HARMÔNICAS E FILTROS
(Como obter mais de seu transmissor)

O matemático francês Fourier demonstrou que qualquer forma de onda pode ser analisada como sendo resultado de uma forma de onda senoidal (denominada fundamental) a qual se sobrepõe uma série de sinais de forma senóidal de menor intensidade e de freqüências múltiplas (harmônicas), veja a figura 1.

Em suma, qualquer sinal pode ser sempre decomposto numa senóide de freqüência igual a desse sinal, denominada fundamental, o em componentes senoidais denominadas harmônicas. Somente com o avanço da Eletrônica foi descoberta a profundidade dessas afirmações, pois elas permitem explicar fenômenos importantes quando geramos sinais elétricos das mais diversas formas de onda.

De fato, se um oscilador, por exemplo, um pequeno transmissor de FM, produzir um sinal na freqüência de 100 MHz, mas cuja forma de onda não seja perfeitamente senoidal, ou seja, uma oscilação considerada pura, também «aparecem» junto com este sinal, mas com menor intensidade, sinais de freqüências múltiplas como 200, 300, 400 MHz, etc.

Por este motivo, se ajustarmos indevidamente um transmissor desse tipo para uma freqüência de 50 MHz, poderemos captar seu sinal em 100 MHz.

Na verdade, uma «harmônica» que será de menor intensidade, e por isso, não poderá ir além de poucos metros.

Veja que as intensidades das harmônicas vão diminuindo à medida que a freqüência aumenta, dificultando sua detecção a partir de seu valor e as interferências que causam são bem menores, conforme a figura 2.

Por causa desse problema, muitos transmissores para a faixa do cidadão em tomo dos 27 MHz causam interferências, principalmente na recepção dos canais baixos como o 2.

Se mal ajustados, a primeira harmônica desses transmissores cai justamente em torno de 54 MHz, freqüência de operação do canal 2.

Muitos leitores, ao tentar ajustar seus pequenos receptores de FM, acabam por gerar sinais que podem cair nos canais mais altos da faixa de TV causando interferências.

Mas, o problema maior dessas harmônicas, não é só a interferência que causam. Estas oscilações indesejáveis acabam por «roubar» a potência do transmissor, já que toda a energia gerada deve ser distribuída entre diversos sinais.

Em outros casos, podem ainda ser produzidas oscilações denominadas «espurias» cujas freqüências vão coincidir com a de canais de TV ou mesmo da faixa de FM. Isto acaba por causar sérios problemas para quem tenta ajustar o aparelho: mais de um sinal é produzido em freqüências próximas da desejada e temos dificuldades em identificar o mais forte.

Ajustando o transmissor na freqüência indevida, a potência cai e o alcance é reduzido drasticamente. Mesmo potentes transmissores valvulados não passam de algumas centenas de metros quando isso ocorre.

Este problema é mais acentuado nos transmissores que possuem diversas etapas de amplificação e portanto, possuam diversos circuitos ressonantes que devem ser ajustados individualmente, conforme a figura 3.

Pequenas diferenças de ajustes nas bobinas, polarização indevida de transistores que deformam os sinais e ajudam na produção de harmônicas são alguns dos problemas que podem ocorrer. É muito
comum que, para obter maior rendimento de um transistor ou uma válvula, sua polarização seja feita de modo que esses componentes operem em classe C, o que é mostrado na figura 4.

Nestas condições, o componente permanece no corte (sem conduzir) até que um dos semiciclos do sinal alcancepelo menos 0,6 V (no caso dos transistores) e com isso polarize a junção base-emissor no sentido de levar este componente à saturação (condução total).

O resultado desta modalidade de operação é uma forte deformação no sinal amplificado, o que tem como conseqüência o aparecimento de uma grande quantidade de harmônicas que tanto podem roubar a potência do transmissor, como causar fortes interferências em aparelhos próximos, dependendo da freqüência e da potência, veja a figura 5.

Linhas trançadas na imagem, instabilidades de sincronismo (imagem rodando), som perturbado, ondulações na imagem são alguns problemas típicos causados pela interferência de transmissores.

Como resolver o problema?

SOLUÇÕES

Não basta montar o aparelho e simplesmente ligar de qualquer modo a um condutor que se denomine antena para obter uma transmissão eficiente, pura e com bom alcance, isto é válido principalmente para os transmissores de maior potência ou de maior número de etapas.

