Teoria Básica sobre Rádio Frequência

O básico de RF É difícil explicar o que não vemos, então vou usar algumas analogias para tentar dar uma noção geral. O conceito de freqüência é difícil de entender quando se fala em rádio, mas é fácil de entender quando são freqüências sonoras. No som, freqüências mais baixas são ondas mais longas, graves, usam alto-falantes maiores (woofers e subwoofers), balançam vidros e dá para sentir fisicamente não apenas nos ouvidos, mas em todo o corpo. Pelo comprimento de onda elas penetram mais facilmente em obstáculos, atravessam paredes, etc., mas carregam pouca informação. Para comunicação, freqüências baixas de rádio são usadas para comunicação com submarinos. A comunicação é lenta, mas penetra na água e por isto é essencial nestes casos, mas pouco útil para modelismo. Frequências médias atravessam menos os obstáculos do que freqüências mais baixas, mas carregam mais informação, em áudio é a freqüência da voz humana. Os rádios 72MHz de certa forma são análogos a estas frequências pela capacidade de atravessar alguns obstáculos e boa propagação (como comparação, você já deve ter ouvido os famosos vendedores de pamonha que atormentam a maioria dos bairros das grandes cidades). As freqüências mais altas, agudas, têm comprimento de onda menor (por isto usam twitters, pequenos alto-falantes), mas cortinas e estofados abafam facilmente estes sons, não atravessam bem paredes, etc. Mas em RF estas freqüências carregam muita informação, e com pouca potência e pequeno tamanho (compare o tamanho de um tweeter ao do subwoofer) transmitem o sinal a uma boa distância se não houver obstáculos. A diferença entre as ondas sonoras, nesta analogia, é que as sonoras são ondas mecânicas, balançam coisas como os subwoofers. Enquanto isto, as ondas de rádio são eletromagnéticas, podem ser percebidas por circuitos elétricos, mas normalmente não por pessoas ou animais. Como os canais são formados Desde que foram criados os rádios proporcionais nos anos 60, a maioria dos equipamentos usa uma codificação chamada PPM (Pulse Position Modulation). Cada canal é transmitido como um comando de 1ms (na prática, até um pouco menos) a 2ms (na prática até um pouco mais), sendo 1,5ms o centro. O conceito é simples, envia-se um pulso para marcar o começo do sinal do canal 1, o próximo pulso marca o começo do canal 2, e assim por diante até enviar todos os canais, até no máximo 8 ou 9. Após 20 milésimos de segundo repete-se o primeiro pulso, e isto fica em ciclo, 50 sequências de pulsos por segundo. Pode parecer complicado, mas circuitos integrados existentes há muito tempo como 4015 e 4017 dão conta de separar os canais facilmente. Estes CIs são muito utilizados em contadores, seqüenciais, divisores, etc. e sempre foram facilmente disponíveis. Um intervalo maior que 2ms entre o final de um pulso e o começo do próximo zera o contador e volta ao canal 1, então é possível codificar de 1 a 8 canais (ou até 9 dependendo do caso) usando esta lógica. No cabo trainer e interfaces de simulador este sinal é carregado por um fio, mas isto não seria muito útil para aeromodelos, automodelos nem nada do tipo. Aí entra o rádio. Pode parecer arcaico, mas mesmo os módulos 2,4GHz atuais recebem os sinais da parte de lógica do transmissor por esta forma. É simples, é de certa forma analógico, mas é padronizado e funciona bem. AM Os primeiros sistemas de rádiocontrole proporcionais eram AM, Amplitude Modulada. Na verdade Amplitude Modulada é o nome incorreto para o sistema utilizado. Neste sistema os pulsos são transmitidos na freqüência do cristal, e os intervalos entre eles não são transmitidos, como se fosse um telégrafo, na verdade uma modulação por chaveamento ligado/desligado, ou OOK (On Off Keying), o que não é tão ruim quanto a qualidade de áudio das rádios comerciais AM. Enquanto havia poucos equipamentos de RF e o mundo não era tão cheio de comunicação por rádio este sistema funcionava bem, e sob certos aspectos ainda funcionam. O maior problema dos AM era que a precisão dos equipamentos transmissores na época não era das melhores. Os receptores não eram tão seletivos quanto os atuais, e acabavam detectando também, em menor intensidade, freqüências vizinhas. Como no AM o intervalo é marcado pela ausência de sinal, caso houvesse alguém transmitindo em freqüência próxima corria-se o risco do receptor não perceber esta ausência devido ao sinal do canal vizinho. Outro problema é o eco, que prolonga o sinal. Uma analogia sonora é uma buzina, normalmente só tem uma freqüência e só pode ser ligada ou desligada. Dá para transmitir o sinal bem longe, mas se houver duas em freqüências próximas de longe é difícil de identificar qual está tocando. Da mesma forma, se você tocar uma buzina em uma área com superfícies refletoras provavelmente ouvirá vários ecos, que prolongam e repetem o sinal, atrapalhando saber sua duração exata. Em cima desta modulação de sinal (AM) é aplicada a modulação do comando (PPM). FM Como uma forma de melhorar a sensibilidade a ruídos do sistema AM, foi criado o sistema FM. Novamente, FM (freqüência modula) não descreve bem o que acontece aqui. Nas rádios comerciais, transmitindo voz e música, freqüência modulada significa que quando o sinal está em zero (silêncio) transmite-se na freqüência base da rádio, e a forma de onda do áudio varia a freqüência para cima ou