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Medida em tranmissores (TEL012)

Para se obter o funcionamento correto de uma estação transmissora são necessárias medidas que levem posteriormente a ajustes como por exemplo o correto acoplamento do sistema a antena, os circuitos de saída, verificação de potência, etc. Como fazer isso exige algumas técnicas e instrumentos especiais que serão focalizados neste artigo, bastante didático sendo recomendado aos estudantes e iniciantes e até mesmo aos profissionais que tenham dúvidas.

 

Diversas são as medidas que devem ser feitas numa estação transmissora para se verificar se ela está funcionando corretamente. Estas medidas que vão desde a potência de saída do transmissor até a intensidade do sinal irradiado não feitas com instrumentos comuns. Os sinais de alta frequência envolvidos no processo e até seu comportamento diferente nos diversos pontos de seu percurso até a antena exigem o uso de instrumentos e técnicas especiais.
Assim, temos as seguintes medidas importantes que o leitor que trabalha ou pretende trabalhar com telecomunicações deve conhecer.

MEDINDO ROE
ROE significa Relação de Ondas Estacionárias, termo que em inglês Standing Wave Ratio é abreviado por SWR.
Todos sabem que para que um transmissor transfira toda sua potência para o espaço, a ROE deve ser de 1 para 1 (1:1) o que pode ser conseguido com o correto casamento de impedâncias do transmissor com o cabo, do cabo com a antena e o comprimento certo do cabo usado.
Existem instrumentos simples que são intercalados entre o transmissor e o cabo que permitem a medida da ROE, conforme mostra a figura 1.


Se bem que estes instrumentos proporcionem um resultado satisfatório no sentido de melhorar o desempenho de um transmissor, verificando se realmente existem ondas estacionárias num nível que pode afetar o desempenho da estação é preciso ter cuidado com as interpretações.
O que ocorre é que muitos operadores de estações de radioamadores, intercalando estes instrumentos entre seus transmissores e suas antenas simplesmente ajustam o comprimento do cabo ou a antena de modo a obter a menor leitura de ROE.
Na verdade, é preciso lembrar que os valores indicados no instrumento usado desta forma é válido apenas para a base da antena ou ponto de ligação onde os sinais são refletidos. Isso significa que a linha de transmissão deve ter um comprimento múltiplo do comprimento de onda do sinal que está sendo transmitido ou os valores lidos no instrumento não serão válidos.
Na medição da ROE num transmissor, antes de se considerar os valores lidos deve-se verificar portanto se o comprimento do cabo está de acordo com a frequência do sinal transmitido.
A seguinte fórmula pode ser usada para calcular o comprimento do cabo:

L = (149 x N x V)/f

Onde:
L é o comprimento em metros
V é o fator de velocidade da linha de transmissão
N é qualquer inteiro
f é a frequência de operação em MHz

Na figura 2 temos um circuito típico de um medidor de ROE simples que pode servir para se ter uma idéia do funcionamento de uma estação transmissora.


Lembramos novamente que este tipo de instrumento não oferece uma medida exata do que está ocorrendo o que deve ser feito com métodos mais precisos, mas permite avaliar o desempenho e até melhorar o funcionamento de um sistema.
O melhor procedimento para medir ROE envolve a medida da potência de RF que está sendo enviada a antena e a medida da potência que está sendo refletida.
No circuito da figura 3 se baseia na medida da tensão desenvolvida no ponto em que o sinal é tomado na linha de transmissão.


Trata-se basicamente de uma Ponte de Wheatstone que tem quatro elementos: resistores de R1 a R3 e a resistência de radiação da antena do sistema que está sendo medido.
O transmissor funciona como fonte de sinal mas pode ser usado também um gerador de sinais para testes.
O resistor R3 deve ser escolhido de acordo com a impedância da linha de transmissão. No caso, o circuito foi projetado para linhas de 50 ohms.
Para operar o circuito basta colocar S1 para medir os sinais no sentido direto e depois ajustar R6 até obter a máxima deflexão do instrumento.
Depois, passa-se S1 para a posição de sinais refletidos e lê-se no instrumento a relação de ondas estacionárias.
Um outro tipo de medidor de ROE que se baseia em corrente e não em tensão é o mostrado na figura 4.


