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Ondas e Antenas

SSUMRIOUMRIO

1. ONDAS ELETROMAGNTICAS .................................................................. 3 1.1. INTRODUO ........................................................................................................................... 3

1.1.1. Efeitos da Corrente Eltrica ........................................................................................ 3 1.1.2. Campo Magntico ...................................................................................................... 3

1.2. ONDAS ELETROMAGNTICAS ..................................................................................................... 3 1.2.1. Leis de Maxwell ......................................................................................................... 4

1.3. A GERAO DE ONDAS ELETROMAGNTICAS ............................................................................. 5 1.4. CARACTERSTICAS DA ONDAS ELETROMAGNTICAS ..................................................................... 7

1.4.1. Espectro Eletromagntico .......................................................................................... 8 1.5. CARACTERSTICAS DAS PRINCIPAIS RADIAES ........................................................................... 9

1.5.1. 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 ................................................................................................... 11

1.6. CLASSIFICAO POR USO ........................................................................................................ 12 1.6.1. 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 ............................................................................................................. 14

1.7. CLASSIFICAO POR FREQNCIA ........................................................................................... 15 1.8. EXERCCIOS ........................................................................................................................... 17

2. ANTENAS ......................................................................................................... 20 2.1. INTRODUO ......................................................................................................................... 20 2.2. IMPORTNCIA DAS ANTENAS ................................................................................................... 21

2.2.1. Comprimento de Onda ............................................................................................. 22 2.2.2. Diagrama de Irradiao ............................................................................................ 22 2.2.3. Antena Isotrpica ...................................................................................................... 23

2.3. GANHO DE UMA ANTENA ........................................................................................................ 23 2.3.1. Coeficiente de Onda Estacionria ............................................................................ 24

2.4. ANTENA DIPOLO .................................................................................................................... 25 2.4.1. Antena Dipolo Dobrado ............................................................................................ 26 2.4.2. Como Instalar uma Antena Dipolo para HF .............................................................. 26

2.5. ANTENAS OUTROS MODELOS ............................................................................................... 27 2.5.1. 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 .......................................................................... 30

Colgio Impacto 2 Mdulo de TelecomunicaesAv. Filinto Muller, 95 - Centro - Trs Lagoas/MS

F: (67) 5217513 [email protected]

1

Ondas e Antenas2.6. RECEPTORES DE COMUNICAO PARA RADIOAMADORES ........................................................... 31

2.6.1. 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 ........................................ 36

2.7. ANTENAS PARA APLICAES WIRELESS 2,4 GHZ .................................................................... 36 2.7.1. Consideraes ......................................................................................................... 37

3. PROPAGAO DAS ONDAS ........................................................................ 39 3.1. 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 ....................................................................................... 42

3.4.1. Acoplamento de Antenas ......................................................................................... 44 3.5. PROJETOS PRTICOS .............................................................................................................. 45

3.5.1. Projeto: Antena Plano-Terra ..................................................................................... 45 3.5.2. Projeto: Antena Direcional de 4 Elementos .............................................................. 46

4. APLICAES DAS ONDAS ELETROMAGNTICAS .............................. 49 4.1. FORNO DE MICROONDAS ....................................................................................................... 49 4.2. RADAR ................................................................................................................................. 50 4.3. RADIOASTRONOMIA ................................................................................................................ 51 4.4. RADIOAMADORISMO UM DEPOIMENTO .................................................................................. 53

4.4.1. O que ? ................................................................................................................... 53 4.4.2. A Telegrafia .............................................................................................................. 55

4.5. CONSIDERAES SOBRE A IONOSFERA ..................................................................................... 55 4.5.1. Interpretando os Dados ............................................................................................ 57



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Ondas e Antenas

1. ONDAS ELETROMAGNTICAS

1.1. Introduo

1.1.1. Efeitos da Corrente EltricaNa 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)".

r.2i.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.

1.2. 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



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Ondas e Antenasenergia); pulsos intensos de radiao dos "pulsares" (estrelas pequenas cuja densidade mdia em torno de 10 trilhes de vezes a densidade mdia do Sol).

Essas 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 anel

Considere 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



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Ondas e Antenasfluxo 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 Eletromagnticas Imagine 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.



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Ondas e Antenas

A 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:

00

1c

=

onde 0 a permissividade eltrica do vcuo, e 0 a permeabilidade magntica do vcuo.Aplicando os valores de 70 104

= e 120 1085,8= de na expresso acima,

encontra-se a velocidade:

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.



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Ondas e AntenasAlm 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.

`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 Eletromagnticas A 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



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Ondas e Antenasespao. 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:

fc=

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.



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As 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 Radiaes

1.5.1. 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).



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Ondas e Antenas1.5.2. 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 DiretasAs ondas diretas se propagam em visada direta ou em linha reta, como o caso dos

enlaces de microondas.



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Onda 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 EspalhadasNa 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.



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Ondas e Antenas1.6. Classificao por Uso

"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. MicroondasMicroondas 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.



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As 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 visvelNote que nosso olho s tem condies de perceber freqncias que vo de 4,3x1014 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 XOs raios X foram descobertos, em 1895, pelo fsico alemo Wilhelm Rntgen. Os raios



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Ondas e AntenasX 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.

Os 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.



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A figura abaixo ilustra toda esta diviso realizada at aqui.

1.7. Classificao por Freqncia A 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.



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O 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:



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Ondas e Antenasteleviso 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 - 2.0S 2.0 - 4.0C 4.0 - 8.0X 8.0 - 12.0Ku 12.0 - 18.0K 18.0 - 27.0Ka 27.0 - 40.0R 26.5 - 40.0Q 33.0 - 50.0V 40.0 - 75.0W 75.0 - 110.0Milimtricas 110.0 - 300.0Infravermelho, visvel em ultra violeta 103 - 107

1.8. Exerccios 1. 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 10Y 5.000Z 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 aproximadamente



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Ondas e Antenas3x108 m/s. Uma emissora de rdio que transmite sinais (ondas eletromagnticas de 9,7x106 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 corda



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Ondas e Antenas9. 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.



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Ondas e Antenas

2. ANTENAS

2.1. Introduo As 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.



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Ondas e AntenasAs montadas verticalmente causam pouco efeito nas receptoras horizontais (e vice-versa).

Os 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 Antenas A 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.



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Ondas e Antenas2.2.1. 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:

metros 42,86 7.000.000

0300.000.00 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.

Podemos 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



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Ondas e Antenasirradiao 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).

2.3. Ganho de uma Antena Para 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:

1

2

PPlog10)dB(N = - decibel

Por 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:



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Ondas e Antenas9 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 vezese 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:

1

2

VVlog20)dB(N =

Voltando 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



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Ondas e Antenasestacionrias.

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:

A

R

ZZROE = ou

R

A

ZZROE =

O uso de uma ou outra dessas frmulas depende apenas de RZ (impedncia resistiva da linha) e da AZ (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 Dipolo A 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.



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Ondas e AntenasExemplo: Calcule aproximadamente o tamanho de sua antena dipolo de L, para freqncias abaixo de 30 MHZ.

2.4.1. Antena Dipolo Dobrado

O 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 metrosFeito 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



26

Ondas e Antenasacabar 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.

2.5. Antenas Outros Modelos Desde 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



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Ondas e Antenasprojetada, 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/MSF: (67) 5217513 [email protected]

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Ondas e AntenasDentre 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.



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Ondas e AntenasVantagens 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.



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Ondas e AntenasVantagens 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 Radioamadores Se 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) obtm-se 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.

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