Tecnologia de micro-ondas explicada: geração, transmissão e comunicação

Comunicação por Micro-ondas

Micro-ondas são ondas eletromagnéticas com frequências superiores a 300 MHz e comprimento de onda inferior a 1 metro. Portanto, ondas eletromagnéticas que possuem alta frequência, mas comprimento de onda curto, são chamadas de micro-ondas. A comunicação realizada através de micro-ondas é chamada de comunicação por micro-ondas. Em outras palavras, a comunicação na qual as micro-ondas são usadas como meio de transmissão é chamada de comunicação por micro-ondas.

Papel das ondas eletromagnéticas e antenas na comunicação por micro-ondas

Na comunicação por micro-ondas, os sinais modulados são irradiados através de uma antena na atmosfera, enquanto a antena receptora recebe esses sinais de informação. As micro-ondas dependem principalmente de cavidades ressonantes e guias de onda através dos quais são geradas e transmitidas (a cavidade metálica ou vazia presente no material condutor sintonizada em uma frequência específica é chamada de ressonador de cavidade). A transmissão de micro-ondas é feita através de ondas eletromagnéticas, também chamadas de comunicação em linha de vista. Uma comunicação em linha de vista é geralmente aquela em que os sinais de informação são transmitidos na atmosfera sem nenhum meio físico e a antena receptora recebe os sinais. Ponto importante: em uma comunicação em linha de vista, ambas as antenas devem estar face a face nas torres de transmissão e recepção.

Micro-ondas (0,3—300 GHz) são categorizadas em três grupos de acordo com suas bandas:

Banda de ultra-alta frequência (UHF)

Esta banda de frequência varia de 0,3 GHz a 3 GHz.

Banda de super-alta frequência (SHF)

Esta banda de frequência varia de 3 GHz a 30 GHz.

Banda de frequência extremamente alta (EHF)

Esta banda de frequência varia de 30 GHz a 300 GHz.

Devido a algumas limitações dos tubos convencionais — ou seja, balanço de indutância e capacitância entre os eletrodos, velocidade dos elétrons de um eletrodo a outro, etc. — a geração de micro-ondas não é possível a partir deles. Há necessidade de usar tubos especiais através dos quais micro-ondas podem ser geradas de alguns watts até centenas de watts. Para esse fim, existem tubos especiais chamados geradores de micro-ondas, frequentemente usados como geradores de micro-ondas na comunicação por micro-ondas: Magnetron, Klystron, Tubo de Onda Viajante. Que são usados como osciladores e amplificadores de micro-ondas. Aqui explicaremos em detalhes o tubo magnetron.

O que é Magnetron e como funciona?

Um diodo cilíndrico usado como oscilador de micro-ondas na comunicação por micro-ondas é chamado de magnetron. Em outras palavras, o magnetron é usado na comunicação por micro-ondas como gerador de micro-ondas. Os cientistas Randall e Boot, da Inglaterra, inventaram este tubo magnetron.

Construção do Magnetron

Em termos de construção, o magnetron é basicamente cilíndrico. Um magnetron consiste em oito cavidades permanentes de ânodo de cobre ao redor de um cátodo de tungstênio aquecido. O número de cavidades deve ser par no magnetron. O tamanho das cavidades é geralmente mantido de acordo com a frequência de oscilação. Todas as cavidades são feitas a 300 ou 450 graus. Cabo coaxial é conectado a uma das cavidades para obter a saída de micro-ondas desejada. Ao gerar micro-ondas de alta potência, guias de onda são usados para obter o sinal de saída.

O princípio de funcionamento do magnetron de cavidade é o mesmo do tubo de onda viajante. Segundo este, as altas frequências de micro-ondas são geradas pela interação do campo elétrico radial e do campo magnético axial. Portanto, para obter frequências de micro-ondas, devemos fornecer um campo elétrico ao redor do tubo magnetron, como mostrado nas figuras.

O campo elétrico produz movimento em linha reta entre cátodo e ânodo, enquanto o campo magnético produz movimento circular. É por isso que os elétrons emitidos do cátodo aquecido não vão em linha reta devido à interação entre o campo elétrico e magnético.

Quando o valor do campo magnético é zero, o elétron emitido vai diretamente ao ânodo. Há apenas o efeito do campo elétrico naquele momento, como mostrado na figura com a linha X. Mas quando a intensidade do campo magnético aumenta um pouco, o caminho do elétron não é mais tão reto, mas torna-se ligeiramente curvo, como mostrado na figura com a linha Y.

Esta técnica é muito progressiva para gerar micro-ondas de alta frequência porque, quando o elétron emitido se aproxima do eletrodo ânodo, sua velocidade aumenta devido ao efeito do campo magnético. Mas quando o campo magnético é aumentado ainda mais, o elétron emitido não consegue atingir o ânodo, apenas toca o eletrodo ânodo e volta ao cátodo devido ao efeito do campo magnético, como mostrado na figura com a linha Z. Isso é chamado de campo de corte. Da mesma forma, se continuarmos aumentando o campo magnético, os elétrons emitidos irradia e voltam ao cátodo novamente, que por sua vez aquece o cátodo até um valor de temperatura perigoso.

Portanto, concluímos que, se fornecermos e mantivermos um certo valor de campo magnético ao redor do tubo magnetron, podemos obter a frequência desejada de micro-ondas. O magnetron produz frequência de micro-ondas de 900 MHz a 2,5 GHz com potência de 300 watts a 10 kW, operando com cerca de 70% de eficiência.