomunicaes Av. Filinto Muller, 95 - Centro - Trs Lagoas/MS F: (67) 5217513 impacto3lagoas@brturbo.comOndas e Antenas393. PROPAGAO DAS ONDAS3.1. Propagao no Espao Livre de Ondas DiretasSupondo que um transmissor irradia uma potncia Pt atravs de uma antena isotrpica (a qual irradia igualmente em todas as direes). Supondo tambm que um receptor est situado em uma distncia r metros do transmissor. Como o transmissor irradia igualmente atravs da esfera em volta da antena, a densidade do fluxo de potncia ou vetor de Poynting uma distncia r dada por:S=O vetor de Poynting tambm poder ser dado pela equao: S = E rms H rms (W/m2) - vetor de Poynting 2 A relao entre campo eltrico e magntico dada por:Pt (W/m2) - vetor de Poynting 1 2 4 rH rms =Substituindo a equao anterior na expresso do vetor de Poynting:E rms (A/m) 120Substituindo voltando na primeira expresso, podemos calcular o campo eltrico:E2 S = rms - vetor de Poynting 3 120 E rms = 30 Pt r(V/m)(a) Campo devido ao radiador isotrpico , (b) campo devido ao radiador isotrpico.Se for usado uma antena com ganho G1 na ltima equao ser:E rms =O valor de pico do campo dado por:30 Pt G t r(V/m)E pico =e o valor instantneo dado por:60 Pt G t (V/m) r 60 Pt G t cos( t k / c) rE=60 Pt G t cos ( t r / c) = rColgio Impacto 2 Mdulo de Telecomunicaes Av. Filinto Muller, 95 - Centro - Trs Lagoas/MS F: (67) 5217513 impacto3lagoas@brturbo.comOndas e Antenas onde k = / c = 2 / .40Uma frmula mais conveniente para expressar a equao dos campos seriam:E rms = E pico =173 Pt kw G t rkm(mV/m)245 Ptkw G t (mV/m) rkmdo do da daAs equaes acima nos do a intensidade do campo eltrico a uma distncia r transmissor. Em um enlace de rdio conveniente calcular a potncia recebida. Os dados problema so normalmente: freqncia de transmisso f, distncia do enlace r, o ganho antena transmissora Gt, o ganho da antena receptora Gr e a potncia de transmisso Pt Na teoria das antenas existe uma relao entre rea efetiva da antena e ganho mesma que dado por:A effA rea efetiva Aeff aquela sob a qual a antena recebe a energia vindo da onda eletromagntica. Para o caso de antenas em abertura como o caso da antena parablica a rea efetiva aproximadamente igual a rea fsica (A) da parbola, e depende da eficincia da antena, A rea efetiva e dada por, Aeff = A, onde a eficincia. Considerando agora uma antena receptora localizada em um ponto qualquer, a densidade de potncia neste ponto dada por:G 2 (m2) rea efetiva da antena = ASr =A potncia na recepo dado por: Pr = Sr Aeffr potncia na recepo sendo:Pt G t (W/m2) densidade de potncia 2 4 rA effr a rea efetiva da antena receptora. Substituindo as duas ltimas, em S r :Gr 2 = 4Pt G t G r 2 Pr = (W) potncia na recepo (4 r) 2ou aindaPr G t G r 2 = (W) relao de potncia Pt (4 r) 2Podemos definir a perda de transmisso Lfs como:1 4 r - perda da transmisso L fs = Gt Gre perda bsica ou perda bsica no espao livre como:2L b (fs ) 4 r = 2- perda no espao livreA equao de relao de potncia pode se ser expressa em decibels: Colgio Impacto 2 Mdulo de Telecomunicaes Av. Filinto Muller, 95 - Centro - Trs Lagoas/MS F: (67) 5217513 impacto3lagoas@brturbo.comOndas e Antenas Pt (db)=10 log Gt + 10 log Gr + 20 log - 20 log r 21.98 Pr41A equao acima chamada de frmula de Friis. A perda bsica ou perda no espao livre em decibels pode ser dada tambm pela equao a seguir : Lb,dB = 20 log fMhz + 20 log rkm + 32.44 (dB) onde fMhz dado em megahertz e rkm dado em Km. A perda na transmisso dada por, Lfs,dB = 20 log fMhz + 20 log rkm + 32.44 10 log Gt 10 log Gr sendo fMhz dado em megahertz e rkm dado em Km Exerccio 1: Calcular a perda bsica de transmisso de um sinal no espao livre para os casos: (a) r = 10 Km, = 20.000 m (b) r = 107, = 3m. Respostas: Lb,dB = 15.9 dB Lb,dB = 252 dB Exerccio 2: Para as antenas parablicas dadas calcular o ganho. Dados: (a) f = 6 GHz; D = dimetro = 4m; e = eficincia = 0,70 (b) f = 3 G Hz; D = 2m; e = 0,70 Exerccio 3: Para um enlace de microondas calcular a potncia recebida dados: Dados: Gt = 40 dB; r = 50 Km ; Gr = 50 dB; f = 3 GHz; Pt = 2 W Exerccio 4: Para um enlace em comunicaes via satlite, calcular a potncia recebida. Dados: Gt = 40 dB; r = 40.000 Km; Gr = 50 dB; f = 6 GHz; Pt = 10 W3.2. Exerccios Propostos1) 20 Km no espao livre de uma fonte, a densidade espectral de potncia 200 W/m2. Qual a densidade de potncia 25 Km da fonte? (resposta 128 W/m2). 2) Calcule a densidade de potncia (a) 500 m de uma fonte de 500 W, e (b) a 36000 Km de uma fonte de 3 kW. 3) Uma antena de pesquisa espacial de alto ganho e um sistema receptor tem uma figura de rudo tal que a potncia do sinal recebido mnima precisa ser de 3,7.10-18 para que as comunicaes sejam feitas. Qual precisa ser a potncia de transmisso de um transmissor em Jpiter situado a 800 milhes de km da terra? Assumir a antena de transmisso isotrpica enquanto a rea da antena receptora de 8400 m2 ( resposta 3,54 kW).3.3. Clculo Prtico da Antena DipoloEste o tipo mais comum dentre as vrias categorias de antenas. Seu ganho sobre o isotrpico de aproximadamente 1,6 dB. Geralmente ela sozinha no constitui o prprio sistema de irradiao, uma parte bsica dele, como o caso das antenas direcionais. Existem dipolos de vrios tamanhos: o de meia onda, e o mais comum, o de uma onda e meia (1,5 L). Colgio Impacto 2 Mdulo de Telecomunicaes Av. Filinto Muller, 95 - Centro - Trs Lagoas/MS F: (67) 