para baixo em infinitas variações dentro da faixa reservada à transmissora. Nos FM de modelismo, não há infinitas freqüências, apenas duas. Assim, o nome mais correto seria FSK (Frequency Shift Keying), ou chaveamento por mudança de freqüência. Neste caso quando não há pulso para servo transmite-o sinal na freqüência base (no caso dos Futaba e Hitec), por exemplo de 72,010MHz para o canal 11 da faixa de 72MHz. Para transmitir um pulso a frequência é deslocada 5000Hz para menos nos Futaba, Hitec e compatíveis, 72,005MHz, por isto sendo chamado de Negative Shift ou deslocamento negativo. Nas demais marcas desloca-se a frequência para mais, 72,015MHz no caso, assim chamando de Positive Shift ou deslocamento positivo. A vantagem deste sistema é que mesmo quando não há pulso para servo é transmitido um sinal, então o receptor “escuta” continuamente o transmissor, não ficando tão sujeito a ouvir sinais de faixas vizinhas. O equivalente sonoro seria uma flauta com apenas duas notas, dá facilmente para perceber quando cada uma está tocando. Entretanto, se houver várias flautas tocando próximas fica mais difícil de identificar, aí é preciso um ouvido mais bem treinado ou algum artifício adicional para identificar que nota de qual flauta está tocando. Veremos isto mais adiante em receptores single conversion (conversão simples) x dual conversion (conversão dupla). Cristais de transmissor e receptor, single conversion e dual conversion Bom, vamos partir dos circuitos para ver por que transmissores de marcas diferentes não funcionam com cristal de outra marca e por que cristais “single conversion” ou “conversão simples” são diferente dos dual conversion (conversão dupla). Primeiro, a transmissão. Digamos que seu rádio seja 72.190Mhz. É difícil gerar esta freqüência de forma estável, é muito alta, e também é difícil amplificá-la. Para deixar as coisas mais fáceis, os transmissores geram freqüências menores (geralmente 1/3 ou 1/5, as primeiras harmônicas úteis). Usa-se um cristal de frequência menor, para gerar, por exemplo, uma onda quadrada de 1/5 da freqüência (14438Khz neste exemplo). No século 18 um matemático chamado Fourier provou que qualquer formato de onda é na verdade uma somatória de senóides em diferentes freqüências (é assim que funcionam filtros digitais, compressão de áudio, DSP, etc.). No caso da onda quadrada, ela é formada pela fundamental mais o triplo (com 1/3 da amplitude), mas a quinta harmônica (com 1/5 da amplitude), etc. Dá uma função assim: y = sen(x)+sen(3x)/3+sen(5x)/5+sen(7x)/7, ... Basta então filtrar da onda quadrada frequências, por exemplo, acima de 60Mhz e abaixo de 80Mhz, que se tem a portadora de 72.190Mhz. No caso dos AM, basta modular com o sinal dos servos e amplificar que está pronto. Assim, no caso dos transmissores FM, é somado um sinal ao original, de forma a obter uma freqüência de 72.185Mhz (deslocamento negativo - negative shift) nos Futaba/Hitec ou 72.195Mhz (deslocamento positivo - positive shift) nos Airtronics/Sanwa, para transmitir os comandos para os servos (o 72.190 é ausência de comando, como um sinal de silêncio em uma rádio comercial FM. Bom, quando este sinal chega no receptor, começa outro parto... Quem já pilotou um bimotor deve ter percebido que quando os motores giram em velocidades ligeiramente diferentes o ruído em vez de contínuo oscila como num vvRRummvvRRuumm. Esta é a freqüência de batimento. Mas o que tem ela a ver com o receptor? No caso dos AM, a história era simples. Como é difícil trabalhar com 72.190Mhz, bastava usar um cristal de 72.645Mhz para gerar uma outra onda. Somando a onda gerada na original, consegue-se por batimento duas novas ondas, uma com a soma (144.835Mhz, tão alta que o circuito a despreza) e outra com a diferença das freqüências (455Khz). Bastava então usar um filtro de 455Khz, se houver um sinal nesta freqüência, é pulso, se não tiver, é o intervalo entre eles, e ponto final. Quando inventaram os FMs, a história complicou um pouco. O cristal de 72645 continua funcionando, mas nos Futaba será gerada uma freqüência de 455Khz (intervalo entre os pulsos) ou 500Khz (pulsos de comando). Nos JR/Airtronics, são geradas freqüências de 455Khz e 450Khz. Até aí tudo bem, se não fossem alguns detalhes, que causam problemas: 1. Como o mercado para receptores de rádiocontrole não é exatamente grande o suficiente para valer a pena fazer CIs dedicados a receptores (normalmente é preciso volume acima de 100 mil unidades para isto) muitos receptores usam circuitos integrados usados em receptores comerciais, como rádios portáteis, rádios de carro e semelhantes, algo perfeitamente aceitável já que as freqüências são próximas, a freqüência intermediária de 455KHz é praticamente a mesma usada nestes equipamentos, e os 100KHz de separação entre freqüências não era muito menor que os 200KHz das rádios comerciais; 2. A partir de 1991 os 7 canais disponíveis, com separação de 100KHz entre eles, foram ampliados para 50 canais com separação de 20KHz; 3. Quando foram inventados pagers, seus sinais passaram a ocupar as lacunas entre os canais de 72Mhz. Assim, 72010 é o canal 11 de aeromodelismo, 72030 é o canal 12, mas o 72020 é usado. Com modulação FM, transmite-se e recebe-se em 72005, 72015, etc., perigosamente perto dos pagers; 4. Um rádio padrão JR e outro Futaba em freqüências vizinhas também ficam muito perto (72190 Futaba transmite em 72190 e 72185, o canal anterior for JR, transmitirá em 72170 e 72175, bem perto também; 5. Saturação. mesmo um maestro ficará com dificuldade de identificar timbres se seu ouvido ficar entupido por deixarem ele do lado de um PA de show. O mesmo acontece com rádios, ao passar sobre outros transmissores o sinal do outro, apesar de estar em freqüência diferente, será muito mais forte do que o seu, saturando os circuitos e deixando-o meio surdo; 6. Intermodulação. Digamos que você está voando com seu rádio de 72190, e seus vizinhos de campo estão com 72210 e 72230. A segunda harmônica do 72210 (144420) dará batimento com o 72230, resultando em (144420-72230 = 72190, exatamente o nosso rádio-exemplo). Estes são os mais básicos. Para diminuir estas atrapalhadas, precisava-se fazer alguma coisa, mas como os filtros existentes na época não eram os melhores possíveis, passou-se a usar uma outra freqüência intermediária, mas bem mais alta, de forma a facilitar a coisa. É como passar água suja por dois filtros, se o primeiro não pegar toda a sujeira, a tendência é que o segundo pegue. Desta forma, o cristal dual-conversion para nosso receptor exemplo será de 72.190+10.7Mhz, portanto 82890. Ao somar a freqüência do cristal à freqüência recebida, tem-se 82890+72190 (155080, ignorada por ser muito alta) e 82890-72190=10.7Mhz. Aí está a primeira filtragem. Como esta freqüência é muito alta para ser detectada adequadamente, usa-se outro cristal na placa, de 11.155Mhz, que somada aos 10.7Mhz geram os mesmos 455Khz que os single-conversion filtram e identificam, aí está a segunda filtragem. Se os circuitos não tiverem distorção nem gerarem ruído por conta própria é uma boa receita. Neste processo de dupla-conversão do sinal, consegue-se eliminar melhor as freqüências que não interessam, e é por isto que normalmente os receptores dual-conversion têm melhor alcance e sofrem menos com ruídos. Algumas marcas (JR, Berg e outras) em vez de partir para soluções dual-conversion resolveram investir em filtros melhores e processamento digital do sinal, para evitar pegar sinais que não interessam e ignorar caso entrem sinais em sua freqüência exata, como os de intermodulação do exemplo acima. Talvez eu tenha exagerado no tamanho do texto, mas isto explica por que cristal de receptor single não funciona em receptor dual e vice-versa, por que cristais de transmissores de marcas diferentes não devem ser trocados entre si, e por que o cristal do receptor deve ser para a mesma freqüência, mas de acordo com o recomendado pelo fabricante do receptor, não do transmissor. No fundo, são todos cristais bem diferentes, com a mesma finalidade. Sintetizadores PLL (Phase Locked Looping, Laço Travado em Fase) Nem todo transmissor ou receptor tem cristais para trocar, muitos têm um jeito diferente de obter freqüências, os sintetizadores PLL, que dão o nome aos “módulos sintetizados”, “receptores sintetizados”, etc. PLL na verdade é uma tecnologia presente rotineiramente ao nosso redor hoje em dia. Nos computadores, a maioria das placas mãe permite ajustar a freqüência sem precisar trocar cristal. Nos rádios FM, praticamente não existem mais aqueles controles rotativos com agulha para ver a freqüência, tudo é digital, PLL. Nos celulares, TVs, praticamente tudo quanto é tipo de sintonizador atual usa PLL, e não cristais individuais. O princípio novamente não é nada tão complicado. Sintetizadores PLL têm sim cristal, mas não precisam trocá-los. Normalmente é usado um único cristal de 16MHz ou 20MHz, e a partir dele são usados “truques” matemáticos, físicos e eletrônicos, e filtros, para obter a freqüência desejada. Por exemplo, para obter 72,465MHz para um receptor single conversion receber sinal no canal 11 (72,010MHz), os 20MHz podem ser multiplicados por 3 (pegando a segunda harmônica), obtendo 60Mhz. Podem também ser divididos por 2, obtendo 10MHz, que somando aos 60MHz chegam a 70MHz. Somando um nono dos 20MHz originais, chega-se a 72,222MHz, e com mais algumas somas de múltiplos e submúltiplos, chega-se a praticamente qualquer freqüência. Não é simples, mas existem circuitos integrados prontos para isto que por serem produzidos aos milhões são pequenos, confiáveis e baratos. O sinal gerado é usado como se fosse o sinal obtido de um cristal tradicional, o resto do circuito se mantém, então pode-se ter transmissores, receptores single conversion, receptores dual conversion, PPM, PCM, etc. sintetizados. Existem várias lendas sobre transmissores e receptores PLL, a maior parte é besteira, mas como é um circuito à parte que precisa ser controlado por um microcontrolador alguns cuidados são necessários, como certificar-se de que a freqüência está travada e memorizada pelo receptor, e fazer teste de alcance, como em um receptor com cristal. PCM O sinal PPM tradicional tem algumas inegáveis vantagens. As principais são a padronização (é igual para todas as marcas) e a simplicidade (é fácil de entender, fácil de medir, fácil de fazer circuitos compatíveis), e funciona bem para a maioria dos casos. Mas por ser um sistema analógico tem algumas limitações, a principal é não ter nenhuma verificação de erro. Isto é, se seu receptor receber um ruído, este ruído irá causar um movimento errado nos servos, podendo causar acidente ou perda de controle. A partir dos anos 80 foram criados diferentes