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SISTEMAS DE INFORMAÇÕES GERENCIAIS www.esab.edu.br 3 Sumário 1. Apresentação..........................................................................08 2. Conceitos Gerais de Onda .................................................... 09 3. Ondas Eletromagnéticas (OEM).............................................13 4. Polarização, Transmissão e Atenuação das OEM ................ 20 5. Sistemas Radiantes................................................................29 6. Antenas ................................................................................. 37 7. Resumo ................................................................................. 48 8. Apresentação ....................................................................... 49 9. Tipos de Antena..................................................................... 50 10. Antenas de Micro-ondas ....................................................... 55 11. Meios Guiados........................................................................60 12. Modulação ............................................................................. 68 13. Sistemas Multiplex..................................................................76 14. Resumo..................................................................................85 15. Apresentação ........................................................................86 16. Sistemas por Espalhamento Espectral..................................87 17. Enlace de Rádio Digital..........................................................98 18. Comunicações via Satélite....................................................105 19. Projeto de um Enlace de Micro-ondas Terrestre...................123 20. Projeto Rádio Enlace Digital Via Satélite..............................133 21. Resumo 3..............................................................................143 22. GLOSSÁRIO.........................................................................144 23. BIBLIOGRAFIA.....................................................................153 www.esab.edu.br 4 Palavras do Tutor Caros alunos, é com muita alegria que a ESAB chega até você através deste material de estudo preparado e pensado exclusivamente sobre as telecomunicações, isto é, as comunicações à distância, via enlaces de rádio terrestres e via satélite. Com o único propósito de entender o funcionamento básico destes complexos sistema de comunicações atuais. No mundo atual, basicamente tudo está interconectado, seja por cabos ou por enlaces de rádio frequência, uma simples rede doméstica do tipo Wi-Fi já envolve toda uma infraestrutura de telecomunicações via rádio enlace, desde os pontos quentes (Hot Spots) até o computador. Da mesma forma em enlaces terrestres via antenas de rádio frequência e micro-ondas fazem o mesmo papel que um Hot Spot dentro de casa, só que com distâncias muito maiores! Já um satélite é basicamente uma antena de rádio situada a grande altitude, com o único objetivo de dar uma maior cobertura e atingir lugares, cidades, centros mais distantes, mas o papel do satélite é exatamente o mesmo que a de uma antena repetidora de rádio frequência terrestre. Portanto, a presente apostila, e consequentemente o módulo completo, tem como único objetivo de servir como um apoio presencial para a disciplina de SISTEMAS DE COMUNICAÇÃO POR RÁDIO E SATÉLITE e seu conteúdo foi pensado de forma que possa ser útil para seu aprendizado fácil e didático ao longo do curso. Para que você possa fazer um bom uso desta apostila é de fundamental importância a leitura, resolução das atividades e acesso às referências extras apresentadas no final da mesma. Não esqueça de ler constantemente este material, e tirar suas dúvidas ou observações com o tutor, acompanhar regularmente a disciplina em seu ambiente de aprendizagem, além de interagir com o suporte acadêmico, professores, tutores e colegas. Desejamos assim um excelente aprendizado e que você possa www.esab.edu.br 5 utilizar e colocar em prática os conhecimentos adquiridos neste módulo. Lembre-se, o seu sucesso depende de seu esforço e dedicação. Um grande abraço e bons estudos! Prof./Tutor Aníbal D. A. Miranda Apresentação Fazer uma familiarização do aluno com os conceitos básicos e fundamentais dos Sistemas de Comunicação via Rádio e Satélite, e a relevância que tem esses sistemas na atualidade, em um mundo altamente conectado! Seja entre pessoas, computadores ou qualquer outro dispositivo inteligente que permita conexão, sabemos, que hoje em dia existe o conceito de IoT, esta sigla significa Internet da Coisas (Internet of Things), portanto, isto já nos indica o gari de conectividade que o mundo está atingindo e toda essa conectividade é feita a traves de cabos ou enlaces de rádio frequência como será visto ao longo deste módulo. Dessa forma, entender a importância da interconexão via rádio ou satélite para uma correta conectividade e funcionamento entre todos os dispositivos do sistema total de telecomunicações e redes, para um professional da Tecnologia da Informação (TI) é praticamente mandatório. Objetivos Temos três (3) objetivos muito bem definidos nesta apostila, cada objetivo cobre cinco (5) unidades consecutivas, vejamos. • 1º objetivo (Unidades 1 até 5): Ter uma ideia clara sobre os conceitos de ondas de vários tipos, porem com muito mais ênfase nas ondas eletromagnéticas, por exemplo conhecer os conceitos de polarização, de transmissão e o fenômeno de atenuação delas. Assim também conhecer os sistemas radiantes que permitem o envio e a recepção destas ondas eletromagnéticas, basicamente conhecer muito bem o funcionamento e as características das www.esab.edu.br 6 antenas como elementos últimos e inicias de um sistema de telecomunicações por rádio enlace ou via satélite. • 2º objetivo (Unidades 6 até 10): Aqui teremos uma visão ampla, geral e relativamente completa sobre os tipos de antenas utilizadas nos diversos sistemas de telecomunicações, dando uma cobertura maior às antenas de micro-ondas que são as principais responsáveis dos enlaces de rádio terrestres e via satélite. Finalmente estudaremos os métodos mais utilizados de modulação, assim como os sistemas multiplex que canalizam várias fontes dentro de um único meio de comunicação. • 3º objetivo (Unidades 11 até 15): O nosso último objetivo abrange praticamente vários sistemas de telecomunicações, por exemplo, começamos com os sistemas de espalhamento espectral muito úteis sobre todo nas redes de telefonia celular CDMA, logo estudamos um sistema de rádio enlace digital terrestre para depois analisar um sistema de comunicação via satélite. Finalmente, temos dois projetos simples porem completos sobre um enlace de micro-ondas terrestre e um rádio enlace digital via satélite. Acreditamos que o aluno terá uma boa base sobre estes tópicos na conclusão deste módulo. Ementa Neste módulo apresentamos os conceitos básicos, gerais e completos sobre as comunicações de rádio enlace tanto via terrestre como via satélite. Evidentemente estes tópicos não são fáceis de serem expostos ao público, desta maneira tentou-se fazer um compilado completo sobre estes tópicos para o aluno ter uma boa base nestes assuntos da área puramente de telecomunicações, que nada mais é a parte física do modelo de referência OSI. Também são vistos tópicos como conceitos de ondas, sobre todo conceitos de polarização, transmissão e atenuação das ondas eletromagnéticas, sistemas radiantes, antenas, tipos de antena, antenas de micro-ondas, conceitos de www.esab.edu.br 7 modulação e sistemas multiplex. Finalmente são vistos os sistemas de espalhamento espectral, sistemas de rádio enlace digital terrestre e via satélite e dois projetos simples, porém completos, de um enlace terrestre de micro-ondas e via satélite. Sobre o Autor Engenheiro eletrônico especializado nas áreas de Teleinformática e Telecomunicações. Mestrado e Doutorado outorgadospelo Instituto Tecnológico de Aeronáutica (ITA) em 1998 e 2004 respectivamente. A Tese de Mestrado rendeu o primeiro prêmio “Comandante Quandt de Telecomunicações” na TELEXPO de São Paulo em 1999. Categoria: Trabalhos Técnicos. Autor de softwares na área de engenharia de tráfego, principalmente para medir, analisar e emular o comportamento agregado de pacotes IP. Autor de vários artigos técnicos apresentados em importantes congressos a nível nacional e internacional. Boa experiência no estudo, análise, dimensionamento e implementação de projetos na área de Teleinformática. www.esab.edu.br 8 Conceitos de Ondas e Sistemas Radiantes Neste 1º eixo temático temos como objetivo o estudo dos conceitos básicos das ondas, e especial atenção das Ondas Eletromagnéticas, como a sua polarização, a sua transmissão e a sua atenuação quando enviadas em um sistema de enlace de rádio terrestre ou via satélite. • Unidade 1: Conceitos Gerais de Onda • Unidade 2: Ondas Eletromagnéticas • Unidade 3: Polarização, Transmissão e Atenuação das OEM • Unidade 4: Sistemas Radiantes • Unidade 5: Antenas www.esab.edu.br 9 Introdução No dia a dia, estamos rodeados por ondas de todo tipo, por exemplo, estas podem ser mecânicas, sonoras, luminosas, de rádio frequência, enfim, as ondas nos rodeiam diariamente. Mas, é graças a elas que existem muitas maravilhas do mundo moderno, como a televisão, o rádio, telecomunicações via satélite, o radar, o forno de micro-ondas, imagens eletrônicas e as mais recentes aplicações bélicas do sistema GPS, Raio X, telecomunicações, etc. Os seguintes conceitos são importantes, • Pulso: É a perturbação produzida em um ponto de um meio. • Onda: É o movimento provocado pela perturbação que se propaga em um meio. Por exemplo, quando uma pedra cai na superfície de um lago, ela desloca certo volume de água. Neste caso, ocorrem, simultaneamente dois