5217513 impacto3lagoas@brturbo.com42 Se tivermos um dipolo de 1/2 que esteja funcionando numa dada freqncia, ao dobrarmos a freqncia esse mesmo dipolo ser ressonante nesta nova freqncia, s que desta vez em onda completa. No entanto, a impedncia no ponto de alimentao no muito adequada, e seria recomendvel aliment-lo fora de centro em um ponto que apresente melhor casamento. Vejamos agora como podemos dimensionar um dipolo de 1/2 para uma freqncia qualquer desejada. Como visto em COMPRIMENTO DE ONDA temos: o comprimento de onda em uma determinada freqncia igual velocidade de propagao da onda eletromagntica no vcuo (300.000.000 m/s) dividido pela freqncia (em Hertz) em questo ou ento: L = 300/ f (MHz) Na situao acima, f dado em MHz e L, em metros. Como a velocidade de propagao da onda eletromagntica no vcuo mxima e que em outros meios ela menor, o fio condutor da antena ter o comprimento de onda 5% menor. Dessa forma, L ser:Ondas e AntenasL = 0,95 x 300 / f (MHz) = 285 / f (MHz)L/2 = (1/2) x (285/f) = 142,5 /f (MHz) = comprimento total (extremo a extremo)Com esta equao temos um meio de calcular o tamanho para a antena desejada. Vejamos um exemplo: Exemplo: Qual deve ser o comprimento de uma antena de meia onda para um transmissor que trabalha em 7050 MHz? Comprimento da antena = 142,5/7,050 = 20,21 metros O comprimento de 20,21 metros de extremo a extremo, portanto teremos dois pedaos de fio de 10,10 metros. Veremos como efetuar a instalao de uma antena dipolo clssica a seguir.Como um dipolo meia onda 1/2, resulta:3.4. Antenas em FM - ConsideraesExistem inmeros modelos de antenas com suas caractersticas peculiares e que devem ser levadas em conta quando se pretende montar um sistema irradiante. A polarizao uma delas. Os sinais de rdio podem ser polarizados verticalmente ou horizontalmente. Grande parte dos servios de comunicao usam a polarizao vertical. A polarizao horizontal usada em alguns servios de comunicao e tambm pelas emissoras de televiso. Existe ainda a polarizao circular que adotada pelas emissoras de rdio FM. A vantagem deste tipo de polarizao que a antena do rdio pode estar tanto na vertical quanto na horizontal que no ocorrero perdas na recepo. Se uma estao transmite um sinal polarizado verticalmente, a antena receptora tambm deve estar posicionada desta forma, caso contrrio haver uma perda em torno de 20dB. Outra caracterstica das antenas que contribui para o bom alcance da portadora gerada por um transmissor o seu ganho. Obviamente, quanto maior o ganho, maior o alcance. As conhecidas antenas plano-terra de 1/4 de onda ou p-de-galinha, como muitos a chamam, tem um ganho tpico de 0dB. J as de 5/8 de onda tem um rendimento bem maior, seu ganho gira em torno de 3dB, sendo portanto, mais indicadas para uma maior cobertura. Muitos rdio amadores utilizam esse tipo de antena em suas estaes, o que proporciona uma grande melhoria nas comunicaes, contudo, essas antenas so bem mais caras que as de 1/4 de onda. Via de regra, quanto maior o ganho, mais cara a antena. Por fim uma outra caracterstica das antenas de fundamental importncia na rea de cobertura proporcionada por um sistema irradiante o tipo de irradiao. Existem dois tipos: omnidirecional (no direcional) que irradia o sinal em todas as direes e unidirecional. Esta ltima concentra o sinal em uma nica direo e altamente indicada para sistemas de Colgio Impacto 2 Mdulo de Telecomunicaes Av. Filinto Muller, 95 - Centro - Trs Lagoas/MS F: (67) 5217513 impacto3lagoas@brturbo.com43 comunicao a longa distncia. Para se ter uma idia, vamos supor que um transmissor esteja conectado a uma antena omnidirecional e irradie seu sinal em um raio de 1 km, este mesmo transmissor, com uma antena direcional, irradiar o sinal a uma distncia de mais de 50 km, dependendo das caractersticas da antena, porm em uma nica direo. Imagine a lmpada de uma lanterna que concentra o seu foco de luz em um nico ponto, a luminosidade ser bem mais forte nessa direo, do que a luminosidade proporcionada pela mesma lmpada fora da lanterna uma vez que ela emite a luz em todas as direes. Observe nas figuras abaixo os padres de irradiao de uma antena omnidirecional e outra unidirecional.Ondas e AntenasNas prximas figuras so mostrados alguns dos modelos de antenas mais usados nos diversos servios de comum.Esta a famosa plano-terra, ou p-de-galinha. Ela opera com 1/4 de onda e o seu ganho tpico de 0dB. bastante usada em emissoras de rdio comunitrias e tambm em servios de comunicao em VHF. A polarizao vertical.Colgio Impacto 2 Mdulo de Telecomunicaes Av. Filinto Muller, 95 - Centro - Trs Lagoas/MS F: (67) 5217513 impacto3lagoas@brturbo.comOndas e Antenas44Esta ilustrao representa uma antena de 5/8 de onda. Ela superior plano terra, pois o seu ganho tpico de 3 dB, portanto, a cobertura maior. Como o prprio nome j diz, ela dimensionada para trabalhar com 5/8 de onda da freqncia a ser transmitida. Este tipo de antena bastante usado nos mais diversos servios de comunicao em VHF. Sua polarizao tambm vertical.Nesta representao pode-se observar um exemplo de antena direcional do tipo Yagi com 6 elementos cujo ganho da ordem de 7dB (existem antenas com mais de 15 elementos onde o ganho pode superar os 16dB). No confundir com antena de TV. Esta a antena mais indicada para quem pretende chegar mais longe, contudo o sinal no irradiado em todas as direes, como nos exemplos anteriores. A escolha desta antena pode representar a grande diferena na qualidade de recepo em locais onde a maioria dos receptores se concentram em uma determinada rea. Ela pode ser polarizada tanto na vertical quanto na horizontal. 