Estudo da interferência de fenômenos meteorológicos na transmissão e captação de ondas eletromagnéticas

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14-06-2022
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Faculdade de Ciências
Departamanto de Física
ESTUDO DA INTERFERÊNCIA DOS FENÓMENOS 
METEOROLÓGICOS NA TRANSMISSÃO E CAPTAÇÃO DE ONDAS 
ELECTROMAGNÉTICAS
Curso: Meteorologia
Autor: Amós Samuel Sitoe
Exame de estado
Estrutura da Apresentação
u 1.0 Introdução
u 1.1 Objectivos
u 1.2 Problema de Estudo e Justificação 
u 2.0 Materiais e Métodos
u 3.0 Fundamentação Teórica
u 4.0 Discussão sobre os Resultados
u 5.0 Conclusão
u 6.0 Referências
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31.0.Introdução 
u O conhec imen to das ca rac te r í s i t i c as dos f enómenos 
meteorológicos é de grande importância para o entendimento do 
processo de trasmissão e captação de ondas electromagnéticas. A 
propagação das ondas electromagnéticas é influenciada pelas 
condições da atmosfera terrestre e pela natureza do solo entre os 
pontos de transmissão e recepção (Sizun, 2003).
u Sabe-se que a transmissão de dados é uma matéria cada vez 
mais impor tan te para qua lquer pessoa que opere com 
equ ipamen tos que es te jam inse r idos num s i s tema de 
telecomunicação (Sizun, 2003). 
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1.0. Introdução - Continuação 
uPara fins de telecomunicação segundo Schirmer 
(2015) as ondas electromagnéticas usadas para o 
transporte de energia e informação são as de rádio e 
micro-ondas, porem, as micro-ondas devido a sua 
alta frequência sofre interferências. Dentro deste 
contexto, é abordado no presente trabalho de que 
maneira os fenómenos meteorológicos interferem na 
transmissão e captação de ondas electromagnéticas, 
envocando os processos fisicos envolvidos afim de 
indentificar os melhores locais para instalação de 
sistemas de telecomunicação.
5Geral
u Estudar a interferência de fenómenos meteorológicos na 
transmissão e captação de ondas electromagnéticas.
Específicos
u Entender o comportamento da atmosfera em face a transmissão e 
captação de ondas electromagnéticas;
u Conhecer as características de ondas electromagnéticas e sua 
propagação na atmosfera; 
u Identificar as ondas electromagnéticas aplicadas nos sistemas de 
telecomunicação visando entender as limitações das bandas do 
espectro em face as condições meteorlógicas; e 
u Identicar melhores locais para instalação de sistemas de 
telecomunicação.
1.1. Objectivos
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 1.2.Problema de estudo e justificação 
 Com o crescente avanço da tecnologia, a utilização de 
ondas electromagnéticas para atender os sistemas de 
telecomunicação tem sofrido interferências de varia ordem, 
pelo que, torna-se primordial estudar a interferência 
gerada por fenómenos meteorológicos na transmissão e 
captação dessas ondas. A ampla aplicação da radiação 
electromagnética nas tecnologias modernas, despoleta 
interesse para o entendimento dos mecanismos de 
propagação dessas ondas sob condições adversas, e 
des ta f e i t a p rove r hab i l i dades t écn i cas pa ra o 
desenvolvimento dos serviços de telecomunicações. 
 
