Aplicação dos filtros de RF como prevenção a interferências eletromagnéticas

Com a chegada da 5ª geração de comunicação móvel, muitas oportunidades estão por vir, mas também, há muitos desafios técnicos. Tal como qualquer outra tecnologia que utiliza o disputado espaço do espectro eletromagnético, o 5G terá que lidar com possíveis interferências e, mais uma vez, o uso adequado dos filtros de RF proporcionará um ambiente mais seguro para a convivência das diferentes tecnologias sem fio.

Fabrício Gonçalves Torres, pesquisador do IPT – Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo

É notável que com a chegada da nova geração de comunicação móvel (5G) muitos benefícios estão por vir. Entretanto, ela traz também muitos desafios, inclusive disputas judiciais. Como qualquer outra tecnologia de comunicação sem fio, o 5G necessita ser alocado dentro do disputado espectro eletromagnético que, no Brasil, é controlado pela Anatel.

Diferentes tecnologias não podem conviver juntas pacificamente no mesmo espectro eletromagnético, já que uma interfere na qualidade do sinal da outra. A limitação deste espectro faz com que tecnologias menos estratégicas tenham que desocupar espaço para que uma nova seja acomodada.

Um exemplo disso é o do sinal de TV via satélite, que será realocado para a banda Ku, liberando a atual banda C para que a faixa de 3,5 GHz do 5G possa ser utilizada. Certamente, essa transição é custosa e gera discussões acaloradas entre empresários, políticos e consumidores.

Interferências entre estações transmissoras são bastante problemáticas também em áreas próximas de aeroportos. O DECEA – Departamento de Controle do Espaço Aéreo da Aeronáutica constantemente reporta à Anatel interferências prejudiciais para o adequado funcionamento da comunicação entre a torre de controle e as aeronaves, que utiliza parte do espectro eletromagnético designado para esta finalidade.

Algumas dessas interferências são causadas por rádios não licenciados que transmitem sinais de RF ilegalmente, usualmente, por meio de equipamentos também não homologados pela Anatel. Porém, mesmo rádios licenciadas podem interferir em um espectro inadequado por meio da intermodulação entre estações transmissoras.

As intermodulações podem ser provocadas pela proximidade entre transmissoras com frequências distintas, já que diferentes combinações de frequências podem ocasionar uma terceira componente, que acaba sendo irradiada, ocasionando a interferência indesejada.

Para complicar um pouco mais, mesmo que a portadora de um transmissor esteja ajustada para gerar sinal em uma dada frequência com boa exatidão, ainda assim, a transmissão pode acabar gerando espúrios (distorções harmônicas e não-harmônicas) fora da sua banda que interferem no sinal das faixas situadas nas proximidades.

Uma das formas de reduzir esta interferência é por meio do uso de filtros de radiofrequência (RF), conectados na parte de transmissão ou recepção, garantem que apenas as frequências da banda permitida sejam irradiadas ou recebidas.

 

Conceitos básicos de um filtro

 

Há diversos filtros disponíveis no mercado, que devem ser escolhidos adequadamente, considerando àquele que proporcione a melhor solução para a prevenção a interferência. Basicamente, os filtros variam de acordo com sua classificação básica, a frequência central, a frequência de corte, o tipo específico e tecnologia empregada.

A classificação básica de um filtro pode ser definida como:

• Filtro passa-baixa, que permite a passagem de sinais de baixa frequência e atenua sinais de alta frequência, a partir de uma dada frequência de corte.
• Filtro passa-alta, que permite a passagem de sinais de alta frequência e atenua sinais de baixa frequência, a partir de uma dada frequência de corte.
• Filtro passa-faixa, que permite a passagem de sinais compreendidas entre uma banda de frequência, definida pelas frequências de corte, cuja média é dada pela frequência central.
• Filtro rejeita-faixa, que atenua sinais compreendidas entre uma banda de frequência, definida pelas frequências de corte, cuja média é dada pela frequência central.

A construção de um filtro também varia de acordo com o seu tipo, afetando na curva de nível, de acordo com a função de transferência empregada, tais como os filtro RLC, composto por resistores, capacitores e indutores, Butterworth, que tem característica de ser plana em baixa frequência e Chebyshev, que possui uma queda mais acentuada após a frequência de corte do que a do tipo Butterworth, porém, possui predominância nas oscilações próximas à frequência de corte (ripple).

As tecnologias empregadas nos filtros de RF são diversas e variam de acordo com o material empregado, tais como os de cristais de quartzo, cerâmica, elementos LC agrupados, cavidades, microstrip ou guias de onda. Cada uma delas possui características específicas, atendendo, por exemplo, a diferentes faixas de frequência.

 

Confiabilidade metrológica dos filtros de RF

 

A simples aquisição e instalação dos filtros de RF no sistema de transmissão ou de recepção do sinal de RF não é suficiente para garantir que não haverá o risco de interferência do sinal em uma banda indesejada.

Estes dispositivos, por serem considerados críticos, devem ser calibrados periodicamente para assegurar a confiabilidade metrológica de seus parâmetros elétricos (perda de inserção e nível de rejeição, por exemplo). O não atendimento aos requisitos normativos ou de resoluções, tais como os da Anatel, pode gerar multas de alta quantia para a empresa, podendo variar seu valor dependendo da gravidade da infração e do porte do infrator.

A calibração de um filtro de RF, basicamente, consiste no levantamento da curva de nível ao longo da frequência por meio do uso de um Vector Network Analyzer (figura abaixo), com a intenção de avaliar se a curva está de acordo com a função de transferência e os parâmetros especificados pelo fabricante do filtro, ou seja, se o filtro aceita ou rejeita o sinal conforme descrito no manual ou no datasheet do dispositivo.

Para este tipo de serviço é recomendável que os filtros sejam calibrados por laboratório de calibração acreditado pela Cgcre – Coordenação Geral de Acreditação do Inmetro, tal como o Laboratório de Metrologia Elétrica do IPT, já que garante que o prestador é capacitado tecnicamente para a adequada execução da calibração destes dispositivos.