3.4.1. Acoplamento de Antenas Para que um transmissor transfira todo o seu sinal para uma antena o acoplamento deve ser o melhor possvel e no apenas ligando-se diretamente a antena ao coletor do transistor de sada como aparece em muitos esquemas. O principal fator que se deve levar em conta a impedncia. Para transmissores de FM a impedncia padro de 50 ohms. Existem no mercado alguns tipos de cabos coaxiais e antenas especialmente projetados para este fim. Desta forma fica muito mais fcil a calibrao de um sistema transmissor. Algumas tcnicas so usadas para realizar o acoplamento entre o transmissor e o cabo. Os principais componentes encontrados nestes circuitos so capacitores, trimmers e bobinas que, alm de acoplarem uma etapa outra funcionam tambm como filtros reduzindo bastante a irradiao de harmnicas e esprios responsveis por interferncias em outros aparelhos. Nas figuras abaixo pode-se observar alguns exemplos comuns de circuitos que so usados para o acoplamento entre o transmissor e o cabo/antena.Colgio Impacto 2 Mdulo de Telecomunicaes Av. Filinto Muller, 95 - Centro - Trs Lagoas/MS F: (67) 5217513 impacto3lagoas@brturbo.comOndas e Antenas45A melhor forma de acoplamento mostrada na figura seguinte. Nela uma bobina secundria enrolada juntamente com a bobina tanque e o sinal enviado a um filtro pi ( ). Este sistema representa uma grande vantagem, pois como o sinal extrado da bobina secundria e esta no tem ligao direta com o circuito de sada do transmissor, no h transferncia direta via coletor, portanto a impedncia caracterstica do circuito de sada no influi sobre as etapas seguintes. Outra vantagem que h uma grande reduo na interferncia do cabo e da antena sobre a sada do transmissor.3.5. Projetos PrticosA seguir encontram-se dois projetos de antenas, uma omnidirecional e outra direcional para serem usadas em transmissores de FM. 3.5.1. Projeto: Antena Plano-Terra O primeiro projeto apresentado o de uma antena plano-terra omnidirecional. O ganho de 0dB e ela poder melhorar o alcance de seu transmissor caso voc use uma antena interna. Ela opera com 1/4 de onda e no apresenta grandes dificuldades na montagem e no ajuste. A potncia mxima recomendada de 150 W. O esquema eltrico desta antena mostrado a seguir.O elemento irradiante ligado ao fio central do cabo enquanto os quatro elementos que formam o terra so ligados malha do cabo. A frmula para se calcular o tamanho dos elementos bastante simples: C = 75 / Fo. Onde C o comprimento dos elementos, 75 o fator constante para diviso e Fo a Colgio Impacto 2 Mdulo de Telecomunicaes Av. Filinto Muller, 95 - Centro - Trs Lagoas/MS F: (67) 5217513 impacto3lagoas@brturbo.comOndas e Antenas46freqncia de operao em Mega-Hertz. O resultado dado em metros. Para exemplificar vamos supor que voc tem um transmissor que opere na freqncia de 105,1 MHz. Aplicando a frmula : C = 75 / 105,1, portanto, C = 0,713606. Arredondando, C = 0,71 m ou 71 cm. A prxima figura ilustra um exemplo da antena montada.Aqui nota-se a posio dos quatro elementos que formam o terra em um ngulo de 45 graus em relao ao mastro. Desta forma, a impedncia de 50 ohms. 3.5.2. Projeto: Antena Direcional de 4 Elementos Este projeto mais indicado para aqueles que j detm uma certa experincia em RF, visto que o bom desempenho vai depender fundamentalmente dos ajustes. Trata-se de uma antena direcional formada por quatro elementos cujo ganho de 5 dB. O acoplador do tipo Gama Match o que garante uma tima transferncia de sinal e o correto ajuste da impedncia que deve ser de 50 ohms. A potncia mxima para esta antena de 100 W. A seguir encontra-se o esquema eltrico.Como voc pode observar, existe um conector que recebe o sinal do cabo e o aplica antena. O pino central ligado a um trimmer de 0 - 60 pF que por sua vez ligado ao elemento irradiante atravs de um tubo de menores propores. Este conjunto forma o Gama Match. Note que os elementos so aterrados, inclusive o irradiante. Todos so ligados gndola metlica que ligada ao terra do conector. Na prxima figura possvel ver como fica a antena montada. Colgio Impacto 2 Mdulo de Telecomunicaes Av. Filinto Muller, 95 - Centro - Trs Lagoas/MS F: (67) 5217513 impacto3lagoas@brturbo.comOndas e Antenas47Observe as conexes dos elementos e do Gama Match. Os elementos so fixados por meio de parafusos. Abaixo o Gama Match visto em detalhes.Agora vamos s frmulas para se calcular o tamanho e o espaamento entre os elementos: 142,5 C o comprimento, 142,5 o C= Comprimento do elemento irradiante: fator constante e fo a f0 freqncia de operao. L comprimento de onda, 0,49L Refletor: ou seja, L = 300 / f0 o 0,43L 1 Diretor (a partir do irradiante): o 0,40L 2 Diretor: Espaamento entre os elementos Refletor / irradiante: Irradiante / 1o diretor: Irradiante / 2o diretor: Gama Match Ponto A: Ponto B Irradiante / 2o diretor:0,25L 0,15L 0,15L 0,01L 0,06L 0,15LApesar das frmulas fornecerem uma indicao precisa dos tamanhos e espaamentos entre os elementos de uma antena h sempre a diferena entre a teoria e a prtica e, em se Colgio Impacto 2 Mdulo de Telecomunicaes Av. Filinto Muller, 