72.0. Materiais e Métodos
 A metodologia utilizada para a materialização do presente 
estudo foi baseada em pesquisas webgráf icas e 
bibliográficas. Foram colectadas informações teóricas que 
fundamentam o interesse da pesquisa. Além do estudo 
teórico, foram discutidos os resultados, visando identificar 
as limitações na transmissão das ondas electromagnéticas, 
os factores meteorológicos que afectam a qualidade do 
sinal electromagnético, e com base nos estudos literários 
elaborados, compreender a efectividade dos sistemas de 
telecomunicação
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3.0.Fundamentação Teórica
Atmosfera Terrestre
Para compreender como as ondas se 
propagam no espaço, convêm conhecer a 
composição da atmosfera terrestre e os 
factores que a afectam. A atmosfera 
terrestre é dividida em cinco camadas, 
cada uma delas possuindo características 
d is t in tas , sendo e las : Tropos fe ra , 
Estratosfera, Mesosfera, Termosfera e 
Exosfera (Castro, 2017).
Figure 1: Camadas da atmosfera terrestre. Fonte NTC (1998)
Índice de Refração Troposférico
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 Características de Propagação na Troposfera
 As características de propagação na troposfera variam sob certas 
condições de tempo, e podem permanecer invariáveis por um longo 
período. Em elevadas altitudes, ocorrem constantemente inversões 
de temperatura, por causas var iadas. Estas inversões de 
temperatura provocam refrações radicais, com a onda trasmitida 
refratando-se continuamente nos limites inferior e superior da inversão. 
Desta forma, é criado um duto troposférico onde as ondas ficam retidas 
por distâncias consideráveis, até a inversão de temperatura ser 
normalizada. 
 
Figura 2: Duto troposférico
10Ondas Electromagnéticas
A oscilação energia que se propaga tem a forma sinusoidal e 
recebe o nome de onda electromagnética. As ondas 
electromagnéticas apresentam como características: 
comprimento de onda, velocidade de propagação, amplitude 
e frequência. (Miguens, 2004). 
As ondas electromagnéticas foram previstas e teorizadas 
pelo físico e matemático escocês James Clerck Maxwell, que 
unificou as equações da electricidade e do magnetismo já 
existentes (equações de Faraday, Ampére e Gauss) em 
equações de onda.
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Espectro Electromagnético
Como bem assegura (Sizun, 2003), o espectro electromagnético é 
definido como o conjunto de radiações electromagnéticas que se 
propagam no espaço e que se encontram ordenadas de acordo com a 
sua frequência (f) e comprimento de onda (λ) e consequentemente a 
sua energia. 
Figura 3. Espectro electromagnético. Fonte (GEO)
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Componentes Básicos de Radiocomunicação
Os sistemas normais de radiocomunicação constam de dois 
componentes básicos:
Transmissor
Receptor.
O primeiro gera oscilações eléctricas com uma frequência de rádio 
denominada de frequência portadora. A estação transmissora 
geralmente é composta por um circuito transmissor, integrado por um 
transdutor, um modulador, uma linha de transmissão e uma antena 
transmissora. Por outro lado, a estação receptora é composta por uma 
antena receptora, uma linha de transmissão e um circuito receptor, 
integrado por um demodulador e um transdutor de áudios. (Alves et al, 
2019)
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 Antenas (emissão e recepcão)
 Antenas são dispositivos usados tanto para a emissão quanto para a 
recepção de ondas de rádio. 
 Polarização 
 Orientação do campo eléctrico de uma onda de rádio com respeito à 
terra ou direcção de propagação e é determinado pela estrutura 
física da antena e por sua orientação. 
 Zona de Fresnel 
 A zona de Fresnel pode ser definida como um conjunto de elipses 
concêntricas em torno da linha de visada onde esta concentrada toda 
energia transmitida. 
 
14 Satélites
 Satélite é o elemento comum de interligação das estações 
terrenas, actuando como estação repetidora. Devido a sua altitude, 
permite a transmissão de sinais directamente entre duas estações, 
sem que existam necessariamente pontos intermediários. A grande 
vantagem da comunicação através do satélite reside exactamente 
no facto de que cobre áreas enormes sem encontrar obstáculos 
geográficos, além da própria atmosfera terrestre. 
 
