Avaliando divisores de sinal

24 11 2013

John Bryant e Bill Bowers

Nos últimos anos, um número crescente de Dexistas passou a conectar vários receptores a uma mesma antena. Essa necessidade tem como origem os grupos que desejam dividir a mesma antena durante uma DXpedition em local remoto ou mesmo um Dexista solitário que deseja operar dois ou mais receptores simultaneamente. De qualquer forma, muitos de nós pudemos comprovar que conectar uma antena a dois ou mais receptores é um convite para problemas os mais diversos. Um dos mais estranhos pode ocorrer se um dos vários receptores possuir uma impedância mais baixa que a dos outros. Há alguns anos, quando Mitch Sams, Kirk Allen e John Bryant dividiram pela primeira vez uma antena Beverage, Kirk e John gastaram de forma frustrante metade de uma noite pensando por qual razão o receptor antigo de Mitch’s apresentava performance muito superior a dos equipamentos modernos: chegaram à conclusão de que o equipamento dele estava literalmente “sugando” todo o DX!

Outro fato bastante comum que ocorre ao conectar vários receptores a uma antena é a irradiação de sinais do oscilador local de um receptor que pode chegar pelo cabo aos demais; isso pode causar interferências ou perda parcial dos sinais. Por esta e outras razões, caso você queira operar um ou mais receptores simultaneamente será necessário usar um equipamento conhecido como divisor de antena ou de sinal: tais nomenclaturas são as mais comuns.

A maior parte dos divisores de sinal são baseados em um circuito composto por um transformador que recebe o sinal e divide-o em duas partes iguais que são (pelas leis da física) atenuados em pelo menos 3 dB. Geralmente tais dispositivos consistem de um núcleo de ferrite e enrolamentos de fio fino em formato de “Y.” Divisores com quatro saídas geralmente são compostos por três desse circuito em cascata, onde a primeira unidade divide o sinal em duas partes e o envia para outros dois divisores; tais divisores fazem a mesma tarefa novamente, criando quatro sinais idênticos com a devida atenuação. Uma vez que cada transformador/divisor causa uma perda de 3 dB é fácil concluir por qual razão a maioria dos divisores de quatro portas ou mais são ativos.

Os primeiros divisores de antena com os quais muitos de nós tivemos contato foram dispositivos caros e complexos da época das válvulas que eram comprados em lojas que forneciam equipamentos usados por governos, suportando normalmente 8 ou 16 receptores simultaneamente e continham amplificadores de RF sofisticados. Atualmente, modelos menores transistorizados passaram a ser disponibilizados comercialmente, voltados tanto ao mercado profissional como para Dexistas sérios. Os mais comuns possuem duas saídas e são passivos. As unidades com quatro saídas tanto podem ser passivas como ativas e dois dos três fabricantes oferece uma grande variedade voltada ao mercado profissional.

Até onde sabemos não foram publicadas comparações técnicas entre estes equipamentos. Uma vez que temos interesse tanto na compra como construção deles decidimos comparar os que estão disponíveis no mercado. Felizmente, Bill Bowers, que é engenheiro aposentado, possui vários equipamentos de teste profissionais e decidiu participar.  John Bryant atuou como líder de torcida (hi!) e escriba deste projeto.

Os divisores
No teste foram empregadas antenas com impedância de 50 ohms e cabo coaxial do mesmo valor, casando assim com a dos nossos receptores. Publicamos um estudo similar recentemente com relação a transformadores de impedância necessários para casar os diversos tipos de antenas de fio (que possuem impedância na faixa de 200 a 2000 ohm de acordo com o tipo e tamanho) com coaxiais de 50 ohm. Todos os divisores avaliados neste estudo foram usados com antenas na faixa dos 50 ohm.