95 - Centro - Trs Lagoas/MS F: (67) 5217513 impacto3lagoas@brturbo.com48 tratando de RF, essa diferena bastante presente. A recomendao que antes de montar definitivamente a antena os elementos e o Gama Match sejam dotados de algum mecanismo que permita a variao tanto do tamanho como dos espaamentos entre si. O auxlio de um medidor de intensidade de campo e de um medidor de ROE so indispensveis para o melhor ajuste neste tipo de antena, principalmente quando o transmissor tiver uma potncia razovel. Para aqueles que no se sentiram animados a montar esta antena, existe no mercado uma antena direcional para FM que tambm poder ser usada, contudo, sua impedncia de 75 ohms, logo o cabo tambm dever ser de 75 ohms (cabo coaxial para TV), assim como a sada do transmissor. Com estas informaes aqueles que estudam o assunto tero uma ferramenta a mais no desenvolvimento de seus projetos. Se voc gostou e quer ir mais a fundo nos estudos, existe um bom livro, em ingls, chamado Antenna's Hand Book, ele traz uma srie de informaes e frmulas para quem pretende construir antenas. um tanto quanto tcnico e tambm difcil de se encontrar, mas uma ferramenta bastante til. Uma outra dica so os sites sobre antenas. No Brasil existem pginas de rdio amadores que trazem muitas informaes.Ondas e AntenasColgio Impacto 2 Mdulo de Telecomunicaes Av. Filinto Muller, 95 - Centro - Trs Lagoas/MS F: (67) 5217513 impacto3lagoas@brturbo.comOndas e Antenas494. APLICAES DAS ONDAS ELETROMAGNTICAS4.1. Forno de MicroondasMicroondas so ondas eletromagnticas com comprimento de onda entre 1 e 300mm. No interior do forno de microondas uma onda eletromagntica com freqncia de 2450 MHz gerada por um magntron e irradiada por uma antena metlica (ventilador) para o interior do compartimento onde esto os alimentos. Mediante o processo de ressonncia, essa onda absorvida pelas partculas de gua existentes nos alimentos a serem aquecidos. A energia absorvida aumenta a vibrao das partculas, produzindo o aquecimento dos alimentos. O primeiro forno de microondas foi patenteado em 1953, mas os modelos iniciais no eram muito prticos para o uso domstico. Os fornos de microondas menores e mais eficientes foram desenvolvidos nos anos 70 e a partir da ganharam grande popularidade tanto nos lares como nos restaurantes.O forno de microondas no fornece calor, ele atua exclusivamente sobre as molculas de gua dos alimentos. Alimentos secos ou recipientes no so aquecidos pelo microondas, embora, com o tempo, o alimento aquecido possa aquecer o recipiente por conduo. As microondas tm alta capacidade de penetrao na comida, o que possibilita o cozimento por dentro e no a partir da superfcie, como ocorre nos fornos convencionais. Alm disso, no fazem vibrar as molculas de vidro ou plstico, que no se aquecem no interior do forno. Como as molculas de gua dos alimentos tm uma carga eltrica diferente em seus plos, giram com a polaridade varivel (direo) do campo eltrico. A frico entre as molculas giratrias produz calor e assim cozinha os alimentos. Os recipientes metlicos no podem ser usados num forno de microondas porque o metal refletir as ondas, impedindo que cheguem at o alimento. importante lembrar que o nosso organismo tem alta porcentagem de gua e pode ser seriamente prejudicado pelas radiaes dos fornos de microondas. No entanto esses aparelhos so blindados, isto , as radiaes, produzidas internamente, no atravessam suas paredes. colocada uma grade de metal junto ao vidro da porta: os espaos entre as Colgio Impacto 2 Mdulo de Telecomunicaes Av. Filinto Muller, 95 - Centro - Trs Lagoas/MS F: (67) 5217513 impacto3lagoas@brturbo.com50 malhas dessa grade so menores que as microondas. Alm disso, as portas possuem um mecanismo de segurana que impede a sua abertura durante o funcionamento. Como essas ondas eletromagnticas (microondas) se propagam na atmosfera de forma praticamente retilnea, elas so amplamente utilizadas nas telecomunicaes, como na transmisso de sinais de televiso via satlite ou na troca de mensagens telefnicas de uma cidade para a outra.Ondas e Antenas4.2. RadarMuito tempo antes da inveno do radar j se conhecia o princpio da reflexo de ondas de rdio, que teve grande importncia nos primeiros estudos das camadas ionizadas da atmosfera superior. Foi na dcada de 30 que o radar comeou a ser usado para descobrir e localizar objetos longnquos pela reflexo de ondas de rdio, principalmente por necessidades militares. Para preparao de defesa, era necessrio ter conhecimento dos ataques areos muito tempo antes de os avies serem vistos ou ouvidos. O princpio da reflexo aproveitado pelo radar basicamente muito simples. Pode-se, por exemplo, fazer uma comparao com o fenmeno da reflexo acstica: as ondas sonoras refletidas por um edifcio, montanha ou qualquer outro obstculo, so recebidas pelo observador aps um pequeno intervalo de tempo. Se a velocidade com que as ondas sonoras se deslocam conhecida, pode-se determinar a distncia da superfcie refletora medindo-se o intervalo de tempo entre o som inicial e seu eco.O radar usa exatamente o mesmo princpio, substituindo-se as ondas sonoras por ondas de rdio, que se deslocam muito mais rapidamente (cerca de 300 000 km/s) e so capazes de cobrir distncias muito maiores. Medindo-se o intervalo de tempo entre o sinal emitido e seu retorno, e observando-se a direo da chegada ao ponto de