Instalação e tipos de antenas, com conceitos ligados a sinais de TV em Rádio-Frequência

Você sabe escolher e instalar uma antena adequada em determinadas situações. Será que qualquer uma serve, sem atrapalhar a qualidade do sinal?

A difusão de sinais de TV para o público, conhecida como broadcast, é feita aqui no Brasil mais nas faixas de transmissão de VHF e UHF.

Então, devemos utilizar antena receptora e cabeamento apropriado para levar os sinais ao receptor. Para receber sinais de TV, elas podem ser internas ou externas.

Este artigo segue a linha de raciocínio do artigo anterior sobre manuais de instruções. Ou seja, sinais analógicos, suas técnicas e cuidados ainda podem ser úteis em muitas aplicações. É um conteúdo que pode ser útil até a pessoas de fora da eletrônica. Então compartilhe:

Antena interna e externa

Antena de dipolo curto
Dipolo curto

As internas geralmente fazem parte do aparelho de TV ou ficam sobre ele. Comumente são formadas por duas hastes telescópicas articuladas na base. Assim, seus comprimentos individuais e o ângulo de separação podem ser ajustados.

Com estes ajustes, podemos melhorar a recepção em função da posição da antena e do canal escolhido para receber.

Porém, o resultado obtido costuma ser ruim, porque é difícil encontrar a melhor posição em relação à transmissora. Por isso os sinais recebidos quase sempre são refletidos e fracos. A imagem fica com variações, ruidosa, com chuvisco e fantasmas (imagens múltiplas).

Crédito da imagem ao lado: Cristina Dominguez Pita (File:Dipolocorto.png – Licence Creative Commons Attribution-Share Alike 4.0 International)


Sempre que puder, escolha as externas. A instalação deve ser feita:

  • No ponto mais alto do local;
  • Em um mastro ou torre de 3 a 5 metros de altura, adequadamente estaiado;
  • Longe de tráfego, partes metálicas e outras antenas e prédios.
  • Apontando para a antena transmissora.

Sem visibilidade da antena transmissora, os sinais recebidos serão os refletidos por morros e construções. Nesta situação, a antena deve ser posicionada (orientada) de forma que uma reflexão tenha máxima intensidade, enquanto as outras tenham mínima. Com isso, os “fantasmas” serão reduzidos.

Normalmente, em casa, utiliza-se apenas uma antena para toda a faixa de VHF ou UHF. Só não é assim se existirem transmissores em vários locais.

Mas é melhor utilizar uma antena para caixa faixa, porque as transmissões podem vir de pontos diferentes. E ainda, um dos sinais pode precisar de amplificação (por exemplo, com um booster acoplado à antena).

Alguns dos principais tipos de antena

Selada

A mais utilizada na recepção de toda a banda de VHF. Razões desta preferência:

  • Tem alto ganho em todas as frequências;
  • Boa resistência mecânica e longa vida útil;
  • É possível usar uma caixa de conexões com opções para 75 e 300 Ω.

Log-periódica

Tipo de antena: log periódica
Crédito: BAZ Antennas (File:LPDA-Antenna.jpg – Licence: Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported)

Também bastante usada em VHF para receber sinais em toda a banda. Todos os seus elementos são ativos e organizados em pares que parecem uma seta. A partir da frente, o comprimento vai sendo reduzido até o par final.

Com uma relação de tamanho de 0,9 entre pares adjacentes, eles ficam ressonantes em frequências diferentes e com faixas superpostas. Esta superposição de faixas torna possível cobrir diferentes limites de frequências.


Dipolo Grosso

As mais utilizadas em UHF, são as antenas dipolo grosso, com refletor de canto ou plano. O dipolo parece uma gravata borboleta. Esta forma diferente dá características que permitem operar em toda a banda, com impedância e ganho satisfatoriamente uniformes.

Se estiverem separados por 0,1 λ ou menos, os elementos deste dipolo e os do refletor (passivo) comportam-se como uma única peça.


Monocanal (tipo Yagi)

Antena yagi
Crédito: Dantor (2005) [File:Yagifaltdipolp.jpg – Licence: Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported]
Antenas monocanal são do tipo yagi. São formadas por um elemento ativo tipo dipolo meia-onda e três elementos passivos (um refletor, posicionado atrás do dipolo + dois diretores, colocados na frente).

Dipolo meia-onda é aquele em que o comprimento físico equivale a aproximadamente metade do comprimento (λ) de onda do canal (sinal) a receber.

Na imagem acima:

  1. Elemento condutor
  2. Refletores
  3. Guias de ondas
  4. Cabo

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Divisores de sinal e conectores

Divisores de sinal para cabo coaxial em antenas
Crédito: (Casimodo – File:Répartiteur antenne TV.jpg – Licence: Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported)

Para usar mais de um televisor com a mesma antena, aplicamos um divisor de sinal, com 2 a 4 saídas e impedância característica de 75  ou 300 Ω. Estes divisores são passivos, o que faz com que eles introduzam perda de sinal.

Perda de sinal + Perda causada pela própria divisão + Perdas nos cabos = Importante consideração para escolher uma antena e um amplificador (caso precise).

Os cabos coaxiais, com impedância característica de 75 Ω, são os mais empregados para conduzir o sinal. Características de destaque deste cabo:

  • Boa resistência mecânica;
  • Elevada imunidade a ruídos;
  • Pode ficar dentro de dutos plásticos e metálicos, dentro e fora de paredes.

Já a fita paralela de 300 Ω só pode ser estendida longe de paredes e objetos metálicos. E esta fita ainda pode captar ruídos.

Com um somador de bandas, posicionado próximo da antena, sinais de VHF e UHF podem ser enviados pelo mesmo cabo. Da mesma forma, é possível aplicar um separador de bandas, caso o aparelho tenha entradas separadas para os sinais.