O acoplamento à antena é o primeiro ponto importante a ser considerado: com o uso de um sistema ajustável de acoplamento do transmissor à antena, podemos transferir para esta antena a maior potência possível de sinais gerados e isto somente na freqüência desejada, reduzindo de modo automático a irradiação de harmônicas ou espúrias.

Na figura 6, temos uma sugestão de circuito de acoplamento de antena que ajuda a transferir a máxima energia do transmissor e reduzir a intensidade das harmônicas.

Para a faixa de FM e VHF, em pequenos transmissores até uns 5 W de potência, a bobina é formada por 3 ou 4 espiras de fio 22 a 28 enroladas sobre a bobina da última etapa amplificadora e o trimmer pode ter capacitâncias máximas na faixa de 20 pF a 50 pF.

O circuito deve ser ajustado para obter a máxima potência na antena. Um medidor de intensidade de campo como o da figura 7, pode ser usado para avaliar a energia irradiada.

Para a faixa de ondas médias, onde as freqüências são mais baixas, a bobina é formada por 12 a 15 espiras de fio esmaltado 28 sobre a bobina da última etapa de amplificação do transmissor e o capacitor CV é um variável com capacitância máxima de 120 a 300 pF. O circuito em questão serve para transmissores de 500 kHz a 3 MHz.

Veja que este circuito deve ser montado de modo a funcionar blindado e com cabos coaxiais na interligação da antena e transmissor. Uma sugestão de montagem para a versão de alta freqüência é mostrada na figura 8. Um outro problema que ocorre nas saídas dos transmissores é que sua baixa impedância dificulta a obtenção de um falor Q elevado. Logo, sendo a seletividade baixa, não só passam com facilidade os sinais da freqüência sintonizada como também de outras freqüências.

Este problema pode ser minimizado com a utilização de filtros.

Para a faixa de FM e VHF, por exemplo, temos o filtro da figura 9, que consiste em um configuração em T do tipo passa-baixas.

Sintonizado na freqüência que desejamos transmitir, considerada para ele como baixa, as freqüências mais altas correspondentes às harmônicas serão por ele bloqueadas. As bobinas L1 e L2 são formadas por 4 ou 5 espiras de fio 20 ou 22 em fôrma de 1 cm de diâmetro, sem núcleo.

Um outro tipo de filtro, de excelente desempenho neste tipo de aplicação, é o filtro PI (nome, da letra grega usada para indicar a constante 3,14) mostrado na figura 10.

Neste circuito, tanto podemos ter a sintonia dos trimpots como da própria bobina. A mesma configuração utilizada num circuito transmissor valvulado é mostrada na figura 11.

Para a faixa de FM, a bobina L1 desse filtro é formada por 5 espiras de fio 20 ou 22 em fôrma de 1 cm, podendo ser feita uma a tomada em cada espira para obter o ponto de ajuste ideal. Os trimmers podem ter capacitâncias máximas entre 20 e 50 pF. Nos circuitos valvulados estes trimmers devem ter boa tensão de isolamento, dando-se preferência aos tipos com dielétrico de mica.

O mesmo circuito pode ser ampliado do modo a se obter a chamada configuração PI-L mostrada na figura 12.

Para a antena, uma opção interessante a ser utilizada com pequenos transmissores de FM é a da antena dipólo de meia onda que deve ser acoplada ao transmissor por meio de linha balanceada (fita de 300 W), figura 13.

Para essas tipos de saídas também temos diversas opções de acoplamento ajustáveis que permitem encontrar o melhor ponto de funcionamento e são mostradas na figura 14.

Veja que estes circuitos são indicados para linhas de transmissão de 300 W, mas podem ser facilmente adaptados para operar com cabos coaxiais do 50 W ou 75 W, conforme a antena.

Para a faixa de FM, a bobina L2 tem 6 ou 7 espiras de fio 22 a 26 enroladas sobre L1.


CONCLUSÃO

Conforme os leitores podem perceber, existe pouca relação entre o alcance de um transmissor e sua potência.

Diversos fatores podem comprometer o alcance até mesmo do mais potente dos transmissores. Nos Estados Unidos existe um clube de radioamadores cuja finalidade principal é ver quem consegue o maior alcance com o transmissor de menor potência. Por enquanto, o considerado vencedor conseguiu um contato a mais de 10.000 quilômetros com um transmissor cuja potência é menor do que a do menor dos transmissores descritos neste livro, fazendo valer o velho ditado de que «tamanho não é documento». Boa antena, montagem e casamento de impedâncias perfeitos entre todos os elementos são alguns dos requisitos que levam seu transmissor ao melhor desempenho.