ARLA/CLUSTER: Balun, Unun e outras coisas que tais

[João Gonçalves Costa]

Começámos pelas definições abreviadas de Balun e Unun, que não são mais que uns acrónimos ou siglas ( agrupamento das iniciais de duas ou mais palavras, neste caso duas ) utilizados em telecomunicações com origem na linguagem técnica inglesa:

BALUN - É um dispositivo que "CONVERTE" sistemas Balanceados (BALanced) em não balanceados (UNbalanced) ou vice-versa. O Balun pode ser considerado também como um "TRANSFORMADOR". Portanto, muito resumidamente e simplificada temos duas funções para o Balun, conversor e transformador. 

Unun - É um dispositivo que realiza o acoplamento entre dois sistemas não balanceados (UNbalanced / UNbalacead) sendo na sua forma mais simples um transformador utilizado entre a antena e a linha de transmissão. Portanto, temos neste caso, principalmente aqui a função transformadora. 

Linhas de transmissão - como o nome indica, serve para a transferência não irradiada de energia de uma fonte para uma carga. 
Normalmente, utilizam-se dois tipos de linhas de transmissão com diversas impedâncias;  
- CABO COAXIAL (Linha Não Balanceada)  
- LINHA PARALELA (Linha Balanceada).
No caso dos CABOS COAXIAIS utilizam-se vulgarmente impedâncias de +- 50 Ohms ou 75 Ohms.
Nas LINHAS PARALELAS, o mais utilizado são impedâncias de 300 Ohm ou  450 Ohm,  podendo-se utilizar em alguns casos valores intermédios ou superiores. 

Linhas de Transmissão Balanceadas (vulgo LINHA PARALELA) - Consiste em dois condutores elétricos paralelos com um determinado diâmetro e afastamento ( estes, diâmetro e afastamento, determinam a sua impedância) e onde as tensões e correntes elétricas nos dois condutores são iguais nos valores em todos os planos transversais e com polaridade oposta. As perdas neste tipo de linhas são completamente insignificantes se comparadas ás distancias e frequências de trabalho com os seus "primos" cabos coaxiais, no entanto, qualquer pequena anomalia na instalação (por exemplo; dobrar ou aproximar de quais queres superfícies metálicas) altera e inutiliza  irremediavelmente e muitas vezes permanentemente as suas características.

Linhas de Transmissão Não Balanceadas (vulgo CABOS COAXIAIS) - Ao contrario das linhas de transmissão balanceadas, os dois condutores elétricos (exemplo; núcleo de cobre unifilar ou multifilar e malha de cobre), tem um potencial elétrico diferente, sendo o ideal que a malha esteja ao mesmo potencial da "terra" ou 0 (zero). São muitíssimo mais fáceis de "guiar" na sua instalação, não sendo tão suscetíveis a anomalias externas causadas por fenómenos da indução. O cabo coaxial é construído normalmente num formato cilíndrico com um núcleo condutor de cobre, revestido por um material isolante ( dielétrico interno ) e uma malha de cobre; que por sua vez é revestida por material isolante com uma ou  várias camadas protetoras. Essa blindagem pode constituir-se de uma ou várias malhas ou fitas metálicas. 

Antenas Balanceadas - Não entrando em mais definições e como uma imagem (imaginem) vale mais que 1000 palavras, é o vulgar Dipolo, Vee invertidos e antenas análogas tipo T2FD, Windom, G5RV, etc.

Antenas Não Balanceadas - Também aqui uma imagem para ajudar um fio comprido, tipo Random Wire, Long Wire, Beverage e todas normalmente alimentadas numa das pontas. 

Bem, agora já podemos começar  nos Baluns. 

Existem três grandes grupos:
- Baluns de Tensão,  
- Baluns de Corrente, 
- Ununs.

São construídos com diversas relações de transformação 1:1, 2:1, 4:1, 6:1, 9:1, 10:1, 12:1 ou outras quaisquer relações entre estes valores ou superiores. 
O ideal seria - tendo sido determinada para a frequência X, pelo comprimento da antena Y, com a impedância Z no ponto de ataque, realizar um transformador  com uma relação especifica e exata para este caso, entre a antena e a linha de transmissão, mas como isso não é possível, pois 99,99% das antenas utilizadas são para ser usadas em mais que uma frequência, optasse pelas relações digamos, padrão, acima enunciadas. 

Baluns de Tensão : Utilizam-se preferencialmente para acoplar sistemas balanceados simétricos caso das antenas Dipolo, Vee Invertida, T2FD, Windom,  etc, com o cabo coaxial, sendo este com já vimos, um sistema não balanceado. Assim, neste tipo de antenas idênticas ao dipolo, existem idealmente tensões elétricas e correntes com valores iguais (antena em ressonância) mas em oposição de fase, de onde cremos transferir o máximo de energia para um sistema não balanceado, como é o caso dos cabos coaxiais. Complicado é, pois, o processo inverso de transferência de energia (Cabo coaxial => Antena) pois existem ondas estacionárias que podem facilmente pôr na malha do cabo coaxial correntes indesejáveis que provocam as conhecidas TVI e restantes interferência. Baluns do tipo Tensão produzem tensões iguais e opostas a partir do seu terminal balanceado. Considerando-se que as antenas de baixa impedância são alimentadas por corrente e não por tensão, torna-se desejável que o balun apresente correntes iguais e opostas no seu terminal balanceado. Ganha-se muito pouco se forçarmos o valor das tensões nas duas partes de uma antena a serem iguais e opostas em relação à entrada do balun (malha do coaxial), independentemente de ser uma antena balanceada ou não. O campo magnético produzido pela antena é proporcional ao valor das correntes em seus elementos e não ao valor da tensão em seu ponto de alimentação.

