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SISTEMA WIRELESS APLICADO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL Aula 3: Sistema Radio Tema da Apresentação Sistema Radio – AULA 3 SISTEMA WIRELESS APLICADO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL Conteúdo Programático desta aula Aula 3: Sistema Radio Nesta aula você irá: Identificar os subsistemas que compõem o sistema de transmissão Wireless via radio. Tema da Apresentação Sistema Radio – AULA 3 SISTEMA WIRELESS APLICADO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL ELEMENTOS DO SISTEMA RÁDIO DIGITAL Tema da Apresentação Sistema Radio – AULA 3 SISTEMA WIRELESS APLICADO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 1895 1901 EVOLUÇÃO HISTÓRICA DO SISTEMA RADIO 1864 1887 MAXWELL HERTZ MARCONI Transmissor Tema da Apresentação Sistema Radio – AULA 3 SISTEMA WIRELESS APLICADO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL EVOLUÇÃO HISTÓRICA DO SISTEMA RADIO 1864 - A existência das ondas eletromagnéticas foi proposta pelo Pesquisadores ingleses Michael Faraday e James C. Maxwell. 1887 - A possibilidade de se transmitir energia ou informações entre pontos distantes utilizando ondas eletromagnéticas livres no espaço foi proposta pelo pesquisador alemão Heinrich R. Hertz, ao construir um Centelhador, isto é, um dispositivo que gerava ondas de rádio à partir de uma centelha elétrica. Tema da Apresentação Sistema Radio – AULA 3 SISTEMA WIRELESS APLICADO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 1895 - O engenheiro elétrico italiano Gugliemo Marconi ampliou o alcance dessas transmissões e adaptou a tecnologia para enviar e receber sinais telegráficos sem fio. 1901 - Marconi construiu o primeiro transmissor telegráfico transoceânico, com uma ligação de 3.200 km, entre Poldhu, em Cornualha, Inglaterra, e St. John, em Terra Nova, Canadá. EVOLUÇÃO HISTÓRICA DO SISTEMA RADIO Tema da Apresentação Sistema Radio – AULA 3 SISTEMA WIRELESS APLICADO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL EVOLUÇÃO HISTÓRICA DO SISTEMA RADIO Estes nomes se tornaram um marco nas telecomunicações, tanto na área da experimentação como no caso de Faraday e Hertz, quanto na teoria aplicada, desenvolvida por Maxwell, considerada referencia nas teorias de eletromagnetismo. No Brasil o padre Roberto Landell de Moura fez a primeira transmissão em 1892. Esta transmissão é anterior a feita por Marconi, mas quem ficou conhecido como criador do rádio foi o físico italiano. Tema da Apresentação Sistema Radio – AULA 3 SISTEMA WIRELESS APLICADO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL EVOLUÇÃO HISTÓRICA DO SISTEMA RADIO A partir destas descobertas a utilização das ondas de rádio como meio de comunicação cresceu vertiginosamente originando as estações de rádio AM, rádio FM, televisão e sistemas de comunicação civis e militares. No início da década de 80, com a compactação dos circuitos eletrônicos e com o desenvolvimento de baterias de pequeno porte e grande capacidade de carga, começaram a operar os primeiros serviços públicos de telefonia celular móvel. Nos Estados Unidos os primeiros sistemas de telefonia celular utilizando tecnologia analógica começaram a operar em Chicago em 1983. Tema da Apresentação Sistema Radio – AULA 3 SISTEMA WIRELESS APLICADO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL EVOLUÇÃO HISTÓRICA DO SISTEMA RADIO Os primeiros sistemas digitais começam a operar em 1991. No Japão, em 1979 a NTT (Nippon Telephone and Telegraph Company) começou a operar o primeiro sistema de telefonia celular móvel. Na Europa os primeiros sistemas começam a operar em 1985. Hoje são mais de 600 milhões de usuários em todo o mundo e só no Brasil são cerca de 24 milhões. Tema da Apresentação Sistema Radio – AULA 3 SISTEMA WIRELESS APLICADO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL SISTEMA DE TRANSMISSÃO VIA RADIO ANTENAS Embora se empregue a palavra rádio, as transmissões de televisão,rádio e telefonia móvel, estão incluídas nesta classe de emissões de radiofrequência. Outros usos são áudio, vídeo, radionavegaçao, serviços de emergencia e transmissão de dados por rádio digital, tanto no âmbito civil como militar. Também são utilizadas por radios amadores. Tema da Apresentação Sistema