Radioamadorismo e Ciência em Ação

Por Andrew “Jim” Danielson, AC9EZ; Jordan Marshall, NM9L e Scott Bergeson. Traduzido por Alisson, PR7GA

Radioamadores unem forças com pesquisadores para um experimento para monitorar a vida selvagem por telemetria.

O Serviço de Radioamador e, consequentemente, os Radioamadores, têm uma longa e profícua história de inovação na ciência das telecomunicações por rádio. Desde dispositivos médicos até satélites, o Radioamadorismo mantém-se ativo em inúmeras atividades, incluindo investigação científica e serviço público.

Galen Burrell, estudante de pós-graduação do laboratório de Scott Bergeson, usa o rádio para rastrear morcegos no nordeste de Indiana. [foto de Deanne Jensen]

Como os pesquisadores podem usar o Radioamadorismo

Um exemplo claro da cooperação entre o Radioamadorismo e a pesquisa científica é a radiotelemetria da vida selvagem (veja a foto principal). Desde as décadas de 1950 a 1960, a radiotelemetria tem sido usada por pesquisadores científicos como meio de rastrear animais selvagens por meio de pequenos transmissores/beacons. A radiotelemetria permite que os cientistas monitorem os movimentos de um animal à distância, sem a necessidade de acompanhá-los floresta adentro.

A prática de rastrear sinais de rádio usando um pequeno receptor e uma antena portátil é mais conhecida no nosso hobby como caça à raposa – uma atividade onde radioamadores, chamados "caçadores", buscam rastrear e localizar um transmissor escondido, chamado "raposa". Esta transmite seus sinais por  um determinado período, enquanto os caçadores tentam localizá-la usando apenas técnicas de detecção de direção (radiotelemetria). Depois que a raposa é localizada, alguns participantes elevam a dificuldade, incumbindo os caçadores de encontrar uma microraposa – um transmissor ainda menor e de baixa potência escondido em algum lugar perto da raposa principal.

A maior diferença entre os pesquisadores que rastreiam a vida selvagem usando radiotelemetria e os Radioamadores que rastreiam a "raposa" é que o transmissor não está se movendo, enquanto a vida selvagem está. As técnicas e equipamentos utilizados para essas duas atividades são semelhantes. Normalmente os Radioamadores usam a banda de 2 metros, enquanto que muitos pesquisadores da vida selvagem usam transmissores nas faixas de VHF ou UHF, frequentemente logo acima da nossa banda de 2 metros (aproximadamente 150 MHz), ou da faixa de 70 centímetros. As antenas utilizadas são bastante semelhantes, geralmente Yagis direcionais portáteis.

Unindo Rádio e Ciência

No verão norte-americano de 2022, Jim Danielson, AC9EZ, conduziu um projeto de pesquisa de telemetria da vida selvagem com Jordan Marshall, NM9L, e Scott Bergeson, ambos professores do Departamento de Ciências Biológicas da Purdue University Fort Wayne (PFW). Este projeto foi inspirado no trabalho acadêmico de Scott, que usa telemetria da vida selvagem para estudar diversas espécies de morcegos no meio-oeste norte-amaricano. Como parte de sua pesquisa, Scott utiliza pequenos transmissores operando na faixa de 150 MHz que são fixados nas costas dos morcegos capturados. Esses morcegos são soltos e depois rastreados por Scott e seus alunos, identificando os habitats e áreas de atividade dos morcegos.

Para realizar o rastreamento, são utilizadas antenas Yagi portáteis e um receptor, todos de fabricação industrial. Os transmissores emitem uma portadora simples em intervalos regulares, bem similar a os pequenos transmissores usados em caça à raposa.

O projeto de pesquisa de Jim tinha dois objetivos principais: analisar o desempenho das antenas caseiras Yagi-Uda e seu uso para receber sinais de telemetria, e analisar o desempenho de um dongle SDR barato e sua possível utilização por pesquisadores de telemetria da vida selvagem. O SDR usado foi um modelo vendido online por valores entre 25 e 30 dólares.

Para a primeira parte da pesquisa, foram construídas três antenas Yagi-Uda. A primeira foi feita com tubos de alumínio. Já a segunda e a terceira antenas foram feitas com fita métrica de 1 polegada e tubos de PVC de 1/2 polegada, diferindo entre si pelo comprimento e o espaçamento entre os elementos. As dimensões dos elementos foram calculados usando o software 4NEC2.

