Dicas sobre Cancelador de Ruídos

 Em construção

Eu procuro descrever aqui os resultados que obtive com o MFJ1026 na função de cancelador de ruído, assim como dar algumas dicas úteis para quem precisa deste tipo de artifício para reduzir ruídos locais como os gerados por redes elétricas, sistemas fotovoltaicos, lâmpadas eletrônicas etc, verdadeiro e crescente flagelo para o serviço de radioamador. É um dispositivo cujo uso não é trivial, requer se descobrir qual a melhor antena auxiliar para a captação do ruído, além de ser de ajuste mais difícil no início. Mas vale a tentativa para quem está com níveis de ruído desanimadores, tendo que recorrer a WebSDR como eu tive inúmeras vezes.

Há outros tipos de circuitos de canceladores, inclusive disponíveis no Brasil, como o EQ-122 e o X Phase 2020A, ambos com referências elogiosas por colegas. Eu pretendo experimentar e comparar no futuro, mas a essência da operação é a mesma. Portanto, acredito que o artigo seja útil para qualquer tipo de cancelador.

Outros usos podem ser feitos com este equipamento, mas estão fora do objetivo deste texto.

 

Introdução.

A primeira vez que tentei cancelar um ruído com o MFJ1026, há algum tempo atrás, fiquei frustrado por não conseguir resultado e, como não tinha uma recepção ruim em termos de ruído em minha estação, deixei o cancelador empoeirando em uma prateleira. O meu ruído era S4/S5 em 40m e não me fazia falta.

Entretanto, após mudanças recentes na rede de média tensão próximo ao meu QTH, percebi forte aumento do ruído que, em 40m, passou para S9, dia e noite. Um aumento de 24dB, no mínimo! Em 80m era de S9+10. Felizmente, em 20m e acima o ruído não é perceptível.

O espectro do ruído é de preenchimento total nas faixas afetadas, característica típica de ruído de rede. Com um antigo rádio de pilha em ondas médias (AM) conferi o aumento do ruído ao se aproximar da rede elétrica perto do QTH. Localizei mais ou menos o setor da média tensão causador do incômodo com o auxílio da faixa de VHF de aviação (AM), que passava a captar o ruído fortemente, indicando o provável local da fonte de ruído. Felizmente esta fonte (provavelmente um isolador defeituoso de média tensão)  está a uns 200m do meu QTH. Não gosto nem de pensar como seria se fosse em frente da minha casa.

Esse tipo de perturbação tem um amplo espectro de frequências, prejudicando muito em ondas médias e seguindo para as ondas curtas, mas perde intensidade na medida em que se muda para faixas mais altas.

A perturbação eletromagnética gerada pelo componente defeituoso, além de provocar a radiação local, também se espalha de forma conduzida através das correntes que induz nas linhas elétricas (não só nos cabos de média e baixa tensão, mas até na “alma de aço” dos cabos de fibra ótica!). Essa propagação conduzida pelos cabos decresce rapidamente nas altas frequências. Ou seja, as perturbações nas baixas frequências tem dupla desvantagem: são geradas com maior intensidade e se propagam nos fios metálicos com menos perdas, ou seja, em maiores distâncias. Por isso no meu QTH as faixas ruidosas são “apenas” as de 40m e 80m enquanto, perto da fonte de ruído, até o VHF é muito prejudicado.

 

Solução para o QRM

A solução ideal é a reparação do defeito na rede por parte da concessionária. Considerando as conhecidas dificuldades pra isso, parti para a tentativa de redução da captação do ruído, algo que dependerá só de mim e da sorte.

Mesmo que eu tenha uma estação perfeita no sentido de que o ruído não chegue ao receptor através do conjunto “cabos coaxiais/conectores, circuito de alimentação e cabos de aterramento”, inevitavelmente ele será captado pela antena juntamente com os sinais de interesse. Mesmo que eu tivesse antenas muito direcionais (o que não é o caso), isso não seria eficiente, tendo em vista que o ruído gerado pela rede elétrica em frente à casa não se apresenta de forma pontual, mas se caracteriza por um certo espalhamento ao longo da rede elétrica. Ou seja, não dá pra tentar reduzir com antenas direcionais.

