Teoria
O Ambiente Eletromagnético (parte I)
- Detalhes
- Criado em Segunda, 12 Setembro 2011 00:13
- Última atualização em Sábado, 09 Junho 2012 16:20
- Escrito por Eduardo Faustino Coelho
- Acessos: 2174
Como foi apresentado em artigos anteriores, o ambiente eletromagnético é a totalidade (variável no tempo) dos fenômenos eletromagnéticos existentes em uma certa localidade (IEC 1989). Essa definição é muito ampla e um tanto vaga. Nesse artigo e nos próximos, vamos definir o ambiente eletromagnético em termos mais específicos.
Todos aqueles que já fizeram um curso técnico ou de engenharia em especialidade relacionada à eletricidade aprendem que as grandezas básicas para estudo dos fenômenos eletromagnéticos são: tensão, corrente, campo elétrico e campo magnético. O ambiente eletromagnético será também descrito em termos dessas quatro grandezas.
Tensões e correntes são grandezas que se manifestam em condutores e são medidas com o auxílio de pontas de prova específicas. Campos elétricos e magnéticos são grandezas que se manifestam em isolantes (entre eles o espaço livre) e são medidas com o auxílio de antenas apropriadas.
Nos artigos sobre a construção da Matriz de Interferências nós fizemos algumas observações sobre as emissões que podem ser geradas ou que podem perturbar aparelhos tão vários como fritadeiras, roteadores de WI-FI ou condicionadores de ar, mas a apresentação anterior foi muito longe de ser exaustiva. É necessário apresentar a forma como um equipamento pode contribuir para o ambiente eletromagnético de uma forma mais extensiva.
Vamos imaginar que o equipamento que nós queremos analisar está envolvido por uma superfície fechada. Na figura acima escolhemos usar um paralelepípedo para ser essa superfície, mas ela poderia ser qualquer outra, inclusive a superfície externa do chassis do equipamento.
Vamos supor também que nós varremos essa superfície com detetores específicos para as quatro grandezas usadas para definir o campo eletromagnético. Nos pontos A, B e C os cabos de sinais e força interceptam a superfície fechada e podemos medir os sinais na forma de tensões e correntes, em todos os outros pontos os sinais devem ser medidos na forma de campos elétricos ou magnéticos.
Como já afirmamos em artigos anteriores, equipamentos reais não produzem apenas os sinais que forma projetados para produzir, infelizmente equipamentos reais, dentro de certos limites, inevitavelmente produzem energia eletromagnética indesejável, ou emissões como é normalmente chamada. Nos pontos A, B e C mediremos emissões conduzidas, na forma de tensões e correntes. Em todos os outros pontos da superfície imaginária haverá também emissões que serão medidas na forma de campos elétricos e magnéticos ou emissões radiadas.
Seria muito ingênuo supor que todos os sinais medidos sobre a superfície imaginária são devidos ao equipamento contido em seu interior, porque no ambiente eletromagnético real, existem as emissões oriundas de outros equipamentos e de fontes naturais (como raios, manchas solares, etc). Para representar as emissões oriundas do equipamento sobre análise e do ambiente externo usamos respectivamente as cores azul e vermelha.
Depois de varrer a superfície imaginária com os detetores das quatro grandezas básicas e separar (ou pelo menos tentar) as emissões oriundas do equipamento e as ambientais, por exemplo varrendo a superfície duas vezes (uma com o equipamento desligado e outra ligado). Ainda teremos que responder às perguntas: “trata-se de um equipamento grande ou pequeno?”; “a emissão é de frequência baixa ou alta?”, “a superfície escolhida está próxima ou afastada do equipamento?”. E as noções de grande ou pequeno, alta ou baixa e próximo ou distante vão depender do conceito de “comprimento de onda.”
Vamos supor que num certo instante estamos observando a passagem de uma onda de rádio de frequência f (em Hertz), como já sabemos as ondas de rádio propagam-se na atmosfera com velocidade igual a da luz (c=300.000 quilômetros por segundo). Em um segundo, a onda vai percorrer 300.000 quilômetros e, como tem frequência igual a f Hertz, vai formar f máximos (ou picos) e f mínimos (ou vales) de intensidade de campo, então a distância entre dois picos ou dois vales consecutivos vai ser igual à velocidade de propagação da onda dividida pela frequência. Ou seja, o comprimento de onda λ (lâmbda) é dado pela expressão:
λ=v/f
Dizemos que um circuito é pequeno se as tensões e correntes ao longo de um mesmo condutor não variam significativamente. Dito de outra maneira aquilo que acontece em um ponto do condutor acontece simultaneamente em todos os pontos do condutor. Essa condição de uniformidade de tensões e correntes ao longo dos condutores é chamada “quase estacionária”. “Quase” porque as tensões e correntes não são realmente estacionárias, ao contrário do que ocorre em um circuito de corrente contínua. O critério para estabelecer se o circuito é “grande” ou pequeno é:
Se d/λ >0,01, circuito grande – condição quase estacionária não satisfeita
Se d/λ <0,01, circuito pequeno – condição quase estacionária satisfeita
onde d é a dimensão do condutor mais longo do circuito.
Quando um circuito tem muitos condutores, cada condutor vai produzir energia eletromagnética que pode influenciar os outros. Se, para o circuito sob análise, a condição quase estacionária for satisfeita, podemos considerar que no circuito “pequeno” existem resistores, capacitores e indutores interligados por condutores, e tensões e correntes podem ser calculadas pela teoria de circuitos “clássica”. Do contrário, no circuito “grande” cada condutor será um misto de trecho de linha de transmissão com ondas estacionárias e antena (de transmissão ou de recepção). Nesse caso o cálculo de tensões e correntes torna-se bem mais difícil devido às ondas estacionárias ao longo dos condutores e também do acoplamento de energia eletromagnética entre os condutores (cross-talk).
O comprimento de onda servirá como critério também para responder às outras perguntas: “a emissão é de frequência baixa ou alta?”, “a superfície escolhida está próxima ou afastada do equipamento?” Caso a frequência da emissão tenha um comprimento de onda para o qual o equipamento não possa mais ser considerado “pequeno”, diremos que a emissão é de alta frequência (mesmo que o equipamento tenha uma frequência de operação muito inferior). Caso a distância entre superfície escolhida para medir as emissões e a superfície exterior do equipamento sob análise seja da ordem de muitos comprimentos de onda (dez ou mais), podemos dizer que a superfície de medição está “longe” do equipamento, do contrário diremos que a mesma está “perto”.
Veja também: