Radar de VHF (ART3200)

Um RADAR capaz de detectar objetos através de ondas de alta frequência que são emitidas por um transmissor. Se você acha que este tipo de montagem é muito complexa e inacessível aos experimentadores, então leia este artigo. Descrevemos um sistema simples, que opera em VHF (em torno de 300 MHz) e que pode acusar objetos a distâncias de até mais de 10 metros, utilizando o mesmo princípio dos radares de aeronaves, instalações militares ou da polícia rodoviária.

Nota: apesar de ser de uma publicação nossa antiga (1988) o circuito ainda pode ser montado com facilidade e tem finalidade puramente didática e experimental.

 

Que tipo de aplicações pode ter um sistema de radar experimental que opere numa faixa de alcance de alguns metros com uma frequência da ordem de 300 MHz?

Esta certamente é a primeira pergunta que um montador em potencial deve fazer para ver se realmente existe alguma compensação para o tempo e dinheiro que serão investidos no projeto. Pois bem, mesmo sendo "experimental", o nosso radar encontra algumas aplicações práticas bastante interessantes. Relacionamos a seguir estas possíveis aplicações para que você as pondere:

- Alarme residencial de alta eficiência - os sinais se propagam por uma sala e se alguém entrar no seu raio de ação ocorre o disparo de um potente sistema de alarme. As ondas invisíveis que ele emite dificultam a eventual localização do sistema por parte do intruso. (figura 1)

 

Radar de VHF
Radar de VHF

 

- Detector de passagem – colocado numa passagem, ele pode Ser usado para indicar a entrada e saída de pessoas, acendendo uma luz de aviso, emitindo um bip ou ainda enviando um pulso para o Módulo Contador Digital que fará a contagem (Veja artigo no site do autor).

- Sistema para demonstrações em feiras, stands ou simplesmente para recreação - demonstre com um projeto vistoso e de grande desempenho (em pequena escala) como funciona um radar de Onda Contínua de verdade.

O sistema consta de um transmissor e um receptor com antena direcionais, ambos alimentados com tensão de 6 V e baixo consumo de corrente. A montagem é um pouco critica apenas em relação ao sistema de irradiação e recepção, cujas antenas devem ser bem feitas, mas o circuito em si é extremamente simples e não precisa de nenhum ajuste complicado para ser colocado em funcionamento.

Todos os componentes usados são absolutamente comuns, o que significa um custo relativamente baixo para o projeto.

 

COMO FUNCIONA

Na parte referente a “O que você precisa saber" desta edição explicamos em pormenores o princípio de funcionamento do radar. Assim, para não repetirmos aquelas explicações, sugerimos que os leitores leiam antes aquele artigo para depois voltarem a este ponto, de onde passamos então a analisar especificamente o nosso projeto.

Nosso radar é do tipo de onda continua (CW : Continuous Wave) e tem dois circuitos que funcionam separadamente: um transmissor e um receptor.

O transmissor consiste num simples oscilador com um único transistor que opera entre 200 e 400 MHz (quanto mais alta a frequência, melhor). O transistor BF494 ou BF495 pode oscilar bem nestas frequências, mas se você desejar fazer experiências em frequências mais altas, pode experimentar outros como, por exemplo, os BF979 e BF689k, usados em osciladores de UHF.

Para uma frequência de 300 MHz, temos um comprimento de onda de 1m o que significa a detecção teórica de objetos de até 1/10 dessas dimensões. Isso significa que pessoas ou mesmo animais de pequeno porte podem ser detectados nesta frequência. Para 600 MHz, por exemplo, aumentamos a precisão da detecção.

Também levamos em conta que aumentando a frequência conseguimos maior diretividade para os sinais, ou seja, podemos “focalizar" melhor a área de ação do radar.

Para receber os sinais do transmissor, existe um receptor que nada mais é do que um simples medidor de intensidade de campo, acoplado a um sistema temporizado de disparo.

O receptor deve então ser ligado para receber - os sinais do transmissor de modo constante.

Isso pode ser conseguido de duas formas, mostradas na figura 2.

 

Radar de VHF
Radar de VHF

 

 

Na primeira, o receptor é montado diretamente na frente do receptor a uma distância que pode variar entre 3 e 10 metros (em alguns casos até mais, pois isso dependerá da sua montagem). A passagem de qualquer objeto ou pessoa entre os dois reduz a intensidade do sinal captado, o que o leva ao disparo.