Aí só me restam duas alternativas: ou o ruído é discriminado e rejeitado no receptor, ou ele é reduzido antes do receptor através de um cancelador de ruídos. No primeiro caso, o ruído gerado em rede elétrica é ingrato pelo fato de afetar igualmente toda a faixa. Neste caso, a única alternativa é a redução da banda passante na recepção para receber menos ruído e ter mais conforto. Ou seja, preferir o CW ao SSB. AM, nem pensar!

O ruído de linha também não é redutível através de um “noise blanker” pelo fato de não ser de natureza impulsiva, ou seja, presente em curtos períodos de tempo como os ruídos de ignição de motores a combustão ou os gerados pelas cercas elétricas.

Daí, só me restou o cancelador de ruídos. Arregacei as mangas, tirei a poeira do “bichinho” e comecei a pesquisá-lo melhor.

 

Princípio de funcionamento do cancelador de ruídos

O objetivo do cancelamento de ruídos é atenuar mais o ruído do que o sinal, promovendo uma melhora na relação sinal/ruído, que é o que nos traz conforto na recepção de um sinal. Ele busca isso através de uma segunda antena que capte um segundo sinal com o ruído, que será somado com o que é recebido pela antena principal na tentativa de reduzir mais o ruído do que o sinal.

E como que ele consegue reduzir mais o ruído do que o sinal? Apenas se, de alguma forma, você conseguir uma antena que consiga captar predominantemente o ruído. E o cancelamento se dá ajustando-se a fase e amplitude do ruído captado pela segunda antena de forma a ter a mesma amplitude do ruído da antena principal, mas uma diferença de fase de 180º entre eles. Estes dois ruídos são injetados em um circuito somador. Assim, dois “ruídos” iguais em amplitude e 180º fora de fase se anularão.

Observação: conclui-se do fato da antena auxiliar dever capturar mais o ruído do que os sinais úteis (estações), que este tipo de cancelador é apenas para ruídos locais.

 

Dificuldades

A teoria é simples e bonita, mas a sua realização prática é mais complicada, pois deve-se experimentar uma antena auxiliar que capte preferencialmente mais o ruído do que o sinal, de forma a se poder atuar no ganho e fase de forma a reduzir mais o ruído do que o sinal desejado. E isso não é fácil.

Os controles necessários ao cancelamento dependem do projeto do circuito. O que eu usei é o MFJ-1026 que tem, basicamente, dois controles de ganho, um para cada entrada de antena, e um controle da fase relativa entre estes. Em outros projetos são dois controles de fase e um de ganho. Em qualquer caso são três controles e, evidentemente, haverá um ajuste ótimo destes três controles. Só que não é trivial se convergir para esse ponto de ajuste (cancelamento do ruído). Há, na internet, canceladores com dois controles básicos, ambos para o sinal auxiliar, sendo um de ganho e um de fase. Não é o caso da MFJ.

Assim, tem-se duas questões básicas: (1) achar a boa antena auxiliar, e (2) se acostumar com o procedimento de ajuste dos três botões para se chegar à redução do ruído. E, a princípio, não é fácil se descobrir se a dificuldade em se chegar a um cancelamento do ruído é devido a uma antena auxiliar inadequada ou falta de perícia nos ajustes destes três controles, podendo ser desanimador. Mas eu não tinha escolha, era isso ou usar o WebSDR de Pardinho, o que me frustrava muito. Felizmente fui bem sucedido e o propósito deste texto é dar algumas dicas de forma a facilitar as coisas para quem precise deste recurso.

 

A antena auxiliar

Conforme já dito, deve-se experimentar uma antena auxiliar que capte preferencialmente mais o ruído do que o sinal. É igualmente desejável que a intensidade do ruído não seja muito menor do que na antena principal, apesar da existência de um pré-amplificador no MFJ1026 que pode ser acionado em caso de necessidade. Mas o pré-amplificador pode adicionar ruídos distintos ao cancelável, também degradando um pouco o sinal.

Assim, fica a dica de ouro que ajudará muito no uso de cancelador de ruído: Escute bem o ruído que vem pela antena principal. Se a sua antena auxiliar não estiver recebendo o mesmo ruído da principal, e com aproximadamente a mesma amplitude, você não conseguirá o cancelamento desejável. Melhore ou mude o tipo de antena auxiliar. É recomendável, sempre que possível, aproximar a antena da fonte do ruído local.