tipos de modulação digital, chamada de PCM (Pulse Code Modulation). Neste caso, em vez de enviar um sinal cuja duração é a única referência, as posições dos comandos são traduzidas em números, e estes números são enviados para o receptor. Como são números, é fácil criar uma verificação, como se fosse um dígito verificador. Se houver algum ruído a verificação não vai conferir e o comando errado é ignorado. Outra vantagem colateral, mas que não necessariamente precisa de PCM para existir, é a proteção contra falhas (fail safe). Quando usada, configura-se uma posição de emergência, para a qual os comandos são movidos no caso de perda de sinal. No caso de um avião esta posição pode ser motor desligado, ailerons, leme e profundor configurados para curva suave, de forma a não permitir que o modelo saia de alcance, por exemplo. A maior desvantagem do PCM é que cada marca tem o seu, isto quando a mesma marca não possui vários padrões diferentes, então você é obrigado a comprar sempre a mesma marca. Uma conseqüência disto é a segunda maior desvantagem: o preço. Apesar de receptores PCM terem um pequeno microcontrolador, isto não justifica os preços praticados, às vezes o dobro de um receptor comum (PPM) da mesma marca e número de canais. Estas desvantagens acabaram restringindo seu uso a alguns nichos de mercado que precisam de muita confiabilidade, como modelos gigantes, helicópteros, aplicações profissionais, dentre outras. Os rádios PCM continuam sendo FM, pois o PCM apenas substitui a modulação da informação PPM por algo mais moderno, mas a modulação do sinal físico continua sendo FM (FSK na verdade). Tamanho e posição da antena para transmissões em 72MHz A maioria das antenas usadas em aeromodelismo é do tipo unifilar, ou seja, um fio simples. Na faixa de 72MHz a norma da Anatel (Agência Nacional de Telecomunicações) especifica que o transmissor não pode ter mais que 1W de potência irradiada, a antena do transmissor não pode ter ganho maior que um dipolo de meia onda, e a antena não pode ser instalada a mais de 10m do nível do solo, e a polarização deve ser vertical. Para 72Mhz um dipolo de meia onda é uma antena com duas hastes de 1m de comprimento, normalmente instalada em torre ou poste, o que não seria muito prático, então na prática todos os transmissores do mercado utilizam antena telescópica de 1m, que atua como uma unifilar. Aumentar ou diminuir esta antena não traz ganhos de alcance ou praticidade, apenas piora o alcance e sobrecarrega o circuito de RF, podendo queimá-lo. Da mesma forma a maioria dos receptores de 72MHz utiliza antena unifilar de cerca de 1m de comprimento, alguns utilizam antenas de 50cm principalmente para parkflyers e modelos indoor. Para alguns tipos de modelo, entretanto, o ganho e alcance destas antenas de 1m supera em muito a necessidade real. Por exemplo, é impossível pilotar um modelo de 1m a 1600m de distância, e por outro lado é também impossível alojar uma antena de 1m dentro dele de forma adequada (esticada). Os receptores Castle Creations Berg, por serem single conversion acabam ficando com ganho alto demais e podem eventualmente saturar em ambientes com muito ruído eletromagnético. Nestes casos pode-se cortar com segurança a antena para a metade do tamanho (50cm). O alcance vai diminuir, mas considerando 800m de alcance com esta antena mais curta em um modelo park-flyer já está muito acima da necessidade real, e acaba sendo até vantajoso em termos de qualidade da recepção, pois antena de 50cm pode ser facilmente colocada de forma adequada (reta, sem proximidade com peças metálicas ou fontes de ruído, e sem ficar paralela com links metálicos que agem como refletores e podem bloquear o sinal). Estes receptores também são beneficiados por instalação de antenas sintonizadas (com indutor), desde que projetadas, instaladas e posicionadas corretamente. Receptores que vêm de fábrica com 50cm não devem nunca ter a antena aumentada. O circuito já foi projetado por isto e alguns fabricantes já até utilizaram antenas maiores em circuitos semelhantes, com resultados ruins. Poderia até aumentar o alcance em ambientes perfeitos, sem interferência, mas em qualquer campo de vôo vai deixá-los muito mais sujeitos a interferências. Quanto à posição, não só da antena como também do receptor, é muito importante ter cuidado. Por melhor que seja o receptor, ruídos muito próximos causarão problemas. Por isto, procure sempre deixar o receptor o mais longe possível principalmente do motor e ESC, do fio da bateria, e dos servos. Um arranjo típico dos modelos é motor, ESC, bateria, receptor, servos. Procure sempre deixar 5cm ou mais entre bateria e receptor, e entre receptor e servos. O cabo da bateria passando rente ao receptor é uma fonte de ruído constante pois parte do ruído do chaveamento do ESC para o motor acaba voltando pelo cabo de alimentação. Quanto à antena do receptor, procure deixá-la esticada, passando longe de partes metálicas e evitando deixá-la paralela a arames de comando. Algumas sugestões: • Se você substituir os arames de comando de leme e profundor por varetas de fibra de vidro, não deixando fios entre os servos e as superfícies de controle, a cauda não atrapalhará a recepção dos sinais então pode-se passar o fio da antena por ali facilmente. Uma dica durante a construção do modelo é usar vários canudos de refrigerante em sequência, unidos