Na segunda existe um refletor para os sinais, e tanto o transmissor como o receptor são colocados próximos. O refletor pode ser de folha- de alumínio ou uma tela de arame.

Como na reflexão parte do sinal pode se perder a distância total para a colocação do refletor pode não chegar aos 10 metros.

No receptor não há sintonia, pois o sinal captado tem bastante intensidade para ativar diretamente o circuito. Temos então um amplificador operacional com FET e ganho controlado, já que este ganho possibilita ajustar a sensibilidade.

O sinal do amplificador, depois de levado a um transistor, pode ser utilizado de duas formas:

Numa delas temos a colocação de um instrumento, que tanto pode ser um VU de 200 uA (microamperímetro), como seu multímetro na escala de tensões de 0-6 V DC, ou próxima disso. Com este instrumento temos a monitoração direta da passagem de qualquer objeto no campo de ação do radar.

A outra utilização é no disparo de um monoestável com o integrado 555, o que possibilita a ativação de um alarme, sistema de iluminação ou aviso.

A passagem de um objeto, que provoque uma momentânea queda na intensidade do sinal captado, leva a tensão na saída do operacional a cair e consequentemente, a tensão no pino 2 do 555.

Se esta tensão cair abaixo de 1/3 de Vcc ocorre o disparo, e na saída do 555 passamos a ter uma tensão de 6 V, a qual serve para polarizar o transistor Q2 até a saturação e com isso o relé atraca.

O tempo em que a saída do 555 permanece no nível alto, com aproximadamente 6 V, independe do tempo em que o sinal captado cai de intensidade.

Este tempo depende unicamente de R7 e C2, ficando em torno de alguns segundos. Podemos aumentar bem este tempo, no caso de um alarme, aumentando R7 para 1M ou 1M5, e C2 para 470 uF ou mesmo 1000 uF (caso em que o relé ficará ativado por vários minutos).

A antena parabólica utilizada serve para concentrar o feixe irradiado pelo transmissor numa única direção. Como não precisamos de, grande diretividade porque o sistema é experimental, e nesta faixa de onda uma parábola ideal teria de ter dimensões muito maiores, ela não é crítica.

Pormenores da montagem da antena serão dados mais adiante.

 

MONTAGEM

Na figura 3 temos o circuito do transmissor.

 

Radar de VHF
Radar de VHF

 

A placa de circuito impresso para o transmissor é mostrada na figura 4.

 

Radar de VHF
Radar de VHF

 

Para o receptor temos o circuito completo mostrado na fig. 5.

 

Radar de VHF
Radar de VHF

 

A placa de circuito impresso para o receptor é mostrada na figura 6.

 

Radar de VHF
Radar de VHF

 

 

 

Para o receptor e para o transmissor, os resistores podem ser de 1/8 ou ¼ W, com qualquer tolerância. Os capacitores pequenos (menos de 1 pF) devem ser cerâmicos (C3 deve ser cerâmico).

Os capacitores eletrolíticos usados no receptor, são para 6 V ou mais e para os integrados, sugerimos a utilização de soquetes, assim como para o relé (isso possibilita sua utilização a qualquer momento em outros projetos, com grande economia).

A bobina L1 do transmissor consta de 1,5 ou 2 espiras de fio comum sem núcleo, com diâmetro de 1 cm aproximadamente. Se o transistor tiver dificuldade de oscilar, use 3 espiras, pois alguns podem não alcançar a frequência desejada.

A bobina L1 do receptor e um choque de RF de 47 ou 100 uH tipo microchoque.

O trimmer do transmissor não é crítico, podendo até ser substituído por um capacitor fixo de 5,6 a 10 pF (cerâmico). Veja que, como o receptor não é sintonizado, não importa exatamente a frequência do transmissor, mas simplesmente que ele oscile.

P1 é um potenciômetro e P2 um trimpot. Para a saída dos sinais usamos um borne, onde podemos ligar os aparelhos controlados como por exemplo um alarme.

Um LED (de qualquer cor) serve para indicar o fechamento do relé no disparo.

Na falta do reator de RF (L1 do receptor), enrole umas 30 ou 40 voltas de fio esmaltado fino (30 ou 32) num resistor de 100 k x 1/4 ou 1/2 watt.

A antena tem o aspecto da figura 7, não sendo crítica.

 

Radar de VHF
Radar de VHF

 

 

O dipolo é feito com dois pedaços de fio rígido de 7 cm ou mais (pode ter até 20 cm, para maior alcance), soldados num pedaço de ponte de terminais. A ligação ao circuito - tanto para o receptor como para o transmissor é feita com fio blindado duplo e a malha ligada à blindagem.