Radio – AULA 3 SISTEMA WIRELESS APLICADO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL SISTEMA DE TRANSMISSÃO VIA RADIO ANTENAS De modo a receber sinais de rádio, como por exemplo, de estações de rádio AM ou FM, uma antena de rádio deve ser utilizada. No entanto, como a antena irá captar centenas de sinais de rádio ao mesmo tempo, um sintonizador de frequencia é necessário para sintonizar em uma frequência em particular (ou em uma faixa de frequência). Isso é tipicamente feito através de um resssonador (que, em sua forma mais simples, é um circuito com um capacitor e um indutor). . Tema da Apresentação Sistema Radio – AULA 3 SISTEMA WIRELESS APLICADO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL SISTEMA DE TRANSMISSÃO VIA RADIO ANTENAS O ressonador é configurado para ressonar em uma frequência em particular (ou uma banda de frequência), de modo a amplificar os sinais de rádio em tal frequência, e ignorar os demais sinais. Nesse contexto, é comum dividir as ondas hertzianas em faixas de frequência, que variam entre as frequências de 30 quilohertz (muito baixas) a 300 mil megahertz (extremamente altas). Essas bandas de frequências são classificadas em grupos, e estes grupos são comumente chamados por: onda curta, onda média e onda longa. Nestes segmentos, encontram-se as estações de radiodifusão, serviços de comunicação aérea, marítima, telegrafia etc. Tema da Apresentação Sistema Radio – AULA 3 SISTEMA WIRELESS APLICADO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL Sistema de Frequência Tema da Apresentação Sistema Radio – AULA 3 SISTEMA WIRELESS APLICADO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL Opacidade Atmosférica X Comprimento de Ondas Tema da Apresentação Sistema Radio – AULA 3 SISTEMA WIRELESS APLICADO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL ANTENA- A antena é um elemento de grande importância para o projeto de um rádio enlace. É interessante salientar que estamos trabalhando com antenas comerciais, calibradas especificamente para a frequência escolhida. Como são projetadas as antenas? Para que uma antena seja eficiente o seu tamanho (comprimento) tem de ser aproximadamente igual ao comprimento de onda da corrente que circula na mesma. Os comprimentos das antenas eficientes geralmente são: L = λ/2 ou L = λ/4. Onde L é o comprimento da antena e λ é o comprimento de onda. Tema da Apresentação Sistema Radio – AULA 3 SISTEMA WIRELESS APLICADO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL Cálculo de Visada de Antenas Tema da Apresentação Sistema Radio – AULA 3 SISTEMA WIRELESS APLICADO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL Projeto de uma Antena Para se projetar uma boa antena operando com uma corrente de freqüência igual a 60 Hz (freqüência da rede elétrica) o seu tamanho deveria ser: f = 60 Hz e temos λ= 300.000.000/60 = 5.000 km; L = λ/4 ou L = 5.000/4 = 1.250 km ! A antena deveria ter um comprimento de 1.250 quilômetros! Uma antena deste tamanho é inviável. Por isso os sistemas de rádio utilizam freqüências muito elevadas. Quanto maior a freqüência, menor será o comprimento de onda e menor será o tamanho da antena. Tema da Apresentação Sistema Radio – AULA 3 SISTEMA WIRELESS APLICADO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL Cálculo da Altura das Antenas Tema da Apresentação Sistema Radio – AULA 3 SISTEMA WIRELESS APLICADO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL As antenas são diferenciadas de acordo com os seus comportamentos de irradiação de energia. Existem três tipos de antenas que serão descritas nos próximos itens. Antenas Isotrópicas Antenas Diretivas Antenas Parabólicas Tipos De Antenas Tema da Apresentação Sistema Radio – AULA 3 SISTEMA WIRELESS APLICADO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL TIPOS DE ANTENAS Parabolica Ominidirecionais Direcionais Interna Tema da Apresentação Sistema Radio – AULA 3 SISTEMA WIRELESS APLICADO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL Isotrópica ou Omnidirecional: _ Maioria das antenas; _ Alcance de transmissão cobre uma área circular em torno do transmissor; Diretivas ou Direcional _ Pode minimizar o problema de interferência _ Área coberta pode ser aproximada por um setor circular _ Antena gera um feixe focado _ Reutilização espacial pode ser mais explorada _ Ganhos de transmissão e de recepção são maiores _ Alcance de transmissão é maior Tipos De Antenas Tema da Apresentação Sistema Radio – AULA 3 SISTEMA WIRELESS APLICADO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL Padrão de recepção Equivalente ao padrão de irradiação na antena receptora Isotrópica Omnidirecional Dipolos Hertz ( λ /2 ) Comprimento da antena é metade do comprimento de onda do sinal que pode ser transmitido de maneira mais eficiente. Marconi ( λ /4 ) Parabólica Tipos De Antenas Tema da Apresentação Sistema Radio – AULA 3 SISTEMA WIRELESS APLICADO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL Tema da Apresentação Sistema Radio – AULA 3 SISTEMA WIRELESS APLICADO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL As antenas possuem características específicas que destacamos : Polarização de uma antena • E, em física, é o símbolo da intensidade de campo elétrico • H, em física, e o símbolo da intensidade de campo magnético. Tipos De Antenas Tema da Apresentação Sistema Radio – AULA 3 SISTEMA WIRELESS APLICADO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL DIAGRAMA DE IRRADIAÇÃO Diagrama de Irradiação é a representação gráfica da forma como a energia eletromagnética se distribui ou irradia pelo espaço.: Tipos De Antenas Tema da Apresentação Sistema Radio – AULA 3 SISTEMA WIRELESS APLICADO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL Tipos De Antenas A curva em AZUL representa a energia irradiada em cada direção em torno da antena Tema da Apresentação Sistema Radio – AULA 3 SISTEMA WIRELESS APLICADO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL Tipos De Antenas Diretividade é a relação entre o campo irradiado pela antena na direção da máxima irradiação e o campo gerado por uma antena isotrópica que recebesse a mesma potencia. A diretividade de uma antena define sua capacidade de concentrar a energia irradiada numa determinada direção. D = E max E iso E max= Energia da antena em estudo E iso = Energia da antena isotrópica Tema da Apresentação Sistema Radio – AULA 3 SISTEMA WIRELESS APLICADO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL Tipos De Antenas Eficiência da Antena: Está relacionada ao projeto eletromagnético da antena, tais como, as perdas que estão envolvidas (descasamento de impedâncias, perdas em dielétricos, lóbulos secundários, etc). O padrão é em torno de 90% à 95 % Tema da Apresentação Sistema Radio – AULA 3 SISTEMA WIRELESS APLICADO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL Tipos De Antenas GANHO Ganho de uma Antena pode ser entendido como resultado da DIRETIVIDADE menos as PERDAS. Quanto mais direcionada uma antena, mais GANHO apresenta e mais estreito o seu feixe cônico com que ilumina a uma determinada área (como fosse um farol). O feixe se estreita a medida que à frequência aumenta. Uma antena direcional quando envia ou capta, em uma certa direção, mais energia, é o que chamamos de Ganho.. Ex: Um refletor de 10 mts pode apresentar um ganho de 50 dB em 4 GHz e quase 60 dB em 12 GHz. Tema da Apresentação Sistema Radio – AULA 3 SISTEMA WIRELESS APLICADO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL Tipos De Antenas GANHO O Ganho de uma antena isotrópica é de 0 dB, pois não há diretividade nenhuma em sua irradiação, e como já visto o Ganho é dado pela diretividade de sua irradiação. Uma antena isotrópica é aquela que irradia esféricamente em todas as direções e em consequência, desperdiça energia que poderia ser direcionada para um certo ponto. GANHO = D x µa onde D= Diretividade e µa = Eficiência da antena. Tema da Apresentação Sistema Radio – AULA 3 SISTEMA WIRELESS APLICADO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL Tema da Apresentação Sistema Radio – AULA 3 SISTEMA WIRELESS APLICADO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL IMPEDANCIA CARACTERISTICA Valor referente a construção física da Antena: 75 ou 300 Ohms. Cálculo da Potencia efetivamente irradiada (ERP) ERP = Pt ( dB) + Gt ( dB) – p (dB) Potencia ERP é a potencia gerada pela Antena. Pt = Potencia em dB do Transmissor; Gt = Ganho da Antena. P = perda por atenuação da LT Tipos De Antenas Tema da Apresentação
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