Uma vez que o circuito da maior parte dos divisores baseia em modelos de duas saídas cascateados em 4, 8 ou 16 saídas, concentramos nossos esforços em três unidades comercialmente disponíveis de duas saídas. Também incluímos um construído por nós baseado no projeto de Sam Dellitt, da Austrália, que teve certa divulgação na imprensa do hobby. Nos testes iniciais, Bill também incluiu uma unidade passiva de quatro saídas (Mini-Circuits ZSC-4-3B) e um de seis saídas da MCL, que parece ser atualmente o modelo ZFSC-6-110 da Mini-Circuits. Estes dois divisores foram adquiridos em um site de leilões.

O modelo MC-102 foi comprado diretamente da Stridsberg Engineering: 345 Albert Avenue, Shreveport, LA 71105, Telefone: (318) 861-0660, Fax: (318) 861-7068 (www.stridsberg.com). Seu preço em 2004 foi de $65, mais envio. A cobertura de frequências, conforme informado pelo fabricante, vai de 100 kHz a 500 MHz. O divisor da Stridsberg tem um acabamento extremamente bom e é o maior dos três, medindo cerca de 12,7 cm de largura x 7,6 cm de profundidade x 3,8 cm de altura, incluindo os conectores. A empresa aceita compras por telefone até mesmo de uma unidade e o envia para o exterior.

O RF Systems SP-1 é vendido por várias lojas do ramo em todo o mundo. Nossa unidade foi comprada por $89,95, mais frete de nossos amigos da Universal Radio, em Reynoldsberg, OH. Eles aceitam compras online em http://www.universal-radio.com/catalog/preamps.html ou por telefone em 1-800-431-3939 (compras e preços apenas) e também enviam para o exterior. A RF Systems informa que a cobertura de frequências vai de 50 kHz a 30 MHz. Conforme pode ser verificado na foto, o SP-1 vem com conectores SO-239, então foram necessários adaptadores para que o uso com os equipamentos de Bill (que usam conectores BNC) pudessem ser usados. A caixa possui cerca de 2,5 cm x 10 cm. Entretanto, com os adaptadores BNC ele ocupa cerca de 10 cm x 10 cm x 2,5 cm.

Mini-Circuits

O Mini-Circuits ZSC-2-2 foi comprado diretamente do fabricante no Missouri (telefone: 718-934-4500, fax: 718-332-4661) por $52.95, mais envio. A Mini-Circuits informa cobertura de 2 kHz a 60 MHz. Apesar de ser o maior dos três fabricantes e ser voltado principalmente aos mercados governamental e comercial, eles aceitam de bom grado pequenas compras e enviam ao exterior. Além disso, fornecem excelentes informações técnicas sobre seus produtos. Seu site é o www.minicircuits.com. O divisor da Mini-Circuits é o mais compacto dos três, medindo 5,7 cm de largura x 3,8 cm de profundidade x 4,6 cm de altura, incluindo os conectores.

Os testes
As seguintes características foram medidas em várias frequências entre 150 kHz e 13 MHz:

CASAMENTO DE IMPEDÂNCIA COM A ANTENA: Trata-se da impedância ao final do coaxial proveniente da antena. O RG-58 possui impedância de aproximadamente 50 Ohms e se a entrada de antena do divisor possuir uma impedância de um valor maior que este, parte do sinal será refletido de volta para a antena. Quanto maior a diferença dos 50 Ohms, maior será a perda de sinal. O valor da perda também depende do comprimento e atenuação do coaxial. Seu valor foi medido no conector de antena com todos os receptores com entrada de 50 Ohms, resistivo. O divisor ideal apresentaria 50 Ohms no conector de antena.

Tabela 1 (formato MS Word) – casamento de impedância com a antena

CASAMENTO DE IMPEDÂNCIA COM O RECEPTOR: Esta impedância em um divisor ideal deveria ser também 50 Ohms para casar com o conector de antena do receptor. Aqui o descasamento não é tão importante, pois um cabo muito curto une o divisor ao receptor. Além disso, a impedância de entrada do receptor geralmente possui certa tolerância. Sua medição foi feita no conector que vai ao receptor, tendo novamente como base os 50 Ohms resistivos.