A blindagem (refletor) pode ser de qualquer material metálico como, por exemplo, folha de alumínio, lata, tela de arame. Você escolhe o material. Este refletor deve ser montado atrás do dipolo, a uma distância entre 2 e 5cm sem encostar nele.

No protótipo montamos uma antena sobre a caixa do receptor e outra sobre a caixa do transmissor. Para o transmissor, se você desejar, não é preciso o refletor.

 

PROVA E USO

Para provar a unidade coloque o transmissor diante do receptor a uma distância de 2 metros, conforme mostra a figura 8.

 

Radar de VHF
Radar de VHF

 

 

Ligando as duas unidades, a agulha do instrumento deve saltar e, eventualmente, deve ocorrer o disparo do relé que em alguns segundos depois, desliga automaticamente.

Se a agulha do instrumento não se mexer, comece atuando sobre P1 de modo a abrir toda a sensibilidade (resistência máxima). Quando a agulha saltar, ajuste P2 para que ela fique no final da escala.

Depois, vagarosamente vá reduzindo a sensibilidade em P1 até que a agulha tenda a cair. O melhor ajuste e no ponto em que a agulha está prestes a cair para zero no indicador M1.

Passe então entre o transmissor e o receptor ou entre no seu campo de ação: a agulha deve cair momentaneamente para zero e o relé ativar, com o LED acendendo.

Vá afastando o transmissor para ver o alcance e o ponto de maior sensibilidade. A medida que for fazendo isso, ajuste também Pl para compensar a sensibilidade.

Se for usar o aparelho continuamente, utilize fontes separadas para o transmissor e para o receptor.

Para um alcance maior (com potência maior do transmissor), use o transistor 2N2218 e alimente o transmissor com 9 ou 12 V.

Lembre-se: o ajuste deve ser feito em P1 para o ponto em que a agulha do instrumento (VU ou multímetro) fica prestes a cair a zero.

Na introdução observamos que tanto os dois aparelhos podem ficar na mesma linha, como podem ficar no mesmo lado, com a presença de um refletor. Faça experiências.

 

a) Transmissor:

Q1 - BF494 ou BF495 – transistor de RF (2N2218 para maior potência)

L1 - 1 ou 2 espiras de fio comum, com 1cm de diâmetro

CV - trimmer comum

S1 - interruptor simples

B1 - 6 V - 4 pilhas pequenas ou médias (ou fontes)

C1 – 100 nF - capacitor cerâmico

CZ - 2n2 - capacitor cerâmico

C3 - 2p7 ou 3p3 - capacitor cerâmico

R1 – 10 k - resistor (marrom, preto, laranja)

R2 – 8k2 - resistor (cinza, vermelho, vermelho)

R3 - 47 ohms - resistor (amarelo, violeta, preto)

Diversos: caixa para montagem, antena, fios, placa de circuito impresso, solda etc.

b) Receptor:

Cl-1 - CA3140 - amplificador operacional

Cl-2 - 555 - timer

Q1, Q2 - BC548 ou equivalente transistor NPN de uso geral

LED - LED vermelho comum

D1 - 1N4148 ou equivalente – diodo de silício

K1 - - relé de 6 V

M1 - Microamperímetro de 0-200,uA ou multímetro

P1 - 2M2 - potenciômetro (pode ser 4M7)

P2 - 47k - trimpot

B1 – 6 V - 4 pilhas pequenas ou fonte

S1 - interruptor simples

L1 – 47 uH ou 100 uH - microchoque

R1, R2, R7 – 100 k – resistores (marrom, preto, amarelo)

R3 - 56k - resistor (verde, azul, laranja)

R4 – 10 k - resistor (marrom, preto, laranja)

R5 - 47k - resistor (amarelo, violeta, laranja)

R6 – 10 k - resistor (marrom, preto, laranja)

R8 - 4k7 - resistor (amarelo, violeta, vermelho)

R9 - 1 k - resistor (marrom, preto, vermelho)

C1, C2 – 10 uF - capacitores eletrolíticos

C3 – 100 nF - capacitor cerâmico ou de poliéster

Diversos: placa de circuito impresso, caixa para montagem, material para a antena, suporte de 4 pilhas ou fonte, bornes para ligação do relé, soquetes para os integrados e relé, botão para o potenciômetro, bornes para o multímetro, se for usado em lugar de M1, fios, solda etc.

 

 


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