entre si com fita adesiva, que acabam sendo um duto leve, prático e barato para passar a antena sem esforço em qualquer tipo de modelo; • Se usar antena sintonizada (com indutor), deixe a antena, e principalmente o indutor, o mais longe possível de qualquer objeto metálico. Preferencialmente a haste mais longa após o indutor deve ficar na vertical, então uma boa idéia é deixá-la saindo pela fuselagem na vertical ou um pouco inclinada para trás, como uma antena de teto automotica; • Em modelos que têm somente leme e profundor, geralmente a asa tem pouco ou nenhum metal, então é um bom caminho para passar fios de antena, desde que se deixe uma canaleta para isto como citado acima; • Em hidroaviões, deixe sempre uma parte da antena próxima da vertical, subindo pelo estabilizador vertical, por exemplo. Mesmo receptores dual conversion trabalhando próximo ao transmissor acabam sendo muito prejudicados pela interferência por caminhos múltiplos causada pela água. Como esta interferência tem polarização horizontal, a parte vertical da antena receberá o sinal original sem interferência; • Nunca faça a antena fazer um caminho ida e volta, por exemplo indo até a cauda e voltando, ou indo até a ponta da asa e voltando, isto anula boa parte do sinal. É preferível deixar a antena “pendurada” atrás do avião, ou mesmo cortar a antena para 50cm (nos Berg), diminuir o comprimendo enrolando em torno do gabarito fornecido pelo fabricante (Hitec), ou usando uma antena sintonizada. Como a propagação do sinal é perpendicular à antena, uma boa posição para antena do transmissor é apontada para cima (e não voe o modelo sobre sua cabeça, além de infringir as regras básicas de segurança e bom senso perde-se a referência facilmente). Como nem sempre isto é possível, outra boa opção é apontando para o solo a 45 graus, de forma a mantê-la quase perpendicular à direção do vôo. A pior direção possível para se apontar a antena do transmissor é diretamente para o modelo. Nesta situação pouco ou nenhum sinal original será recebido pelo transmissor, que receberá praticamente só os reflexos do sinal no solo e em objetos próprios, obviamente com menos intensidade e qualidade. Cuidados com 72MHz O principal cuidado devido ao uso de freqüências fixas é, de longe, com outras pessoas utilizando a mesma freqüência. Portanto, se em seu local de vôo houver controle de freqüência, use-o adequadamente. Além disto, verifique com outros modelistas se há mais alguém usando a mesma freqüência antes de ligar seu equipamento e nunca voe a menos de 3Km de locais onde outros aeromodelistas estejam voando, pois você pode acabar interferindo ou recebendo interferência de outro rádio na mesma freqüência que esteja sendo utilizado próximo. 72MHz também não gosta de água, o reflexo do sinal em lagos e rios é ótimo para gerar interferências por múltiplos caminhos, mas a chuva em si não é um grande problema. Já voei com chuva algumas vezes (era hidroavião e estava bem vedado, eu estava em local seguro, continuei voando...) . Portanto sempre que for voar próximo a estas superfícies, tome cuidado com o posicionamento da antena do receptor e do transmissor, para otimizar o sinal, como descrito acima. Além disto, evite vôos rasantes desnecessários sobre a água, se estiver voando hidroavião utilize-a somente como pista mas após decolar mantenha mais de 10m de altitude. Escolha de equipamento em 72MHz Como 72MHz ainda é muito usado mas muitas pessoas estão abandonando para trocar para 2,4GHz, os preços de transmissores e receptores estão bastante acessíveis, principalmente no mercado de usados. Sendo assim, não vale a pena arriscar com equipamentos de baixa qualidade, então evite marcas de transmissores genéricas e receptores idem. Boas marcas de transmissores que são confiáveis se estiverem funcionando adequadamente (faça teste de alcance e procure revisar com um bom técnico especializado) são Futaba, Hitec, JR, Airtronics, Multiplex, GWS. Para receptores, além destas acrescente Berg e FMAdirect. Obviamente nem todos os receptores são iguais, então os Hitec Feather (e outros Hitec single conversion), GWS R4P, e os Futaba micro single conversion são receptores de curto alcance que devem ser usados apenas para vôo indoor. Para voar em ambiente externo procure utilizar receptores com alcance nominal acima de 500m, como Futaba R127, Hitec Electron 6, Berg (todos), GWS RD8, e outros modelos dual conversion, além dos JR, Multiplex e Airtronics. 2,4GHz A nova onda do mercado são os rádios de 2,4GHz. A principal característica destes novos rádios não é a freqüência em si (poderia ser 900MHz por exemplo), mas a forma como o sinal é transmitido. Nos rádios comuns, AM ou FM, usa-se uma única freqüência portadora fixa para transmitir o sinal, então se algo interferir nesta freqüência, adeus aeromodelo. Nas freqüências de 900MHz e 2,4GHz, dentre outras, é obrigatório usar espectro espalhado (spread spectrum). A idéia, desenvolvida inicialmente para aplicações militares, é não transmitir o sinal por uma única freqüência, mas dividir o sinal para transmitir em várias ao mesmo tempo, ou alternar a frequência várias vezes por segundo dependendo da técnica utilizada. Desta forma, caso algo interfira em uma freqüência, atrapalhará a transmissão por uma fração de segundo, o que nem será percebido pelo usuário. Como nos PCM, a primeira etapa é