Traduzido por Alisson Teles, PR7GA
Ondas estacionárias é um termo técnico que
basicamente significa a energia que não é irradiada pela antena e que é
refletida de volta ao longo da linha de transmissão em direção ao transmissor.
Por que este fenômeno acontece? Primeiro, entenda que
todo dispositivo que lide com ondas de rádio, seja, antenas, transmissores,
cabos, etc, possui uma impodância característica, que é medida em Ohms(Ω). Para
obter a máxima transferência de potência do transmissor, passando pela linha de
transmissão ou cabo coaxial até o destino final que é a antena, as impedâncias
de cada elemento devem ser iguais.
Em outras palavras, para um sistema de 50Ω, o
transmissor deve ter uma impedância de fonte de 50Ω, a linha de transmissão
deve ser de 50Ω e a antena deve ser também de 50 Ω. Se houver uma
incompatibilidade, isto é, a impedância da antena não coincide com a da linha
de transmissão, então não é possível que toda a energia seja transferida. Como
a energia não pode desaparecer, a energia que não é transferida para a antena
tem que ir para algum lugar, e por isso, ela viaja de volta ao longo da linha
de transmissão em direção ao transmissor. Quando isso acontece, as ondas
estacionárias aparecem para tirar o sono do operador.
Essas ondas são medidas utilizando o medidor de ROE.
Roe significa Relação de Ondas Estacionárias. Seu resultado normalmente
expressa uma razão, por exemplo, 2:1, 5:1, etc. Quando não ocorrem ondas
estacionárias, ou seja, quando existe a transferência de energia perfeita e sem
retorno, ele marca 1:1. Por outro lado, quando toda a energia retorna, ou seja,
quando a linha está em curto ou aberta, ele marca ∞:1. Na
prática, há uma perda em qualquer transmissor, antena ou linha de transmissão.
Como a ROE
afeta o desempenho
Existem várias maneiras pelas quais uma alta ROE
afeta o desempenho de um sistema transmissor ou qualquer sistema que possa usar
impedâncias em RF. Eis alguns:
- Danos aos transístores de saída: Os níveis altos de tensão e corrente que retornam ao rádio por causa das ondas estacionárias podem danificar os transistores de saída do transmissor. Os dispositivos semicondutores são muito confiáveis se operados dentro de seus limites especificados, mas as ondas estacionárias podem causar danos catastróficos, caso façam com que o dispositivo funcione fora de seus limites.
- Redução da potência de saída: pelo fato de altos níveis de ROE causam danos ao amplificador de potência, muitos transmissores incorporam circuitos de proteção que reduzem a saída do transmissor à medida que a ROE sobe. Isso significa que um mau casamento de impedâncias entre antena, cabo coaxial e rádio faz aumentar a ROE, o que faz com que a saída seja reduzida e, portanto, ocorre uma perda significativa na energia transmitida.
- Danos à antena: Embora na maioria dos casos as antenas possam operar e aguentar até o dobro da potência para a qual foram projetadas, há algumas circunstâncias em que uma alta ROE pode danificá-las. A alta corrente pode causar aquecimento local excessivo que pode entortar ou derreter os plásticos usados, e as altas voltagens são conhecidas por causar centelhamento em algumas circunstâncias.
- Distorção no sinal transmitido: quando um sinal vindo do transmissor é refletido, ele volta para a fonte e pode ser refletido de volta novamente para a antena. Como os sinais demoram para realizar este trajeto, ocorre um atraso entre os sinais direto e refletido de volta. Isso pode causar interferência e distorção no sinal irradiado. O efeito disso é degradar a qualidade do sinal, diminuindo sua potência e até podendo causar má qualidade de áudio. Se o sinal transmitido fosse de televisão, seria sentido no receptor como as famosas “imagens fantasmas” do tempo da TV analógica.
Diante destes riscos em operar uma estação cujo
sistema irradiante não esteja perfeitamente “casado”, consideramos que em cada
estação de radioamador, além do rádio, cabos, fontes e antenas, cada um deveria
também possuir um medidor de ROE para rotineiramente fazer a medição e evitar
ser pego de surpresa com um rádio danificado pro alta ROE.
Configuração
típica para o medidor de ROE
O medidor deve ser conectado entre a saída do
transmissor e a antena. Todo medidor apresenta ao menos dois conectores, que
indicam aonde deve ser conectado. Em um deles, normalmente onde vai escrito ANT
ou ANTENNA, conecta-se o cabo que vem da antena. No outro, conecta-se um cabo
curto até o rádio.
Como conectar o medidor ao sistema
Caso sua estação conte com acoplador de antenas, o
medidor deve ser colocado entre este e o transmissor, pois em caso de mau
funcionamento do acoplador, poderemos tomar uma providência para não prejudicar
o rádio.