15Mecanismos de Propagação
u Refração
u Reflexão
u Difração
u Dispersão ou Espalhamento
Desvanecimento 
Ocorre devido a algum problema de propagação, geralmente pelas ondas de 
multipercurso e dutos. O sinal recebido flutua, varia de intensidade a cada 
instante, aumenta e diminui passando por nulos e zeros de tensão. (Sizun, 
2003).
Figura 6 - Tipos de onda. Carvalho Badinhan (2011)
16 Fenómenos Meteorológicos 
 Os fenómenos meteorológicos consistem nos eventos que 
acontecem na atmosfera e que estão associados ao clima e ao 
tempo. Dependendo do fenómeno meteorológico, as ondas de rádio 
podem ser transmitidas a distâncias maiores, ou atenuadas 
substancialmente. Sob condições adversas, as transmissões com 
frequências mais altas sofrem interferências ou são até mesmo 
interrompidas.
 Interferência devido a Chuva
 A atenuação devido as gotas de chuva são maior do que a 
atenuação devido a água emoutros estados. A atenuação pode ser 
causada por absorção, com gotas de chuva actuando como um 
dieléctrico pobre, absorvendo a potência da onda electromagnética e 
a dissipando por aquecimento e espalhamento
17 A atenuação devido ao nevoeiro é similar a atenuação por gotas 
de chuva. É mais crítica para frequências acima de 2 GHz, acima 
da faixa de UHF. Já a atenuação por granizo é determinada pelo 
tamanho das pedras e a sua densidade. Como o gelo possui um 
índice de refração mais baixo, a atenuação por granizo é 
consideravelmente menor do que devido as gotas de chuva. 
Figura 7: Geometria da interferência devida ao espalhamento pela chuva
18 Interferência devido a Tempestades e Ciclones
 Os desafios relativos aos sistemas de transmissão de ondas 
electromagnéticas em áreas susceptíveis a tempestades são 
causados por dois factores principais:
 Ventos de Alta velocidade 
 Ventos de alta velocidade tencionam as estruturas de suporte. As 
rajadas de vento também podem desalinhar as antenas. Caso o 
vento seja acompanhado de chuvas pode causar reduções ou 
perdas no sinal recebido em ambas extremidades do sistema.
 Chuvas Intensas
 As gotas de chuva causa a atenuação do nível do sinal nos 
sistemas de conexão. 
19 Interferência devido a Tempestades de Poeiras
 As tempestades de poeira geram um efeito de neblina devido as 
suas finas partículas de poeira (com tamanhos entre 0,5 e 10 
micrómetros).
 Os efeitos das tempestades de poeira na propagação de ondas 
electromagnéticas são uma combinação entre:
 Absorção e dispersão do sinal por partículas de poeira
 A atenuação por poeira para uma dada visibilidade óptica aumenta 
de maneira proporcional a frequência do rádio e a humidade das 
partículas de poeira.
20 Interferência devido ao Ar (oxigênio) e ao Vapor de Água
 As atenuações devido ao ar seco (oxigénio) e ao vapor de água 
dependem de factores ambientais, geográficos e técnicos do 
transmissor, tais como altitude (pressão), temperatura, quantidade de 
vapor de água dispersa na atmosfera, frequência de operação e 
distância.
 E f e i t o s d a Ve g e t a ç ã o n a T r a n s m i s s ã o d e O n d a s 
Electromagéticas
 A propagação de ondas electromagnéticas em uma região com 
vegetação, possui algumas características específicas que devem 
ser levados em conta, trata-se de uma região de alta humidade, e a 
humidade é um factor que afecta de forma significativa no índice de 
refração.
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 Os factores meteorológicos são as fontes usuais que causam 
interferências nas ondas de rádio, mas de acordo com vários estudos, 
eles não tem influência ou são insignificantes em sistemas sem fio 
operando em frequências abaixo de 10 GHz (Rocha, 2017). 
 Uma vez que as condições atmosfêricas predominantes influenciam 
muito a propagação de ondas de rádio acima de 10 GHz, a 
propagação não guiada de micro-ondas na atmosfera neutra pode 
