BR102019004447A2 - Método para transmissão de sinais elétricos sem fio de retorno - Google Patents

Abstract

“método para transmissão de sinais elétricos sem fio de retorno”. esta invenção, relacionada a área de tecnologia de transmissão elétrica, explora formas alternativas de condução das quais tem­se pouca familiaridade atualmente. o aparato implementa um conjunto de transformadores osciladores (2)(4) realimentados (3)(7) e uma linha de transmissão de apenas um fio (5) como meios de transferência entre a fonte de energia (1) e a carga ou sinalizador (6). apresentando vantagens especialmente em altas frequências, a redução de material da linha pode significar considerável redução de custo em certos casos, já que o o cabo ou par de condutores é reduzido à metade. quando comparado a forma de transmissão convencional com correntes de condução eletrônica, a condução por onda plana ou longitudinal, pode também apresentar certos benefícios semelhantes aos da fibra ótica, outra forma de transmissão sem via de retorno, como alta taxa de transmissão e baixa atenuação. utilizando o pouco explorado conceito de transmissão de energia com corrente constante, ao invés do familiar potencial constante, a natureza da corrente não­eletrônica de circuito aberto, ou displacement current, apresenta características peculiares conhecidas da engenharia elétrica das quais devidamente adaptadas podem ser obtidas vantagens principalmente em sistemas de comunicação de dados. atribui­se o desempenho em altas frequências ao fato do método usar o conceito de onda, ao invés de corrente, e longitudinal, ao invés de transversal, esta última sempre acompanhada de corrente eletrônica e consequentemente perdas resistivas.

Description

MÉTODO PARA TRANSMISSÃO DE SINAIS ELÉTRICOS SEM FIO DE RETORNO

[001] A presente invenção refere-se a uma linha de transmissão de sinais elétricos entre dois pontos distantes que utiliza apenas um fio. Ao contrário do usual par metálico que utiliza uma via para retorno da corrente eletrônica, o sistema em questão possibilita maior economia de material elétrico da linha de transmissão de energia e interessante desempenho em altas frequências.

[002] Diferenciado pelo modo de excitação do condutor principal, o aparato utiliza oscilações elétricas constantes geradas por um transformador oscilador ativo, que lança ondas planas sobre a superfície de metal de uma linha de transmissão de via única. Caracterizadas pela transferência de ondas elétricas independentes de corrente de condução eletrônica, as correntes de circuito aberto, conhecidas pela natureza longitudinal ou eletrostática, dispensam o uso de um segundo condutor para completar o caminho entre a fonte de energia e a fonte de consumo.

[003] Considerando o fator econômico, com a redução do conteúdo de metal utilizado na linha e a considerável eficiência de transmissão, a comunicação por onda plana guiada sobre um único condutor metálico, além de reduzir o peso da linha, apresenta menores perdas resistivas em altas frequências se comparado a transmissão convencional com condutores paralelos. A dita linha unipolar, se beneficia do efeito de casca (skin effect) que nas linhas bipolares provoca perdas resistivas em altas frequências. Desta forma a energia é transferida para o lado consumidor através de uma onda elétrica, do tipo superficial ou longitudinal plana, suspensa sobre a superfície metálica, sem penetrar no interior do fio condutor principal.

[004] Utilizando um transformador de oscilações elétricas em cada ponta da linha de transmissão, a corrente de condução suprida pela fonte de alimentação é transformada em potencial eletrostático e estendido até o final da linha, onde é novamente transformado em corrente de condução pelo transformador receptor para consumo ou sinalização. A linha de transmissão, que ultimamente não fecha um circuito (loop) metálico entre o lado gerador e consumidor, se comporta como uma guia de onda longitudinal, ou displacement current, resultante das oscilações de natureza periódica ou transiente nos terminais dos transformadores de oscilação. Também é possível que os transformadores sejam diretamente conectados com o solo estabelecendo maior capacidade de transferência de energia pela linha. Com referência aérea, diga-se acoplamento capacitivo ou não-metálico com a terra, o circuito funciona com uma referência “virtual”.

[005] Desta forma, a presente invenção pode tanto ser utilizada para envio de energia para consumo distante quanto para sinalização de inteligência, com ou sem conexão com a terra.

[006] A invenção poderá ser melhor compreendida através da seguinte descrição detalhada, de acordo com as figuras em anexo, onde:

[007] A FIGURA 1 refere-se a comparação entre os métodos de condução com potencial constante e com corrente constante.

[008] A FIGURA 2 refere-se as partes básicas do sistema entre lado gerador e consumidor.

[009] A FIGURA 3 refere-se a constituição eletrônica dos transformadores e da linha unipolar.

[010] A FIGURA 4 refere-se a construção física dos transformadores em vista lateral.

[011] A FIGURA 5 refere-se a geometria ideal para o condutor da linha de transmissão sem retorno.

[012] A FIGURA 6 refere-se a estrutura física da linha de transmissão entre a origem e o destino da energia tanto para distribuição quanto para sinalização de eletricidade.

[013] Em comparação com o sistema elétrico paralelo, a condução do tipo serial com um fio, representados na figura 1, facilita a transposição da energia por não apresentar oposição ao campo elétrico do condutor que entrega a corrente à carga. O primeiro método, que utiliza dois fios ao invés de um, sofre com atenuação e perdas sobre longas distâncias e em altas frequências, devido a corrente que retorna à fonte também gerar um campo elétrico sobre o fio de retorno, oferecendo oposição ao movimento rápido do campo no entorno do fio de envio.

