terça-feira, 30 de agosto de 2016

Circuitos Irradiantes

                                                                                                                                      De Ulisses Alves       


 É errado passar o cabo coaxial pelo campo magnético do dipolo. O campo magnético e criado através da tensão elétrica do polo “+ “do dipolo atraindo corrente do polo “”, más também atrairá corrente elétrica da malha do cabo coaxial que está passando através campo magnético distorcendo e absorvendo parte da corrente elétrica que formaria o lóbulo, transformando esta corrente elétrica em estática na recepção, é fazendo o dipolo ficar instável.
 Por este motivo, não se deve usar alimentação no ponto central do dipolo, onde obrigatoriamente passaremos o cabo coaxial pelo campo magnético.
 A forma de passar fora do campo magnético é pela ponta do dipolo.


                                                                                                   PREFÁCIO


 A grande maioria das pessoas, sequer imagina quanta pesquisa, quanta tecnologia e quanta dedicação estão em um simples apertar de um botão, de uma tecla ou ao acionar um potenciômetro.
 Para conseguirem dominar os “mistérios” da eletricidade e da eletrônica, precisaram de muita imaginação, inventividade, criatividade e técnica.
 Sem tais atributos, intrínsecos a estas profissões, seus objetivos jamais seriam atingidos.
 O destino tramou nossos primeiros encontros nos corredores da Universidade Federal de Uberlândia-MG, aí pelo ano de 2005, época em que Ulisses Ramos Alves-PY4 URA, foi meu aluno, no Curso Preparatório aos candidatos ao Radioamadorismo, funcionando no prédio da Engenharia Elétrica.
 Ulisses é um técnico admirável que domina completamente o campo da transmissão, recepção, mensuração, aperfeiçoando-se e atualizando-se constantemente, através de inúmeras experiências.  Embora por um breve período, foi um privilégio tê-lo como meu aluno. Fato este que só me trouxe motivo de grande satisfação e orgulho.
 Compartilhar conhecimentos técnicos e científicos tem muito a ver com a parábola bíblica das sementes. Agradeço cada dia de minha existência em ter escolhido a sagrada profissão de Professor-Educador, pois, além de poder transmitir aquilo que, modestamente conheço, mantenho contato constante com algo que, a meu ver, é a maior riqueza do Universo, ou seja, a mente humana!
 Que esta obra possa ser útil a todos que dela fizerem uso, e, que, de alguma forma, sirva para o desenvolvimento e aperfeiçoamento da eletrônica em geral.

                                                                                            Prof. José Lahor Filho
                                                                                            PY2 CLK\PY4 CLK

Depois de longo tempo, o py4 URA está em plena pungência como início na Av. Vicente Rizola, 990. Seu mestre não cansa de elogiá-lo. Os Circuitos Irradiantes não saem de sua mente. Espalham luz, força e som. Uma maravilha! Suas antenas espalham muita bondade. Isto para mim como pai é uma grandeza sem limite.
Um abraço com chuva de bênçãos dos céus.
                                                                        Do pequeno paizinho: Coronel Zidelcy Alves


                                Eu Ulisses Ramos, agradeço a Deus por ter me escolhido para escrever este livro. Amém.
                                                                                                   PY4URA


As formulas são para efeito comparativo entre a propagação eletromagnética no espaço, na antena,  no cabo coaxial e no circuito de casamento de impedância entre o transistor T1 e o cabo coaxial. Vejam que o processo é o mesmo.                                                                                        




Circuito π, para casamento de impedância entre o transistor T1 e o conjunto cabo coaxial antena.

Circuito resultante.
Pelas pontas verde das setas do desenho do cabo coaxial, vemos o porque não devemos usar múltiplos pares nas medidas da antena e do cabo coaxial.


Conjunto cabo coaxial antena.