Neste aspecto, a anteninha telescópica que pode ser colocada diretamente no cancelador como antena auxiliar não me serviu de nada para o meu caso, com ou sem pré-amplificador. Ela me parece absolutamente inadequada para as faixas baixas, a menos que a sua fonte de ruído esteja muito próximo, dentro da estação. Neste caso, é muito mais eficiente se eliminar esta fonte.

Como opções de antena auxiliar, já vi vídeo onde se conseguiu cancelamento usando uma cerca de arame farpado, outro onde o colega puxou um cabo coaxial até a casa onde se encontrava a fonte de ruído, lá esticando um fio na cerca viva da casa etc.

No meu caso, inicialmente usei um pedaço de fio de uns 8 metros como antena monofilar que se conectava ao cancelador no shack através de um coaxial que eu tinha sobrando pelo terreno. Ou seja, uma antena capenga de tamanho arbitrário e completamente desbalanceada, já que era apenas um fio ligado no vivo do coaxial, com a blindagem deste aterrada na extremidade. O nível do ruído captado era baixo e, portanto, não consegui nenhum cancelamento.

Como o meu problema é ruído de rede em faixas de baixa frequência, tamanhos arbitrários e pequenos de fio de antena, principalmente se interligados com cabo coaxial, não captam suficientemente o ruído, além de apresentarem um descasamento de impedâncias tanto na entrada quanto na saída do cabo, que compromete mais ainda a intensidade do ruído que efetivamente chega ao cancelador. 

Existe um modelo, em cujo manual recomenda o uso de um fio único de um quarto de onda para a faixa em uso, conectado diretamente à entrada auxiliar do cancelador. Isso garantirá uma ressonância deste fio e a sua impedância no ponto de conexão, melhorando o acoplamento do sinal ao cancelador. PORÉM, a localização junto do cancelador no shack pode não ser suficiente para a captação majoritária e na intensidade adequada do ruído. Vai depender da distância da fonte. Mas já vi vídeo em que deu muito certo. É o caso de tentar. Cada caso é um caso.

Tentei, então, uma loop ativa de recepção que tenho para operar de 100 KHz a 30 MHz, com pré-amplificador próprio e saída em coaxial devidamente casado (DX Engineering -DXE RF-PRO-1B). Usei-a como uma fonte decente de sinal secundário, com a vantagem de servir para todas as faixas e, ainda por cima, ser direcional. Aí, sim, consegui redução significativa do ruído e melhoria da relação sinal/ruído tanto para 40m como para 80m. Foi um alívio! O cancelador finalmente ajudou.

Há caso na internet (https://www.pa9x.com/review-of-the-qrm-eliminator-x-phase/), onde a antena principal era uma vertical e a antena auxiliar era uma miniwhip ativa para recepção, também com bons resultados reportados pelo autor. O ruído dele era gerado por um sistema fotovoltaico em 20m.

A minha loop ativa é uma antena cara e importada, portanto não se apresentando como uma solução mais barata que pudesse ser tentado pelos colegas com o mesmo problema de ruído. Aí parti para a experimentação de alternativas de antenas mais simples mas com eficiência razoável (e não simples pedaços de fio curto).

O primeiro teste após a loop ativa foi com a minha G5RV, que é multibanda e com rendimento adequado pelo menos em 40 e 80m, que são as faixas que eu precisava (eu não gosto dela para faixas altas). E funcionou adequadamente para ambas as faixas. Ótimo!

Na tentativa de captar mais ruído do que sinal, resolvi testar com uma dipolo para 40m que montei estrategicamente em paralelo e próxima da rede elétrica para otimizar a captação de ruído. Deixei, ainda, a apenas 3m de altura para reduzir a captação dos sinais úteis (estações). Montei rapidamente cortando-a com 20m de comprimento sem nenhum “ajuste fino” de ressonância, já que era apenas para recepção auxiliar. Como linha de transmissão, eu usei um simples fio elétrico paralelo de 1mm² com 20m de comprimento.

A razão deste comprimento de meia onda* de 40m para essa linha de transmissão de impedância desconhecida era garantir que a impedância da antena de meia onda, que deve ser predominantemente resistiva com aproximadamente 50 ohm (ou menos pela baixa altura do solo) se refletisse na entrada de 50 ohm do cancelador para qualquer valor de impedância característica deste fio paralelo, portanto independentemente do valor de estacionária que este fio paralelo apresente.

O resultado foi igualmente satisfatório para a redução do ruído na faixa de 40m, pois a intensidade do ruído captado foi considerável. Ótimo!