impactar directamente muitas aplicações vitais em ciência e 
engenharia (Rocha, 2017).
4.0 DISCUSSÃO GERAL SOBRE OS 
RESULTADOS
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 Um dos principais fenómenos que compromete o desempenho das 
transmissões é a precipitação (chuva). A atenuação devido as gotas 
de chuva são maior do que a atenuação devido a água em outros 
estados. A atenuação é significativa para as frequências acima da 
faixa de VHF.
 A atenuação devido ao nevoeiro é similar a atenuação por gotas de 
chuva. É mais crítica para frequências acima de 2 GHz, acima da 
faixa de UHF. Já a atenuação por granizo é determinada pelo 
tamanho das pedras e a sua densidade. 
 O vento embora não interfira na atenuação da qualidade do sinal, 
exerce uma força sobre as antenas, pois a alta velocidade tenciona 
as estruturas de suporte. As rajadas de vento também podem 
desalinhar as antenas. 
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 Com o presente trabalho chega-se a conclusão que ao longo do 
percurso das ondas electromagnéticas na atmosfera (troposfera) 
suas propriedades sofrem mudanças. Uma das causas refere-se 
às instabilidades oriundas de alterações meteorológicas, que 
trazem sensíveis efeitos sobre a transmissão em diversas faixas 
de frequências.
 O segundo problema é relacionado ao espalhamento troposférico, 
resultante de minúsculas irregularidades em toda sua extensão. 
 Outro aspecto envolve a atenuação pelos gases da atmosfera, com 
destaques para os efeitos do vapor de água e do oxigênio.
5.0 CONCLUSÕES
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 Outro factor é o enfraquecimento causado por múltiplos 
percursos entre a antena transmissora e a antena 
receptora, que pode incluir influências de reflexões no solo 
e em obstáculos ou o desdobramento da trajetória oriundo 
de desfocalização do feixe electromagnético. 
 Portanto, aliado estes aspectos levantados e associado a 
teoria de Fresnel pode se concluir que os sistemas de 
telecomunicação podem ser instalados em locais diversos.
25
 SIZUN, H. Radio Wave Propagation for Telecommunication 
Applications. Springs. Paris, p. 4-14, jun. 2003. 
 MIGUENS, A.P. Navegação electrónica e em condições especiais. 
Paris,v III. p. 4-14, jun. 2003. 
 UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA. Ondas e Linhas de 
Comunicações. Ilha Solteira, 2018. Disponível em: 
<https://www.feis.unesp.br> Acesso em 09 abr. 2022.
 COUTO, R.E. Analise do Impacto dos sistemas de Telecomunicações 
na Perspectiva do Meio Ambiente. v 13, n 5, pp. 54-68, mar. 2013. 
 FILGUEIRA. T.G. Analise da qualidade de Sinal da Rede Sem Fio do 
Centro Universitário de Anápolis. Anápolis .pp. 29, mar. 2016. 
6.0 REFERÊNCIAS
26
 SCHIRMER et al. Transmissão de Informações atraves de Ondas 
E l e c t r o m a g n é t i c a s . 2 0 1 5 . D i s p o n í v e l e m : 
<https://www.publicacoeseseventos.unijui.edu.br> Acesso em 04 abr. 
2022.
 ELECTRONICA. VOLUME II, capitulo XVIII, pp. 211-240. Diretoria de 
comunicações e Electronica da Marinha
 MIGUENS. A.P. VOLUME III, capitulo XIV, pp. 147-157. Electronica 
e em condições especiais. 2004
 SONVEZ. V. capitulo II, pp. 15-33. Uma proposta de sequencia 
didatica para o ensino de ondas electromagnetica. 2019
 
6.0 REFERÊNCIAS
27
 ROCHA. A.C. capitulo IV, pp. 35-53. Impacto provocado pelas 
condições meteorlogicas sobre a carga de trabalho dos controladores 
de trafego e sobre as emissões de CO2 nos terminais de São Paulo 
e Rio de janeiro. 2011
 CASTRO. M.C.F. MODULO II. capitulo IV, pp. 2-26. Fenómenos de 
propagação-efeitos da refracऑão na propagação. 2017
 
 SOUZA. W.A.. capitulo II, pp. 33-38. Avaliação da influência da 
precipitação pluviométrica na propagação de sinal de telefonia celular 
4G LTE na CIDADE de MANAUS - AM. 2020
28
Muito Obrigado!