1 - CABOS COAXIAIS
1.1 - LINHA DE TRANSMISSÃO
1.1.1 - Linha de transmissão é o elemento de ligação entre o rádio transmissor e o sistema irradiante (antena), portanto, é o meio que conduz os sinais proveniente do transmissor à antena e também traz o sinal captado pela mesma ao receptor.
1.1.2- Assim sendo, quando falamos em linha de transmissão, logo pensamos, os radioamadores, em cabos coaxiais e como são os mais usados, são deles que falaremos.
1.1.3- São diversas as linhas de transmissão, consequentemente são diversos os tipos de fios e cabos coaxiais empregados, no entanto, vamos nos ater nestes últimos, principalmente os de característica de 50 Ohms, visto que são os de mais importância no radioamadorismo.
1.1.4- Os conhecidos cabos coaxiais de 75 Ohms, largamente utilizados nos sistemas de TV e com menor freqüência em radioamadorismo, tem sua construção eletro/mecânica idêntica aos de 50 Ohms, mudando, no entanto, a impedância, atenuança, etc, como pode ser verificado nas tabelas 1 e 2.
1.1.5- A teoria aplicada para os cabos coaxiais de impedância 50 Ohms, também se aplica aos de 75 Ohms.
1.2 - FORMAÇÃO DOS CABOS COAXIAIS
1.2.1- Estes cabos são fabricados de vários tipos, com o propósito de atender, de forma mais conveniente, as necessidades oriundas das condições normais e especiais de cada aplicação.
1.2.2- Mostraremos nas ilustrações a seguir, a formação dos tipos mais utilizados no radioamadorismo:
TABELA 1 - DIMENSÕES E FORMAÇÕES DOS CABOS COAXIAIS (KMP)
|
CABOS |
Condutor
|
Isolação
|
Blindagem |
Capa
|
C nominal
|
URF máx.
|
|
RG-58 |
Cobre estanhado |
PE |
Trança de |
PVC |
101 |
1,9 |
|
RGC-58 |
Cobre nu |
PE |
Capa Aluminizada |
PE |
82 |
0,5 |
|
RG-213 |
Cobre nu |
PE |
Trança de |
PVC |
101 |
4,5 |
|
RGC-213 |
Cobre nu |
PE |
Capa Aluminizada |
PE |
82 |
0,5 |
TABELA 2 - ATENUAÇÃO NOMMIINAL EM dB PARA 100 METROS DE CABO (KMP)
|
Mhz |
10 |
50 |
100 |
200 |
400 |
800 |
1000 |
|
RG-58 |
4.8 |
10.9 |
15.6 |
24 |
34 |
50 |
56 |
|
RGC-58 |
3.4 |
7 |
10 |
14.2 |
20.6 |
30.8 |
35.4 |
|
RG-213 |
2 |
4.6 |
6.9 |
10.2 |
15.2 |
23 |
27.3 |
|
RGC-213 |
1.8 |
3.2 |
4.5 |
6.7 |
9.9 |
15.0 |
16.9 |
NOTAS:
1 - Os materiais utiilizados na construção destes cabos são autoextiguíveis, ou seja, retardante à chama;
2 - Os raios de curvatura dos cabos são iguais aos diâmetros externos dos cabos multiplicados por 5;
3 - Os dois tipos de cabos mais usados, levando-se em conta, o custo benefícios, são os dos tipos RG e RGC. A diferença entre eles, quanto a sua construção é que o tipo RGC (celular) possui uma fita alumiinizada, que envolve o dielétriico cellular.
4 - O termo celular utilizado é devido seu dielétrico (isolante) ser polietileno sólido celular, ou seja, expandido (tipo de espuma).
5 - Acosselha-se o uso do cabo celular, visto que sua atenuança (perdas) é menor, com relação a dos cabos RG, bem como a velocidade da onda eletromagnética nesses cabos é de 82 %, enquanto no cabo RG são, apenas, 67 %.
1.3 - COMPRIMENTO, ENTRE A ANTENA E O TRANSMISSOR, DOS CABOS COAXIAIS DE IMPEDÂNCIA DE 50 Ohms, TIPOS RG 058, RG 213 ...
1.3.1 - COMPRIMENTO IGUAL A 1/4 DE ONDA
Com o valor obtido através da fórmula (For. 1) abaixo, basta multiplicá-lo por um número inteiro impar, de tal forma, que o resultado em metro atenda a distância do transmissor à antena.
