Este artigo irá explicar alguns fatos muitas vezes incompreendidos sobre a antena e SWR
A ideia deste artigo não é tratar tecnicamente sobre o tema, pois para isso existem livros e estudos específicos que são bem complexos na minha opinião. Vamos falar do básico.
Alguns fatos incompreendidos sobre a antena e SWR.
O que realmente acontece em uma antena?
Quanta potência é irradiada e o que acontece com o resto?
Etapa 1:
A energia de RF do transmissor percorre o cabo coaxial de alimentação em direção à antena. No caminho, parte da energia é perdida como forma de calor devido à perda existente no cabo coaxial. Estas perdas podem variar de acordo o tipo de cabo coaxial (existem bons cabos e cabos ruins). A perda no cabo coaxial é medida em (dB). Em uma linha de antena, pode haver uma incompatibilidade de impedância que causa reflexão, que é exatamente o que parece
uma onda voltando na direção errada.
Etapa 2:
Quando a energia atinge a antena, parte da energia é irradiada, uma quantidade muito, pequena é absorvida pelos componentes da antena e dissipada como forma de calor, o restante é refletido de volta pelo cabo coaxial em direção ao transmissor. Em condições normais, a maioria das perdas nas antenas, são devidas ao cabo coaxial. Se uma antena tiver um bom divisor (spliter) com impedância final próxima de 50 Ohms, então a maior parte da energia será irradiada, o que é muito bom.
Etapa 3:
A voltagem da energia de RF que viaja de volta para o transmissor não vai estar na mesma fase que a voltagem de RF que viaja em direção à antena, isso gera interferência destrutiva. A adição das duas voltagens causa alta voltagem e corrente baixa (nó de tensão), e baixa voltagem e corrente alta (nó de corrente) em pontos equidistantes ao longo do cabo de alimentação. Em casos extremos em transmissores de alta potência, isso pode causar quebras de tensão (centelhamento) ou pontos quentes ao longo do alimentador (derretimento). Este padrão regular de pontos de tensão é chamado de ‘Onda Estacionária de Tensão’. A relação da tensão de pico para a tensão mínima é a 'Voltage Standing Wave Ratio' ou VSWR geralmente abreviada para SWR.
Etapa 4:
Parte da energia de RF refletida que volta para o transmissor é perdida, como calor devido a perda do cabo coaxial e pelo fato de não ser irradiada. O resultado das ondas opostas é uma onda estacionária que diminui a potência que a antena recebe e deve irradiar. Quando a energia destinada a ser irradiada volta ao transmissor, geralmente queima os componentes eletrônicos do transmissor pela alta tensão gerada
Etapa 5:
A energia refletida volta para a antena, se une à energia gerada pelo transmissor junto com a energia refletida da antena, novamente a fase é diferente e isso afeta a (standing wave) onda estacionaria. O efeito é pequeno porque, tendo perdido energia no caminho para a antena, e depois no caminho de volta para o transmissor, a potência de RF da onda agora refletida é duas vezes menor e bastante pequena. Quando a energia chega à antena
(pela segunda vez) ela foi novamente atenuada pela perda do cabo coaxial. Novamente parte da energia é irradiada e parte é refletida.
Vamos mostrar um exemplo: Usando valores aproximados para uma perda típica do cabo de 1dB na alimentação de uma antena com ROE de 2:1. 100W são enviados pelo transmissor, por volta de 20W são perdidos devido a atenuação do cabo coaxial, de modo que atinge a antena, e devido à incompatibilidade de impedância causando pelo SWR 2:1 em torno de 70W é irradiado e 10W é refletido de volta. No momento em que o sinal refletido de 10W atinge o transmissor através da perda no cabo coaxial de alimentação de 1dB, ela foi reduzida para cerca de 8W, que é refletida de volta para a antena.
Quando os 8W atingem a antena, cai para cerca de 6W. 5,6W disso é irradiado e o 0,4W restantes são refletidos de volta para o transmissor novamente. Então, dos 100W que se colocou originalmente no alimentador da antena, cerca de 75,6W são irradiados, o restante é perdido como calor no cabo coaxial. Por causa das reflexões múltiplas, existe o alto SWR que faz com que as perdas na linha de transmissão sejam multiplicadas, então a baixa perda na linha de transmissão, produz menos energia a ser perdida em um sistema com um acoplamento ruim.
O que é perda de retorno (Return Loss)? Os engenheiros geralmente usam Return Loss em vez de SWR. A perda de retorno é a diferença, em dB, entre a potência direta e refletida medida em qualquer ponto em um sistema de RF e, como o SWR, não varia com o nível de potência em que é medido. A Perda de Retorno tem um valor fixo em relação ao SWR, mas é expresso em dB, o que facilita o uso nos cálculos. Pela mesma razão, os engenheiros geralmente se referem à potência de RF em dB em relação a um nível fixo geralmente um miliwatt (dBm) ou Watt (dBW), em vez de usar Watts. Quanto menor o ROE, maior a Perda de Retorno (Return Loss). Por exemplo um SWR de 2:1 é equivalente a 9,5dB RL e um SWR de 1,1:1 é equivalente a 26dB RL. Perfeito, mas inatingível, 1:1 em SWR é equivalente a uma Perda de Retorno (Return Loss ) de infinito. No mundo real um SWR melhor do que 1,5:1 (RL=14dB) é aceitável (dependendo de sua potência) e uma ROE melhor que 1,2:1 (RL=21dB) é muito boa.
Finalizando:
SWR alta pode danificar o transmissor de FM.
ROE alta não reduzirá significativamente a potência
Importante não use cabo coaxial de qualidade ruim. Pode produzir perdas e reduzir a potência de saída do transmissor. Mesmo em um sistema bem combinado, se o cabo coaxial for de qualidade ruim pode haver uma perda de até 3 dB, desperdiçando metade da potência gerada.
Alta perda no cabo e alto SWR multiplicam a perda desse mesmo cabo, fazendo com que pouca energia seja irradiada pela antena.
Por exemplo, se você tiver um cabo de baixa perda de 0,2dB, a potência gerada de um transmissor de 100W seja reduzida para 95,5W com uma ROE de 1,01:1 ; e caia para 88,8W a uma ROE de 5:1. Isso é fato. Uma perda de 0,3dB devido ao SWR ruim. Compare isso com uma perda de alimentação de 3dB, já se perdeu metade da potência, na perda do cabo e o SWR ruim vaiproduzir um adicional de 2dB deixando com apenas um míseros 31,3W sendo irradiado da antena
Escrito por:
Jorge Faria
26/09/2022
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