Tabela 2 (formato MS Word) – casamento de impedância com o receptor

ATENUAÇÃO DE SINAL: A atenuação de sinal a partir de uma fonte de 50 Ohms conforme passa do conector de antena a saída para o receptor. As saídas para os receptores são de 50 Ohms, resistivas. A atenuação de um sinal quando dividido em duas partes em um divisor ideal seria de 3db. Ao dividir em quatro partes seria de 6 db, etc.

Tabela 3 (formato MS Word) – atenuação de sinal

ISOLAÇÃO DE SINAL: O oscilador local do receptor envia de volta sinais a conexão de antena, e consequentemente ao divisor. Para prevenir a interferência proveniente do receptor em um sinal sendo captado em outro equipamento conectado ao divisor é desejável que exista o máximo de isolação possível. Quanto maior o valor, melhor. Para este teste a atenuação a partir de uma fonte de 50 Ohm conectada ao receptor foi medida na entrada de outro receptor. As conexões, tanto no receptor como na antena eram terminadas em 50 Ohms, resistiva.

Tabela 4 (formato MS Word format) – isolação de sinal

ISOLAÇÃO DE IMPEDÂNCIA: A impedância na entrada de antena de um receptor com “conexão para coaxial” é normalmente 50 ohms. Alguns receptores possuem uma impedância de até 10 ohms em determinadas situações. Esta carga de 10 Ohm em uma das saídas do divisor pode prejudicar a impedância na outra saída. Novamente o divisor ideal continuaria a apresentar uma impedância de 50 Ohms, mesmo se na outra saída existisse uma carga de 10 Ohms. Este teste foi feito em uma das saídas para o receptor, sendo que nas demais houve redução de 50 para 10 Ohms, resistiva.

Tabela 5 (formato MS Word) – isolação de impedância

PERDA TOTAL: Esta perda de sinal ocorre conforme o sinal  vai da antena, segue pelos 30 metros de coaxial RG-58A/U e chega ao divisor de sinal. Um determinado sinal (-20 dbm) é levado ao coaxial no ponto de conexão com a antena e sua intensidade no ponto que vai ao receptor foi medida com um voltímetro de RF Fluke 8922A. Esta comparação determina a qualidade dos divisores sob condições típicas.

Tabela 6 (formato MS Word format)  – perda total

Conclusões
Um ponto que causou preocupação foi quanto aos testes de isolação de sinal: a performance relativamente pobre dos divisores da Stridsberg e RF Systems na parte baixa das frequências de ondas médias e longas. Embora isso seja pouco preocupante entre os Dexistas de Ondas Curtas e a maioria dos radioamadores, usuários com interesse na região de 1 MHz ou abaixo devem ter cuidado. Ficamos surpresos com o descasamento de impedância apresentado nesses mesmos divisores nos testes de casamento de impedância de antena e do receptor. Em alguns casos o descasamento alcançou 100%. Entretanto, as perdas apresentadas por todos eles foram praticamente iguais.

O teste de perda total levará à conclusão definitiva. Ele indica que na maior parte dos casos não há diferença significativa entre os três divisores avaliados e que a escolha deve ser feita com base no preço e disponibilidade. Entretanto, para o Dexista sério que não deseja perder sequer metade de um decibel de sinal ou para aplicações técnicas, o Mini-Circuits ZSC-2-2 foi claramente o melhor. O divisor caseiro ficou em segundo lugar na maioria dos testes abaixo de 5 MHz. Sua performance nos encorajou a levar adiante um segundo projeto num futuro próximo para aprimorá-lo.

Artigo disponibilizado no site www.dxing.info e traduzido mediante autorização. A publicação em qualquer outro meio é expressamente proibida.

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