Para o técnico instalador de antenas parabólicas e de sistemas de recepção via satélite, as especificações técnicas podem trazer algum tipo de confusão, principalmente as que envolvem conceitos que normalmente não são abordados nos cursos especializados. Assim, o conceito de temperatura de ruído, largura de feixe, ganho, que são diferentes dos empregados na terminologia das antenas comuns de TV merecem uma explicação melhor. Neste artigo, em linguagem simples, procuraremos levar aos leitores interessados alguns desses conceitos. (1996)
Saber interpretar as características de uma antena, especificadas pelo seu fabricante não ajuda apenas na escolha do tipo mais apropriado para uma determinada aplicação. Através dessas especificações podemos avaliar seu desempenho e até prever algum tipo de dificuldade que pode aparecer na sua instalação.
As antenas parabólicas, como as antenas comuns de TV de VHF e UHF, não são todas iguais. Dimensões diferentes, tipos de alimentadores e o próprio material usado fazem que com existam diferenças de desempenho para as quais o instalador deve estar pronto para reconhecer.
Neste artigo vamos analisar algumas especificações de antenas com as explicações sobre seu significado.
TEMPERATURA DE RUÍDO E FIGURA DE RUÍDO
Estas duas especificações aparecem normalmente nas antenas parabólicas e a maioria dos instaladores tem dificuldade em entender seu significado.
O que ocorre é que qualquer corpo que esteja acima do zero absoluto (zero grau Kelvin ou -273 graus centígrados) tem suas moléculas agitadas de tal forma a emitir ondas eletromagnéticas.
Conforme mostra a figura 1, esta energia se distribui pelo espectro, com uma concentração maior em frequências que crescem com a temperatura.
Esta emissão de ondas por todos os corpos que estão acima do zero absoluto caracteriza o que denominamos de "ruído térmico".
Nas faixas de ondas médias, curtas, VHF e mesmo UHF o nível de ruído térmico gerado por todos os corpos que nos cercam e cuja grande maioria está na temperatura ambiente é desprezível de modo que eles não causam qualquer tipo de problema no que se refere a interferências.
No entanto, à medida que as frequências se tornam mais elevadas, e quando trabalhamos com sinais muito fracos, o ruído gerado pelo próprio aparelho que recebe esses sinais se torna importante.
Se o ruído tiver uma intensidade maior do que a do sinal que desejamos captar ele pode "tampá-lo" e nada conseguimos, conforme mostra a figura 2.
Isso se torna especialmente importante no caso de uma antena parabólica que tem de trabalhar com sinais muito fracos (alguns watts de potência do transmissor no satélite) e que devem percorrer uma enorme distância (36 000 quilômetros).
Os sinais chegam à antena com uma intensidade suficientemente baixa para nos preocuparmos com a intensidade do ruído produzido pela própria antena ou sistema de recepção, em vista da agitação de seus átomos.
Assim, para "atrapalhar" a recepção desses sinais temos os seguintes ruídos a serem considerados:
O primeiro é o gerado pelo próprio meio ambiente, ou seja, pela terra que estando numa temperatura normal de 26 graus centígrados corresponderá a 300 graus Kelvin.
Evidentemente, se a antena for apontada para a terra, "captará" este ruído diretamente.
No entanto, como ela fica apontada para o espaço, o ruído captado é bem menor. Esse ruído corresponde a uma temperatura de 10 graus kelvin dos quais 6 graus vem da própria terra (a atmosfera o absorve e o reemite) e 4 graus kelvin do próprio universo. Os cientistas dizem que este ruído de 4 graus kelvin "de fundo" que se manifesta em todas as direções do universo que observamos é remanescente da explosão que deu origem ao próprio universo a bilhões de anos
O terceiro ruído a ser considerado é o gerado pelo próprio circuito que vai amplificar os sinais.
Os radiotelescópios que devem captar sinais extremamente fracos que vem das regiões mais distantes do universo resolvem o problema do ruído gerado em seus circuitos por meio de um artifício muito simples: colocam estes circuitos em banhos de nitrogênio líquido cuja temperatura não ultrapassa alguns graus kelvin.
No entanto, este procedimento é inviável numa instalação de antena parabólica residencial. O nitrogênio líquido além de muito difícil de manusear é caro e precisaria estar constantemente sendo renovado, pois se evapora à medida que aquece.
O que se faz é empregar componentes que, por suas características gerem o mínimo possível de ruído.
Os transistores bipolares comuns de silício não são muito apropriados para esta aplicação, pois geram um nível de ruído relativamente alto.
Assim, a tecnologia usada faz uso de transistores de efeito de campo de arseneto de gálio nos circuitos de entrada dos sinais, ou seja, nos conversores e amplificadores do alimentador (LNA e LNC).
Os níveis de ruídos obtidos por tais componentes equivalem a uma temperatura de 50 graus Kelvin a 120 graus Kelvin o que são níveis muito bons para esta aplicação.
Uma especificação um pouco diferente para este ruído gerado pelos circuitos em lugar de se fazer a especificação pela sua temperatura equivalente é através do que se denomina "figura de ruído".
A figura de ruído é uma unidade mais apropriada pois é dada em termos de dB (decibéis) que, melhor que os graus kelvin ou absolutos é uma unidade elétrica.
Assim, os 50 a 120 graus kelvin de ruído gerado pelos circuitos equivalem a 1,0 a 1,5 dB de "figura de ruído".
Definições:
O ruído que um sistema gera é proporcional à temperatura desse sistema e a faixa passante do sinal que ele deve processar. Quanto mais larga for a faixa passante e a temperatura maior é o ruído (lembre-se que o ruído se distribui por todo o espectro, assim, se a faixa for maior, maior quantidade de energia correspondente a ruído é abrangida).
A fórmula para calcular este ruído é dada por:
N = kTB
Onde: K é a constante de Boltzman
T a temperatura ambiente em graus kelvin
B é a faixa passante do sistema em hertz
Assim, o que denominamos de fator de ruído ou temperatura de ruído é definida pela relação do ruído na saída de um dispositivo e o ruído na sua entrada. Num dispositivo perfeito em que os componentes não agregam nenhum tipo de ruído ao sinal, o fator de ruído será unitário.
Assim temos:
Fator de Ruído = (Ruído Ideal + Ruído Interno)/(Ruído ideal)
Fator de ruído = (kBT1 + kBT2)/kBT1
Fator de ruído = (T1 + T2)/T1
Fator de ruído = 1 + T1/T2
Fator de ruído = 1 + T1/290
T1 é denominado temperatura equivalente de ruído enquanto que T2 normalmente é tomado como referência o valor de 290 graus Kelvin que corresponde a uma temperatura ambiente de aproximadamente 16 graus centígrados.
A partir destes valores podemos definir a figura de ruído:
Figura de ruído = 10 log (fator de ruído)
Assim, para uma figura de ruído de 1,9 temos a seguinte temperatura equivalente de ruído ou fator de ruído:
1,9 = 10 log (1 + T/290)
Desta equação temos:
1 + T/290 = 10 E 0,19
1 + T/290 = 1,55
T/290 = 1,55 - 1
T/290 = 0,55
T = 0,55 x 290
T = 159 graus kelvin
Referências:
* Satellite, Off-Air & SmaTV - Frank Baylin, Steve Berkoff, Tim Meints - Consol Network, Inc - 1987
* Antena Parabólica - TV Satélite ao alcance doméstico - Geraldo Loures dos Santos Paiva - 1987