Para fins de teste, colocamos um pequeno transmissor beacon em diferentes locais próximos ao campus da Universidade para simular um morcego empoleirado. Conectamos as antenas ao receptor de telemetria comercial e conseguimos registrar algumas leituras aproximadas de intensidade do sinal. Os resultados foram promissores, com a Yagi de fita métrica dando os melhores resultados. Este foi um resultado importante, pois indicou a possibilidade de uso das Yagis caseiras por pesquisadores profissionais.

Uma importante falha de projeto durante o experimento foi a falta de qualquer tipo de balun caseiro nas Yagis. Durante o teste das antenas, notamos que os diferentes comprimentos do cabo coaxial estavam afetando o desempenho das antenas. Provavelmente a razão é que uma antena Yagi tem um ponto de alimentação balanceado, enquanto o cabo coaxial (que foi usado para alimentar cada antena) é uma linha de alimentação inerentemente desbalanceada.

Por conta dessa incongruência, há grande possibilidade de que o padrão de radiação e o ganho calculado para cada projeto de antena tenham sido alterados, já que o cabo coaxial estava atuando como parte da antena. Adicionar um balun poderia melhorar o desempenho de cada Yagi, embora sejam necessárias mais pesquisas para comprovar a real influência que o balun teria em cada antena.

Para a segunda parte de pesquisa de Jim, os transmissores foram novamente colocados em diferentes locais fora do campus. No ponto de recepção, o dongle SDR estava conectado a um laptop. O objetivo era saber como o dongle SDR recebia o sinal do transmissor e determinar seu alcance. Esses testes produziram vários resultados. O sinal pôde ser observado claramente no waterfall da tela do compuador, de forma bem semelhante a sinais FT8 ou outros sinais digitais. Ajustes finos no ganho de RF e na resolução permitiu que o sinal do transmissor fosse visto na tela ainda que nenhum sinal audível pudesse ser percebido. O resultado foi que a tecnologia SDR poderia ser utilizada para uso em telemetria da vida selvagem a distâncias superiores a 2 quilômetros.

Outro fator a considerar com o uso da tecnologia SDR é que a maioria dos pesquisadores depende da detecção audível de um sinal de telemetria. Este método de detecção de áudio tem suas desvantagens porque requer um sinal forte o suficiente para ser ouvido. No entanto, conforme demonstrado pelos modos digitais FT8 e JT65, um sinal de rádio pode ser detectado visualmente mesmo que não seja ouvido. Para os pesquisadores, isso pode indicar que os sinais dos transmissores podem ter seu alcance aumentado significativamente.

Uma captura de tela do dongle RTL-SDR usando o software SDR# recebendo os sinais de telemetria a aproximadamente 1 quilômetro de distância. O SDR foi configurado para modo CW com filtro de 500 Hz. A frequência do transmissor era 153,330 MHz. [imagem de Andrew “Jim” Danielson, AC9EZ]

Olhando para o futuro

À medida que Jim avança com sua pesquisa, ele espera continuar aplicando as técnicas e o treinamento que recebeu como Radioamador às pesquisas que conduz como estudante.

Sobre os autores

Andrew “Jim” Danielson, AC9EZ, é aluno da Universidade PFW. Ele é Radioamador desde 2012, hoje na classe extra (similar à classe A brasileira. Jim recebeu conquistou vários diplomas, tais como WAS, DXCC e WAC; também operou em eventos especiais comoa SKCC, NAQCC e CWops, e participou da expedição A35JT (Reino de Tonga) em 2019. Ele é membro da ARRL, SKCC, NAQCC, CWops, Fort Wayne Radio Club e Fort Wayne DX Association. Jim gosta de construir antenas para sua estação doméstica e portátil, fotografar, ler livros, tocar e escrever músicas no violino, piano e órgão de tubos. Jim pode ser contatado pelo email dile13@hotmail.com.

Jordan Marshall, NM9L, é professor de biologia da flora na Universidade PFW, com interesses de pesquisa em estrutura e composição florestal, ecologia de perturbações e biologia de invasores. É membro da ARRL e participa do programa POTA como caçador e ativador. Jordan pode ser contatado via marshalj@pfw.edu.

Scott Bergeson é professor assistente de biologia da fauna na Universidade PFW. Seus interesses de pesquisa concentram-se nos impactos de perturbações em animais ameaçados e em risco, como morcegos, doninhas, e a tartaruga-aligátor. Scott usou a telemetria para estudar a ecologia espacial de inúmeras espécies de morcegos em todo o mundo. Ele pode ser contatado pelo email bergesos@pfw.edu.

Fonte: Revista QST, edição de Janeiro de 2024.

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