 Diferente de um circuito elétrico, onde a rede elétrica repõe os elétrons livres do fio de cobre que seguem em direção a carga,
        

 a antena usa o spin dos elétrons livres do fio de cobre, para gerar o campo magnético. 
Quanto mais capacitiva a antena, maior será sua largura de faixa de operação. E quanto mais indutiva for a antena, mais estreita será sua largura de faixa de operação.
- Considere a antena de ½ λ na frequência de ressonância como um resistor, com isto, podemos fazer ligação serie é paralelo entre antenas que estejam na mesma faze, do contrario, antenas em faze inversa cancela a outra proporcionalmente a quantidade de fase inversa.                   
- A antena receptora tem que estar na mesma polarização da antena transmissora.
- Toda antena pode ser usada em qualquer frequência. O limite deste uso, esta no tamanho mecânico que ficará a antena.
- Toda antena pode ser instalada na vertical ou na horizontal. Isto influenciará na polarização, vertical ou horizontal.
- A diferença do calculo do cabo coaxial e da antena, está somente no VP “velocidade de propagação” do material com que será feita a antena é que é feito o cabo coaxial.
- Pode dizer que a antena e um adaptador de impedância entre a saída do transmissor e o espaço livre que tem 376,7Ω.
Ao se deslocar a antena para alcançar a melhor sinal, na verdade estamos procurando a melhor posição dentro do campo elétrico da frequência. Os quadros aumentam de tamanho em frequências baixas, e diminui em frequências altas, é a impedância varia com a distancia do solo.




Todas as antenas só acrescentam perdas no sistema, através da resistência do metal com que ela é feita etc. O ganho em antena vem de acumular mais ou menos campo eletromagnético em uma direção como mostra o desenho abaixo.

Como funciona a antena dipolo:




É uma antena fácil de instalar, não precisa de fios radiais plano terra, tem radiação de baixo ângulo, largura de faixa grande é de funcionamento R.O.E 1:1, tem grande imunidade a ruídos terrestres, tem maior galho do que a antena plano terra, é mais durável que a antena plano terra, discreta, tem menos ruído de carga estática.


 1º item: Escolher o fio de acordo com a potência do transmissor.

2º item: Escolher o projeto que se encaixa a suas necessidades, entre os três a baixo.


Projeto um: dipolo alimentado pela ponta

 Este modelo é conhecido como JIM, Jota Integrated Matching. Este modelo é composto por um dipolo alimentados pela ponta, que é um imã gerando o campo eletromagnético ao seu redor.
 O espaçamento S1 aumenta a capacitância para neutralizar a indutância deste modelo de antena que é puramente indutiva.




   Projeto dois: dipolo alimentado pela ponta, mais capacitivo




    Projeto três: dipolo dobrado alimentado pela ponta                                                                          
 Este modelo é composto por dois dipolo em paralelo alimentados pela ponta, que são dois imãs em paralelo é de mesma polaridade sé repelindo, motivo este, alterando o lóbulo, deixando-a mais diretiva.



 Tem a resistência de radiação mais próxima de 376,7Ω que é a impedância o espaço livre, tendo um casamento próximo do perfeito entre a estação transmissora com a estação receptora.


Calculo:



Projeto quatro: para as faixas de SHF.

Guia de onda.

 É um mono polo afastado ¼ λ do refletor que é o fundo do tubo, é múltiplos impares de ½ λ do mono polo para frente. O funil, para fazer o casamento de impedância da parte interna do guia de onda, com o espaço na transmissão é aumenta a sensibilidade na recepção.




Vista frontal


     
Calculo do comprimento físico do cabo coaxial:

 A velocidade da corrente elétrica no ar e de 300.000 kM por segundo. A velocidade da corrente elétrica no cabo coaxial é muito menor, por causa da resistência elétrica do metal com que é feito.
 Para a corrente elétrica chegar ao mesmo ponto tanto no ar como no cabo coaxial, temos de diminuir o comprimento do cabo coaxial. Isto é conhecido como VP “velocidade de propagação’’, é dada em porcentagem.
300 / MHz / 2 x Vp x um número ímpar que dê comprimento entre o transceptor é a antena. O valor VP se encontra na tabela.

Exemplo: MHz 28.480 e cabo coaxial RG-58: 300 / 28.480 / 2  x 0,67 = 3.528 x 3 = 10.586

Cálculos do comprimento do cabo coaxial, prontos para faixas de rádio amador:


 Impedância
Pf por metro
Capa O  (mm)
    Diel O
     Int O
VP
Frequência
  Potência




(mm)
     (mm)
        %
   máxima
   máxima
RG-58
50
101
5
2,95
0,9
0,67
    50 MHz
     180 w
RG-213
50
100
10,3
7,25
2,26
0,67
  200 MHz
     494 w
Cálculos
PY4 URA
Faixa
kHz
Metros