emisso, pode-se obter a posio correta do objeto refletor distante. Um transmissor de rdio, ligado a uma antena direcional (que concentra sua radiao num feixe dirigido em um sentido nico), emite uma corrente de ondas de rdio em pulsos curtos e espaados. Cada sinal tem normalmente uns poucos milionsimos de segundo de durao. O intervalo entre um sinal e outro substancialmente mais longo que o tempo gasto para atingir o obstculo e chegar de volta ao ponto de emisso. Assim, um novo sinal s emitido depois que o primeiro foi refletido e recebido de volta. Qualquer objeto colocado no trajeto do feixe transmitido reflete uma parte do sinal que o atinge, que captado por um rdio- receptor localizado perto do transmissor. Ocorre, ento, no receptor, uma corrente de pulsos refletidos ligeiramente retardados em relao ao Colgio Impacto 2 Mdulo de Telecomunicaes Av. Filinto Muller, 95 - Centro - Trs Lagoas/MS F: (67) 5217513 impacto3lagoas@brturbo.com51 feixe de pulsos transmitidos. Tal deslocamento de tempo um curto intervalo correspondente ao tempo que qualquer sinal leva para se deslocar do transmissor at o obstculo e voltar, e corresponde tambm medida da distncia a que o obstculo est localizado. Se as antenas de transmisso e recepo so apontadas para o mesmo rumo, somente os alvos que se encontram nessa direo refletem os sinais, obtendo-se, assim, o sentido de sua localizao. Na verdade, as operaes de transmisso e recepo so efetuadas com uma nica antena. O receptor momentaneamente paralisado durante o breve perodo da transmisso de um pulso, mas reativado a tempo de receber qualquer sinal refletido. A antena normalmente girada horizontalmente, em uma velocidade uniforme, varrendo o espao. Em alguns sistemas mais avanados a informao referente elevao obtida varrendo-se rapidamente para cima e para baixo, ao mesmo tempo que se efetua outra varredura, circular, em velocidade muito menor. O radar com base em terra no possui limitao de tamanho, podendo seu equipamento ser to grande quanto necessrio. Os aparelhos destinados a avies, por exemplo, tm seu tamanho limitado. Alm disso, os feixes detectores devem sem ser altamente definidos, de modo que o eco no seja recebido de focos terrestres ou martimos que ocorrem na mesma direo. A limitao no volume exige que se utilizem comprimentos de onda mnimos, como os das microondas.Ondas e AntenasO som ouvido por um observador tem sua freqncia aumentada ou reduzida conforme a aproximao ou o afastamento da fonte que o produz. Este fenmeno, conhecido como efeito Doppler, tambm ocorre com ondas de rdio; a freqncia de um sinal refletido estar acima ou abaixo da freqncia do pulso emitido se o alvo estiver se aproximando ou se afastando. O efeito Doppler pode ser aproveitado de vrias maneiras no radar. Em um radar de busca, por exemplo, serve para cancelar a presena de alvos fixos, como casas, rvores ou colinas. Sendo captados somente os alvos de grande mobilidade. No transito serve para determinar a velocidade de um carro. Atualmente os radares so usados no controle de trfego areo, navegao, sistemas antiflogsticos, deteco de intempries e nas viaturas policiais.4.3. RadioastronomiaA radioastronomia se desenvolveu principalmente depois do avano do sistema computacional ocorrido nas ltimas dcadas, possibilitando o armazenamento e manipulao de um grande nmero de dados colhidos pelos radiotelescpios terrestres e satlites lanados pelo homem. Colgio Impacto 2 Mdulo de Telecomunicaes Av. Filinto Muller, 95 - Centro - Trs Lagoas/MS F: (67) 5217513 impacto3lagoas@brturbo.comOndas e Antenas52Atravs deste ramo da astronomia, o homem conseguir ampliar consideravelmente sua viso do Universo, uma vez que passou a analis-lo com uma faixa do espectro eletromagntico bastante larga, analisando emisso de radiao de corpos invisveis a olho nu ou ento que esto encobertos por nuvens de gases interestelares como as protoestrelas, estrelas de neutrons, ans brancas e buracos negros. Apesar dos conceitos de transmisso e processamento de informao ser complexo demais para ser tratado aqui, a captao das ondas de rdio se faz pelo princpio muito simples: O feixe de ondas de rdio incide numa superfcie de grandes dimenses (isto porque o comprimento das ondas de rdio so muito maiores do que a da luz), que funciona como um espelho curvo, fazendo convergir as ondas o foco, onde est situado um detector. Um dos projetos de pesquisa envolvendo os radiotelescpios o estudo do clima e sinais geofsicos provenientes da prxima Terra. Um exemplo disto a inclinao do feixe de ondas de rdio proveniente de um objeto estelar, quando entra na atmosfera da Terra.Colgio Impacto 2 Mdulo de Telecomunicaes Av. Filinto Muller, 95 - Centro - Trs Lagoas/MS F: (67) 5217513 impacto3lagoas@brturbo.comOndas e Antenas53Alm disto, o ar faz diminuir a velocidade das ondas eletromagnticas, retardando seu tempo de chegada. Este atraso e inclinao dependem de uma srie de fatores, dentre eles destacam-se a presso e umidade do ar e o ngulo de incidncia do feixe de ondas, o qual sofre um desvio maior para ngulos pequenos. As variaes atmosfricas podem ser mapeadas atravs do uso em conjunto de diversos radiotelescpios como o projeto atualmente desenvolvido em Maryland-Virginia no Goddard Geophysicla and Astronomical Observatory.Radiotelescpio Recebendo Sinais Mapeamento da Atmosfera4.4. Radioamadorismo Um