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Setup de Testes de Validação de Eletromagnetismo

Um avião tático de transporte aéreo da Força Aérea Real Canadense CC-130J em uma Instalação Anecóica de Benefield passando por testes eletrônicos de guerra, um tipo de validação eletromagnética voltada à área militar [1].

Os dispositivos eletroeletrônicos presentes em nosso cotidiano passam por diversas etapas de desenvolvimento. Uma delas se refere aos testes de compatibilidade eletromagnética (ECM – Eletromagnetic Compatibility) e de interferência eletromagnética (EMI – Eletromagnetic Interference), que são tipos de validação de eletromagnetismo. Além destes, existem testes básicos próprios de cada parte do sistema eletrônico. Para tais avaliações, setups de medições são criados e procedimentos preestabelecidos são seguidos, conforme normativa ou literatura que o dispositivo deve obedecer. Um dos cuidados a se tomar antes de se realizar provas de validação de eletromagnetismo é a caracterização dos equipamentos utilizados, como cabos e conectores, o que permite encontrar possíveis fontes de falhas e de perdas.

Uma das áreas do eletromagnetismo aplicado (EA) consiste no estudo de sistemas de radiofrequência (RF), abrangendo as faixas de frequência de HF (High Frequency), VHF (Very High Frequency), UHF (Ultra High Frequency), micro-ondas e ondas ópticas. O objetivo desta área do EA é o estudo e a resolução de certos problemas de engenharia, tais como: redes de sensores sem fio, planejamento de redes sem fio, projetos de antenas inteligentes, dispositivos de micro-ondas, problemas relacionados à compatibilidade eletromagnética e interferência eletromagnética, modelagem para propagação em ambientes móveis celulares, dentre outros [2].

No caso da IBBX, onde se trabalha com sistemas de transmissão e recepção de energia e dados de fontes eletromagnéticas irradiadas, existem alguns testes básicos de validação que são aplicados no desenvolvimento tecnológico. Estas avaliações visam a exploração principalmente de características eletromagnéticas como: medição de coeficiente de reflexão, de potência recebida, de ganho, de diretividade, de campo elétrico e de campo magnético provenientes de componentes radiantes como antenas. Nesses tipos de sistema de transmissão e recepção de energia e dados, qualquer fator desconsiderado no projeto pode ter um impacto significativo na sua eficiência e performance. Assim, além dos parâmetros já mencionados, faz-se necessário quantificar certas influências adicionais, como a do corpo humano e de outros dispositivos.

Medições do coeficiente de reflexão e da potência recebida por uma antena.

Os ensaios de validação dos parâmetros eletromagnéticos devem ser realizados em um ambiente livre de reflexões eletromagnéticas e sonoras, chamado de câmera anecoica. Dependendo da aplicação proposta, certos tipos de parâmetros eletromagnéticos devem ser avaliados. Por exemplo, se a aplicação for o projeto de uma antena, a característica mais importante da mesma é o diagrama de irradiação, que permite definir a antena mais adequada para cada cenário [3]. Para traçar o diagrama de irradiação deve-se medir o campo elétrico ao redor da antena.

Exemplo de diagrama de irradiação de uma antena

No projeto de antenas deve-se determinar o ganho, que é a capacidade da antena focar o sinal eletromagnético em uma determinada direção. Vale ressaltar que a antena não amplifica sinal, porém o ganho expressa a relação da antena com uma antena isotrópica (antena de referência, que possui a mesma irradiação em todas as direções). Deve-se também determinar a diretividade da antena, que determina sua capacidade de concentrar energia irradiada numa dada direção. Outro parâmetro que deve ser avaliado no projeto de uma antena é o coeficiente de reflexão, que mede o quanto de onda eletromagnética é refletida. A antena está operável se o coeficiente de reflexão for inferior a -10 dB, medição que é feita com a utilização de um analisador de rede. Se o projeto for de uma antena transmissora, deve-se medir a potência transmitida e a potência refletida pela antena, que podem ser medidos utilizando um wattímetro. Se o projeto for de uma antena receptora, deve-se medir a potência recebida pela antena em função da distância entre a antena transmissora e a antena receptora, parâmetros que podem ser medidos utilizando um analisador de espectro.

Outros experimentos de validação eletromagnética presentes na etapa de projeto e também no processo de análise de qualidade do produto são as avalições de espúrios e harmônicos. Este tipo de análise permite verificar a possibilidade de interferência eletromagnética em outros equipamentos eletroeletrônicos e em dispositivos de telecomunicações. A IBBX busca, no desenvolvimento dos seus produtos, garantir a excelência e a qualidade frente aos padrões de telecomunicações estabelecidos e às tendências de novas tecnologias, como é o caso do 5G. Desta maneira, a IBBX realiza testes em parceria com o LIT (Laboratório de integração e Testes), localizado no INPE (Instituto Nacional Pesquisas Espaciais). Os ensaios verificam o nível de compatibilidade eletromagnética do sistema com possíveis faixas de frequência atribuídas ao 5G no Brasil e em outros lugares do mundo.

Setup para medida de campo elétrico de uma antena em ambiente aberto.

Setup para medida de campo elétrico de uma antena, ensaio realizado na câmara anecoica do LIT-INPE.

Outro teste bastante comum em dispositivos que utilizam ondas eletromagnéticas não ionizante é a medição da Taxa de Absorção Específica (SAR – Specific Absorption Rate) que fornece informações sobre a interação dos campos irradiados com os tecidos humanos. A verificação de SAR é importante para validação do produto quanto ao nível preestabelecido pela normativa, que correlaciona a efeitos de elevação de temperatura do corpo em exposição à radiofrequência.

A IBBX possui ótimas parcerias e conta um laboratório equipado para realização não somente dos já mencionados, mas de uma série de outros testes de validação de eletromagnetismo. Além disso, dispõe de uma equipe qualificada para a realização dos mesmos, com o objetivo de oferecer excelência e qualidade em seus produtos.

Felipe Machado de Freitas é Engenheiro eletricista formado pelo CEFET-MG e técnico em eletrônica pelo Colégio Técnico da UFMG. Atuou como pesquisador na área de modelagem FDTD de componentes eletrônicos para UHF. Na IBBX, trabalha no desenvolvimento de circuitos para colheita de energia e aplicações em Internet das Coisas (IoT).

Rakelane Mendes possui graduação em Engenharia Elétrica pelo IFMG-Campus Formiga (2015), e mestrado em Engenharia Elétrica pelo CEFET-MG (2020), com período sanduíche realizado no Laboratoire Ampère (Lyon – França). Atualmente está cursando especialização em Eng. de Segurança do Trabalho na UCAM. Possui experiência em projetos elétricos, projetos fotovoltaicos e desenvolvimento de sistemas IoT.

Referências:

[1] https://www.edwards.af.mil/News/Article/828317/benefield-anechoic-facility-hosts-first-royal-canadian-air-force-plane/ Acesso em: 08 de outubro de 2020.

[2] Eletromagnetismo aplicado. Disponível em:< http://editor.ifpb.edu.br/campi/joao-pessoa/cursos/pos-graduacao-stricto-sensu/mestrado-em-engenharia-eletrica/disciplinas/eletromagnetismo-aplicado>. Acesso em: 07 de outubro de 2020.

[3] Antenas. Disponível em: < https://www.teleco.com.br/tutoriais/tutorialrenlace1/pagina_2.asp>. Acesso em: 07 de outubro de 2020.

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