Transmissores (Ruídos - espúrios - parasitas - harmônicas) - (TEL011)

Escrito por Newton C Braga

Um dos maiores problemas que ocorrem quando se pretende colocar no ar um transmissor de construção caseira ou um equipamento não muito bem elaborado é a produção de sinais que não correspondem à frequência que se deseja realmente transmitir e que podem causar interferências. Em especial, este problema tem sido enfrentado pelas pequenas emissoras experimentais de FM, denominadas "comunitárias", ou mesmo pelas "piratas", e que podem causar sérias interferências principalmente em serviços de orientação de aeronaves, devido às proximidades das frequências. Veja neste artigo quais são os principais tipos de sinais indevidos produzidos pelos transmissores.

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Transmissor sem alcance

   Um transmissor que produza uma onda portadora pura deve emitir sinais numa única frequência. No entanto, quando este transmissor é modulado, o sinal modulador faz com que novas frequências apareçam, ocupando normalmente uma pequena faixa em torno da frequência do sinal portador, conforme mostra a figura 1.



   Na prática, entretanto, os sinais de um transmissor modulado não ficam restritos apenas a esta faixa estreita, mas espalham-se pelo espectro podendo causar diversos tipos de problemas.
    Na figura 2 temos um gráfico que mostra o que pode ocorrer com um transmissor em condições reais de funcionamento (e que estão longe das condições ideais).

                    
    O sinal principal e de maior amplitude é, naturalmente, a portadora gerada pelo transmissor.
    Em condições normais, toda a energia do transmissor deveria ser concentrada nesta frequência e irradiada.
   Contudo, na prática não é isso que ocorre. Apenas para simplificar nossa análise vamos supor um transmissor que deva emitir uma portadora (sem modulação) e ver que tipos de sinais indevidos ele vai produzir.

    a) Ruído de Fase
    Quando um transmissor gera o sinal que deve transmitir, os componentes usados não são absolutamente lineares, o que quer dizer que não temos a produção de um sinal senoidal perfeito e nem ao menos de forma absolutamente sincronizada.
    Isso significa que as pequenas diferenças entre as fases dos sinais gerados a cada instante podem modular a portadora, criando assim alguma faixas de sinal que são emitidas juntamente com ela. Estes sinais vão se concentrar nas frequência próximas da portadora, um pouco acima e um pouco abaixo.

    b) Ruído de fonte
    Qualquer tipo de sinal indevido que esteja presente no circuito de um transmissor pode servir de fonte de modulação.
   A própria fonte de alimentação é uma fonte de sinal, gerando assim um sinal modulador que será combinado com a frequência portadora, transmitido com menor intensidade e se espalhando pelo espectro.
   Este sinal, que aparece na forma de ronco, depende justamente do ripple da fonte usada para alimentar o transmissor, daí a necessidade de circuitos com excelente filtragem para este tipo de aplicação.
  Na maioria dos casos, como a fonte de alimentação tem retificação em onda completa, estes sinais se espalham pelo espectro em intervalos de 120 Hz, tanto acima como abaixo da frequência da portadora.

    c) Harmônicas
    Um sinal puro é um sinal senoidal perfeito. No entanto, na prática, os sinais gerados pelos transmissores não são senóides perfeitas, dada justamente a não linearidade dos circuitos usados para isso.
   Isso quer dizer que, conforme Fourier explica, um sinal complexo de certa frequência como o produzido por um transmissor, é formado por um sinal senoidal de determinada frequência (fundamental) e sinais senoidais de frequências múltiplas (harmônicas) que se estendem pelo espectro com intensidade cada vez menor, mas até o infinito, de acordo com a figura 3.


   Estes sinais de menor intensidade e frequências múltiplas são irradiados e podem causar problemas de interferências.
   Dependendo de como o sinal do transmissor seja gerado, as harmônicas podem ter intensidade suficiente para causar sérios inconvenientes.
   Um transmissor de 1000 watts pode ter harmônicas tão fortes quanto algumas dezenas de watts, alcançando muitos quilômetros de distância e, com isso, causando problemas, se caírem numa faixa utilizada por outro serviço.
   Circuitos especiais devem ser agregados às saídas dos transmissores
de modo a evitar a passagem das harmônicas ou pelo menos reduzir sua intensidade a níveis tais que não possam causar problemas, como o mostrado na figura 4.


   Neste circuito temos um filtro passa-baixas que deixa passar o sinal fundamental, mas não as harmônicas com o dobro, o triplo, o quádruplo, etc. da frequência.


   d) Espúrios
   Em certos circuitos de transmissores podem surgir realimentações de sinais que vão atingir circuitos diferentes do mesmo aparelho como, por exemplo, amplificadores de áudio, de modulação e mesmo a fonte de alimentação, causando problemas. Com esta realimentação, os circuitos afetados tendem a entrar em oscilação gerando sinais que passam a ser transmitidos em frequências mais baixas e mais altas do que a portadora.
   Um caso comum que encontramos deve-se ao fato de que os capacitores eletrolíticos usados em fontes de alimentação podem ser de papel enrolado, formando assim uma estrutura que além da capacitância tem uma certa indutância. Esta indutância pode ser importante nos circuitos de alta frequência, fazendo com que os eletrolíticos passem a representar uma alta impedância para estes sinais.
   Numa fonte que tenha somente capacitores eletrolíticos, esta indutância pode ser responsável por realimentações e, com isso, pela emissão de espúrios. Um artifício para se evitar este tipo de problema é a ligação de um capacitor cerâmico de 100 nF em paralelo com o eletrolítico, veja a figura 5.


   Os capacitores cerâmicos não são indutivos e por isso fornecem um percurso para os sinais de RF que poderiam realimentar o circuito.

   e) Divisão de frequência
   Os transistores bipolares quando usados em transmissores tendem a apresentar um fenômeno interessante que consiste na produção de uma oscilação parasita com metade da frequência original.
  
   SOLUÇÕES
   Evidentemente, não podemos deixar que um transmissor irradie energia em frequências que não sejam especificamente aquelas em que ele deve operar. Problemas de interferências são graves e, por isso, proibidos pelas leis vigentes.
   Inicialmente, um bom projeto de transmissor, que tenha características que reduzam ao máximo a emissão de sinais indevidos, é fundamental, quando se pensa numa aplicação prática de maior potência.
   É por este motivo que existem restrições ao uso de transmissores de construção caseira, principalmente para as faixas mais sensíveis como as de FM e de VHF. 
   Em segundo lugar, o circuito deve ter todos os recursos que eliminem a possibilidade de que sinais indevidos sejam transmitidos. Filtros, blindagens e desacoplamentos precisam ser colocados cuidadosamente nos locais em que qualquer problema possa vir a ocorrer.