Resolvendo o Problema das Ondas Estacionárias
Fonte: Revista Nova Eletrônica
Observando periodicamente os casamentos de impedâncias, por meio da leitura da razão de onda estacionária de tensão, você estará zelando pela saúde de seu equipamento da faixa do cidadão.
As ondas estacionárias raramente aparecem em um sistema da faixa do cidadão composto apenas por componentes-padrão, ou seja, quando um transceptor com 50 ohms de impedância de saída é conectado, através de uma linha de transmissão de 50 ohms, a uma antena de 50 ohms de impedância. Neste caso, há um casamento perfeito em todo o sistema e a potëncia de RF percorre suavemente todos os estágios.
Mas, nenhum "casamento" é perfeito eternamente, como é provado pelo aumento da razão da onda estacionária de tensão. Gradualmente, o revestimento do cabo coaxial começa a rachar, a corrosão se introduz nos conectores e condutores, uma solda fria começa a exibir resistência ohmica, a oxidação evita que um conector faça um contato perfeito com a terra, ou uma base de montagem torna-se isolada da carcaça do veículo. Qualquer um desses problemas envolverá você e seu equipamento nas redes das ondas estacionárias.
As medições
Como os fabricantes parecem vender mais medidores de razão de onda estacionária (também chamados refletômetros) do que qualquer outro acessório para a faixa do cidadão, eles merecem uma análise mais detalhada. Medir a razão de onda estacionária com um refletômetro é uma tática inteligente, porque reparar um sistema de antena por outros meios iria requerer os recursos de um laboratório da NASA. Você poderia ligar um wattímetro de RF na saída do transceptor, mas ele revelaria apenas a quantidade de potência entregue ao cabo coaxial. Agora, descobrir se aquela potência está sendo transferida para a antena e se ela está irradiando com eficiência, é um outro assunto.
A Lei de Ohm não fornece ajuda significativa, porque muitos operadores não têm os meios necessários para medir os parâmetros de um sistema de antena, operando a 27 MHz; por exemplo, se o seu aparelho fornece 4 watts, sobre uma carga de 50 ohms, a Lei de Ohm diz que a corrente na antena deveria ser de 300 mA. Contudo, um amperímetro de RF capaz de indicar 300 mA, com precisão, está acima das posses de muitos operadores da faixa do cidadão.
Em conclusão, se você não possui sofisticados instrumentos de RF, a solução mais barata é o refletômetro, quando se trata de observar casamentos de impedâncias.
Como o transceptor deve ter seus circuitos de saída ajustados na fábrica, para cargas de 50 ohms, é raro acontecer o surgimento de ondas estacionárias no ponto de encontro entre o aparelho e o cabo coaxial. A linha de transmissão, por si só, não deve produzir descasamento, pois as linhas padronizadas exibem uma impedância constante de 50 ohms, independentemente de seu comprimento, quando são conectadas a cargas de 50 ohms.
Caso você suspeite que há algo errado com o ajuste do transmissor, ligue um wattímetro de RF e uma carga simulada, de 50 ohms, à saída do transceptor, com pedaços curtos de cabo coaxial. A leitura deverá estar próxima ao limite máximo permitido de 4 W; siga as instruções do fabricante, incluídas no manual do apareIho, para maximizar a saída, até o limite legal permitido (lembre-se, porém, de não tocar nos controles de freqüência, pois esses só podem ser ajustados por um técnico credenciado).
A situação mais feliz ocorre quando toda a potência entregue à linha de transmissão passa para a antena e é irradiada para o espaço. Neste sistema ideal, um voltímetro de RF, colocado na linha de transmissão, como se vê na figura 1, indicará uma tensão constante, ao longo de toda a extensão da linha. Sem nenhum pico de tensão, diz-se que a linha está "plana".
Figura 1
Entretanto, a influência do tempo e dos elementos, perturbam essa plácida convivência. O resultado aparece graficamente na figura 2; ao invés de aceitar e irradiar toda a potência de RF, a antena envia de volta parte do sinal, pela linha de transmissão. Assim, agora duas ondas percorrem a linha: uma onda original e uma refletida. A onda refletida se opõe à onda original e cancela parte da mesma, dando origem a uma onda estacionária de tensão.
Figura 2
O voltímetro de RF revelaria tal fenômeno. Vamos imaginar, por exemplo, que o voltímetro M1 seja ligado à linha, no ponto de tensão máxima (também chamado de laço ou antinodo) e forneça uma leitura de 200 volts; o segundo voltímetro, M2, é instalado no ponto de tensão mínima da linha (chamado nodo) e indica 100 volts; a razão de onda estacionária, portanto, é expressa por Vmax/Vmin=200/100, ou 2 (diz-se também 2 : 1 ou
Os laços ou nós da figura 2 estão separados por uma distância de meio comprimento de onda (aproximadamente
Razão de onda estacionária de corrente
Estivemos, até agora, medindo tensão ao longo da linha de transmissão, mas as mesmas relações são válidas para a distribuição de corrente; e a razão de onda estacionária de corrente também é significativa.
Consequências das ondas estacionárias.