Baluns de Corrente: Também conhecidos por baluns de linhas de transmissão ou  também se podem chamar choques de corrente de RF, sendo nesta função que são mais utilizados, pois a sua principal vantagem é que mesmo que as antenas não estejam balanceadas simetricamente, este transformador não deixa, idealmente, circular correntes na malha exterior do cabo coaxial e dai atenuar as TVI e restantes interferências. São muito mais eficazes e eficientes que os seus "primos" de tensão. O Balun tipo Corrente é a melhor solução encontrada para aplicações quando necessitamos de operar em várias  bandas muito largas e que deverá trabalhar com uma antena  com um altíssimo desfasamento de impedância. 

 Infelizmente, quando os baluns se tornaram populares na instalação de antenas de fio (Dipolos, Vee Invertida, etc), o tipo tensão foi escolhido e é o mais divulgado, fazendo com que muitos fabricantes e radioamadores construíssem e comercializassem esse tipo de balun. Porém, são os baluns tipo Corrente que propiciam uma interface ideal entre o cabo coaxial, que é uma linha de transmissão desbalanceada, e as antenas balanceadas (Dipolos, Vee Invertidas e outras), afinal é exatamente isso que se espera de um balun

Ununs : Num resumo livre este seria basicamrnte um "Transformador Combinado de Impedâncias" pois como já descrevemos anteriormente, estamos aqui na presença de dois sistemas não balanceados (Cabo Coaxial / Antenas tipo Long Wire, Beverage, etc) portanto, já não necessitaríamos da função  "conversora" pois temos aqui dois sistemas não simétricos de cada lado e somente nos interessa a sua função  "transformadora". 

Mitos e publicidade pouco credível :

- Todos os Baluns e Unun são magnéticos ou o que isto queira dizer no contexto onde normalmente é aplicado, portanto, aquilo que alguns vendem como "Balun Magnético" para antena de fio comprido, não é mais que um Unun. 

- Não existe uma impedância "estática" na antena, esta varia consoante a sua altura do solo, frequência de trabalho, comprimento físico e elétrico, ponto de ataque, etc. Em ressonância um dipolo de 1/2 onda  a uma distancia  1/2 comprimento de onda do solo, têm ao centro 73 Ohms e nas pontas valores próximos ou superiores a 1 000 Ohms.

- Nenhuma antena está preparada para ser eficiente em todas as bandas (por exemplo entre 2 ~ 30 MHz) no entanto, há antenas que podem ser razoavelmente eficientes em mais que uma frequência e banda.

- Existem antenas que  são mais suscetíveis a captar ruídos  que outras, sendo as "abertas" piores que as "fechadas" (exemplo Quadra Cubica, Delta Loop, Skyloop, etc). Normalmente o ruído parasitário é gerado próximo da antena e têm polaridade vertical, assim sendo, é recomendado no caso das antenas tipo fio comprido ou "Random Wire" que esta tenha 2/3 do seu tamanho em horizontal (paralela ao solo) e 1/3 em vertical (perpendicular ao solo. 

- É muito difícil  que o radio-escuta saiba exatamente qual a polaridade do sinal que está a ser captado pela sua antena naquele momento, sendo este um dos fatores mais críticos quando se sobe na frequência "MHz" e "GHz". 

- No caso dos Ununs o ponto de "terra" é partilhado eletricamente com a malha do cabo coaxial, no caso dos Baluns pode ou não o ser, sendo recomendado que não seja.

Todos temos noção, que isto são assuntos suficientemente complexos e onde, quando tentamos explicar a não "iniciados" que não tenham o mínimo de conhecimentos da matéria, caímos facilmente em contradições e erros graves. Qualquer estudante universitário na área das telecomunicações sabe que as cadeiras de linhas de transmissão e antenas, alem de requerem muita matemática são suficientemente difíceis, pois alem de tudo o mais, à inclusive licenciaturas só para cada uma destas áreas especificas.

 Assim, que me desculpem os engenheiros e doutores, pois os erros deste basico artigo, mas tentar explicar sem recorrer à matemática e sendo a maioria dos leitores simples interessados e amadores, sem qualquer formação na área, torna a tarefa do divulgador, algo verdadeiramente quase impossível de realizar. No entanto, tentar passar de forma simples ao outro que não  " fala a mesma língua " e não cometer erros, só está ao alcance dos génios,  coisa que não é o caso deste vosso simples e humilde divulgador. 

João Costa (CT1FBF)