[014] Conforme indicado pela figura 2, uma fonte de energia contínua e constante (1) conectada a um transformador (2) realimentado por um comutador de estado sólido (3), produz uma onda longitudinal sobre a linha de transmissão metálica (5), que entrega a energia ao transformador receptor (4) para conversão e uso.

[015] Os transformadores (2)(4) devem ser enrolados com sentidos de revolução opostos e relação de espiras conforme a exigência de potencial para a transposição eficiente da linha. A orientação espacial entre o primário L1 e o secundário L2 dos transformadores (2)(4), vide figuras 3 e 4, é lado a lado, metalicamente separados e sobre um núcleo isolante. Especialmente desejável nos transformadores de oscilação, o primário L1 contém preferencialmente a mesma quantidade de cobre que o secundário L2 para garantir resonância elétrica (área de reflexão balanceada), estabelecendo um coeficiente ideal de superfície metálica entre os dois enrolamentos.

[016] No topo do secundário, uma capacitância (7) proporciona a energia eletrostática que sustenta a oscilação em conjunto com a energia magnética da indutância do secundário L2, e ao mesmo tempo controla o comutador de estado sólido (3). A oscilação do transformador (2) é iniciada pelo primário e continuada por um transistor de efeito de campo polarizado como comutador (3) para o primário L1. Uma vez que a energia no primário L1 depende do fechamento do comutador (3) pelo secundário L2, e o mesmo secundário depende do primário para a ignição e continuação da oscilação, o transistor (3) como elemento ativo no processo, causa a carga e descarga contínua do circuito em forma de oscilações senoidais periódicas, como um circuito auto-dependente ou realimentado (com feedback). O período da oscilação, entendido como a frequência de onda portadora, depende das dimensões dos enrolamentos do transformador (2)(4) e da capacitância usada no topo do secundário.

[017] A dita onda longitudinal, ou corrente de circuito aberto (displacement current), é coletada no terminal superior dos transformadores (2)(4) entre o topo da indutância do secundário L2 (8) e a capacitância de bloqueio (7), que liga ao gatilho do transistor (3). Na recepção da energia, do lado oposto da linha de transmissão (5), o mesmo tipo de transformador converte a corrente de circuito aberto em corrente eletrônica novamente, seja para uso em corrente constante alternada, ou contínua através de retificação (6).

[018] Ultimamente, tanto os transformadores quanto a linha e a terra fazem parte de um mesmo circuito elétrico, que é capaz de entregar a energia da fonte para uso distante mesmo sem um circuito metálico fechado. A transformação é bidirecional e ocorre pelo primário L1 dos transformadores (4)(2). O mesmo enrolamento primário é usado tanto para geração quanto para interpretação e leitura do sinal elétrico no ponto de abertura indicado (6).

[019] O processo de condução da onda entre os polos da linha de transmissão (5) é mais eficaz com a utilização de condutores circulares e ocos, como por exemplo a blindagem de um cabo coaxial, vide Figura 5. A cobertura isolante do condutor (ar ou plástico) (10) é desta forma confinada ao interior do cilindro metálico (9) compensando a perda de radiação do campo elétrico para o ambiente. Entretanto qualquer condutor sólido é capaz de conduzir a onda de uma ponta a outra, definindo a área total da superfície metálica da linha (5) como fator qualitativo de transmissão. Ao contrário da condução eletrônica por fios paralelos, onde o interior ou massa do fio determina a capacidade de condução, neste, a área da superfície é o que importa. Portanto trata-se de um sistema transformador (2) de potencial constante da fonte (1) para corrente constante na linha (5) e vice versa (4), conforme ilustrado na figura 6.

Claims (5)

1. “MÉTODO PARA TRANSMISSÃO DE SINAIS ELÉTRICOS SEM FIO DE RETORNO” caracterizado por ser formado de dois transformadores elétricos (2)(4), um circuito eletrônico de realimentação (3), uma linha de transmissão metálica de uma via (5) e uma fonte de energia contínua (1).
2. “MÉTODO PARA TRANSMISSÃO DE SINAIS ELÉTRICOS SEM FIO DE RETORNO” caracterizado por utilizar realimentação ativa ou forçada por semicondutor de estado sólido (3) para geração de oscilação senoidal constante em terminais de transformador com núcleo de ar (2)(4).
3. “MÉTODO PARA TRANSMISSÃO DE SINAIS ELÉTRICOS SEM FIO DE RETORNO” caracterizado por utilizar transformadores elétricos sem núcleo de ferro (2)(4) para geração e conversão de ondas elétricas longitudinais.
4. “MÉTODO PARA TRANSMISSÃO DE SINAIS ELÉTRICOS SEM FIO DE RETORNO” caracterizado por interligar dois pontos elétricos através de ondas planas superficiais geradas por oscilações transientes oriundas de circuito tanque indutivo (2)(4) e capacitivo (7) em constante ciclo de carga e descarga.
5. “MÉTODO PARA TRANSMISSÃO DE SINAIS ELÉTRICOS SEM FIO DE RETORNO” caracterizado por utilizar transformadores (2)(4) com sistema de ignição (3) e realimentação (7) entre enrolamentos primário e secundário.

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