Nenhum sistema prático é perfeito; assim, uma razão de onda estacionária igual a 1 (a ideal) é encontrada apenas em livros de engenharia. Um valor aceitável, na prática, é 2; mas, mesmo a esse valor, a potência refletida é de apenas 0,5 dB, ou 11 %, o que é bem inferior à queda de 1 dB, que ocorre em
Não vale a pena tentar reduzir a razão de onda estacionária de seu sistema para 1,5 ou 1,4, pois as perdas de potência (que ocorrem quando não se utiliza uma rede «pi» de compensação ou adaptador de antena) são pequenas, abaixo do valor de 2 ou 2,5. Deve-se ter cautela, porém, se a razão chegar a 3, o que é indício de problemas.
As perdas devidas às ondas estacionárias devem ser levadas em conta quando a razão ultrapassa o valor 3; a este nível, 25% da potência é refletida de volta ao transmissor. Metade da potência, praticamente, retorna ao transmissor, quando a razão de onda estacionária alcança o valor 6. Isto não é tão dramático quanto parece; pode parecer um absurdo ter metade da potência voltando ao aparelho, mas representa apenas uma redução de 3 dB na potência do sinal.
As ondas estacionárias, no entanto, produzem outros efeitos, mais sérios do que a perda de potência. Elas podem, por exemplo, elevar a tensão nos estágios de saída até um valor crítico e causar faiscamento; os transístores de saída podem, dessa maneira, ·
Hoje em dia, os engenheiros produzem transceptores com uma elevada imunidade às ondas estacionárias.
Um outro efeito introduzido por essas ondas é o aquecimento dos cabos coaxiais, até o ponto de fusão, o que raramente acontece nos níveis de potëncia da faixa do cidadão.
Procedimento para o uso do refletômetro
Além de manter vigilância sobre o estágio de saída de seu transceptor, há uma outra vantagem em se monitorar o sistema com um refletômetro, que é a de se poder observar as condições da antena. Enquanto você permanece confortavelmente sentado à sua mesa de operação, você pode julgar o estado de sua antena, lá fora, no telhado. Oualquer mudança abrupta na razão de onda estacionária é sinal de que a instalação da antena precisa ser inspecionada.
Um refletômetro típico (figura 3) faz amostragens do sinal que percorre, em ambos os sentidos, uma pequena extensão da linha de transmissão. No interior de sua caixa, dois «acopladores direcionais>> (pequenos pedaços de fio) ficam em paralelo com a linha. Um interruptor conecta um dos dois fios captadores a um medidor (através de um diodo retificador, que transforma o sinal de RF em CC). Quando o interruptor está na posição DIRETA (FORWARD), o medidor fornece uma leitura relativa da potência da onda que caminha do transmissor para a antena; ajusta-se então o refletômetro, por meio de um potenciômetro de calibração, para trazer o ponteiro do medidor até a indicação de fundo de escala. Para ler a razão de onda estacionária, o interruptor é comutado para a posição REFLETIDA, que liga o medidor ao outro captador direcional; isto faz com que a onda que está voltando para o transmissor seja amostrada, e o refletômetro fornece uma leitura direta da razão de onda estacionária. Alguns modelos de refletômetro possuem ainda calibração em «potência refletida porcentual>·. Alguns transceptores, também, já vêm com refletômetros embutidos; em geral, porém, eles são unidades separadas.
Figura 3
Muitos refletômetros apresentam perdas desprezíveis de inserção e podem, portanto, monitorar continuamente a linha, sem problemas. Outros, no entanto, possuem cargas simuladas internas e não têm «jacks» de saída; esses devem ser utilizados apenas para ajustes de pico, como já descrevemos. Outros, ainda, têm uma capacidade limitada, no que se refere à potência que podem medir, mas isto quase nunca representa um problema, nos níveis da faixa do cidadão. Em qualquer caso, consulte o manual do fabricante, para se inteirar dos detalhes.
Se a razão de onda refletida de seu sistema subir a níveis suspeitos, após algum tempo de serviço da antena, procure pelos focos de problemas mencionados no início deste artigo. Uma razão de onda estacionária elevada em um sistema recém-instalado deve ter outras origens, entretanto; se você mesmo efetuou as soldagens do cabo com os conectores coaxiais, redobre sua atenção na revisão dessas soldas; verifique se o cabo não sofreu nenhum encurvamento brusco, no caminho do transceptor à antena; veja se, por acaso, algum prego ou presilha penetrou em algum ponto do cabo coaxial; caso a antena esteja localizada muito próxima a uma grande estrutura metálica, sua impedância, no ponto de alimentação, pode ter sido alterada.
Em uma estação fixa, a proximidade a grandes antenas de TV, com estruturas de sustentação, também podem causar tal efeito. Dutos de chapa metálica, encanamentos, coberturas metálicas e cabos elétricos, podem também dar origem a problemas. Tente manter a antena de sua estação a uma distância de, pelo menos, meio comprimento de onda (
Nunca tente, por outro lado, reduzir a razão de onda estacionária pela variação dos controles internos do transceptor; você poderá conseguir uma redução aparente da razão, mas nunca um casamento melhor e sim, uma queda na saída do transceptor. Assim que o seu aparelho estiver ajustado para cargas de 50 ohms, não toque mais nos controles internos.
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