PORÉM, em 80m o resultado foi péssimo. E dá para compreender a razão: como a antena era ressonante apenas em 40m, em 80m ela apresentava uma impedância muito alta (e com grande componente capacitiva), resultando em uma grande atenuação na transferência de sinal para a linha e, consequentemente, para o cancelador. Ou seja, não é por ser uma antena auxiliar que se deva desconsiderar o casamento de impedâncias entre antena/linha/cancelador. Conclui-se que é, a princípio, desejável que a antena auxiliar seja uma antena adequada para a faixa de trabalho. Se você usar várias faixas, use uma antena auxiliar multibanda para as faixas de interesse ou comute a antena auxiliar ao mudar de faixa. Vi vídeo em que o colega tinha uma chave de antenas só para a comutação da antena auxiliar do cancelador.

 

(*) O uso de linha de transmissão com múltiplos de meia onda

Cabe aqui salientar que eu normalmente não uso cabos coaxiais de múltiplos de meio comprimento de onda para a operação normal das antenas, porque eu busco sempre o casamento entre a impedância da antena e a da linha de transmissão para trabalhar com baixa estacionária. Isso me permite usar qualquer comprimento de cabo, portanto o menor possível.

O emprego de cabo de comprimento múltiplo de meio comprimento de onda não é condição para uma baixa estacionária e baixas perdas no cabo.  Cabo de múltiplo de meia onda apenas faz com que a impedância da antena seja repetida na entrada do cabo, mesmo com alta estacionária e as perdas associadas a ela. Como a impedância real da antena está refletida neste ponto (múltiplos de meio comprimento de onda) isto é apenas um artifício para você medir a impedância da antena confortavelmente em sua estação, mas a medição da estacionária será a mesma ao longo de todo o cabo. Ou seja, não recomendo a ninguém, salvo em uma situação específica como a que estou descrevendo, ou no caso em que alguém queira medir a impedância da antena lá em cima a partir do seu shack, sem ligar para a estacionária da linha de transmissão. 

 

 Ajuste do cancelador

Importante: Se você usa acoplador de antena para redução da estacionária, sempre ajuste o seu acoplador ao trocar de faixa ou de antena antes de tentar cancelar o ruído, porque alterações  no acoplador de antena influenciam no cancelamento por interferirem no defasamento do sinal da antena principal.

Teoricamente, o ajuste do cancelador não é um “bicho de sete cabeças” se você tiver uma boa antena auxiliar, ou seja, que capte o mesmo ruído que você ouve na antena principal e com a amplitude semelhante.

O ajuste no MFJ1026 é feito através de 3 controles, sendo dois de amplitude (um para cada entrada) e um de fase relativa entre os dois. Há, ainda, chaves para comutar pré-amplificação da entrada auxiliar, faixas altas e baixas, e rotação de fase em 180º que permite, teoricamente, qualquer valor de fase (parece que no MFJ não é bem assim, de acordo com o W8JI que, em seu blog, descreve como melhorar esse cancelador). Não entrarei em detalhes sobre o uso destas chaves que estão no manual do equipamento.

A regra básica é inicialmente ajustar os ganhos para valores iguais e máximos. Para isso:

Ø  escolha a frequência de trabalho onde só tenha o ruído;

Ø  com a entrada auxiliar reduzida ao mínimo (posição anti-horária do ganho) e a entrada principal com ganho máximo, escute o ruído na entrada principal. Observe (e anote) a sua amplitude no “S”meter.

Ø  Agora corte a entrada principal (posição anti-horária do ganho) e abra toda a entrada auxiliar. Observe (e anote) a sua amplitude no “S”meter e feche novamente o ganho;

Ø  Você terá observado qual das entradas tem a menor intensidade, qual tem a maior, e sabe os respectivos valores.

Ø  O que tem que ser feito é abrir paulatinamente o ganho da entrada mais forte até que a sua intensidade seja igual à da entrada mais fraca quando aberta no máximo.

Ø  Com isso, você pode abrir completamente a entrada que estava mais fraca e teremos ambas as entradas com amplitudes aproximadamente iguais.

Ø  Aí é só buscar a posição do controle de fase para a mínima leitura do ruído no rádio, indicando que houve uma atenuação por conta de um cancelamento parcial.

