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A teoria: Depois de alguns testes com diversas antenas, sempre levando em consideração a experiência adquirida pelos praticantes do DX nesta região do espectro, ficou claro que a antena mais eficiente e mais difundida é a loop de "quadro". Uma vez construida, apresenta um diagrama de captação bi-direcional, com nulos profundos em 2 direções opostas, que são importantes para a rejeição de emissoras interferentes, por exemplo. Sendo uma bobina e, ao mesmo tempo, uma antena balanceada, a simetria à torna praticamente insensível à componente elétrica do sinal eletromagnético próximo. Isto significa que ela é capaz de rejeitar os ruídos elétricos em suas proximidades, desde que não esteja desequilibrada pela presença de objetos próximos (paredes, muros, telas, cercas, terrenos inclinados, etc). A capacitância existente entre a antena e estes objetos causa o desequilíbrio. Trata-se de uma bobina com dimensões características e técnicas específicas de construção, ressonante na frequência de operação, onde as premissas para um bom desempenho são: Área: a eficiência na transformação dos sinais eletromagnéticos em voltagem disponível para o receptor é vinculada à área. Podemos ter a mesma indutância nesta bobina, de diversas formas: áreas pequenas e muitas espiras ou áreas grandes e poucas espiras. Quem determina a performance é a área. Indutância: dimensionada em função do capacitor disponível para levar esta antena à ressonância. Os capacitores variáveis comercialmente disponíveis apresentam uma capacitância máxima de 360 ... 410 pf por secção. A capacitância mínima varia de 10 a 20 pf. Capacitância distribuída: qualquer indutor apresenta a chamada capacitância entre espiras. Isso significa que uma bobina qualquer naturalmente ressonará em uma determinada frequência. Neste tipo de antena, esta frequência de ressonância seria a frequência mais alta onde esta antena seria eficiente. Portanto ao realizar uma determinada antena, se as espiras forem muito próximas, a capacitância distribuida será grande, dificultando, pelo uso de um capacitor variável qualquer, a variação da frequência de operação na extensão pretendida (digamos de 500 a 1650 KHz). Fator "Q": Inteiramente dependente das técnicas de construção e dos materiais utilizados. Uma antena realizada com fio de alumínio sobre uma forma de PVC terá um "Q" menor do que uma realizada com fio de cobre nu e estrutura adequada, onde este fio é sustendado por dielétrico de baixa perda (teflon, fibra de vidro, etc). Assim como a área, o "Q" é o segundo elemento responsável pela eficiência na transdução dos sinais eletromagnéticos em sinais elétricos. Simetria: maior o cuidado na geometria, maior a profundidade dos nulos obtidos e maior a habilidade em rejeitar o campo elétrico próximo. Eficiência no acoplamento antena <> receptor: uma bobina destas, construída com as técnicas adequadas, pode facilmente apresentar um "Q" entre 300 e 700. Quando em ressonância, a impedância deste circuíto pode variar de 300 KW à 2 MW!. Assim sendo, para a maior eficiência, há de se providenciar uma transformação de impedâncias adequada àquela existente à entrada do receptor. Existem diversas técnicas: uma espira adicional no mesmo plano da antena, de dimensões variáveis, uso de amplificadores isoladores de alta impedância de entrada, baluns conectados à pontos específicos da bobina principal da antena e etc. A maior eficiência sempre ocorrerá com o método de acoplamento que menos impacte no Q do circuíto e, assim mesmo, provendo a transformação adequada de impedâncias. Optei pelo uso de um amplificador isolador, de ganho unitário, com alta impedância de entrada e baixa impedância de saída, conectado diretamente aos terminais do circuito ressonante. Por que: utilizando-se as combinações corretas entre área, indutância, e capacitância e "Q" do conjunto, de forma artificial temos um circuito equivalente à um monopolo vertical de dimensões respeitáveis. A tensão AC obtida nos terminais desse circuito ressonante, quando imerso no campo eletromagnético, são naturalmente elevadas. Basta que lembremos dos tradicionais receptores Galena. Então nada mais razoável do que simplesmente transferir essa tensão ao receptor, desde que mantendo o circuíto ressonante "à salvo" das perturbações que existiriam ao se conectar qualquer outra coisa que diminuísse o "Q" do mesmo. Aquela espira tradicional para acomplamento ao receptor poderia ser utilizada, é claro. Mas ela altera o "Q" do circuito ressonante principal. Uma das virtudes destas antenas é, devido ao seu alto "Q", rejeitar os sinais nas adjacências. Quanto mais alto o "Q", mais limpo é o espectro existente à entrada do receptor. Além disso, por mais acoplamento que exista entre antena e espira de captação, esta segunda será sempre um elemento não ressonante e mais um item sujeito aos desequilíbrios. Assumí assim que ela poderia reduzir a eficiência na redução do ruído elétrico. Um outro ponto à considerar, em relação ao uso desta técnica da espira de acoplamento é: numa realização prática, o elemento ressonante tem impedância entre 300 KW e 2 MW. Para a cobertura de toda a faixa de OM, com um capacitor variável de 10 