converter os comandos em números. Como um exemplo, suponhamos um rádio de 4 canais, com os canais estejam próximos ao centro, menos o canal 1 que está próximo ao mínimo, e que estamos modulando comandos de 0 a 1000 (500 é o centro). Note que isto é apenas um exemplo, na prática os dados são convertidos em números binários, mas isto foge do escopo deste exemplo. Os comandos então são convertidos para 010, 510, 499, 501. Para indicar que estamos mandando um sinal, podemos colocar um número adicional no começo (início de transmissão), por exemplo 1010. Seguido a ele mandamos o número de série do transmissor (0123 por exemplo). Fica então 1010, 0123, 0010, 0510, 0499, 0501. Acrescentamos então uma verificação, digamos que no nosso exemplo apenas somamos todos os números e pegamos os 3 últimos dígitos. Ficaria 1010+0123+0010+0510+0499+0501 = 2653, então fica assim: 1010, 0123, 0010, 0510, 0499, 0501, 0653, e está pronto nosso exemplo do “pacote” de transmissão de nosso protocolo proprietário. Aí precisamos transmitir isto por rádio. Existem dois métodos usados para isto: DSSS: Digital Sequence Spread Spectrum – Espectro Espalhado por Sequência Direta Este método é utilizado pela maioria dos fabricantes de rádios 2,4Ghz, por sua maior facilidade de implementação. Neste método não existem freqüências individuais, mas conjuntos de freqüências, que dependendo do conceito são chamados de “canais” mas não têm muito a ver com a nossa freqüência única de 72MHz. O sinal é dividido em várias freqüências diferentes. Seguindo a abordagem do nosso exemplo é como se cada um dos 28 algarismo do exemplo acima (1010, 0123, 0010, 0510, 0499, 0501, 0653) fosse transmitido em uma freqüência diferente. Claro que se alguém interferir numa destas freqüências vai atrapalhar a transmissão. Então repete-se o sinal várias vezes, então caso alguém interfira num dos dígitos temos como saber, corrigir e receber a informação completa no receptor. Na realidade, claro, é um pouco mais complexo do que isto mas o conceito é este. FHSS: Frequency Hopping Spread Spectrum – Espectro Espalhado por Salto de Frequência Neste método em vez de dividir o sinal, troca-se continuamente de freqüência, muitas vezes por segundo. A sequência destas mudanças é sincronizada entre receptor e transmissor (e portanto um pouco mais difícil de implementar). Como um exemplo, pode-se começar transmitindo nossa informação na freqüência 2405,010MHz, em seguida troca-se para a 2434,015MHz, depois para 2352,001MHz, e assim por diante. Esta mudança acontece centenas ou milhares de vezes por segundo, então mesmo que existam milhares de equipamentos na mesma região eles interferirão nos demais apenas uma fração de tempo. No resto do tempo informação ainda passará pelas freqüências livres sem problemas, e graças à detecção e correção de erros até um certo nível a interferência nem será sentida, a partir de um nível muito crítico os comandos podem ficar um pouco mais lentos. A maior vantagem deste método é que o decaimento é mais suave, antes de perder o controle perde-se cada vez mais a velocidade de transmissão, mas como a implementação é mais complexa poucas marcas o usam. Bind, ou vinculação Como nos 2,4GHz não existem cristais para trocar, é preciso definir um jeito do receptor saber a qual transmissor ele deve obedecer. Para isto transmissores e receptores geralmente têm comandos de bind (vincular) que dependendo do modelo podem ser acionados por botões ou conectores específicos. O que isto faz é relativamente simples: no nosso exemplo acima o número de série do transmissor é enviado junto com as posições dos comandos. Então ao fazer “bind” ou vinculação, o receptor memoriza qual é o número de série do transmissor que ele deve obedecer, e não importa quantos transmissores existam na região, eventualmente até transmitindo nas mesmas freqüências, pois ele só irá responder ao seu “dono”. Nada impediria de fazer o mesmo com os 72MHz, mas nunca foi feito. Alcance Assim como nos 72MHz, podem ser feitos rádios de 2,4GHz com diferentes alcances. Em relação aos 72MHz, freqüências maiores como 900MHz e 2,4GHz têm uma grande vantagem em relação ao comprimento de antena e potência para o mesmo alcance. Tipicamente equipamentos de 10mW a 50mW (limite legal para esta faixa de freqüência) conseguem o mesmo alcance de sistemas de 72MHz operando com 500mW a 1W. É preciso tomar alguns cuidados, claro. Como já foi explicado analogamente, 72MHz tem melhor penetração do que 2,4GHz então consegue atravessar pessoas, folhas de árvore e coisas do tipo com facilidade. Claro que não é bom voar fora do alcance visual, mas não se perde controle se eventualmente algo passar pela frente. No caso dos 2,4GHz qualquer coisa atrapalha. Uma folha de árvore já barra o sinal, então é preciso mais cuidado com obstáculos, principalmente água. Pessoas passando entre o transmissor e o receptor também podem ser um problema. Tamanho e posição da antena Assim como nas antenas de 72MHz, as dos transmissores de 2,4GHz devem sempre estar perpendiculares ao modelo, o que é mais fácil pois elas têm articulação na base e são curtas e leves. No modelo se houver mais que uma antena elas devem ficar perpendiculares entre si. Se houver apenas uma, deve preferencialmente não ficar paralelas a objetos metálicos grandes, como links metálicos ou fios. Escolha de equipamento 2,4GHz Esta