Depoimento4.4.1. O que ? Colgio Impacto 2 Mdulo de Telecomunicaes Av. Filinto Muller, 95 - Centro - Trs Lagoas/MS F: (67) 5217513 impacto3lagoas@brturbo.com54 O Radioamadorismo um passatempo cientfico, um meio de adquirir aptido pessoal na fascinante arte da eletrnica e uma oportunidade de se comunicar com outros colegas amadores por meio de uma estao (transmissor/receptor) de rdio. O radioamadorismo utiliza as ondas de radiofreqncia como meio de propagao de mensagens, tendo como principal objetivo a evoluo tcnica das comunicaes, estudo da propagao da onda no espao, estudos do espectro eletromagntico em geral, aspectos geogrficos em radiocomunicao, antenas e tudo que se relaciona RF (radiofreqncia). "DISTRIBUDOS PELO MUNDO AFORA, H MAIS DE 500.000 RADIOAMADORES DESEMPENHANDO UM SERVIO QUE A LEGISLAO INTERNACIONAL DEFINE COMO SENDO DE AUTO-APRENDIZAGEM, INTERCOMUNICAES E PESQUISAS TCNICAS, REALIZADAS POR PESSOAS DEVIDAMENTE AUTORIZADAS, QUE SE INTERESSAM PELA RADIOTCNICA COM OBJETIVOS ESTRITAMENTE PESSOAIS E SEM INTERESSE A LUCROS MONETRIOS" Radioamador a pessoa devidamente habilitada pelos rgos competentes a operar uma estao de radioamador, nas freqncias organizadas mundialmente pela UIT (Unio Internacional de Telecomunicaes, ou ITU como conhecida internacionalmente). Em tais freqncias no permitida a operao para fins comerciais ou desviada para qualquer outra finalidade. O radioamadorismo em todo mundo responsvel pela propulso de vrias tecnologias e servios que so muito comuns a todos ns, como por exemplo os sistemas de radiocomunicao empresarial, a telefonia celular e at mesmo o sistema de fornos de microondas. Os sistemas de telefonia celular partem do mesmo princpio das estaes repetidoras que so utilizadas pelos radioamadores, este sistema trabalha em duas freqncias diferentes (600 kHz para a faixa de 2 metros), uma para recepo e outra para a transmisso, s que as estaes que fazem esta funo na faixa de radioamador utilizam uma freqncia por vez (sistema simplex) e as para telefonia celular utilizam duas ao mesmo tempo (sistema duplex ou full-duplex), uma para quem fala e outra para quem escuta. Obviamente que hoje as famosas ERBs (Estao Rdio Base) de telefonia celular utilizam um sistema muito mais aprimorado que o descrito, mas a essncia do funcionamento o mesmo. Os radioamadores no Brasil so licenciados pela ANATEL (Agncia Nacional de Telecomunicaes) que o rgo responsvel ligado diretamente ao Ministrio das Comunicaes. Para ser habilitado necessrio que o interessado faa exames especficos para a classe a qual se habilita. Os exames tem diferente composio para cada classe. Por exemplo, nos exames para a classes A: radio eletricidade (70%), tica e tcnica operacional (80%), legislao (80%) e telegrafia (125 caracteres de 250). Para a classe B: radioeletricidade (50%), tica e tcnica operacional (70%), legislao (70%) e telegrafia (87 caracteres de 125). Para a classe C: tica e tcnica operacional (50%) e legislao (50%). Finalmente para a Classe D: tcnica e tica operacional (50%) e legislao (50%). A legislao exigida nos exames so as normas vigentes que regem o servio de radioamadorismo. O radioamador pode adquirir seu equipamento no comrcio ou ento, o que muito mais prazeroso e o objetivo de divulgao desta homepage, construir em casa sua estao de rdio, seja somente para recepo, transmisso ou ambos. Essa a melhor parte do radioamadorismo, a descoberta, o esprito cientfico. Imagine como seria bom realizar um contato com outro radioamador com um equipamento que voc mesmo construiu! Bem, no importa se o contato foi feito com seu vizinho ou com uma pessoa distante milhares de quilmetros, claro que quanto mais distante mais prazeroso ser. Voc encontra aqui alguns projetos de fcil construo, mos obra, pegue seu ferro de soldar, separe as peas da Colgio Impacto 2 Mdulo de Telecomunicaes Av. Filinto Muller, 95 - Centro - Trs Lagoas/MS F: (67) 5217513 impacto3lagoas@brturbo.comOndas e Antenas55 sucata e queime os dedos, no importa se voc no tem conhecimentos de rdio, ningum nasce com experincia, o importante nunca desistir. 4.4.2. A Telegrafia Os radioamadores normalmente utilizam em suas transmisses dois sistemas de radiocomunicao. Um deles a radiotelefnia, ou simplesmente, fonia (AM ou SSB), onde a informao (ou mensagem) transmitida por meio das ondas de rdio a voz. O outro sistema a radiotelegrafia, ou simplesmente, CW (continuous wave), onde a informao transmitida formada pelos elementos do Cdigo Morse (ou cdigo Radiotelegrfico Internacional). Telegrafia, Cdigo Morse e CW tm o mesmo significado. interessante frisar que o conhecimento prtico da telegrafia (recepo auditiva e transmisso do Cdigo Morse), para obteno da licena de radioamador exigida pelas convenes internacionais que regem o radioamadorismo. Tal exigncia se deve ao fato de que nas situaes difceis, onde no possvel a transmisso de mensagens em fonia, ainda se conseguem satisfatrias comunicaes em CW, as quais demandam uma menor potncia, proporcionam um maior alcance e so muito menos afetadas pelas interferncias. Muitos radioamadores no acham necessrio a imposio da prtica de CW para as provas de radioamador, realmente, as coisas impostas no so muito bem-vindas, mas o propsito aqui no discutir a importncia ou no da telegrafia, eu particularmente adoro. O Cdigo Morse foi idealizado em 1837 pelo cientista