Caso tenha na estação um acoplador de antenas, eis como conectar o medidor de ROE.
Como usar o
medidor de SWR
- Encontre uma QRG desocupada. Nunca tente fazer a medição sem antes ouvir a frequência, para não atrapalhar caso haja alguém utilizando-a. Vale a pena ouvir, antes de medir.
- Reduza a potência. Não use alta potência, especialmente se for o primeiro teste de um sistema irradiante. Isso reduzirá a probabilidade de possíveis danos ao dispositivo de saída do transmissor.
- Escolha um modo de transmissão correto: Escolha um modo de portadora contínua, como CW, AM ou FM. SSB não serve. Para CW (Morse), você precisará de um manipulador ou chave pois o rádio só transmite de fato neste modo com a chave acionada.
- Ajuste o medidor de ROE: Todo medidor possui uma chave com duas posições: CAL e ROE (ou SWR) além de um botão para ajuste da escala. Coloque a chave em CAL e ponha o rádio para transmitir. Em seguida, ajuste o botão para o ponteiro do medidor marcar escala cheia. Depois, basta colocar a chave na posição ROE ou SWR e ler a medida indicada no ponteiro.
- Repita o processo em outras freqüências: Toda antena tem uma frequência para a qual foi projetada para maior eficiência e portanto menor ROE possível. Fora dela, a tendência é a ROE aumentar. Dependendo do tipo de antena, esta diferença pode ocorrer muito rapidamente fora da frequência de corte. Então é prudente repetir a medida em várias frequências ao longo da faixa para se certificar que poderá operar em toda a sua extensão sem surpresas.
Quais
medidas de ROE são perigosas e quais são aceitáveis?
Em primeiro lugar, não existe ROE “zerada”, nem menor
que 1. A menor indicação possível é 1:1, pois é uma razão. Por isso, não faz sentido algum falar em ROE 0, ou, 0,5.
Frequentemente, os medidores terão uma marca ou faixa
vermelha acima de 3:1 significando que acima desta medida, seu rádio pode
pifar. Porém, para ser mais prudente e evitar danos ao rádio, evite transmitir
quando a ROE estiver acima de, digamos, 2:1, especialmente se ele não tiver
proteção no circuito de saída.
O efeito de
“mascaramento” da ROE
Tudo que dissemos até agora é válido quando medimos a
ROE junto do transmissor. Porém, a história não termina aí. Muitas vezes, a
medida que lemos é muito menor do que a real estacionária da antena.
Quando medimos a ROE junto do transmissor, temos que
lembrar que o sinal deve trafegar turante toda a extensão do cabo e, caso haja
descasamento na antena, parte desse sinal volta pelo cabo e só então é medido.
Assim, temos que considerar as perdas do cabo coaxial, pois cabos ruins irão
atenuar as ondas estacionárias e isso irá nos fazer pensar que tudo está ok,
quando na verdade temos problemas.
Como exemplo, imagine um transmissor emitindo 100
watts através de um cab coaxial com uma perda de 3 dB. Isso significa que
apenas 50 watts atingem a antena. E se a antena por sua vez estiver descasada,
e sua ROE for alta, digamos 8:1, dos 50 watts que chegam até serão irradiados
apenas 20 watts da energia serão refletidos. O resto, 30 watts, retorna ao
transmissor pelo cabo, que irá atenuar o sinal ainda mais, e no transmissor
chega apenas 15 watts.
O que tudo isso significa, em resumo? Significa que,
por conta do cabo ruim, a antena que tinha uma ROE de 8:1 será “vista” como se
tivesse 2,2:1, o que não é ruim. Em outras palavras, a alta perda do cabo faz
parecer que a antena está funcionando bem.
Pontos a
serem observados ao usar um medidor de ROE: dicas e sugestões
- Certifique-se de que a conexão ANT ou ANTENNA esteja conectada à antena e que a conexão TX ou TRANSMITTER esteja conectada ao transmissor. O medidor não será “queimado” se as conexões forem trocadas, mas o funcionamento da chave CAL/ROE será invertida.
- Não opere com ROE alta: pois isso pode causar danos ao transmissor e, em situações extremas, à própria antena.
- Assegure-se de que o medidor foi feito para operar na frequência que você quer medir. Os medidores são projetados para operar em uma determinada faixa de freqüência. Usá-los fora dessa faixa irá causar medidas incorretas.
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Fontes:
https://www.electronics-notes.com/articles/antennas-propagation/vswr-return-loss/what-is-vswr.php
https://www.electronics-notes.com/articles/antennas-propagation/vswr-return-loss/how-to-use-vswr-meter.php
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