à 360 pF, por exemplo, a indutância da bobina principal deveria ser de uns 280 mHy. Se a área escolhida for maior do que 1m², esta bobina principal terá poucas espiras, de 10 à 14. Ora, na melhor das hipóteses, há uma relação entre espiras de 14:1. A transformação de impedâncias ocorre em função do quadrado desta relação. Ou seja, (14²):(1²), o que resultaria em uma relação de transformação de impedâncias de 196:1. Com estes dados, os 300 KW seriam transformados em 1500 W e os 2 MW em 10200 W. A voltagem AC recuperada nos terminais do circuíto ressonante serial menor nesta espira de captação do que no circuíto ressonante. A potência seria a mesma, mas a voltagem menor. O que me seduziu então no sentido de utilizar um amplificador isolador de ganho unitário foi isto: a voltagem AC existente no circuito ressonante já é razoavelmente grande, dispensando ganho. Desta forma, o ruído introduzido pelo amplificador seria mínimo. Na realidade, este sinal é tão grande para as situações reais, que este amplificador isolador requer então alguns cuidados. Pode, mesmo com o ganho unitário, saturar facilmente. Por isso passei à considerar o uso de uma válvula: uma 12AT7 (duplo triodo) na configuração de seguidor de catodo como elemento ativo. Sendo um componente eletrônico que trabalha com alta tensão, a chance de saturação é menor, assim como a capacidade de conviver com sinais intensos e mínimos, adjacentes, também. Uma particularidade desdes buffers de ganho unitário, nesta configuração "seguidor de catodo", é a impedância característica de saída. A de entrada é praticamente definida pelo resistor que existirá conectado à grade (ou nenhum resistor, se as grades da válvula forem conectadas diretamente à antena e um center-tap desta antena for o retorno para o terra). Mas a impedância de saída é aproximadamente igual à (1 / transcondutância). Estudando as características de vários duplo-triodos comuns (12AT7, 12AX7, 12AU7, E88CC, etc) e considerando o uso de um transformador de saída, tipo balun de banda larga, com uma relação de transformação de impedâncias que poderia ir de 1:1 à 16:1, aquela que mais pareceu adequada foi a 12AT7. A transcondutância da mesma, no regime correto de operação (160V @ 8mA por secção), é algo em torno de 4500 mmohs. Daí que (1 / 4500 = 220 W). Como são 2 triodos, afinal o buffer é balanceado, os pontos de conexão do transformador de saída apresentam uma impedância de 220 + 220 = 440 W. O tal balum 9:1 facilmente converte estes 440 W em 50 W para conexão ao receptor. Haveria a preocupação com o ruído introduzido por elementos ativos. Porém o ruído existe tanto nos componentes ativos como nos passivos. Todos os elementos utilizados têm uma resistência: o fio da antena tem, o circuito ressonante tem, a válvula tem, etc. Quanto maior a resistência, maior o ruído gerado à temperatura ambiente. No caso da válvula, a resistência equivalente da 12AT7 é de 8 KW. Já a antena com seus 300 KW à 2 MW é, na realidade, a maior fonte de ruído térmico. Neste caso o uso de um componente ativo não é o determinante do ruído do sistema. Para se determinar a tensão RMS do ruído gerado por qualquer elemento resistivo, em uma determinada banda passante (por exemplo em um "canal" de 10KHz de AM) usamos a seguinte fórmula:
Onde:
De posse destes dados, uma tabela com os ruídos térmicos gerados por diversos valores de resistência, à 25ºC, por exemplo:
Ou seja, a válvula em si é o menor dos problemas. Já algum cuidado deve ser tomado com os resistores de polarização de grade pois gerando 8uV, equivalem-se ao ruído da própria antena na frequência mais baixa de operação. Teríamos assim duas fontes de ruído, praticamente de mesma intensidade, em paralelo. Dois geradores de ruído se somando, e como estamos falando de tensão, estamos falando de 6dB à mais em ruído (1 unidade S, ou ainda uma relação sinal/ruído deteriorada em 6dB). Mas não há por que sermos alarmistas, afinal há uma relação custo-benefício a considerar. A antena apresenta a maior altura equivalente justamente na frequência mais alta, onde a impedância - e consequentemente o ruído térmico - são maiores. Se calcularmos a tensão AC existente nos terminais dessa antena, para uma intensidade de campo de - digamos - 1mV/m, descobriremos os seguintes valores aproximados:
Passo seguinte seria o cálculo para descobrir a relação em dB entre o sinal recuperado pela antena, em sintonia, em relação ao ruído do tal resistor. Perceberemos que, na realidade, o impacto na relação sinal/ruído é desprezível. Um ensaio ainda não realizado é uma medição usando emissoras locais, com a antena sintonizada por um capacitor variável isolação à ar, um com isolação de filme plástico (destes de rádios portáteis) e com a sintonia por conta de um varicap tipo NTE618 (20 à 450pf). Determinar até que ponto podemos relaxar em relação ao elemento de sintonia é necessário pois afinal é muito mais fácil prover uma tensão variável à um componente à distância (varicap) do que a utilização de um capacitor variável com isolação à ar e o mecanismo associado para posicioná-lo na capacidade correta (motores DC ou de passo, caixa de redução, incicador de sintonia e etc).
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