Metros

Metros

Metros
160
1.830
     54.91
ou
    164.75
ou
    274.59
ou
    384.42
etc
80
3.700
     27.16
ou
      81.48
ou
    135.81
ou
    190.13
etc
40
7.150
     14.05
ou
      42.16
ou
      70.27
ou
      98.39
etc
30
10.143
       9.90
ou
      29.72
ou
      49.54
ou
      69.35
etc
20
14.175
       7.08
ou
      21.26
ou
      35.44
ou
      49.62
etc
17
18.100
       5.55
ou
      16.65
ou
     27.76
ou
      38.86
etc
15
21.225
       4.73
ou
      14.20
ou
      23.67
ou
      33.14
etc
12
24.940
       4.02
ou
      12.08
ou
     20.14
ou
      28.20
etc
11
27.305
       3.68
ou
      11.04
ou
      18.40
ou
     25.76
etc
10
28.500
       3.52
ou
      10.57
ou
     17.63
ou
     24.68
etc
6
50.000
      2.01
ou
      6.03
ou
      10.05
ou
      14.07
etc
6
51.000
      1.97
ou
      5.91
ou
      9.85
ou
      13.79
etc
6
52.000
      1.93
ou
      5.79
ou
      9.66
ou
      13.52
etc
2
144.000
      0.69
ou
      2.09
ou
      3.48
ou
      4.88
etc
2
145.000
      0.69
ou
      2.07
ou
      3.46
ou
      4.85
etc
2
146.000
      0.68
ou
      2.06
ou
      3.44
ou
      4.81
etc
2
147.000
      0.68
ou
      2.05
ou
      3.41
ou
      4.78
etc
2
148.000
     0.67
ou
     2.03
ou
     3.39
ou
     4.75
etc
PY4 URA
PY4 URA
PY4 URA
 Impedância
Pf por metro
Capa O
    Diel O
     Int O
VP
Frequência
  Potência



    (mm)
(mm)
     (mm)
        %
 máxima
   máxima
LMR 400
50
78,4
10,29
7,24
2,74
0,85
800 Mhz
     600 w
Faixa
MHz
Centímetros

Centímetros

Centímetros

Centímetros
0.70
430
29.6
ou
88.9
ou
148.2
ou
207.5
etc
0.70
431
29.5
ou
88.7
ou
147.9
ou
207
etc
0.70
432
29.5
ou
88.5
ou
147.5
ou
206.5
etc
0.70
433
29.4
ou
88.3
ou
147.2
ou
206.1
etc
0.70
434
29.3
ou
88.1
ou
146.8
ou
205.6
etc
0.70
435
29.3
ou
87.9
ou
146.5
ou
205.1
etc
0.70
436
29.2
ou
87.7
ou
146.2
ou
204.7
etc
0.70
437
29.1
ou
87.5
ou
145.8
ou
204.2
etc
0.70
438
29.1
ou
87.3
ou
145.5
ou
203.7
etc
0.70
439
29
ou
87.1
ou
145.2
ou
203.3
etc
LMR 600
50
76,6
14,99
11,56
4,47
0,87
2.300 Mhz
     530 w
Faixa
GHz
Centímetros

Centímetros

Centímetros

Centímetros
  0.13
2.3
56.7
ou
170.2
ou
283.6
ou
397.1
etc


Medindo o cabo coaxial:

                     


 O cabo coaxial deveria ser um tubo de cobre para ficar bem vedado, mas para fazer curva e subir o cabo até o telhado seria inviável. Por isto é feito de malha de fios de cobre, é quanto mais vedado melhor. Motivo este, na compra do cabo coaxial verifique a porcentagem de blindagem da malha, 67%, 95% ou 97%, para evitar problemas em seu projeto.
 O cabo coaxial e a antena são circuitos elétricos, indutivo e capacitivo onde o capacitivo anula o indutivo e o indutivo anula o capacitivo e teremos o resultado puramente resistivo.


     

 A variação da tensão, implica em variação da corrente elétrica, e quando a variação da tensão e de valor 2, a impedância varia duas vezes mais rápida, porque a impedância e a tensão dividida pela corrente, ou seja uma V.S.W.R de 2:1 (relação onda estacionaria de tenção) a impedância apresentaria uma variação de duas vezes para mais e duas vezes para menos. Em um cabo coaxial de 50Ω, teríamos variações de 25Ω a 100Ω.