L = C / 4 x K
Fo (for. 1)
Onde:
C = Velocidade da onda eletromagnética no vácuo;
K = Fator de velocidade relativa da onda eletromagnética nos cabos coaxiais;
Fo = Freqüência central ;
L = Comprimento de um quarto (1/4) de onda e
Exemplo 1: ( faixa dos 2 metros )
Como calcular o comprimento de um cabo coaxial entre a antena e o transmissor, sabendo-se que a faixa de operação é 144 a 148 MHz?
a) - Encontrar o valor para um comprimento (L) igual a 1/4 de onda
L = C / 4 x K
Fo
L = 300 / 4 x 0,66 = 75 x 0,66 = 0,339 m ou 339 mm
------------- ---------
146 146
Onde:
( For. 2 )
a) - Os valores ( constantes ou fator de multiplicação ) iguais a 1/4 de onda, já calculados, para todas as bandas, estão especificados na tabela 3.
b) - Conhecendo-se o valor (L) de 1/4 de onda, podemos calcular o comprimento total do cabo (Lt), como segue:
Multiplicar o valor obtido através da fórmula 1 (0,339 m) por um número inteiro impar, onde o resultado em metro atenda a distância entre o transmissor à antena. Daremos na tabela 10, os valores calculados para os comprimentos ímpares de 1/4 de onda, mais usuais, para essa faixa.
OBSERVAÇÕES (ad) - Queremos lembrar, tão somente, para dirimir dúvidas.
a - Quando falamos em comprimento de uma linha em 1/4 de onda, queremos, apenas, informar que as propriedades de 1/4 de onda, funcionam como transformadora de impendância;
b - Assim sendo, tais propriedades, podem ser utilizadas para o casamento de impedância, mas, somente, linha/transmissor;
c - Os comprimentos dos cabos, entre a antena e o transmissor, não são significativos, quando se trata de impedância, desde que a antena tenha, exatamente, impedância caracterísca de 50 Ohms:
d - Daremos, mais adiante, através de cálculos que comprovarão o exposto.
Exemplo 2:
Qual é o comprimento (Lt) de uma linha, onde o transmissor encontra-se distante da antena de aproximadamente 15 metros, sabendo-se que a faixa de operação de 144 a 148 MHz?
Lt = 0,339 x 45 = 15,255 m
Caso o comprimento obtido for mais do que o necessário, multiplicar 0,339 m por um número menor, porém não poderemos esquecer que este número deverá ser sempre impar, ou seja:
Lt = 0,339 m x 43 = 14,577 m
1.4 - COMPRIMENTO, ENTRE A ANTENA E O TRANSMISSOR, DOS CABOS COAXIAIS DE IMPEDÂNCIA DE 50 Ohms, TIPOS RGC 058, RGC 213 ...
Exemplo 3:
L = C / 4 x K
Fo
L = 300 / 4 x 0,82 = 75 x 0,82 = 0,421 m ou 421 mm
------------- ---------
146 146
Lt = 0,421 x 35 = 14,735 m ou 0,421 X 37 = 15,577 m
Onde:
( For. 2 )
1.5 - COMPRIMENTO IGUAL A 1/2 ONDA
1.5.1 - O comprimento de 1/2 onda têm características técnicas diferentes de 1/4 de onda, pois, as propriedades das linhas em 1/4 de onda são elas transfomadora de impedância, no entanto, as de comprimentos de 1/2 onda tem a propriedade de mostrar nas extreminades opostas, a mesma impedância da entrada da linha, portanto, a impedância nas extremidades opostas são iguais.
1.5.2 - O procedimento de cálculo é o mesmo utiilizado para 1/4 de onda, sem nos esquecer que a velocidade relativa da onda eletromagnética nos cabos RGC (celulares) é maior que nos cabos RG (comuns), como veremos a seguir:
L = C / 2 x K
Fo
L = 300 / 2 x 0,82 = 150 x 0,82 = 0,842 m ou 842 mm
---------------- ------------
146 146
---------------- ------------
146 146
1.5.3 - Com o valor calculado (842 mm), basta multiplicar por um número inteiro qualquer, de forma que, o resultado obtido venha atender as exigências dimensionais desejadas.
OBSERVAÇÕES:
1 - Para todas as outras faixas de frequência, o procedomento é o mesmo, respentando-se as resalvas já citadas;
2 -Quanto aos cabos coaxiais com impedância de 75 Ohms, tanto com o dielétrico de polietileno sólido (comum), assim como o com dielétrico expandido (celular), o procedimento de cálculo é o mesmo;
3 - Lembremos, que o casamento de impedância deverá ser realizado, não tão somente, linha/ transmissor, mas, também, linha/antena, visto que o casamento linha/transmissor, virá, apenas, proteger o transceptor, no entanto, o descasamento linha/antena continuará, consequentemente, com perdas significativas, tanto quanto for esse descasamento;
4 - Lembramos, ainda, que deverão ser utilizados comprimentos de cabos, não mais compridos que necessário, visto que, esses cabos têm atenuanças intrínsecas (perdas) próprias de sua formação, que se tornaram maiores, quanto maiores forem os comprimentos utillizados;
5 - Aconselhamos, preferencialmente, considerando-se o custo benefício, a utilização dos cabos celulares(RGC), tendo-se em vista, as suas perdas serem bem menores que as dos cabos comuns (RG), sem que se entre no mérito de outros cabos, que ainda, são melhores, porém de custo muito mais elevado;
6 - Essas atenuanças (perdas) estão, também, relacionadas com a frequência de trabalho, ou seja, tornar-se-ão maiores, quanto mais alta ela for, bem como o tipo de cabos utilizados. Vide tabela 2.