Sistema de antena coletiva

O objetivo é entregar os sinais de TV (e/ou de rádio FM) a várias unidades residenciais ou comerciais. Os sinais podem ser de VHF, UHF, satélite ou gerados localmente (canais de vídeo e de portaria).

Para recepção VHF e UHF, os sistema coletivos geralmente utilizam várias antenas. Os sistemas mais simples utilizam uma antena para cada banda.

Nos casos em que transmissores estão em pontos diferentes, com sinais fracos ou presença de fontes de interferência, utiliza-se uma antena para cada canal e filtros passa-faixa.


Compensar perdas

Antena dipolo de meia onda
Crédito: Schwarzbeck Mess-Elektronik (File:Half – Wave Dipole.jpg – Licence: Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported

Um sistema de antena coletiva precisa de amplificação de potência para os sinais, porque podem ser necessários vários cabos e dispositivos colocados nas ligações.

Antes da amplificação, todos os sinais são somados com o mesmo nível. O resultado desta soma deve ser limitado a um valor que não gera intermodulação. Com isso, o amplificador não vai atuar fora da região linear.

Atenuadores são usados para igualar os níveis dos sinais. Se o os sinais forem fracos, inclui-se pré-amplificadores (boosters) antes dos atenuadores.

Tomadas inseridas em locais (apartamentos, escritórios e outros), possuem elevada atenuação. Isto evita que sinais espúrios gerados em um aparelho (TV, por exemplo) interfiram em outros.

Quanto mais distante do amplificador de potência, menor a atenuação. Assim, sinais em diferentes pontos do sistema terão intensidades (níveis) próximas.

Sinais em projetos com antena

Antena com cabo coaxial e fita paralela
Crédito: User:しまでん (File:AWX antennas drawing.png – Licence: Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported)
  • Na imagem acima: tipos comuns de alimentação em antenas. Em (a): modo transverso magnético; alimentação desbalanceada. Em (b): principalmente modo transverso elétrico; alimentação balanceada. Veja que o comprimento indicado como 1/4λ da frequência fundamental é o comprimento real de cada ramo das antenas.

Quando se trata de antenas, os sinais são medidos em microvolts (μV) ou em milivolts (mV). A medição é feita sobre a impedância característica de 75 Ω.

Não confundir com níveis de sinal, que são expressos em decibéis. O nível é calculado tendo como referência o valor de 1 μV (dBμV) ou 1 mV (dBmV). Com isso os cálculos de ganho ou atenuação são simplificados, sendo reduzidos a somas e subtrações.

  • dBμV = 20 × log [ E(μV) / 1 μV ] ⇒ E(μV) é o sinal medido em μV sobre 75 Ω.
  • dBmV = 20 × log [ E(mV) / 1 mV ] ⇒ E(mV) é o sinal medido em mV sobre 75 Ω.

Nível mínimo e máximo

Para ter uma boa relação sinal-ruído, o nível mínimo de sinal na antena deve ser de:

  • Banda I ⇒ −20 dBmV
  • Banda II ⇒ −19 dBmV
  • Banda III ⇒ −18 dBmV
  • Banda IV ⇒ −16 dBmV

A medida do nível de sinal é realizada com Medidor de Intensidade de Campo ou com um Analisador de Espectro. Com o analisador podemos identificar a frequência exata de interferências.

Um detalhe interessante é que dá para usar uma antena de referência para receber os sinais no próprio instrumento. Assim, para cada aplicação, uma antena pode ser melhor especificada.

Como referência, para ter uma base, o nível de sinal nas tomadas de saída dos receptores deve ser:

  • Mínimo ⇒ 2 mV (6 dBmV)
  • Máximo ⇒ 33 dBmV

A perda no cabo coaxial é proporcional à frequência e ao comprimento. No percurso do sinal, os elementos passivos introduzem perdas (atenuação), especificadas em decibéis. O nível de sinal após esses elementos é encontrado ao fazer:

  • Sinal na saída do elemento = (Valor do sinal na entrada) − (Valor de atenuação).

Elementos ativos, como amplificadores de linha e de potência, é importante respeitar os níveis máximos de sinal em cada entrada, quando vários canais são aplicados ao mesmo tempo.

Caso contrário, ocorre distorção nos sinais. A consequência é a possível perda de sincronismo e o surgimento de interferências visíveis. Exemplo: imagem de um canal se sobrepondo ao outro.

Extra: antena terrestre

Antena terretre
Crédito: Chetvorno (File:Ground dipole ELF antenna.svg)

Diagrama de antena de dipolo terrestre usado para transmitir ondas de rádio de baixa frequência (ELF). Isso é modelado no transmissor de rádio ELF da US Navy em Clam Lake, Wisconsin, que foi usado para se comunicar com submarinos submersos a uma frequência de 76 Hz de 1989 a 2004.

A antena consiste em dois eletrodos enterrados na Terra (G), a 14 Milhas (23,5 km) entre si. São ligados por linhas de transmissão indiretas que se assemelham a linhas de distribuição de energia comuns a um transmissor de energia (P).

O sistema funciona como uma antena de loop vertical gigante na qual a terra serve como parte do loop. A antena é elevada com uma corrente alternada de 300 amperes a 76 Hz, que flui através de uma linha de transmissão, em correntes de loop (I) profundas em rocha.

A corrente flui de um eletrodo de terra para o outro e volta através da outra linha de transmissão – o desenho mostra apenas uma direção da corrente alternada.

A corrente CA cria um campo magnético alternativo (H) que irradia ondas ELF (amarelo). O padrão de radiação é direcional, com dois lóbulos (máxima) fora das extremidades do fio.