é de longe a pergunta mais complicada em relação a estas tecnologias. Ao contrário do FM PPM que é compatível entre diferentes marcas, permitindo comprar o transmissor de sua preferência e receptores de outras marcas de acordo com a necessidade, os 2,4GHz são todos proprietários e incompatíveis. Por causa disto não dá para comprar um transmissor e alguns receptores como nos 72MHz e depois se não gostar do transmissor comprar outro e continuar usando os receptores que já tem, mesmo sendo de outra marca. Os principais fabricantes/protocolos utilizados são: Spektrum DSM O primeiro 2,4GHz comercialmente difundido, tem alcance limitado e foi recomendado pela fábrica apenas para modelos de superfície e parkflyers, pelo curto alcance. Devido ao curto alcance são restritos a estas aplicações e estão praticamente abandonados para aeromdodelismo Spektrum DSM2 Evolução com maior alcance, este sistema foi criado pela fábrica para permitir equipamentos full-range (alcance de 1600m). É comercialmente bastante atraente pela gama de receptores de diferentes tamanho disponíveis (e até um genérico vendido na HobbyKing bem barato). Tem alguns defeitos que têm causado dor-de-cabeça em muitos compradores: • Má qualidade: potenciômetros defeituosos e chaves liga-desliga com mau contato derrubaram vários modelos e causaram preocupações com a marca. Podem ser resolvidos pela assistência técnica através da troca dos componentes defeituosos; • Erro de memória nos transmissores: provavelmente um erro de projeto, transmissores deixados ligados até a bateria zerar podem danificar a memória de modelos e parar de funcionar, precisando ser enviados para a assistência técnica para reprogramação. Apesar de voltar a funcionar, caso se esqueça novamente ligado até acabar a bateria, ocorrerá de novo necessitando de nova ida à assistência; • Baixa tensão nos receptores causa reset: o cenário já derrubou vários modelos, nos momentos de uma manobra mais forte os servos puxam picos de energia, que fazem o receptor resetar. A demora para voltar a atuar após isto pode causar acidentes, dependendo da altitude e atitude do modelo; • Todo rádio tem interferência por caminhos múltiplos e sofre com zonas de sombra. No caso da Spektrum a forma como lidaram com isto é que é estranha. Usar duas antenas (dual antenna diversity) em 2,4GHz é comum até mesmo em roteadores, notebooks e outros equipamentos que usamos no dia-a-dia, mas usar vários receptores satélite, cada um com um par de antenas diferentes, aumenta muito o custo dos receptores full-range com mais canais deste fabricante, além de tornar a instalação estranha e levar a crer que algumas soluções adotadas, talvez pelo pioneirismo, não tenham sido as melhores. JR DSM J Semelhante ao DSM2 e feito pelo mesmo fabricante, padrão exclusivo para uso no Japão, e por isto mesmo, quase impossível de achar receptores fora de lá. Futaba FASST Após observar por algum tempo os concorrentes a Futaba decidiu se mexer e passou a oferecer o FASST, que difere do DSM por utilizar FHSS e não DSSS. A principal vantagem é a fama da marca, mas isto não impede de ter alguns defeitos: • Os primeiros rádios podiam apresentar problema com número de série gravado no hardware, o que causava interferência em rádios vizinhos. Este defeito foi solucionado nos transmissores adquiridos no Brasil através de recall, não se tendo notícias de outros defeitos crônicos desde então • Os receptores são muito caros. Em vez de criar uma linha de custo mais baixo para diversificar e permitir seu uso em modelos mais baratos, a Futaba teve a polêmica decisão de criar outro protocolo para os de baixo custo (FHSS). Futaba FHSS Para substituir o 72MHz na linha mais básica a Futaba criou outro protocolo, incompatível com o FASST. A principal desvantagem é a incompatibilidade. Se nos FM 72MHz tanto o transmissor mais básico da Futaba (4YF) até as linhas mais sofisticadas (9CAP por exemplo) podiam controlar desde microreceptores de baixo custo para parkflyers até receptores de mais de 7 canais dual conversion mais robustos e confiáveis, a criação de uma segunda linha dividiu o próprio mercado dificultando a vida dos compradodes. Multiplex M-link A Multiplex sempre teve a fama de fazer ótimos produtos e se manteve assim nos 2,4GHz. As linhas de rádios Multiplex Cockpit e Royal Evo receberam a opção do mesmo sistema M-link do modelo mais econômico ao mais sofisticado, com receptores desde micro de 5 canais até sofisticados receptores de 16 canais. Principais vantagens: • Telemetria: A Multiplex foi uma das primeiras a incorporar telemetria, ou seja, além de receber o receptor também pode devolver ao transmissor informações ao vivo como situação da bateria dentre outras. • Potência de 100mW, permitindo alcance ao nível do solo de mais de 2000m e ainda mais em vôo devido à melhor propagação. Desvantagens: • Mercado: por ser um produto menos popular, tem baixa disponibilidade de receptores fora da Europa, tornando mais difícil a aquisição de equipamentos a partir do Brasil. Aitronics FHSS Outro concorrente de peso, com um produto comparável ao da Multiplex, tem as mesmas vantagens de utilizar o mesmo sistema em toda a linha, dos produtos mais baratos aos mais sofisticados, e também a mesma vantagem, de mercado. Hitec A Hitec observou o mercado por algum tempo até lançar um produto diferenciado. Principais vantagens: • Telemetria; • Os receptores de 7 canais e 9 canais já têm telemetria básica (tensão de bateria do receptor ou do modelo, um dos principais itens a monitorar) sem precisar de componentes adicionais. Esta telemetria além de mostrar no display do rádio Aurora 9 pode ser usada para acionar um alarme de tensão baixa no módulo Spectra utilizado também nos transmissores mais básicos. • O Aurora 9 tem um grande display e interface muito intuitiva, com mais recursos do que os rádios do mesmo preço e muito mais barato do que rádios de outros fabricantes que têm os mesmos recursos. Principais desvantagens: • Ainda são novidade então não são tão fáceis de achar quanto receptores Futaba ou Spektrum. Hitec AFHSS A Hitec demorou para entrar no mercado de 2,4GHz, mas entrou chutando. O sistema criado por eles além de ser sólido (FHSS , enorme alcance), tem telemetria (permite no mínimo monitorar a tensão da bateria do receptor, com os acessórios permite monitorar muitos parâmetros do voo como corrente, nível de combustível, temperatura de motor, velocidade, altitude, etc. O equipamento utilizado no lançamento, o Aurora 9, também chutou o balde, um transmissor de 9 canais com telemetria e interface intuitiva em um enorme mostrador de LCD sensível ao toque. Principais vantagens: - Custo/benefício, o Aurora 9 custa próximo do preço de um Futaba 7C ou Spektrum DX7, que têm muito menos recursos, os receptores custam muito menos do que os Futaba ou Spektrum originais equivalentes - Telemetria - Interface do Aurora 9 - Recursos dos demais transmissores acima da média da categoria - Controle de qualidade e pós-venda Assan 2,4GHz Correndo por fora dos grandes fabricantes a Assan não faz rádios, apenas módulos e receptores (Assan XCool. Estes módulos podem ser usados com transmissores Futaba, JR, Hitec, etc., e inclusive tem versões DIY (faça-você-mesmo) que não usam a caixa de módulo convencional, mas um invólucro pequeno para ser adaptado em rádios existentes. Isto permite, por exemplo, colocar um módulo destes em um Futaba 7CAP, 6XAS ou outro rádio 72MHz que o modelista já tenha, inclusive com opção de continuar funcionando com 72MHz O preço dos receptores não é o mais barato dentre os chineses, mas a qualidade é boa o suficiente para não ter reclamações. Como não é testado nos limites, não confiaria usá-los em modelos a combustão, elétricos muito grandes, ou modelos que precisem de alcance acima de 800m. Principais vantagens: • Facilidade de migração para 2,4GHz sem grandes custos • Baixo custo • Boa qualidade principalmente se comparar com outros rádios genéricos Desvantagens: • Por não ser uma das marcas líderes de mercado, não há garantia de por quanto tempo estes equipamentos serão disponíveis; • Pouco testado em condições críticas, por isto não pode ser considerado recomendável para modelos muito grandes ou muito críticos. Corona 2,4GHz O fabricante parece estar fazendo alguma coisa apenas para tentar vender, sem muito critério técnico. A primeira versão era FHSS, depois DSSS e agora DSSS V2. O custo é baixo mas é uma fonte constante de reclamações. Turnigy O Turnigy/Eurgle/iMax de 9 canais é outra forte fonte de controvérsias, o transmissor Turnigy 9 canais parece ter uma qualidade razoável pelo preço, mas apesar do hardware ser interessanet apresentou problemas de firmware em diversas versões. Os broblemas parecem ter solucionados, mas em paralelo a isto um grupo de desenvolvedores criou um projeto de firmware código aberto não oficial para ele, o que o faz uma alternativa interessante para quem tem como segundo hobby o desenvolvimento ou eletrônica. Já a parte de rádio... Os receptores são bastante controversos, enquanto alguns elogiam o número de reclamações de não funcionamento ou baixo alcance também é muito grande, tanto que boa parte dos compradores não utiliza o módulo e receptor da Turnigy, mas da Assan, considerados mais confiáveis. HobbyKing A única vantagem óbvia destes transmissores é o preço, mas a qualidade deixa muito a desejar. Tem várias versões: A de 4 canais básica custa menos de 30 dólares e tem somente reversão de servos. Pelo valor mal se compra um receptor de outra marca, portanto o que se tem é o que se paga, ou seja, um equipamento barato. Se der sorte de não vir quebrado e não estragar rapidamente dá para usar em parkflyers. A versão de 6 canais não tem chaves de ajuste de reverso ou mixagens, a configuração é feita pelo PC. Parece bom? Só em propagandas enganosas, porque se você tiver mais que um modelo ou precisar ajustar alguma coisa na pista... A versão de 7 canais tem display de LEDs e é programável sem usar um PC, mas se programar um rádio com display gráfico, customizado ou com 2 ou 4 linhas de 16 caracteres já não é fácil, imagine em display numérico com 4 dígitos de 7 segmentos... O controle de qualidade é sofrível, muitos equipamentos têm consertos grosseiros na placa, fios sem conectar, vêm quebrados ou simplesmente não funcionam. No Brasil é pior ainda. Se na China custam o preço de um receptor de outra marca, por aqui são vendidos a valores abusivos, chegam a cobrar mais de 250 reais por um equipamento sem suporte do fabricante, sendo que um rádio de marca como o Spektrum DX5e, apesar das deficiências citadas mais acima, custa a partir de R$320,00 (umas três pizzas a mais) nas lojas e é muito mais confiável. Meu conselho é fugir deles.