Antenas e Ajustes (TEL242)

Outros artigos deste site tratam do mesmo tema, porém tendo sido escritos em épocas diferentes. Este é de uma publicação nossa que saiu em 1992, mas ainda é atual pela teoria básica que apresenta. As novas tecnologias, evidentemente não foram incluídas.

O bom desempenho de um transmissor, qualquer que seja sua frequência de operação depende da existência de uma boa antena e da transferência de toda a potência do transmissor para esta antena.

Desta forma, o sistema de antena consiste não só nos elementos metálicos que formam esta antena, como também nos conectores e cabos que fazem sua ligação ao aparelho transmissor.

Uma antena precisa ter um comprimento certo em relação ao comprimento da onda que está sendo transmitido, para que ocorra um funcionamento perfeito veja na figura 1 como calcular o tamanho de uma antena plano - terra.

 

Figura 1
Figura 1

 

Se isso não ocorre, temos diversos fenômenos que prejudicam o desempenho do transmissor como:

a) Reflexão dos sinais, provocando o aparecimento de ondas estacionárias. Estas ondas voltam ao transmissor forçando os componentes de saída.

Nos transmissores que usam transistores mais delicados nas etapas de potência, pode até ocorrer a queima destes transistores se houver uma relação de ondas estacionárias impróprias, conforme sugere a figura 2.

 

Figura 2
Figura 2

 

b) Falta de rendimento, com uma potência irradiada muito menor que a esperada reduzindo assim o alcance do transmissor.

O tipo de antena mais simples é a formada por uma simples vareta de metal, como as usadas nos pequenos walk-talkies e microfones sem fio e que normalmente não tem um tamanho realmente correspondente ao comprimento da onda que devem transmitir, conforme mostra a figura 3.

 

Figura 3
Figura 3

 

Como estes são transmissores de curto alcance, o rendimento não precisa ser dos maiores e a antena apenas precisa ter um comprimento que apenas não supere um quarto do comprimento da onda que está sendo emitida.

Quanto mais este comprimento se aproximar de um quarto do comprimento da onda, maior rendimento teremos.

Para um transmissor na faixa de FM este comprimento corresponde a aproximadamente 70 a 80 cm na faixa de 88 a 110 Hz.

Um dos problemas deste tipo de antena é que ela transmite na realidade apenas uma fase do sinal, sendo a outra representada pela caixa do aparelho, o que reduz o rendimento, conforme mostra a figura 4.

 

Figura 4
Figura 4

 

A segunda fase é importante para que tenhamos maior diretividade e maior rendimento na transmissão do sinal.

Para os casos em que temos um comprimento de onda muito grande, por exemplo, na faixa de ondas curtas, a redução do comprimento da antena modifica sua impedância e exige uma compensação. Isso pode ser 1conseguido com a utilização de uma bobina de carga, conforme mostra a figura 5.

 

Figura 5
Figura 5

 

Outro tipo importante de antena é o dipolo mostrado na figura 6.

 

Figura 6
Figura 6

 

Esta antena tem dois elementos que formam o dipolo e sua impedância é da ordem de 300 ohms, devendo pois ser ligada ao transmissor por meio de um cabo com esta impedância. Este tipo de antena é muito utilizado em TV Analógica em VHF e FM, pois para estas faixas seu comprimento permite a utilização de varetas de alumínio. Pequenos transmissores de FM terão bom rendimento com uma antena deste tipo.

Para a faixa de radioamadores (ondas curtas) entre 80 e 10 metros este tipo de antena proporciona também um bom rendimento para transmissores. Assim, transmissores entre 3 MHz e 30 MHz podem usar este tipo de antena cujos comprimentos variarão entre 5 e 40 metros. Deve ser usado fio grosso nos elementos e isolados pelas pontas dos locais em que a antena é suspensa. Nenhum obstáculo ou objeto deve estar nas proximidades para se garantir um bom funcionamento.

Para transmissores de FM uma solução também interessante é a antena “plano terra" mostrada na figura 7.

 

Figura 7
Figura 7

 

Esta antena tem uma vareta vertical com 1/4 do comprimento da onda que se está operando e varetas horizontais de aproximadamente o mesmo comprimento que formam o plano terra.

Diferentemente do dipolo de meia onda que é polarizado horizontal- mente, esta antena tem uma polarização vertical.

Sua impedância é de aproximadamente 75 ohms o que exige o emprego de um cabo com esta impedância na ligação ao transmissor.

Um equipamento muito importante para os que operam com transmissores é o chamado medidor de ondas estacionárias ou medidor de ROE (Relação de Ondas estacionárias). Na figura 8 temos o aspecto de um destes instrumentos.

 

Figura 8
Figura 8

 

O que este pequeno aparelho faz é verificar se existe reflexão de sinal na antena e na linha de transmissão prejudicando assim o rendimento de um transmissor.

Se não há nenhum reflexão e o rendimento é máximo dizemos que a relação de ondas estacionárias é de 1 para 1 ou 1:1.

Se tivermos perdas esta relação vai diminuindo como, por exemplo, 1:2, 1:3, etc.. Quanto maior for o segundo número desta relação maiores são as perdas, o que significa que existe descasamento de características entre a saída do transmissor, 0 cabo e a antena.

O medidor de ROE é intercalado entre a saída do transmissor e a antena, conforme mostra a figura 9.

 

Figura 9
Figura 9

 

Temos ainda outro instrumento de grande utilidade para os que operam com transmissores: o medidor de intensidade de campo.

Este pequeno instrumento, conforme mostra a figura 10 detecta os sinais emitidos por uma antena permitindo assim a avaliação de sua intensidade.