tipos de movimento, um deslocamento lateral e um deslocamento vertical. A porção de água que se projeta acima do nível normal do lago tende a descer; mas, quando atinge a posição de equilíbrio, ultrapassa-a, devido a inércia, deslocando, lateral e verticalmente, uma nova porção de água ao seu redor. Assim, a oscilação mecânica vai se propagando pela superfície do lago. O fenômeno descrito é um exemplo de propagação ondulatória. A perturbação que se propaga recebe o nome de onda. É importante observar que a água do lago, como um todo, não se moveu, isto é, uma boia em sua superfície oscilaria em torno de uma posição, sem ser arrastada pela onda. Essa é a principal característica da propagação ondulatória de uma onda. As ondas transportam energia, sem envolver transporte de matéria. Portanto ondas são perturbações periódicas ou oscilações de partículas, por meio das quais, muitas formas de energia podem ser propagadas a partir de suas fontes. Todos os movimentos ondulatórios em um meio resultam de oscilações de partículas individuais em torno de suas posições de equilíbrio. Isso significa que uma onda progressiva é o movimento provocado por uma perturbação qualquer e não um deslocamento do meio em si mesmo. As ondas propagam somente energia, que é transferida através de átomos e moléculas da matéria. De um modo geral, as www.esab.edu.br 10 ondas necessitam de um meio material para se propagarem, exceto as ondas eletromagnéticas que se propagam no vácuo. Uma onda possui uma frequência e um comprimento. A frequência corresponde ao número de vezes que uma onda passa por um ponto do espaço num intervalo de tempo, ou seja, ao número de oscilações da onda por unidade de tempo em relação a um ponto. A frequência é geralmente expressa em ciclos por segundo ou Hertz. O comprimento de onda indica a distância entre dois pontos semelhantes de onda, dado em metros. Classificação das Ondas Podemos classificar as propagações ondulatórias de acordo com três critérios: A direção da vibração, a natureza da vibração e o grau de liberdade para a propagação das ondas. Direção da Vibração Ocorre uma propagação transversal quando a direção da vibração é perpendicular a direção em que se propaga a onda, por exemplo, um diapasão. A propagação longitudinal e aquela em que a direção da vibração é a mesma na qual se efetua a propagação da onda, por exemplo, no caso de uma mola. Nas propagações mistas, ambas as condições ocorrem simultaneamente. É o caso das perturbações que se propagam pela superfície dos líquidos. Natureza das Vibrações Nas propagações mecânicas ocorre transporte de vibrações mecânicas, isto é, as partículas materiais vibram. É o caso das ondas em cordas, em molas, na superfície e no interior dos líquidos, dos sólidos (terremotos) e dos gases (som se propagando no ar), etc. As ondas mecânicas necessitam de um meio material para a sua propagação; logo, o som não se propaga no vácuo. As propagações eletromagnéticas correspondem a variações no campo elétrico e no campo magnético, originado por cargas elétricas oscilantes. É o caso das ondas de rádio, das micro-ondas, da luz visível, dos raios X e dos raios gama. Essas ondas não necessitam, obrigatoriamente, de um meio material para a sua propagação; podem, portanto, propagar-se inclusive no vácuo. Graus de Liberdade para a Propagação das Ondas Dependendo do tipo de movimento na qual uma onda se propaga, podemos ter os seguintes graus de liberdade para elas, • Propagação unidimensional: As ondas se deslocam sobre uma linha, por exemplo, as ondas em uma corda vibrante. www.esab.edu.br 11 • Propagação bidimensional: As ondas são produzidas sobre uma superfície, por exemplo, as ondas produzidas na superfície dos líquidos. • Propagação tridimensional: As ondas se propagam em todas as direções, por todo o espaço, por exemplo, a propagação de uma onda sonora no ar. • Ondas Periódica Uma onda periódica resulta da sucessão de pulsos iguais, estes pulsos produzem uma onda periódica. Entre as ondas em geral, as periódicas, apresentam especial interesse, tanto pela facilidade de descrição, quanto pela aplicação prática. Analisaremos as ondas periódicas unidimensionais conforme visto na seguinte figura, Forma de onda senoidal e sua natureza periódica ou cíclica Na figura é dada uma forma de onda senoidal, mas uma onda pode ser qualquer função periódica, isto é, que a cada certo intervalo de tempo ela se repete. Da figura anterior que representa uma onda periódica, destacamos as seguintes características importantes observadas nessa forma de onda. • Amplitude da onda (): É a medida da altura da onda para voltagem positiva ou negativa. Também é definida como crista da onda. Como visto na figura anterior, a onda inicia na voltagem zero e vai crescendo até atingir a amplitude máxima , para decrescer e ficar nula, atingindo assim a sua amplitude negativa e a partir desse ponto volta a crescer até ficar novamente nula. Toda essa sequência corresponde a um ciclo da onda, que neste caso seria uma onda periódica. • Período (): Intervalo de tempo (medido em segundos) de uma oscilação completa de qualquer ponto da onda. • Frequência (): É o número de ciclos por segundo, ou o número de cristas por segundo. Um ciclo é também www.esab.edu.br 12 denominado por 1 Hertz (1 Hz), medida de frequência. • Frequência angular (): É uma medida escalar da velocidade de rotação é medida em radianos por segundo. A relação entre a frequência angular e a frequência normal , é dada por, . Como , então a frequência angular pode ser escrita em função do período como sendo, . • Constante de fase (): É o ângulo da inflexão em um ponto específico no tempo, medido em graus. Depende da posição e da velocidade do vetor no instante . • Elongação (): É o valor algébrico da ordenada do ponto oscilante da onda. • Concordância de fase: Quando dois pontos têm sempre o mesmo sentido de movimento. (São pontos da onda que tem a mesma elongação exemplo e , ou e ). São todos os pontos de uma onda separados por uma distância, , , , ,, sendo um número inteiro. • Oposição de fase: Quando tem sentidos de movimentos opostos. Exemplo, quando começa a descer começa a subir assim como e . Ao longo de uma onda podemos encontrar muitos pontos que oscilam em oposição de fase, e e assim sucessivamente. • Velocidade de fase: É a velocidade de propagação de uma onda, ou seja, a velocidade das cristas, dos vales, assim como todas as outras fases, ou seja, é a velocidade que um ponto qualquer da onda se desloca. • Cristas ( e ): São os picos de energia máximos de uma onda (picos positivos). • Vales ( e ): São os picos de energia mínimos de uma onda (picos negativos). • Comprimento de Onda (): É a menor distância entre dois pontos que vibram em concordância de fase, em particular é a distância entre duas cristas ou dois vales consecutivos. Nessas condições, a equação geral de uma onda é dada por, y=A sin ( k x ± ω t ± φ ) Onde, • Número de onda (): Definido como k=2π/λ, aqui, é a longitude de onda que corresponde à distância entre duas cristas. • Tempo (t): Variável temporal • Posição espacial (x): Variável espacial. Observamos, portanto, que uma onda periódica é uma função www.esab.edu.br 13 tanto do tempo como da posição , se a onda é espacial, então a posição é dada pelas 3 coordenadas . Observações Importantes sobre as Ondas 1) A distância entre dois pontos C1 e C2 e é o comprimento de onda λ. Essa distância é percorrida pela onda no período . Assim temos o seguinte, o período espacial é dado por e o período temporal é dado por , então a velocidade de propagação da onda é dada por, Como, f=1/ T,obtemos v=λf, v, está é uma equação ondulatória fundamental. 2) A frequência de uma onda é a frequência da fonte que a produziu e não varia durante a propagação. 3) A velocidade de propagação é característica do meio físico, isto é, para ondas do mesmo tipo e em um mesmo meio, temos a mesma velocidade. 4) Existem ondas periódicas não-senoidais, como a onda quadrada e a onda dente de serra, como apresentadas na seguinte figura, porém os conceitos de frequência e comprimento de onda são aplicáveis a todas as ondas periódicas. 5) Longitude de onda: Em uma onda quadrada e uma onda dente de serra www.esab.edu.br 14 Nesta apostila centraremos o nosso estudo nas ondas eletromagnéticas (OEM) que são as que possibilitam o envio e recepção de informação. Portanto, uma OEM é uma onda de rádio frequência (RF). Basicamente, para gerar uma onda de RF, correntes alternadas de alta frequência devem passar pelos cabos condutores e na antena transmissora, estas correntes são convertidas em ondas eletromagnéticas e irradiadas pelo ar, a antena receptora capta essa OEM e a transforma em sinais elétricos, para ser compreendido pelos rádios na informação útil transmitida, fazendo o processo inverso do transmissor (TELECO, 2014). Sistema básico de transmissão/recepção de RF A propagação das OEM em torno da terra é influenciada pelas propriedades do solo e da atmosfera. A Propagação é baseada em preceitos puramente científicos. Os princípios básicos tiveram suas articulações nos finais do século XIX e inícios do século XX. Descobertas relativamente recentes em física quântica tornaram mais difícil ainda descrever exatamente de que está constituída uma onda de rádio (SARMENTO, 2002). As ondas de rádio são OEM que estão fora do espectro visível (do olho humano) e que viajam à velocidade da luz , isto é, a metros por segundo [m/s], www.esab.edu.br 15 mas para fins práticos esta velocidade é referida com o valor de [km/s] (SEYBOLD, 2005). A compreensão dos fenômenos básicos da propagação se dá pelo conhecimento de nosso planeta, em especial das características da atmosfera e da importância do Sol nos fenômenos da propagação das ondas de rádio. A propagação de ondas de rádio depende da estação do ano, do ciclo solar, do horário desejado e de mais alguns outros fatores a serem discutidos com mais detalhes. Conforme as definições das ondas eletromagnéticas e em especial das ondas curtas, o espectro das Altas Frequências (High Frequencies), está organizado em bandas, que são padronizadas internacionalmente, girando em torno da frequência central correspondente ao seu comprimento de onda. A padronização das faixas e suas utilizações são efetuadas pelo ITU (International Telecomunications Union). Bandas de frequência, mostrando a sua classificação. À medida que o valor da (frequência) aumenta o comprimento da onda () diminui www.esab.edu.br 16 Espectro de Frequências Eletromagnéticas A propagação de ondas de RF envolve três variáveis, a saber, o comprimento de onda (), a frequência () e a sua velocidade () de propagação. Estas três variáveis se relacionam pela seguinte lei, . Portanto, a velocidade de propagação de qualquer onda de RF é a velocidade da luz [m/s], a frequência de uso deverá estar sempre classificada dentro do espectro de frequências adotada pelo CCIR (Comissão Consultiva Internacional de Radiocomunicação), na reunião em Varsóvia em 1956. Classificação Internacional das Bandas de Frequências de RF Para evitar sobreposições no uso de ondas de rádio, foram criadas faixas de frequência disponíveis para cada tipo de aplicação que podem se visualizadas no seguinte quadro. Banda (Hz) SIGLA Denominação Exemplo de Uso ≤ 20 k Ondas audíveis Comunicação entre indivíduos. 