Macete: para saber o que está acontecendo no conjunto cabo coaxial antena quando o resultado for acima de 1:1:
 _ Com somente o cabo coaxial ligado ao radio é o medidor de V.S.W.R com o ajuste da FWD  todo aberto, é minima potencia no transmissor, você tem que ter estacionaria 3:00, este valor mostrará que o cabo coaxial está com a medida correta que é múltiplos impares de ½ λ.
Este procedimento deve ser feito em um segundo, tempo suficiente somente para leitura, e te ajudar a separar se o problema está no cabo coaxial ou na antena.
_ Remonte o conjunto cabo coaxial antena. A partir da frequência que calculou a antena, suba uns 300 KHz, sé a medida da V.S.W.R abaixar, é por que a antena está menor que o comprimento que deveria ter na frequência calculada.
A baixe uns 300 KHz em referencia a frequência que calculou a antena, sé a medida da V.S.W.R abaixar, é por que a antena está maior que o comprimento que deveria ter na frequência calculada.
Ou ter um deste, para saber se o conjunto está indutivo ou capacitivo.


 Resumindo: Todo cabo coaxial e antena, são calculados para uma frequência. O aparecimento de ondas estacionaria é ocasionado por que o cabo coaxial e a antena vão ficando mais curtos em frequências mais baixas que foram calculados ficando eles capacitivos, ou ficando mais compridos em frequências mais altas que foram calculados ficando indutivos, saindo de ressonância que é resistiva é não consumindo a tensão elétrica criada pelo transceptor.


                                                                       PROPAGAÇÃO ELETRO MAGNÉTICA



As ondas eletromagnéticas da faixa do HF, para serem recebidas por estações distantes, precisam ser refletidas de volta para a terra, do contrário se perdem em linha reta no espaço, é as pessoas dirão "a propagação está ruim", ou seja, quando comunicamos em H.F com outros países, e por que a onda eletromagnética está presa na região da atmosfera terrestre.
Para serem refletidas de volta para a terra, é necessário que a ionosfera esteja com grande quantidade de íons livres, para eles se agruparem e formar um espelho. Os elétrons do espelho excitados pela onda eletromagnética do transmissor em terra, oscilam e retransmite a onda eletromagnética na mesma frequência da onda eletromagnética do transmissor em terra, mas em outro ângulo.
Quem ioniza os átomos de hidrogênio que estão na ionosfera, é o sol, é com a rotação da terra, o sol ioniza camadas diferentes da ionosfera, variando a propagação da faixa de frequências eletromagnética das mais baixas até as mais altas e novamente até as mais baixas entre o amanhecer até o anoitecer.
No inverno a terra recebe menos luz solar, ficando operacional as faixas de onda eletromagnéticas de frequência baixa 160, 80 e 40 metros por serem predominantemente ondas terrestres.

As frequências eletromagnéticas de ondas terrestres, utilizam os átomos de hidrogênio da água do solo, para se propagarem.

As frequências eletromagnéticas de ondas diretas, utilizam os átomos de hidrogênio da água do ar, para se propagarem.

 Seja no solo, no ar ou a partir de 800 km de altitude em relação ao solo, a propagação da onda eletro magnética é através do átomo de HidrogênioNão existe outro elemento tão farto no universo quanto o hidrogênio, uma substância incolor e inodora com alto poder de combustão. Aproximadamente 7% da massa da Via Láctea, nossa galáxia, está na forma de hidrogênio interstelar. Desta forma poderemos dizer que o universo e um plasma de hidrogênio.

 Antigamente o considerado vácuo entre as estrelas, é na realidade uma região repleta de gases e de partículas. A matéria está espalhada na forma de hidrogênio super aquecido, e sua existência foi confirmada quando se descobriu seus efeitos de absorção seletiva sobre a luz das estrelas. O gás interestelar ocorre em nuvens discretas com dimensões de alguns anos-luz, a densidade do gás é da ordem de 10 átomos por cm3. Os gases neutros e ionizados mais abundantes são o hidrogênio e o hélio. Os gases ionizados aparecem, principalmente, em nebulosas, tais como a Nebulosa de Órion.


                                            RECEPÇÂO DA TENSÃO ELÉTRICA TRASMITIDA 


Quando a tensão da onda eletromagnética de valor na ordem de µV atinge uma antena receptora sintonizada na mesma freqüência da transmissão, esta tensão induz na antena uma pequena corrente oscilante. Essa corrente é fraca, mas suficiente para excitar a base do primeiro transistor do receptor. O medidor S mede o valor de tensão de entrada.