norte-americano Samuel Finley Breese Morse. Nesse sistema, as letras do alfabeto, os algarismos arbicos e os sinais de pontuao acham-se representados pela combinao adequada de dois tipos de sons ou sinais: um breve e um longo. Deste modo, possvel formar-se palavras e frases inteiras. A comunicao radiotelegrfica consiste, ento, em enviar sinais da estao transmissora at a receptora, utilizando-se as ondas de rdio como veculo. Como dissemos, o Cdigo Morse formado pela combinao de dois tipos de sons, colocados em intervalos convenientes, para produzir outros sons diferentes, os quais, por sua vez, so usados para identificar cada uma das letras do alfabeto, os algarismos arbicos e ouros smbolos e sinais convencionais de uso geral. Os tipos de sons so apenas de duas espcies, um curto, o qual chamaremos de di e outro longo, o qual chamaremos de dah. Os sons tm durao diferente, o de pouca durao corresponde ao ponto e ao de longa ao trao no alfabeto morse. A origem do timbre dos sons uma oscilao de audiofreqncia de mais ou menos 800 Hz. Cada smbolo do alfabeto Morse chamado elemento, quer seja breve ou longo. Um ou mais elementos formam sinais (letras, nmeros e outros smbolos especiais). Estes, por sua vez, formam palavras ou abreviaturas. O ritmo da manipulao vai determinar a velocidade de transmisso.Ondas e Antenas4.5. Consideraes sobre a IonosferaA propagao de ondas de rdio a forma com que estas ondas eletromagnticas percorrem o caminho entre a estao transmissora e a estao receptora. Genericamente, se conseguimos captar bem uma determinada emissora que sabemos que est transmitindo em uma certa freqncia e em certo horrio, dizemos que a propagao est "boa" ou "aberta". Caso no conseguimos captar aquela emissora, dizemos que a propagao est "ruim" ou "fechada". A ionosfera, regio situada na atmosfera superior, tem grande efeito sobre as ondas de rdio uma vez que, devido ao de raios csmicos e ultravioleta provenientes do Sol, libera ons e eltrons livres em quantidade suficiente para provocar alteraes na chamada "propagao" das ondas de rdio. Acima de 80 km, a ionosfera comea com a camada inferior E que tem uma espessura de aproximadamente 20 km, onde ocorre a reflexo das ondas eletromagnticas atingindo Colgio Impacto 2 Mdulo de Telecomunicaes Av. Filinto Muller, 95 - Centro - Trs Lagoas/MS F: (67) 5217513 impacto3lagoas@brturbo.com56 grandes distncias. As outras duas camadas so a F1 que se situa entre 180 e 200 km de altura e a F2 situada entre 280 e 300 km. A ionosfera tem muitas caractersticas. Algumas ondas a penetram e se dirigem para o espao (como o VHF e UHF), no retornando mais; outras ondas a penetram, mas se encurvam de volta a terra. A capacidade da ionosfera para fazer uma onda de rdio retornar a terra depende de alguns fatores como: ngulo da onda incidente, freqncia de transmisso e da densidade de ons. As ondas eletromagnticas podem propagar-se at um ponto distante por qualquer ou por ambas as maneiras seguintes: Onda Terrestre ou pela Onda Ionosfrica. A Onda Terrestre viaja sobre a superfcie da terra e afetada pela presena do terreno. Consiste de uma onda de superfcie, uma onda direta e uma onda refletida da terra; as duas ltimas produzem uma onda resultante conhecida como onda do espao. Onda de superfcie aquela em que recebemos o sinal normalmente transmitido de uma estao de Radiodifuso, na onda normal, ou seja as Ondas Mdias. Se propagam diretamente ao solo e terminam sendo absorvidas pela superfcie do terreno, mas sofre menos quando se propaga sobre a superfcie do mar, possibilitando a sintonia de uma estao em Ondas Mdias a vrios milhares de quilmetros de distncia. As Ondas Diretas e Ondas Refletidas da terra so as ondas recebidas diretamente do transmissor da emissora ao receptor de rdio em linha reta. As Ondas Ionosfricas possuem um comportamento diferente em relao s terrestres pois normalmente ocorrem pela reflexo ou refrao, ou ambas juntas. Podemos chamar estas ondas de rdio de ondas curtas e como foi explicado a ionosfera, que tem o papel de "encurvar" as ondas de rdio devolvendo-as terra. Por isso possvel sintonizar emissoras de rdio do outro lado do globo, pela refrao e reflexo das ondas de rdio. O efeito da luz solar durante o dia responsvel por vrias mudanas importantes na transmisso por ondas celestes; faz com que a onda retorne terra perto do ponto de transmisso. Para resolver este problema, as emissoras de rdio procuram usar freqncias altas (pequeno comprimento de onda) para poder cobrir uma certa rea a longa distncia. Um fator muito importante que faz variar as condies de recepo em Ondas Curtas o nmero de manchas solares. As manchas solares so um fenmeno que ocorre na superfcie solar a cada 11 anos com um aumento substancial da emisso de luz ultravioleta proporcionando melhor ionizao da camada ionosfrica terrestre. O pice do ltimo ciclo ocorreu em 1989 sendo que o prximo pice ocorrera em meados do ano 2000. Outros fenmenos solares, sem uma determinada freqncia, podem acarretar mudanas na ionosfera terrestre e consequentemente alteraes no comportamento da propagao de ondas de rdio. Dentre eles o principal causador de distrbios na propagao so as exploses solares aonde h uma liberao excessiva de ondas de Raios-X. Quando ocorrem exploses a ionosfera torna-se muito agitada ocasionando o chamado "Fading" nas ondas de rdio. Como o DX-ista pode saber as condies de propagao de um determinado dia para que se possa fazer uma previso se ser possvel sintonizar emissoras distantes em Ondas Curtas? O conhecido U.S. National Institute of Standards and Technology, proprietrios das estaes de sinais horrias WWV (Fort Collins/USA) e WWVH (Kekaha/Hawaii), informa a cada hora, nos minutos 18 (WWV) e 45 (WWVH), trs ndices que representam as condies ionosfricas para o respectivo horrio. Basta anot-los e, conhecendo seus significados, fazer a previso da propagao para aquele instante. Veja um exemplo de transmisso via WWV, Fort Collins: At tone 16 hours, 18 minutes Co-ordinate Universal Time. Solar terrestrial conditions for 20 June follow: Colgio Impacto 2 Mdulo de Telecomunicaes Av. Filinto Muller, 95 - Centro - Trs Lagoas/MS F: (67) 5217513 impacto3lagoas@brturbo.comOndas e AntenasOndas e Antenas57Solar Flux 176 and estimated A index 33, repeat, Solar Flux 176 and estimated A index 33. The Boulder K index at 1500 UTC on 20 June was 4, repeat 4. Solar terrestrial conditions for the last 24 hours follow: Solar activity was low, the geomagnetic field was at minor storm to unsettled levels. The forecast for the next 24 hours follows: Solar activity will be low to moderate, the geomagnetic field will be mostly active. As principais informaes que podemos extrair das transmisses de boletins de propagao so: Fluxo Solar (Solar Flux) - Os valores de fluxo solar transmitidos se referem ao dia anterior. Geralmente falando, quanto mais alto o ndice de Fluxo Solar, melhores sero as condies de propagao das ondas de rdio. Durante perodos de baixa no ciclo de 11 anos das manchas solares o Fluxo Solar raramente ultrapassa valores de 100 enquanto em perodos de alta (como ocorrido pela ltima vez em Janeiro de 1989) alcana valores prximos a 300. Teramos basicamente as seguintes condies de propagao levando-se em considerao o valor de Fluxo Solar: Fluxo Solar Propagao 60 a 120 Ruim 120 a 180 Moderada 180 a 240 Boa 240 a 300 (ou mais) Muito boa Em outras palavras, um aumento do Fluxo Solar significa um aumento da MUF (Maximum Usable Frequency, isto , freqncia Mxima Utilizvel, que a maior freqncia que pode se utilizada para uma comunicao entre dois pontos sem que sua onda seja absorvida pelas camadas ionosfricas). Em pocas de baixa no ciclo solar pode ocorrer alguns picos de Fluxo Solar; por exemplo, em casos de leitura de Fluxo Solar igual a 100 em pocas de baixa suficiente para que a propagao muito favorvel e se estenda at faixa de 10 metros (28 MHz). ndice A estimado (estimated A index) - No possvel fazer uma boa predio das condies de propagao somente estudando o Fluxo Solar. Os efeitos causados pelas emisses de partculas como eltrons e prtons pelo Sol so percebidos pelo aumento de casos de Fading dos sinais de rdio em Ondas Curtas. O ndice A um nmero obtido pela mdia de 8 valores de "ndices a" do dia anterior da transmisso e quanto maior indica mais distrbios ionosfricos. Basicamente valores do ndice "A" inferiores a 10 indicam uma ionosfera quieta com pouca atividade magntica (tempestade); valores de "A" acima de 30 indicam condies de distrbios ionosfricos. ndice Boulder K (Boulder K index) - O ndice K o mais indicado para se conhecer as condies de propagao em um determinado instante pois medido a cada trs horas pelo Observatrio do NOAA em Boulder, Colorado/USA. O ndice K utiliza um nico dgito (de 0 a 9) para expressar a atividade geomagntica na ionosfera. Temos que, basicamente, ndices de K iguais ou menores que 4 indicam condies favorveis de recepo em Ondas Curtas. Atividade Solar e Condies de Campo Geomagntico - As estaes WWV e WWVH utilizam os termos : "very low", "low", "moderate", "high" e "very high" para descrever a Atividade Solar, enquanto o Campo Geomagntico descrito como sendo "quiet", "unsettled" , "active", "minor storm", ";major storm"; e "severe storm";. 4.5.1. Interpretando os Dados Colgio Impacto 2 Mdulo de Telecomunicaes Av. Filinto Muller, 95 - Centro - Trs Lagoas/MS F: (67) 5217513 impacto3lagoas@brturbo.com58 Se o valor do Fluxo Solar fornecido pelas estaes WWV e WWVH for alto enquanto os ndices A ou K estiverem baixo e o campo geomagntico estiver calmo (quiet), as condies para DX sero muito boas, especialmente se os ndices A e K se manterem baixos por dias consecutivos. Se os ndices A e K estiverem em nveis moderados enquanto o Campo Geomagntico estiver perturbado (unsettled) ento as condies para DX sero ruins. E ainda, se os ndices A ou K forem altos e o Campo Geomagntico estiver "active" (ativo) poder haver propagao, mas com certeza no ser da extremidade norte do planeta pois haver um fenmeno ocorrendo denominado "auroral conditions" que absorver todos os sinais eletromagnticos provenientes daquela regio. Este fenmeno conhecido popularmente como "Aurora Boreal" proporciona uma viso espetacular de chuva de eltrons aos habitantes do extremo norte. Caso os boletins das estaes WWV e WWVH informem que os ndices A e K esto altos, o Fluxo Solar est baixo e o Campo Geomagntico est perturbado, esquea o rdio e procure fazer outra atividade pois com certeza ser perda de tempo ficar junto ao seu receptor.Ondas e AntenasColgio Impacto 2 Mdulo de Telecomunicaes Av. Filinto Muller, 95 - Centro - Trs Lagoas/MS F: (67) 5217513 impacto3lagoas@brturbo.com

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