300 a 3k ELF Ondas extremadamente curtas Comunicações submarinhas, escavações mineiras, etc. 3k a 30k VLF Ondas muito curtas Comunicações submarinhas, escavações mineiras, etc. 30k a 300k LF Ondas curtas Navegação aérea, serviços marítimos e radiodifusão local. 300k a 3M MF Ondas médias Navegação aérea, serviços marítimos e radiodifusão local. 3M a 30M HF Ondas tropicais/curtas Radiodifusão local e distante, estações costeiras marítimas. 30M a 300M VHF Micro-ondas TV, radiodifusão de FM, serviços de segurança pública. 300M a 2G UHF Micro-ondas TV, serviços públicos e privados de transmissão e segurança pública. 2G a 3G UHF Micro-ondas Comunicações de longa distância, tropo difusão e satélite. 3G a 30G SHF Micro-ondas Comunicações de longa distância, tropo difusão e satélite. 30G a 300G EHF Micro-ondas Comunicações de longa distância, tropo difusão e satélite. ELF – Extremely Low Frequency UHF – Ultra High Frequency VLF – Very Low Frequency SHF – Super High Frequency LF – Low Frequency EHF – Extremely High Frequency MF – Medium Frequency HF – High Frequency VHF – Very High Frequency www.esab.edu.br 17 Por exemplo, as faixas das redes Wireless LAN (WLAN) estão em UHF e SHF de 300MHz ~ 3GHz e 3GHz ~ 30GHz respectivamente. Pois são nestas faixas que operam os roteadores Wireless, isto é, de 2.4GHz e 5.8GHZ. Principais Aplicações das Faixas de Comprimento de Ondas As ondas de rádio com frequência na faixa entre 10KHz a 10MHz são bem refletidas nas camadas superiores da atmosfera, especificamente na ionosfera, onde a presença de íons (átomos carregados) e elétrons (livres) é elevada, o que permite sua captação a considerável distância da estação transmissora. Devido aos seus altos valores de , tais ondas tem uma grande capacidade de contornar obstáculos (fenômeno de difração). Já as ondas com frequência superior a 100MHz são absorvidas pela ionosfera e, devido a curvatura da Terra, para que sejam recebidas a grandes distâncias, tornam-se necessário o uso de estações repetidoras ou de satélites (TELECO, 2014). Faixa de frequência Faixa de comprimento de onda Aplicação 30 a 535 kHz 30 km a 560 m Navegação aérea e marítima 535 a 1605 kHz 560 m a 189 m Típica emissora de rádio AM 27 MHz 12,5 m Rádio faixa do cidadão (PX) 30 a 50 MHz 10 m a 6 m Emergências (polícia, bombeiro) 50 a 54 MHz 6 m a 5,5 m Rádio Amador 54 a 216 MHz 5,5 m a 1,4 m Canais de TV UHV (2 a 13) 88 a 108 MHz 3,4 m a 2,8 m Típica rádio FM 470 a 890 MHz 64 cm a 34 cm Canais de TV UHF (14 a 83) 824 a 894 MHz 36 cm a 33,5 cm Telefônica Celular 1,3 a 1,6GHz 23 cm a 18 cm Radar 3 a 300 GHz 10 cm a 1 mm Micro-ondas 4 a 8,5 GHz 7,5 cm a 3,5 cm Comunicação via satélite Largura de Banda É a diferença entre a maior e a menor frequência. Pensando em largura de banda como o diâmetro de um tubo, quanto maior a sua www.esab.edu.br 18 largura maior sua capacidade. Igualmente, quanto maior a frequência da largura de banda, mais dados ela pode carregar. Por exemplo, um canal de TV comercial tem uma largura de banda de 6MHz, um canal de TV ocupa uma faixa maior de frequência porque ele carrega áudio, vídeo, sincronismo entre outros sinais. A conexão transmissor/receptor se dá por diversos tipos de onda: As terrestres ou de superfície, que seguem a superfície da terra, em geral exploram baixas frequências, apresentam longos comprimentos de onda (ao redor dos 10km), e não estão sujeitas às variações topográficas. Características de Propagação das OEM A faixa de VLF se propaga com um mecanismo denominado “Reflexão Atmosférica”, pois para esta faixa de frequências a ionosfera se comporta aproximadamente como condutor perfeito. Esta faixa é usada para sistema de navegação Ômega e pesquisa científica. Na faixa de LF até 100 kHz usa-se ainda a propagação por reflexão ionosféricas, mas com uma maior atenuação em relação à faixa de VLF. Acima de 100 kHz e também na faixa de MF (300 a 3000 MHz) o mecanismo de propagação dominante é o de “Ondas de Superfície” sendo que a Terra funciona como um condutor. A onda superficial tende a acompanhar a curvatura da Terra, mas perde sua energia conforme a distância, pois parte desta energia é absorvida, mas pode chegar a longas distâncias se houver uma superfície de água ou solo úmido entre o transmissor e o receptor. Na faixa de HF (3 a 30 MHz) as ondas de rádio se propagam “esfericamente no espaço” em todas as direções (NASCIMENTO, 2000). www.esab.edu.br 19 Propagação das OEM segundo a sua frequência de transmissão O mecanismo predominante é o de “Refração Atmosférica”, sendo que ainda permanecem ondas de superfície em locais próximos ao transmissor. Neste caso as diversas camadas de íons desviam um pouco a trajetória das ondas e as fazem retornar a Terra. A onda que sai do transmissor e se dirige à ionosfera é chamada de “Onda Espacial” e quando retorna a Terra é chamada de “Onda Celeste”. Existirá no meio uma zona chamada “Zona de Silêncio” pois não será atingida por qualquer tipo de onda. No mecanismo de refração três fatores são levados em consideração: 1. O ângulo de irradiação 2. A frequência utilizada 3. A camada ionosférica principal responsável pelo retorno das ondas à superfície da Terra. Nas faixas de VHF, UHF a ionosfera é transparente a essas frequências não as refletindo de volta à terra. Este tipo de transmissão é utilizado em televisão, rádio em Frequência Modulada (FM) ou em serviços que exigem alta confiabilidade a distância menor (SMIT, 1991). Pelas características de propagação destas faixas de frequências se deduz que: • Radiodifusão AM: Em ondas médias e curtas (MF e HF), www.esab.edu.br 20 podem ter alcance mundial, dependendo da potência transmitida. • Radiodifusão FM: Em VHF, tem alcance limitado, aproximadamente 80 – 100 Km, pois não há reflexão ionosférica. • Televisão VHF e UHF: Tem alcance limitado, aproximadamente 80 – 100 Km, pois não há reflexão ionosférica. Convém ressaltar que na faixa de VHF e UHF temos os equipamentos de rádio do tipo mono canal (ou canal único), isto é, sem multiplexadores. Na faixa SHF, nesta frequência as ondas de rádio se comportam praticamente como ondas de luz e se propagam em linha reta, sendo necessário ter uma linha de visada direta entre as antenas que envolvem este enlace. Estas frequências estão classificadas na faixa das micro-ondas e estão distanciadas até um máximo de 50 a 60 Km. As potências dos transmissores, utilizando estas frequências, são relativamente baixas, em torno de 6 a 10 Watts (NASCIMENTO, 2000). www.esab.edu.br 21 Introdução Uma das propriedades físicas das OEM é que podem ser polarizadas. Isto devido a que toda OEM possui tanto um campo elétrico como um campo magnético e é precisamente seu campo elétrico quem produz o fenómeno da polarização. Sabe-se que os campos elétrico e magnético guardam uma certa relação entre si, permitindo que, uma vez conhecido o campo elétrico, é possível determinar o campo magnético (transversal al campo eléctrico) (REVISTABW, 2015). Por definição, a polarização de uma OEM é o plano no qual se encontra a componente ELÉTRICA desta onda. Toda OEM é composta de dois campos, o elétrico e o magnético, sempre situados em planos ortogonais (planos fisicamente a 90°), e variando em fase (0°). Estes campos se propagam em qualquer material isolante (dielétrico) com uma velocidade de propagação, cujo vetor está a 90° dos vetores campo elétrico e magnético. No vácuo, esta velocidade de propagação é a da luz. Um dipolo posicionado verticalmente, alimentado por oscilador, de frequência angular , gera uma OEM polarizada verticalmente, pois a componente de campo elétrico está no plano vertical (e consequentemente, a componente do campo magnético está no plano horizontal). Veja a figura seguinte, onde aparecem os três vetores , e , com 90° entre qualquer um deles, com e variando em fase ou com 0° de defasagem elétrica, característica básica de uma OEM (DAVIDOFF, 1990). www.esab.edu.br 22 Vetores de campos elétrico (E) e magnético (B) e velocidade de propagação V de uma OEM É pertinente lembrar que uma onda transversal é aquela onde a oscilação ocorre nos planos perpendiculares ao sentido do deslocamento. A orientação das oscilações do campo elétrico de uma OEM no plano (tendo o eixo como o sentido de propagação) são as que geram o efeito da polarização. Para que uma onda OEM seja polarizada, o campo elétrico deve oscilar em um único sentido. Em geral, a magnitude e direção do vetor campo elétrico em qualquer ponto ao longo da trajetória da onda é uma função do tempo e do espaço. Tipos de Polarização • Vertical: O campo elétrico está perpendicular à superfície de propagação. • Horizontal: O campo elétrico está paralelo à superfície de propagação. • Circular: O campo elétrico gira continuamente em relação à superfície de propagação. • Elíptica: O campo elétrico gira continuamente de forma a um saca rolha em relação à superfície de propagação. www.esab.edu.br 23 Sistema de Transmissão e Recepção Parte da energia de uma corrente de rádio frequência que circula em um condutor será transformada em OEM. Quando um condutor for colocado no campo de uma OEM, uma corrente induzida resultará neste condutor. O processo de recepção é o inverso do processo de transmissão, logo à parte da potência manipulada das antenas transmissora e receptora são intercambiáveis, donde se tem o princípio da Reciprocidade. A absorção das OEM no espaço livre não ocorre porque nada existe para absorvê-las. Na atmosfera parte da energia das ondas eletromagnéticas será transferida aos átomos e moléculas, provocando vibrações e a atmosfera será aquecida de um valor infinitesimal, mas significante. Propagação em Altas Frequências As ocorrências da maioria dos fenômenos de propagação são na Troposfera, localizada a uma distância aproximada da superfície terrestre de 13 Km 5 Km. Rádio Visibilidade Para que exista radio visibilidade entre dois pontos geográficos, devemos ter uma linha de visada direta entre a antena transmissora e a receptora. Existe também uma camada Troposférica para reflexão das Ondas Diretas e das Ondas Refletidas que interferem no enlace. Difração Atmosférica Este fenômeno surge quando existe um corpo obstruindo a passagem entre transmissor e receptor, onde cada ponto numa frente de onda se comporta como uma fonte isolada, haverá a formação de ondas secundárias atrás do obstáculo, mesmo que www.esab.edu.br 24 não haja linha de visada entre o transmissor e o receptor.Isso pode explicar como em ambientes fechados mesmo que um usuário não veja o outro eles mesmo assim podem se comunicar. Vários efeitos nas transmissões de RF: Difração, refração e reflexão Refração Atmosférica A atmosfera terrestre é rarefeita em grandes altitudes e densa em baixas altitudes. Esse fato faz com que ocorra a curvatura da luz na atmosfera. A densidade é uma propriedade física que está ligada diretamente ao índice de refração atmosférica (). Pelo fato da atmosfera não ser homogênea, temos uma variação no índice de refração dela, causando assim a curvatura da luz solar. Na superfície da Terra, o encurvamento da onda é provocado pela variação do Índice de Refração Atmosférica (), onde, geralmente . Para climas temperados k=4/3. Para a atmosfera padrão, o índice de refração varia linearmente com a altura conforme apresentado da seguinte figura. www.esab.edu.br 25 Temos que, • Para, , a onda de RF segue a curvatura da Terra. • Para, , a onda RF segue uma trajetória retilínea e perfura a atmosfera. São generalizados dois casos em torno de : • Para, , temos o Sub Padrão: Aqui as ondas RF se curvam para o alto. • Para , temos o Super Padrão: Neste caso, os raios se curvam para baixo, podendo haver grande alcance na comunicação. Ondas Diretas Não existem influências do solo, absorção por gases, desvios de trajetória, etc. Ou seja, tem-se só o Espaço Livre entre ambas as antenas. www.esab.edu.br 26 O físico inglês James Clerck Maxwell em 1857 propôs a teoria da irradiação eletromagnética e concluiu em 1873 a sua explicação com provas matemáticas sobre o comportamento das OEM. O canal no sistema de rádio comunicações é o espaço físico existente entre as antenas transmissora e receptora no enlace. Espaço livre é o espaço que não interfere com a irradiação normal e com a propagação das ondas de rádio. Conhece-se como Frente de Onda ao plano de união de todos os pontos com a mesma fase e de mesma intensidade. A uma distância “” do transmissor será dada pela expressão abaixo: P = PT / 4π d^2 [W/m2 ] Onde, a potência transmitida está distribuída pela superfície de uma esfera de raio . Tipos de Atenuação Um dos maiores inimigos em qualquer sistema de telecomunicações é o fenômeno conhecido como atenuação, este problema pode ser devido a muito fatores, por exemplo, para propagações em frequências superiores a 10 GHz é necessário considerar os seguintes fatores importantes de atenuação. Atenuação por Espaço Livre No apontamento de antenas via satélite, não existe obstrução por obstáculos, contando sempre com linha de visada direta entre os pontos de transmissão e recepção. Assim, a atenuação por espaço livre deve-se ao fato de o sinal sofrer dispersão ao longo do percurso de propagação (na subida e na descida), pela própria natureza de radiação dos elementos utilizados na transmissão. Além disso, na recepção, a área efetiva das antenas é finita, captando apenas parte da energia da frente de onda. Sendo assim, www.esab.edu.br 27 o nível de recepção será muito menor que o de transmissão e a relação entre os mesmos caracterizará a atenuação em espaço livre (ANTENADO, 2016). Atenuação por Gases, Nevoeiros e Nuvens É provocada pela absorção de energia da onda que se propaga. As moléculas dos gases comportam-se como dipolos. Entende-se por gases presentes na atmosfera como, oxigênio e vapor de água. Obstáculo que interfere na propagação de ondas cujas frequências ultrapassam os 10 GHz. Atenuação por Chuvas As chuvas apresentam valores significativos de atenuação em frequências superiores a 10 GHz, portanto, as atenuações por chuva devem ser analisadas cuidadosamente, pois não são desprezíveis. A atenuação de uma onda que se propaga em um meio com chuva é obtida pela soma das contribuições individuais das gotas que compõem o meio (GIBBINS, 2003). Atenuação por Desalinhamento de Antenas Nas comunicações via satélite, sempre existem duas antenas para cada um dos enlaces, o de subida (Uplink) e o de descida (Downlink), sendo uma delas da estação terrena e a outra situada no próprio satélite. Estas antenas podem ficar desapontadas, pois o satélite está sujeito a pequenas variações orbitais. Todo e qualquer desalinhamento que aconteça, por menor que seja, provoca atenuação devido à redução de ganho da antena, sobre todo na linha central de máxima potência. Quando as antenas terrestres são de pequeno porte, a variação da posição orbital do satélite não resulta em variações tão elevadas de ganho. No entanto, quando se trabalha com antenas de grande porte, por exemplo, antenas terrenas do tipo Standard A do sistema Intelsat www.esab.edu.br 28 com um diâmetro de 32 m., é extremamente importante a utilização de sistemas de seguimento em possíveis desalinhamentos, para que a comunicação seja mantida em qualquer condição de operação (ANTENADO, 2016). Atenuação por Erros de Polarização Vários fatores podem ocasionar essa perda, tais como alterações na onda decorrentes de sua propagação na atmosfera ou imperfeições nas antenas transmissora e receptora. A perda por erro entre a polarização da onda e o posicionamento da antena, deve ser levada em consideração, pois afeta, principalmente, as estações que trabalham com transmissão e recepção simultâneas. Ao trafegar pela ionosfera, a onda eletromagnética sofre uma rotação nos vetores de campo elétrico e magnético, chamada de Rotação de Faraday, alterando a polarização da onda (NASCIMENTO, 2000). Atenuação de Componentes Passivos da Estação Terrena de Recepção Entre o transmissor e a antena, em função de cabos e outros elementos de conexão, temos outro fator de perdas ôhmicas. Analogamente, a perda encontra-se entre a antena e o receptor (ANTENADO, 2016). Enlace de telecomunicações via satélite www.esab.edu.br 29 Como foi estudado, em um enlace via satélite, existem diversos fatores que provocam diferentes tipos de atenuação tanto para o enlace de subida (Uplink) como para o enlace de descida (Downlink). Alguns desses devem ser analisados, principalmente por profissionais especializados, para o projeto e realização de uma boa instalação entre a estação terrena e o enlace com o satélite. www.esab.edu.br 30 Introdução As antenas são dispositivos metálicos que emites e ou recebem radiação (ondas) eletromagnéticas, fazendo a transição entre a propagação da onda guiada e a propagação da onda no espaço livre. Praticamente quase todos os fenômenos eletromagnéticos podem ser explicados pelas equações de Maxwell e pela equação da continuidade. Temos duas grandes premissas para as ondas eletromagnéticas, 1) Deve-se lembra que não existe campo elétrico sem campo magnético , isto é, a presença de um, indica automaticamente, a presença do outro. 2) Ambos os campos dependem da distribuição de cargas e correntes que lhes deu origem e das características do meio . Equações de Maxwell Baseando-se nos estudos de Michael Faraday, Maxwell unificou, em 1864, todos os fenômenos elétricos e magnéticos observáveis em um trabalho que estabeleceu conexões entre as várias teorias da época, derivando um dos mais elegantes conjunto de equações já formulado. Maxwell demonstrou, com essa nova teoria, que todos os fenômenos elétricos e magnéticos poderiam ser descritos em apenas quatro equações, conhecidas atualmente como as Equações de Maxwell, dadas da seguinte maneira. www.esab.edu.br 31 Lei de Gauss da eletricidade Lei de Gauss do magnetismo Lei de Faraday Lei de Ampere-Maxwell Para os meios dielétricos (lineares) se cumpre que,D→ = εE→ , sendo ε a permitividade elétrica relativa, D a densidade de fluxo (ou deslocamento) elétrico e E → o campo eléctrico. Vale mencionar que D→ e E → representam (praticamente) o mesmo fenômeno. O campo D está relacionado com as densidades de carga associadas a esta interação. E o campo E→ se relaciona com as forças e diferenças de potencial involucradas. A permitividade elétricaabsoluta é denotada por ε0, utilizado quando se trabalha no vácuo, é o fator de escala que relaciona os valores de D→ e E → nesse meio. Com, ε=1/4πk=8,8541878176… x10-12 [F/m] (Farads por metro). E para os materiais paramagnéticos e diamagnéticos temos a seguinte relação que, B→= μ0 H → com μ0 a permeabilidade magnética no vácuo cujo valor é dado por, μ0 = 4π x 10-7 [Tm/A] (Tesla-metro por Ampere). Para materiais ferromagnéticos, o campo dependerá do material e do processo de magnetização. Portanto, está relacionado com a corrente que o produz e depende tanto da corrente quanto da magnetização do meio. Assim como a lei da gravitação universal e as três leis de Newton são fundamentais para a mecânica clássica, as equações de Maxwell são fundamentais para o eletromagnetismo, elas unificam as leis de Gauss, para a eletricidade e para o magnetismo, a lei de Ampère generalizada e a lei de Faraday para a indução eletromagnética. www.esab.edu.br 32 Uma consequência importante das equações de Maxwell é o fenômeno relacionado à propagação de OEMs. Estes fenômenos eletromagnéticos, explicados muito bem por essas equações, podem ser estudados e observados claramente entre um par de antenas de um sistema qualquer de telecomunicações, quando uma transmite e a outra recebe a informação. Sistema básico de telecomunicações com duas antenas Tem-se que a relação entre campo elétrico E→ e H→campo magnético na zona distante de radiação é dada por, IE→I / IH→I = Z1, onde, Z1 é a impedância característica do meio de propagação, por exemplo, no vácuo verifica-se que, Z1 = Z0 = 120π. Diagrama vetorial da propagação de uma onda eletromagnética www.esab.edu.br 33 Vetor de Poynting Como as ondas eletromagnéticas se propagam pelo espaço arrastando os campos elétricos E→ e magnéticos H→, então as energias associadas a estes campos devem se propagar pelo espaço de forma semelhante. Como E→ e H→ são vetores (perpendiculares entre si), podemos rescrever o produto vetorial destes como, P→= E→ x H→, este vetor resultante P→ é denominado como o vetor de Poynting e apresenta as seguintes características fundamentais das OEMs: • A direção de P→ é a direção de propagação da OEM, • O módulo de P→ é proporcional à energia transportada pela OEM. Normalmente estamos interessados em conhecer densidades médias de potência radiada no caso dos campos E→ e H→ e tiverem variações temporais sinusoidais, então, É usual denominar esta densidade apenas por densidade de radiação pois, como se verá, corresponde à densidade de potência radiada na região do campo distante. Potência Radiada A potência média radiada que atravessa uma superfície fechada ∫ é dada por, Normalmente esta potência é designada apenas por potência radiada. Por exemplo, uma antena transmissora com uma www.esab.edu.br 34 densidade de radiação Wrad=ârWr=ârA0sin(θ)/r2[W/m2], considerando uma superfície esférica de raio r no centro da qual está a antena, Onda Ionosférica e Vinculada O conceito de onda vinculada é aplicado para duas ondas propagando-se sobre a superfície terrestre, uma é a onda ionosférica (existente só à noite) e a outra ‘é a onda vinculada (ou terrestre) que está presente tanto de dia como de noite [SMIT, 1986]. Esta onda vinculada tem seu vetor que termina em superfície condutora, a qual guia a onda fazendo-a acompanhar a superfície como mostra a seguinte ilustração (SMIT, 1991). Onda plana e onda vinculada A análise do vínculo pode ser feita considerando as impedâncias do vácuo (ou ar) e da superfície condutora no caso de polarização vertical. A superfície condutora normalmente tem perdas. A energia para alimentar estas perdas virá do meio externo onde já estava a onda plana, desta forma, o vetor de Poynting P→ , desta onda externa, se inclinará em direção ao meio com perdas, passando a apresentar uma componente vertical Pv → em direção ao meio com perdas além de uma componente horizontal PH → que é a responsável de levar a OEM para frente. Note-se que o vetor E→ do campo externo se inclinará, passando a apresentar uma www.esab.edu.br 35 componente EH → para compor o vetor Pv →= EH → X H→, (SMIT, 1991), A densidade de potência no meio externo será, Onde, Z0 = 377 Ω e no meio condutor será, Onde ZC é a impedância do meio condutor. As unidades de E → são dadas em [V/m] (Volts por metro), as unidades de H→ em [A/m] (Amperes por metro) e as unidades de P→ são dadas em [W/m2] (Webers por metro ao quadrado). Tipos de propagação de uma OEM: a) Superficial, b) Ionosférica e c) Linha de visada. www.esab.edu.br 36 Potência Radiada por um Radiador Isotrópico Por definição de radiador isotrópico a sua densidade de potência é constante para todas as direções espaciais, logo, Onde W0 é constante, temos então uma densidade de potência constante que podemos exprimir em função da potência radiada por, Intensidade de Radiação É um parâmetro relativo ao campo distante e representa a potência radiada por unidade de ângulo sólido suas unidades são [W/ sterad] (Watts por estéreo radiano). A intensidade de radiação da antena transmissora é dada por, Para o campo distante temos, Onde e-jkr /r é o operador de propagação, o módulo do campo varia com 1/r, e k=2π/λ, e é o número de onda ou constante de propagação da OEM. www.esab.edu.br 37 Visto que � não depende de r, então temos que, Com ƞ a impedância intrínseca do meio de propagação da OEM (SEYBOLD, 2005). www.esab.edu.br 38 Introdução Por definição, uma antena é um dispositivo criado para transmitir ou receber energia eletromagnética em forma de ondas eletromagnéticas (OEM). As antenas apresentam reciprocidade, isto é, as propriedades observadas na transmissão são válidas a recepção. Muitas vezes também são chamadas de sistemas radiantes. Note que o mesmo dispositivo pode ser usado para transmitir ou receber esta energia. As OEMs que saem da antena de transmissão viajam pelo meio, por exemplo o ar (ou vácuo), e chegam até a antena receptora. O efeito desse campo eletromagnético atingindo a outra antena é fazer com que os elétrons livres da mesma vibrem, neste caso as OEMs geram uma corrente elétrica com o sinal que foi enviado a partir da antena de transmissão (JORDAN, 1968). Sistema de antenas receptoras e transmissoras A informação enviada ou recebida é preservada porque a antena atua como um transdutor. Por exemplo na transmissão, o campo eletromagnético gerado corresponde a determinada tensão e corrente alternada. Já na recepção, a mesma referência de tensão e corrente alternada será induzida. Podemos concluir então, que uma antena é igual à transição entre a propagação guiada www.esab.edu.br 39 (circuitos e cabos do sistema de radiação) e a propagação não-guiada (percurso no espaço livre) das OEMs. Caraterísticas Principais de uma Antena Entre as principais características que toda antena apresenta temos as seguintes, • Ganho de antena • Diretividade • Faixa de operação (Largura de Banda) • Polarização • Discriminação de polarização cruzada • Diagrama de radiação (ou irradiação) • Ângulo de meia potencia • Largura de banda • Relação frente-costa • Características mecânica Todas estas características serão apresentadas com um bom grau de profundidade nas seguintes seções. Ganho de Antena A característica principal da antena é o ganho medido em dBi (decibel isotrópico), medida que é relativa às antenas isotrópicas. Isotrópica é uma antena hipotética baseada na transmissão para todas as direções (360°). O ganho da antena é definido como a relação entre a energia irradiada na direção do máximo do diagrama de radiação dessa antena e a que seria irradiada por uma antena isotrópica ideal em uma direção qualquer, supondo que as duas irradiem a mesma potência total (considerando todas as direções) (ANATEL, 2017). www.esab.edu.br 40 Radiação de antena isotrópica e parabólica Sendo assim, o ganho de considerado de uma antena ésimplesmente o quanto ela é mais diretiva que a antena isotrópica e não deve ser erroneamente interpretada como uma amplificação de potência na antena. Por isso, o ganho de uma antena é medido em dBi. Uma outra unidade utilizada é o dBd, que é o ganho em relação à antena dipolo. Diretividade A diretividade de uma antena define sua capacidade de concentrar a energia em uma determinada direção angular. Matematicamente esta relação é dada por, Onde Emax(θ,φ) é energia distribuída pela antena em estudo, e Eiso(θ,φ) é a energia distribuída igualmente em todas as direções por uma fonte isotrópica. A densidade de potência desta energia radiada é relativa à mesma distância da antena, evidentemente. Logo, a diretividade fornece a medida de capacidade de concentração de potência nesta direção em particular, com isso podemos estimar o ganho da antena G(θ,φ) que está relacionado a diretividade e a eficiência desta. Podemos representar www.esab.edu.br 41 matematicamente o ganho como sendo, G(θ,φ) = D(θ,φ) , onde, ε é o fator de eficiência. Polarização Basicamente, a polarização de uma OEM está relacionada com a direção do campo elétrico. Essa polarização é definida pelas características mecânicas da antena e do posicionamento (orientação) do alimentador da antena. Alimentador de uma antena: (a) Polarização vertical, o campo elétrico está perpendicular ao eixo da Terra e (b) Polarização horizontal, o campo elétrico paralelo ao eixo da Terra Antenas parabólicas utilizam polarização linear (horizontal e vertical), selecionável mediante rotação do alimentador. Antenas com dupla polarização são aquelas que podem fazer uso simultaneamente as duas polarizações, as quais possuem dois alimentadores formando um ângulo de 90° entre si. As antenas helicoidais utilizam polarizações circulares (direita ou esquerda). Alimentador de antena com dupla polarização www.esab.edu.br 42 Discriminação da Polarização Cruzada (XPD) É a razão entre a potência de sinal recebido (ou transmitido) por uma antena em uma polarização (polarização do sinal desejado) pela potência de sinal recebida (ou transmitida) medida na polarização oposta, usualmente expressa em decibéis. Trata-se de uma medida de capacidade da antena de detectar (ou emitir) sinais em uma polarização e rejeitar sinais na mesma frequência que estejam na polarização oposta (ANATEL, 2017). Ou seja, é a isolação do sinal de uma polarização em relação a outra, na mesma antena. Discriminação de polarização cruzada Diagrama de Radiação Uma antena diretiva não irradia energia uniformemente em todas as direções, este tipo de antena concentra o máximo de sua irradiação em uma única direção enquanto nas outras direções a potência irradiada é muito pequena ou praticamente nula. O diagrama de radiação é um gráfico que mostra as características da antena no que se refere à potencia irradiada em função do ângulo. A principal utilização dos diagramas de radiação é no cálculo dos níveis dos sinais interferentes. www.esab.edu.br 43 Cabe ressaltar que o diagrama de radiação é idêntico para transmissão e recepção, devido à reciprocidade. A radiação de uma antena é tridimensional, mas para estudos e visualização são utilizados os diagramas bidirecionais chamados de Diagrama Horizontal e Diagrama Vertical. No caso das antenas parabólicas os diagramas são idênticos, devido à sua simetria circular. Nos diagramas de radiação de antenas que utilizam polarização linear (horizontal e/ou vertical), são mostradas quatro curvas correspondentes às combinações entre as duas polarizações, • Horizontal – Horizontal (H–H) • Vertical – Vertical (V–V) • Horizontal – Vertical (H–V) • Vertical – Horizontal (V–H) Na análise e cálculo de interferências, deve ser observada a curva apropriada em função das polarizações utilizadas pelo sinal desejado e os sinais interferentes. Em diagramas de radiação das antenas, podemos observar algumas das seguintes características, • Lóbulo principal • Lóbulos secundários • Ângulo de meia potência • Relação frente-costa • XPD (Descriminação da polarização cruzada) Diagrama de radiação: Lobo principal, os lobos secundários e o lobo posterior www.esab.edu.br 44 O diagrama de radiação mostra a amplitude do campo elétrico ou da potência radiada (geralmente normalizados em relação ao seu valor máximo) em função dos ângulos e na região de campo distante. Os planos de corte principais são o plano vertical ou de elevação (geralmente temos que ou ) e o horizontal ou azimutal (onde, ). Para antenas com polarização linear estes planos geralmente correspondem a planos que contêm o vetor campo elétrico (plano ) e o vetor campo magnético (plano ). As OEMs propagam-se em ondas esféricas. Plano Vertical ( constante) Plano Horizontal ( constante) A potência por ângulo sólido é constante em um meio sem perdas. A representação gráfica do diagrama de radiação se dá através do comportamento da antena quanto a sua irradiação. O diagrama é encontrado nos planos horizontal (para constante) e vertical (para constante). É representado também através das cartas cartesianas onde representam a variação da potência em dB irradiada pela antena de acordo com a variação do ângulo. Portanto, a potência de 0 dB representa a direção onde há a maior radiação de potência, ou seja, a direção da potência máxima (ANATEL, 2017). Ângulo de Meia Potência Esta largura também é conhecida como a largura de – 3 dB, pois é aos 3 dB que a potência meia de irradiação da antena cai à metade. Neste ângulo de meia potência, o sinal transmitido tem www.esab.edu.br 45 uma queda de 3 dB com relação ao ângulo de radiação máxima (centro do lóbulo principal). Quanto menor esse ângulo, mais diretiva a antena, sendo mais imune a interferências, além de causar menos interferências em outros enlaces. Largura de Banda A Largura de Banda (Bandwidth) é a medida da capacidade de transmissão de um determinado meio ou conexão, a qual determina a velocidade à qual os dados passam através desse meio ou conexão. Portanto, em sistemas de comunicação analógicos a medida da largura de banda é a faixa de frequências entre as frequências que estão 3 dB abaixo do valor da potência máxima (0 dB) de transmissão, isto é, matematicamente definida como , onde é a frequência mais alta e é a frequência mais baixa dessa faixa de frequências, veja a figura a seguir. Largura de faixa de um sistema de comunicações analógico Em sistemas de transmissão digital, a Largura de Banda, é conhecida como a Capacidade de Transmissão e é medida em bits (não em bytes) por segundo, os quais determinam a medida de capacidade de um determinado meio de transmissão por certa unidade de tempo (8 bits = 1 byte). Todas as medidas de Capacidade de Transmissão são basicamente feitas em bits por segundo, por exemplo, Kbps (1000 bits por segundo) ou Mbps (1 milhão de bits por segundo). A largura de banda está relacionada com a variação da frequência através da impedância de entrada. www.esab.edu.br 46 Relação Frente-Costa As antenas irradiam energia tanto na direção principal (lóbulo principal) como na direção posterior (lóbulo posterior), estes lóbulos estão diametralmente opostos. Portanto, a relação frente- costa é definida como o nível relativo irradiado na direção oposta, ou seja, de 180° com relação à direção de irradiação máxima (TELECO, 2017). Rendimento da Antena Para se ter o rendimento em decibéis, o rendimento é igual a 10 vezes o logaritmo decimal da relação. Quanto mais diretiva uma antena melhor é sua distribuição de potência, portanto maior é seu ganho. Logo, ganho de antena é a expressão de quantas vezes ela é melhor do que outra antena padrão, este é dado por dB (decibel). O padrão pode ser um isotrópico, ou um dipolo de aferição semelhante à antena testada. Antena de maior ganho é aquela que entrega e recebe mais ‘’potência do meio’’, ou seja, aquelaque irradia e recebe a maior quantidade de energia. Sempre deve-se adotar uma antena padrão para depois fazermos as comparações com outras antenas em relação a este padrão. As antenas padrões devem ser as de mais fácil construção, podendo desta forma ter um sistema de fácil calibração. Pode ser uma antena dipolo padrão (aproximadamente 2 dBi de ganho sobre o elemento isotrópico) e a uma distância razoável da antena sob teste. A obtenção do rendimento total é o produto dos vários rendimentos parciais. Caraterísticas Mecânicas Além das características elétricas que toda antena tem, devem ser consideradas as características físicas e mecânicas. Entre as principais características mecânicas temos, • Área de exposição ao vento • Dimensões físicas • Peso www.esab.edu.br 47 A carga total da antena na torre é calculada em função do seu peso mais o peso das ferragens de fixação, além de considerar sua área de exposição ao vento. Esse valor é utilizado para o dimensionamento de torres novas e para verificação da possibilidade de utilização de torres existentes e eventuais reforços necessários. Existem antenas próprias para utilização em ambiente quimicamente agressivos, tais como: indústrias químicas, petrolíferas, regiões litorâneas, etc. Caraterísticas mecânicas de uma antena www.esab.edu.br 48 Saiba mais Falar, comentar e explicar mais um pouco sobre cada uma das equações de Maxwell. Dica As antenas parabólicas, quanto maior o diâmetro do seu disco, terão maior diretividade e sua potência tanto de subida como de descida será enorme, por isso que elas são utilizadas no sistema Intelsat com satélites geoestacionários posicionados a 36.000 km de distância da terra, o diâmetro de uma antena desse sistema é de 32 metros e são denominadas estações terrenas classe A. Estudo Complementar As ondas eletromagnéticas, quando transmitidas no vácuo, elas sofrem de atenuação? Para sua reflexão As antenas, como sistemas radiantes, dentro de um sistema de telecomunicações, são consideradas que tipo dispositivo, ativos ou passivos? www.esab.edu.br 49 Foram apresentados de forma clara e concisa os conceitos de ondas eletromagnéticas, os tipos de polarização utilizados para a transmissão das mesmas, foi visto o fenômeno de atenuação que sofrem as ondas quando enviadas de um ponto geográfico a outro. Todos estes fenômenos são possíveis aos sistemas radiantes, que são os responsáveis do envio das ondas eletromagnéticas pelo espaço livre (ou vácuo). www.esab.edu.br 50 Neste 2º eixo temático, temos o objetivo de apresentar ao aluno os tópicos de antenas utilizados nos sistemas de telecomunicações, com especial atenção nas antenas de micro-ondas muito utilizadas em enlaces de rádio terrestre e via satélite. Também fazemos uma apresentação completa dos meios guiados, que são basicamente os cabos coaxiais e guias de ondas que conectam os equipamentos de rádio frequência com os sistemas radiantes (antenas), também serão vistos os métodos básicos de modulação e os sistemas multiplex que canalizam vários canais em um único meio de transmissão. • Unidade 6: Tipos de Antenas • Unidade 7: Antenas de Micro-ondas • Unidade 8: Meios Guiados • Unidade 9: Modulação • Unidade 10: Sistemas Multiplex www.esab.edu.br 51 Introdução O tipo de antena determina seu patrão de radiação pode ser omnidirecional, bidirecional e/ou unidirecional. As antenas Omnidirecional são boas para cobrir grandes áreas, neste tipo de antenas a radiação trata de ser uniforme para todos os lados, ou seja, cobre 360º. As antenas direcionais são as melhores em uma conexão Ponto-a-Ponto, acoplamentos entre os prédios, ou para os clientes de una antena omnidirecional. A seguir, mostram-se alguns exemplos de antenas (TELECO, 2017). Antenas Isotrópicas Uma antena isotrópica é um conceito hipotético, se caracteriza por radiar igualmente em todas as direções. Portanto, seu diagrama de radiação é uma esfera perfeita com centro na fonte. Esta é uma antena ideal que não existe na prática, sendo usada como referência a nível de cálculos para projetos de antenas reais. Nesta antena temos as seguintes relações, Onde, é a potência fornecida à antena e radiada pela mesma, também temos que, Os diagramas horizontal e vertical deste tipo de antenas são iguais a uma circunferência tanto no plano horizontal como no plano vertical, isto significa que, em três dimensões, o padrão de radiação corresponde a uma esfera perfeita, por isso que estas antenas são utilizadas como antenas teóricas de referência, pois esses diagramas de radiação não existem nas antenas reais (NASCIMENTO, 200). www.esab.edu.br 52 Diagrams de radiação de uma antena isotrópica Antenas Omnidirecionais As antenas do tipo omnidirecional possuem diagrama horizontal como as antenas isotrópicas, porém não se tem irradiação uniforme em todas as direções segundo plano vertical. Possuem facilidades de instalação, pois não precisam ser direcionadas. Porém não funcionam bem para enlaces longos. Esse tipo de antena é principalmente utilizado para radiodifusão (Broadcasting), por isso é a mais utilizada em ambientes de redes sem fio. Quanto menor são os seus comprimentos mais aproximados são os seus diagramas de radiação dos diagramas de radiação das antenas isotrópicas. Diagrama de radiação vertical (dois lobos) e horizontal (um único lobo) www.esab.edu.br 53 Antenas Diretivas As antenas diretivas concentram a energia de radiação em uma dada direção. Possuem alcances bem maiores (com alto ganho) do que as omnidirecionais (TELECO, 2017). Patrão de radiação de uma antena diretiva Este tipo de antenas diretivas é utilizado principalmente em enlaces ponto a ponto. Observa-se que tanto no plano horizontal como no vertical o lobo principal tem a abertura máxima de radiação, praticamente minimizando os lóbulos secundários e o lóbulo traseiro. Antenas para Faixa de UHF e VHF Antena Yagi As antenas Yagi são utilizadas em enlaces do tipo mono canal e multicanal, operando em polarização linear H/V LARGURA DE BANDA DE MEIA POTÊNCIA www.esab.edu.br 54 Antena constituida por varios elementos paralelos y coplanarios, directores, activos y reflectores. • Utilizada ampliamente en la recepción de señales televisivas, comúnmente en frecuencias de 30Mhz y 3Ghz, (canal 2 al canal 6 de 50MHz a 86 MHz). • Ganancia elevada: 8 – 15 dBi. • Para el servicio 802.11 pueden tener ganancias entre el 12 y 18 dBi, manejan una impedancia de 50 a 75 Ω. • Desventajas: Direccionarlas en la posición correcta no son tan difícil como una antena parabólica, pero aun así puede llegar a ser difícil. Antena Log-Periódica As antenas Log-Periódicas foram desenvolvidas para suprir necessidades especificas do mercado, se caracterizam por operar em polarização H/V, em uma banda maior que as das antenas Yagi. Antena Helicoidal As antenas helicoidais possuem formato cilíndrico ou cónico, sendo sua estrutura básica composta de plano de terra, transformador de impedância e helicoide. Suas principais www.esab.edu.br 55 características são a polarização circular (direita ou esquerda) e a largura de faixa de operação, mantendo o ganho no valor máximo e a impedância praticamente constante em toda a banda. Antena helicoidal Parabólica Vazada (UHF) Estas antenas são construídas de hastes metálicas dispostas de forma parabólica, disponíveis somente para uma polarização e utilizadas nas faixas de 300 MHz a 2 GHz. Possui diretividade superior às outras antenas utilizadas na faixa de UHF. Antena parabólica vazada para faixas de UHF www.esab.edu.br 56 Introdução Os sistemas de micro-ondas operarem com potência de transmissão na faixa de 100 mW a alguns Watts, empregam antenas muito diretivas. Isto se torna necessário para concentrar a potência transmitida em um feixe muito estreito, na direção de antena receptora e também para minimizar tanto as interferências causadas em enlaces próximosou receber interferências desses enlaces operando na mesma faixa de frequências. Esta alta diretividade é alcançada com a utilização de antenas parabólicas. As características eletromagnéticas das antenas parabólicas são determinadas pela regularidade da superfície do refletor e pela qualidade do projeto do alimentador (ANATEL, 2017). Componentes das Antenas Parabólicas As antenas parabólicas são normalmente constituídas de um elemento irradiador básico, ligado ao sistema de alimentação (cabo coaxial ou guia de onda), chamado de alimentador ou iluminador e um refletor metálico de forma parabólica, que concentra as radiações de OEMs incrementando a potência delas. São utilizadas especialmente para a transmissão e recepção via satélite, possuem um ganho elevado entre 12 dBi até 25 dBi, são antenas de altíssima diretividade com um ângulo de radiação baixo. www.esab.edu.br 57 Refletores O tipo de superfície refletora quase universalmente empregada consiste em um paraboloide de revolução, sendo que o radiador básico se localiza no foco do paraboloide. Refletor paraboloide recebendo OEMs Todos os raios provenientes do alimentador, localizado no foco da parábola, seguem trajetos paralelos ao eixo da parábola após a reflexão, permitindo desta forma uma grande concentração da energia irradiada em torno desse eixo, bem como captar a maior parte da energia transmitida pela estação oposta por meio do processo inverso. As dimensões do refletor, definidas pelo diâmetro da abertura e pela distância focal, determinam as características da antena (TELECO, 2017). Alimentadores Os alimentadores são os elementos ativos (radiantes) das antenas parabólicas. Da mesma forma que os Refletores, os Alimentadores estão situados no ponto focal da superfície paraboloide da antena. Podemos classificar os alimentadores quanto à sua construção em dois tipos, 1) Alimentador tipo dipolo 2) Alimentador tipo corneta (Horn) www.esab.edu.br 58 Alimentadores: (a) Antena transmissora e (b) Antena receptora O alimentador de uma antena transmissora funciona assim, os sinais saem do alimentador, refletem na superfície parabólica e são direcionados de forma paralela para fora da antena. E no caso de uma antena receptora, o funcionamento é assim, a antena é construída de forma a convergir os sinais recebidos na sua superfície parabólica para o centro do alimentador. Em ambos os casos o alimentador está situado no foco da parábola. Os alimentadores tipo dipolo são usados para as frequências de UHF e VHF e utilizam como elementos radiantes um dipolo simples, ou dipolo dom elementos parciais, ou ainda um conjunto de dipolos. Os alimentadores tipo corneta empregam trechos de guia de onda de dimensões crescentes, sendo utilizados para frequências acima de 2 GHz. Radomes Também conhecidos como blindagens, são estruturas adicionais utilizadas nas antenas de alto e de ultra alto desempenho. Existem dois tipos de radomes. 1) Flexíveis: Melhoram a diretividade da antena, além de proteção extra contra a carga do vento transmitida para a torre. Estrutura composta por, a. Uma blindagem com a parte interna preenchida por absorsores especiais que absorvem as interferências www.esab.edu.br 59 tanto recebidas como emitidas. b. E uma capa de proteção pré-tensionada que evita ninhos de pássaros, acúmulos de água e deterioração do absorsor. 2) Molded: Serve para impedir o acúmulo de neve na antena. Fabricado em fibra de vidro, proporciona grande proteção para ambientes severos (regiões onde ocorrem ventos de alta intensidade). Radomes: (a) Flexível e (b) Molded Antenas de Abertura São antenas bastante diretivas, eficientes e de um ganho elevado, são usadas principalmente em comunicações via satélite e micro- ondas. As mais comuns são as do tipo corneta como vistas na seguinte figura (ANATEL, 2017). www.esab.edu.br 60 Tipos de antena de apertura Diagrama de radiação www.esab.edu.br 61 Introdução Os meios guiados são os dispositivos que fazem a conexão entre a antena e os equipamentos de telecomunicações, existem os seguintes tipos de meios guiados: • As guias de onda • Os cabos coaxiais Estes dois tipos de meios guiados são os componentes do sistema encarregados de levar o sinal do equipamento até o alimentador da antena. Nas faixas de VHF e UHF são utilizados cabos coaxiais para a conexão entre a antena e o equipamento de telecomunicações. As guias de onda são utilizadas em sistemas de micro-ondas, com frequência de 2 GHz. Seu formato é elíptico e seu tamanho varia de acordo com a frequência a ser utilizada. Trafega o sinal de RF que sai do equipamento e vai até o alimentador da antena. Ele é oco e deve ter o formato mais perfeito possível, para evitar que o sinal reflita e atenue. Devido a esse fato, o trabalho com a guia de ondas estacionária é sumamente delicado, pois qualquer tipo de amassado ou quebra o inutiliza (SMIT, 1991). Características Principais das Guias de Onda e Cabos Coaxiais A seguir temos as principais características elétricas que influem diretamente no desempenho dos enlaces de rádio (TELECO, 2017). Faixa de Frequências Cada guia de onda possui sua faixa de frequência específica, devido às diferentes faixas de frequência possuírem comportamentos e características diferentes, principalmente o comprimento de onda, que influi diretamente no tamanho da guia de onda. www.esab.edu.br 62 Perda A perda unitária (dB/m) (decibel por metro) é uma das características mais importantes a ser considerada na guia de onda estacionária e nos cabos coaxiais. Essas perdas são crescentes conforme o aumento da frequência. Relação de Onda Estacionária A relação de onda estacionária, também conhecida pela sigla em inglês de VSWR (Voltage Standing Wave Ratio) (algumas vezes pronunciada como “vizwar”), é uma das características mais importantes a ser considerada nas guias de onda e cabos coaxiais. Em sistemas de rádio frequência a impedância característica é um dos fatores mais importantes a serem considerados. Nestes