Ø  Uma vez chegando-se a esse mínimo, pequenos ajustes adicionais nos controles de amplitude das duas entradas e no de fase podem melhorar o cancelamento, pronunciando a redução do ruído.

Esse aprimoramento do cancelamento com os pequenos ajustes ocorre devido a  imperfeições destes controles, pois existe uma certa influência entre eles. Ou seja, quando se ajusta a fase, as amplitudes inicialmente ajustadas para serem iguais são ligeiramente afetadas e podem deixar de serem iguais. Da mesma forma, quando um dos ajustes de ganho é alterado, alguma alteração de fase acontece. Por isso a necessidade de pequenos reajustes sempre buscando aumentar o cancelamento. No link https://www.qsl.net/ic8pof/howto/noise%20canceller/english_by_W9ZSJ_MFJ1026.pdf você encontra um artigo muito completo sobre uma avaliação do cancelador da MFJ assim como orientações para a sua melhoria.

O ajuste dos controles buscando o cancelamento fica muito mais facilitado quando se utiliza um SDR local (ou o transceptor apresenta o espectro da faixa toda através de um PC) porque pode-se observar o cancelamento se iniciar em alguma frequência da faixa. Quando isso acontece, observamos quais os movimentos de quais controles vai “trazendo” o cancelamento para a frequência de interesse. Com o Smeter você só percebe quando o cancelamento começa a acontecer na frequência em que você está.

 

 Considerações complementares

Não se esqueça de conectar o comando “send” do transmissor/transceptor à entrada própria para esse comando que existe no cancelador de ruído. Isso garante que, sempre que você transmita, o cancelador interligue a antena principal diretamente à saída para o rádio, “baypassando” o cancelador. Além disso, sempre que você transmitir, a entrada auxiliar será aterrada, protegendo-a de tensões perigosas ao circuito devido ao acoplamento entre as antenas principal e auxiliar. O cancelador da MFJ tem um detector de saída de transmissão para fazer a comutação automática, mas eles mesmos recomendam fortemente o uso do sinal “send” gerado no transmissor para forçar a comutação do cancelador.

 

Resultado final

Observei uma melhora na relação sinal/ruído da maioria dos sinais, justificando o uso contínuo do cancelador, no meu caso. Eu me refiro à relação sinal ruído porque, mesmo nos casos bem sucedidos de cancelamento do ruído, o sinal também fica algo reduzido. Isso até prejudica as reportagens de intensidade de sinais para as estações recebidas. Mas o importante é você ouvir a estação com mais conforto. Houve estações em que ligar ou desligar o cancelador significou ouvi-las ou não, respectivamente. E há casos onde não se nota melhora na relação sinal ruído, mas percebe-se um conforto, na medida em que não se tem, o tempo todo, aquele ruído forte fechando o AGC (controle automático de ganho) da recepção e desagradável ao ouvido. Nos links a seguir pode-se observar vídeos da atuação do cancelador em 80m e 40m:

Exemplo de atuação do cancelador em 40m: 

 

Exemplo de atuação do cancelador em 80m: 

 

Detalhe: parece óbvio, mas é bom lembrar que a melhora, como os casos mostrados nos vídeos acima, depende da intensidade do ruído. O cancelador pode ser bastante útil quando se tem um alto nível de ruído gerado localmente (e, evidentemente, se chega a uma antena auxiliar adequada!). Houve dias em que a melhora não foi tão acentuada como nestes vídeos simplesmente porque o ruído gerado pela rede havia diminuído.

Fazendo uma enquete com colegas que testaram canceladores de ruído, há aqueles que não conseguiram resultados e aqueles que, como eu, conseguiram. Talvez os que não conseguiram não conhecessem o princípio de funcionamento e as dicas aqui dadas, sobretudo a importância de se investir na antena auxiliar. Esse é o “pulo do gato”: a antena auxiliar!

Enfim, se o ruído está “matando” a sua recepção, acho que vale a pena testar, lembrando que dificilmente você conseguirá cancelar duas fontes diferentes de ruído. Uma vez cancelado o ruído maior, além de sinais mais fracos que estavam encobertos, outras fontes de ruído podem passar a ser ouvidos. Ao tentar cancelá-los você tirará das posições de neutralização do ruído principal, que volta, mascarando tudo.

Conforme eu disse, no meu caso onde o ruído principal é originado da rede elétrica, o cancelador ajudou muito.

 

João Saad Jr.  PY1DPU