 

Figura 10
Figura 10

 

Com o medidor de intensidade de campo rodeando uma antena podemos determinar o seu padrão de irradiação, conforme mostra a figura 11.

 


 

 

Numa antena omnidirecional devemos ter a mesma intensidade em todos os pontos na mesma distância da antena quando a rodeamos. Numa antena direcional devemos ter uma intensidade de sinal maior na direção para a qual ela está apontada.

O ajuste de uma antena ou da saída de um transmissor pode ser feito com base nas indicações de um medidor de intensidade de campo. Ajusta-se o transmissor e a antena para que o medidor indique o máximo de potência irradiada.

Na figura 12 temos um medidor de intensidade de campo simples que pode ser usado com transmissores na faixa de 1 MHz até mais de 100 MHz.

 

Figura 12
Figura 12

 

A antena é do tão telescópico e o transistor pode ser qualquer NPN de uso geral de silício. O diodo detector deve ser de germânio para máxima sensibilidade e o instrumento indicador é um microamperímetro de 150 ou 200 mA de fundo de escala. O circuito é alimentado por uma bateria de 9 V e pode ser montado numa pequena placa de circuito impresso.

Para usá-lo basta ligar a alimentação e zerar o instrumento atuando sobre o potenciômetro. Não é preciso sintonizar nada pois o circuito e aperiódico.

O choque de RF consiste em 200 espiras de fio 32 num bastão de ferrite de 1 cm de diâmetro por 10 cm de comprimento.

Para calibrar transmissores um recurso muito simples que se aplica quando o transmissor tem pelo menos 1 watt de potência é o anel de Hertz, ilustrado na figura 13.

 

Figura 13
Figura 13

 

A lâmpada terá de 1 a 5 watt de potência dependendo do transmissor e o anel é formado por 1 a 5 espiras de fio comum.

Quando colocamos esta espira junto a bobina tanque final do transmissor, onde deve aparecer toda a sua potência de RF, é induzida uma tensão no anel que faz a lâmpada acender.

Devemos ajustar então a sintonia da bobina final ou da etapa final do transmissor para que esta lâmpada acenda com a máxima intensidade.

Quando isso ocorrer saberemos que o transmissor está ajustado para o máximo rendimento..

Uma variação para este circuito pode ser improvisada com um multímetro e um diodo conforme mostra a figura 14.

 

Figura 14
Figura 14

 

Esta versão mais sensível se aplica a transmissores menores, na faixa de 10 a 500 mW como, por exemplo, pequenos transmissores de FM e de rádio controle, servindo para ajuste das etapas amplificadores e para a verificação de funcionamento.

O multímetro deve estar ajustado para uma escala baixa de tensões contínuas e o diodo deve ser de germânio para maior sensibilidade.

Este tipo de circuito não deve ser usado em transmissores potentes pois pode haver o risco de se sobrecarregar o multímetro.

 

COMO AJUSTAR UM TRANSMISSOR

Existem diversas técnicas de ajustes de transmissores que dependem dos instrumentos que cada montador tenha disponível.

Começamos pelos transmissores mais simples em que temos apenas um circuito oscilador como, por exemplo, os microfones sem fio e os pequenos transmissores de FM.

Para estes, basta dispor de um receptor que deve ser sintonizado em frequência livre a uma distância de 2 a 3 metros do transmissor.

Atuamos então sobre o trimmer ou o núcleo da bobina osciladora usando uma ferramenta não indutiva (não metálica) como, por exemplo, de plástico ou madeira do tipo mostrado na figura 15.

 

Figura 15
Figura 15

 

À medida que atuamos sobre o trimmer ou bobina, podemos pegar o sinal no receptor em diversos pontos. Dependendo do circuito são geradas frequências harmônicas que são captadas com maior ou menor intensidade.

Devemos fazer o ajuste até encontrar a frequência em que o sinal seja mais forte. Para verificar isso basta se afastar com o receptor. Se o sinal não desaparecer logo é porque temos o fundamental, ou seja, o sinal principal que deve ser mantido.

A falta de qualquer sinal deve ser verificada com a medida de tensões no circuito e o teste dos componentes.

Sinal fraco abaixo do esperado pode significar problemas de sintonia. Neste caso, devemos diminuir ou aumentar o número de espiras da bobina, pois provavelmente ela estará com a frequência bem fora do esperado.

Para transmissores com duas ou mais etapas, como o da figura 16, o procedimento é o seguinte:

 

Figura 16
Figura 16

 

Começamos por sintonizar nas proximidades um receptor em frequência livre, a uma distância da ordem de ou 2 metros. A antena será apenas um pedaço de fio pequeno para que não haja um sinal muito forte na saída.

Atuamos então sobre o circuito oscilador de modo a levá-lo na frequência desejada. Devemos usar uma ferramenta não metálica para esta finalidade, por motivos que já explicamos.

Uma vez conseguido o sinal mais forte na frequência desejada, atuamos sobre a sintonia a etapa de amplificação de modo a obter também o sinal mais forte. Podemos usar um medidor de campo para esta finalidade ou ainda o anel de Hertz, sempre conferindo com o receptor que a frequência não saia do valor desejado.

Dependendo do ajuste podem ser necessários retoques no circuito oscilador para se obter o funcionamento perfeito, pois nos osciladores sem cristal um circuito pode influir no outro.

Para transmissores com mais de uma etapa de amplificação, fazemos os ajustes das duas tomando como base a intensidade do sinal de saída.

Retoques devem ser feitos de modo a se obter a máxima intensidade de sinal.

Se o transmissor tiver a frequência controlada por cristal, devemos ajustar o trimmer conjugado de modo a obter a oscilação na etapa osciladora.

Depois passamos às etapas de amplificação de modo a obter máxima intensidade de sinal.

 

 


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