1.6 - PROPRIEDADES DE UMA LINHA EM QUARTOS DE ONDA
1.6.1 - Toda linha de comprimento igual a quarto de onda ou múltiplo deste, funciona como um "casador" de impedãncia, pois transforma a impedância da extremidade oposta da linha, como pode ser constatado no cálculo a seguir:
ZX = ZC2
---------
ZT
---------
ZT
Onde:
ZX = impedância que irá surgir na outra extremmidade;
ZC = impedância nominal da linha de transmissão e
ZT = impedância de uma das extremidade (no caso antena).
Exemplo:
Se uma antena tem impedância característica de 100 Ohms (ZT) e a linha 50 Ohms (ZC), qual será a impedância no extremo oposto à antena?
ZX = ZX2 = 502 = 25 Ohms
---------- ---------
ZT 100
1.6.2 - Fica, desta forma, constatado através da fórmula dada, que quando tivermos no terminal de carga (antena) uma impedância de 100 Ohms, como no caso do exemplo, na outra extremidade (transmissor), a impedância será igual a 25 Ohms, portanto, temos um sisterma de transmissão descasado.
1.6.3 - Na senoide abaixo explica graficamente, portanto, de fácil entendimento, o abordado no parágrafo anterior, de forma que, as dúvidas que ainda possam ter, sejam dirimidas.
1.6.4 - Como pode ser notado, no gráfico, que cada número ímpar de quarto de onda (1/4, 3/4...), a impedância será sempre igual a 25 Ohms, quando no outro extremo da linha (antena) for 100 Ohms.
1.6.5 - falamos anteriormente, nas observações (ad), item c, que para uma antena com impedância característica de 50 Ohms, o comprimento da linha ou do cabo, como queiram, poderá ser de qualquer comprimento, pois, no extremo oposto à antena iremos ter sempre 50 Ohms, portanto, sem descasamento algum, isto é, partindo da proposição que a linha tenha em todo seu commprimento, exatamente, 50 Ohms. vide gráfico.
1.6.6 - IMPEDÂNCIA DOS CABOS COAXIAIS
1.6.6.1 - A impedâncias dos cabos está, normalmente, relacionada com a sua construção, ou seja, com a regularidade dimensional, principalmente, com a coaxilidade entre o condutor interno (central) e o condutor externo (malha), de forma que, tenham concentricidade entre eles, bem como, com a qualidade do dielétrico utilizado.
1.6.6.2 - Para melhor compreensão do exposto, exemplificamos a seguir;
Digamos que se tenha um cabo, tipo RG 58, com condutor interno (central) de diâmetro de 0,9 mm e o diâmetro interno do condutor externo igual a 3,26 mm. Qual será, portanto, a impedância desse cabo?
1.6.6.3 - Face ao exposto no exemplo, podemos ver, que as dimensões dos elementos que entram na formação os cabos são importantes, bem como sua coaxilidade e dielétrico, por conseguinte, aconselhamos que devem ser usados cabos de qualidade. O barato pode nos tornar muito caro...
1.6.6.5 - Vejamos o que acontece se usarmos o mesmo exemplo, porém, com um cabo RGC, que seu dielétrico é ugual 0,82
ZC = 138 log 4,0 X 0,82 = 93 Ohms
0,6
Fo
L = 300 / 2 x 0,82 = 150 x 0,82 = 0,842 m ou 842 mm
------------- ---------
146 146
15.3 - Com o valor calculado (842 mm), basta multiplicá-lo por um númere inteiro qualquer, de forma que o comprimento obtido venha atender a dimensão que precisamos.
Observações:
1 - Para todas as outras faixas de frequência, o procedimento é o mesmo, com as resalva já explicadas;
2 - Quanto aos cabos com impedância de 75 Ohms, tanto com o dielétrico sólido de polietileno, assim como, de polietino expandido (celulares), o procedimento de cálculos é o mesmo;
3 - Lembremos, quando se verificar o casamento de impedância, junto à antena, deve-se usar o menor comprimento de cabo, de preferência, igual ao comprimento de 1/2 onda;
4 - Lembramos, ainda, que não deveremos utiliizar comprimentos de cabos, além do que necessitamos, pois, é eviddente, que nesses cabos existe uma atenuança (perda) própria, como pode ser visto na tabela 2. Essas perdas são tantas maiores, quanto mais alta a frequência for, bem como, quanto mais compridos os cabos forem;
5 - Recomendamos a utulização, preferencialmente, os cabos coaxiais celulares, como pode ser constatado na tabela 2, já citada, que sua perdas são bem menores;
6 - Finalmente, alertamos, embora, que acreditamos que seja do domínio comum de todos, que num sistema de transmisão, a impedância deve ser casada, tanto transmissor linha, como linha e antena, visto que, quando se faz o casamento, tão somente, transmisor linha, utilizando-se das propriedades de 1/4 de onda ou através de equipamentos de acoplamento de impedância, estamos, apenas, protegendo o equipamento de transmissão, mas o descasamento linha antena continua, e assim sendo, tem-se uma perda, tanto maior, quanto for esse descasamento.