sistemas, esse fator típico é de Ohms. Este é um parâmetro construtivo, ou seja, é determinado pelas caracteríticas de sua construção. No caso de um cabo coaxial por exemplo, depende das dimensões dos condutores interno e externo, e também pelo tipo de isolação existente entre eles. Todos os componentes de um enlace (cabos, conectores, antenas, etc.) são construídos de forma a terem a mesma impedância. Quando inserimos um elemento no nosso sistema, temos o que chamamos de perda de inserção, que pode ser entendido como aquilo que é perdido, levando-se em conta o que entrou e o que efetivamente saiu. E essa perda se dá de duas formas, 1) Por atenuação (principalmente nos cabos) e, 2) Por reflexão. Essas perdas são crescentes conforme o aumento da frequência. www.esab.edu.br 63 O VSWR é matematicamente definido como, Perdas por Atenuação Quanto à Atenuação ao longo dos cabos, não há muito o que se possa fazer, pois, parte do sinal é perdido ao longo do cabo pela geração de calor e também pela irradiação indesejada para fora do cabo. Esta perda é característica do mesmo, e definida em termos de dB/m (dB por metro), isto é, quanto maior o tamanho do cabo, maior será a perda por atenuação e ela se incrementa também com o aumento da temperatura e da frequência. Infelizmente, esses fatores também não estão muito ao alcance do nosso controle, já que a frequência já está pré-definida pelo sistema que usamos, e a temperatura estará exposta as variações climáticas dos locais onde o cabo passar (TELECOMHALL BR, 2010). O máximo que é possível fazer é tentar usar cabos com menor atenuação, ou seja, cabos com materiais de qualidade utilizados em sua construção dos condutores interno, externo e do isolante dielétrico. Por regra geral, quanto maior o diâmetro do cabo, menor a sua atenuação. Os valores típicos de diâmetros são de 1/2», 7/8» e 1 5/8». A escolha do cabo coaxial para o sistema é um processoque exige uma análise bem abrangente, levando-se em conta as suas características (mais maleável, etc...) e os custos das várias opções de cabos existentes, além do comprimento do cabo necessário, e a consequente perda que o mesmo vai introduzir, o carregamento da torre ou suportes onde os cabos serão afixados, entre outros. Perdas por Reflexão Mas a outra forma de perda que pode existir em um sistema de telecomunicações, e que pode ser um pouco mais controlada, é a perda por Reflexão, ou seja, perda de parte do sinal, que acaba retornando, perdido, pela extremidade onde foi injetado. Por esse motivo chamamos de Perda de Retorno. Se houver qualquer www.esab.edu.br 64 problema no meio entre o transmissor/receptor e as antenas, como por exemplo uma dobra ou infiltração de água, o meio acaba com descasamento de impedância. E aí, parte do sinal que idealmente deveria sair pela antena, acaba retornando (refletido) para o amplificador de RF. Falando em termos de casamento das impedâncias, se o valor de , e (veja a seguinte figura) forem iguais, temos que o sistema está muito bem acoplado com um mínimo de perda por reflexão, neste caso podemos considerar uma linha de transmissão ideal, com o VSWR dando um valor de 1:1, ou seja, toda a potência do amplificador de RF chegaria à antena de forma limpa, com nenhuma reflexão (nada perdido). Agora se algum desses valores de impedâncias não estiver bem acoplado, existirá uma perda por reflexão e neste caso teríamos um VSWR elevado, ou seja, toda a potência seria refletida (perdida) existiria um retorno do sinal para a fonte. Acoplamento de impedâncias Então, é possível observar que existem valores mínimos (caso ideal) e máximos (casos reais) de VSWR que, dependendo da aplicação, poderiam ser aceitos ou não. Então, temos a seguinte pergunta, quais são os problemas que um sistema de telecomunicações pode ter com um VSWR ruim (muito grande)? A primeira coisa é ter uma potência irradiada efetiva bem menor do que a que deveria ser, pode também ocorrer a queima dos componentes eletrônicos que não tiverem proteção para esse sinal refletido indesejado. Nestes casos, as recomendações básicas são as seguintes (TELECOMHALL BR, 2010), www.esab.edu.br 65 • Evitar dobrar os cabos ao máximo, ou seja, tentar fazer sempre curvas o mais suave possível, e apertar bem os conectores, isolando o sistema para que não sofra problemas como infiltração de água ou poeira. • Além disso, os conectores e cabos devem ser feitos por espertos, e com o isso de equipamentos profissionais. Não adianta nada apertar um conector mal feito. • Usar sempre componentes da melhor qualidade possível: nenhum equipamento é perfeito, e até mesmo nos processos de produção surgem pequenas falhas. A qualidade do material, e do processo de produção dos elementos é primordial para que se consiga uma melhor qualidade de sinal. • Verificar que todos os elementos do sistema tenham a mesmaimpedância. Características Físicas e Mecânicas Além das características elétricas, as características físicas e mecânicas devem ser consideradas, entre as principais temos. Guia de Onda e Cabo Coaxial • Raio mínimo de curvatura (Plano E e Plano H): Para garantir a integridade e o bom desempenho da guia de onda e cabo coaxial, devem ser obedecidos os limites especificados pelo fabricante. • Dimensões e peso: Devem ser considerados no cálculo estrutural da torre. Tipos de Guia de Onda Basicamente existem dois tipos de guias de onda que são utilizados na atualidade são os seguintes, 1) Guia de onda circular: Utilizada em casos críticos, em que não pode existir uma perda muito grande no sistema. É também recomendada para enlaces muito longos e que não possuam muitas curvas (se possíveis retos) ao longo do trecho. Sua instalação é mais difícil por não ser flexível. www.esab.edu.br 66 2) Guia de onda elíptica: É o mais utilizado no mercado devido à sua flexibilidade e facilidade de instalação. Sua desvantagem em relação com a guia de onda circular é a maior perda ao longo do percurso. Tipos de Cabo Coaxial Os cabos coaxiais podem ser subdivididos em dois tipos: • Com dielétrico de espuma (cabos não pressurizados) • Com dielétrico a ar (cabos pressurizados) Os primeiros são mais utilizados por razões econômicas, a pesar de possuírem uma perda um pouco maior. Cabos não Pressurizados Este tipo de cabos é classificado conforme seu diâmetro. Um cabo com maior diâmetro possui uma perda menor, porem apresenta a desvantagem de uma maior dificuldade de instalação e uma carga maior na torre. Os cabos mais utilizados são: 7/8’’ e 1/2’’. Para sistemas críticos também são utilizados os cabos de diâmetro 1 5/8’’. Cabos Pressurizados (Tipo H) Este tipo de cabos é utilizado em enlaces mais críticos que requerem uma perda menor, mas apresentam a desvantagem de necessitar pressurizador o que encarece o sistema. Características Eletromecânicas de Cabos e Guias Um resumo completo é apresentado nas seguintes duas tabelas para os tipos EWP52S, EWP52 e EW52. Elétricas Mecânicas Faixa de frequência em GHz: Raio mínimo de curvatura: 4,6 ~ 6,425 Plano E: 200 mm Plano H: 560 mm www.esab.edu.br 67 Caraterísticas Frequência (GHZ) Atenuação (dB/100 m) 4,6 5,34 4,8 4,92 5,0 4,63 5,2 4,42 5,4 4,26 5,6 4,13 5,8 4,02 5,85 4,00 5,925 3,96 6,0 3,93 6,2 3,86 6,4 3,80 6,425 3,80 Atenuação Os principais critérios para escolher um sistema de pressurização são: • Volume total do sistema • Taxa de pressurização do sistema • Disponibilidade de manutenção • Disponibilidade de energia elétrica Conectores e Flanges Conectores Existem diversos tipos de conectores no mercado. Na especificação do cabo ou guia de onda, também estão contidos os tipos de conector aplicáveis. Conectores para cabos coaxiais e conectores para guias de onda www.esab.edu.br 68 Flanges Os flanges são padrões de conexão para ligações de conector/ branching e conector/antena. Os principais flanges são mostrados na seguinte figura. Diferentes tipos de flanges www.esab.edu.br 69 Introdução Qualquer tipo de comunicação ocorre quando a informação é transmitida (ou enviada) entre uma fonte de informação e o usuário que requisitou essa informação. Para que a informação seja transferida de um ponto a outro, deve existir um meio ou canal de transmissão entre a fonte e o receptor. As três partes, transmissor, canal e receptor representam assim o sistema de informação completo. Se o receptor está muito afastado do transmissor, então deve ser necessário o processo de modulação para o envio da informação. O processo de modulação consiste em modificar o formato original da informação elétrica visando transmiti-la com maior viabilidade. O efeito mais importante do processo de modulação em um sistema de telecomunicações é o deslocamento ou mudança da posição original da faixa de frequência original da informação enviada (SMIT, 1991). Tipos de Modulação Existem vários tipos de modulação em sistemas de comunicações, dependerá muito do tipo de sistema utilizado, se este for um sistema de telecomunicações analógico ou um sistema de telecomunicações digital (NASCIMENTO, 2000). Sistemas de Telecomunicações Analógico Em um sistema de transmissão de dados, seja este digital ou analógico, com ou sem-fio, é extremamente necessário utilizar métodos de inserir a informação útil que desejamos transmitir dentro de um sinal de Radiofrequência (RF), chamado de onda portadora (Carrier), que será o veículo de transporte da informação de um ponto a outro. Estes métodos de poder inserir a informação dentro de um sinal de RF são conhecidos como modulação da www.esab.edu.br 70 onda portadora. Estes métodos de modulação permitem que a informação que queremos enviar seja transportada já seja nos parâmetros de amplitude, frequência ou fase da onda portadora. A continuação apresentamos os três casos (ou tipos) de modulação analógica. Modulação por Amplitude (AM) Esta forma
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