O circuito consta de um transformador de corrente e tem a vantagem de não causar perdas no sinal quando usado já que sua resistência é praticamente nula. Os
elementos A e C captam energia do elemento B. Os elementos A e C devem ser iguais e igualmente espaçados de B para o correto funcionamento.
Em muitos instrumentos antigos este transformador era construídos com pedaços de cabo coaxial mas nos equipamentos modernos são formados na própria placa de circuito impresso conforme mostra a figura 5.


Os resistores R1 e R2 dependem da impedância da linha de transmissão. É comum encontrar nesta função resistores de 68 ohms que possibilitam, com boa precisão, o uso do aparelho tanto em linhas de 50 ohms como 75 ohms.


MEDINDO A IMPEDÂNCIA DE UMA ANTENA
Para se medir a impedância de uma antena o aparelho mais usado é a ponte de impedância, normalmente um circuito baseado numa ponte de Wheatestone.
Na figura 6 temos um circuito deste tipo.


Neste circuito Z1 e Z2 são representados pela reatância capacitiva de dois capacitores variáveis que operam no modo diferencial.
Com este tipo de instrumento mede-se apenas a componente resistiva da impedância da antena. Isso não é problema pois na maioria dos casos, na frequência de ressonância a componente indutiva é praticamente nula.
No entanto, pela própria indicação de nulo destes instrumentos pode-se ter uma boa idéia do valor da componente indutiva.
Se o ajuste de nulo é conseguido numa faixa muito estreita é porque a componente reativa é pequena. Se o ajuste é obtido numa faixa mais larga é porque a componente é maior e deve ser considerada.


PONTE DE RUÍDO
Uma ponte de ruído é um instrumento baseado numa Ponte de Wheatstone que utiliza como fonte de sinal um gerador de ruído branco (lembramos que o ruído branco é formado por componentes aleatórias de todas as frequências, com a mesma intensidade num espectro de frequências determinado).
Quando aplicamos este tipo de ruído numa antena e conectamos à ponte um analisador de espectro ou ainda um receptor dotado de um medidor de intensidade de sinal, verificamos que os sinais têm grande intensidade em todo o espectro exceto na frequência de ressonância da antena, conforme mostra a figura 7.


Podemos então usar este instrumento para determinar o comprimento exato de um cabo (determinando sua frequência de ressonância), a frequência de ressonância de uma antena, etc.
Na figura 8 temos um circuito típico de uma ponte de ruído do tipo que pode ser usado em frequências até uns 150 MHz.


Uma aplicação importante desta ponte é justamente a determinação do fator de velocidade de um cabo cujas características sejam desconhecidas.
Para isso basta cortar um pedaço do cabo de comprimento que corresponda a metade do comprimento de onda de uma frequência que possa ser sintonizada no receptor usado ou visualizada pelo analisador de espectro.
O cabo deve ser ligado ao terminal de antena na ponte de ruído tendo sua outra extremidade colocada em curto.
Basta então aplicar o sinal (ruído branco) no cabo e verificar a frequência em que ocorre a maior absorção.


CONCLUSÃO
Trabalhar com sinais de rádio frequência não é simples. Muitas vezes recebemos cartas de leitores menos experientes que encontram bastante dificuldades em ajustar pequenos transmissores experimentais.
Para o profissional da eletrônica que pretende trabalhar com equipamentos de telecomunicações que são muito mais críticos o conhecimentos destas técnicas é fundamental.
O que explicamos é apenas o começo. Certamente os leitores interessados em se aprofundar no assunto podem encontrar uma vasta quantidade de informações em livros de engenharia.
Para nós, dentro de espaço de que dispomos vale a lembrança ou introdução ao assunto que o leitor que ou teve uma formação falha, ou está em outro setor há muito tempo pode usar para se reencontrar e partir para um aprofundamento maior.

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