antenas, propagação e linhas de transmissão

Manual de FTL

Antenas, Propagação e

Linhas de Transmissão

Manual de Antenas, Propagação e Linhas de Transmissão Pág. 2

CINEL – Centro de Formação Profissional da Indústria Electrónica

NOTA DO AUTOR

Este manual destina-se a ser utilizado como documento de apoio aFundamentos de Telecomunicações.

Alguns dos conceitos e circuitos aqui apresentados obrigam aconhecimentos básicos nas áreas de matemática, electricidade eelectrónica, mas não é necessária formação avançada nessas áreas.

Não se desenvolvem os temas exaustivamente, antes se faz uma súmulatão clara e concisa quanto possível, que permita ao formando ter umaideia genérica de como funciona um sistema de telecomunicações e comoos sinais são transportados entre emissor e receptor.

A parte de interpretação de circuitos é sobretudo baseada em diagramasde blocos por ser menos complexa e mais didáctica.

Alguma da terminologia técnica utilizada encontra-se em inglês, não setendo considerado nem lógico, nem adequado, fazer a sua tradução paraportuguês quer por os termos ainda não se encontrarem generalizadosentre nós, quer sobretudo pelo facto de que a maioria dos manuais epáginas Web, independentemente do seu idioma, também usarem ostermos ingleses como referenciais.

Dado que o grafismo deste manual faz uso intensivo da cor, aconselha-sea que sejam feitas cópias em cor, ou que na sua impossibilidade, sejamdistribuídas cópias em CD. O tamanho da letra utilizado, permite aimpressão de duas páginas por folha.

Paulo Azevedo



ÍNDICE

Capítulo 1 - Introdução 6

1.1. Circuito de Telecomunicações 6

1.2. Ondas electromagnéticas 7

1.3. Comprimento de onda 9

1.4. Bandas de frequências 10

Capítulo 2 - Linhas de Transmissão 12

2.1. Introdução 12

2.2. Tipos de linhas de transmissão 12

2.3. Características das linhas de transmissão 14

2.3.1. Introdução 14

2.3.2. Resistência eléctrica da linha 14

2.3.3. Impedância Característica da linha (Z0) 16

2.3.4. Atenuação 17

2.3.5. Factor de velocidade 20

2.4. Linhas de transmissão simétricas 20

2.5. Linhas de transmissão coaxiais 21

2.6. Comparação entre coaxial e fita 22

2.7. Ondas Progressivas 23

2.8. Ondas Estacionárias 25

2.9. Relação de Onda Estacionária 29

2.10. Linha de transmissão como circuito ressonante 29

2.11. Medição da onda estacionária (SWR) 32

2.12. Guia de Ondas 33

2.13. Fibra Óptica 37

2.14. Questionário de revisão 39



Capítulo 3 - Antenas 40


3.2. Fundamentos de antenas 41

3.3. Radiação da antena 43

3.4. Polarização da antena 44

3.5. A antena dipolo 45

3.6. Diagrama de Radiação 46

3.7. A antena vertical de 1/4 49

3.8. Ganho e directividade 51

3.9. Arrays de antenas 53

3.9.1. Arrays Parasitas 53

3.9.2. Arrays alimentados 55

3.10. Antenas parabólicas 57

3.10.1. Antena de foco primário 58

3.11. Antenas offset 60

3.12. Antenas Cassegrain 61

3.13. Questionário de revisão - Antenas 63

Capítulo 4 - Propagação 65


4.2. Onda terrestre 67

4.3. Onda espacial 67

4.4. Onda celeste 68

4.5. Propagação Ionosférica 68

4.5.1. Camadas da Ionosfera 69

4.5.2. Características da propagação Ionosférica 70

4.5.3. Propagação por saltos múltiplos 72

4.5.4. Fading 72

4.5.5. Variações Ionosféricas 73

4.6. Propagação VHF e UHF 75

4.6.1. Propagação em linha de vista 75

4.6.2. Propagação por difusão troposférica 77

4.6.3. Propagação por conduta troposférica 78

4.6.4. Fenómenos especiais de propagação 80

4.7. Comunicação via satélite 83

4.8. Questionário de revisão - PROPAGAÇÃO 85



Capítulo 5 - Glossário, Links, Referências e Bibliografia 87

5.1. GLOSSÁRIO 87

5.2. LINKS Internet 93

5.2.1. Antenas 93

5.2.2. Propagação 93

5.2.3. Linhas de transmissão 93

5.2.4. DIVERSOS 94

5.3. BIBLIOGRAFIA 94



Capítulo 1 - Introdução

Hoje em dia estamos rodeados por sinais de telecomuni-cações, que como a própria palavra indica, nos permitemcomunicar à distância. Na sua forma genérica, para que seestabeleça uma comunicação é necessário haver um emissor, umreceptor e um canal de comunicação. Este manual debruça-sesobre o canal de comunicação e este capítulo introduz osconceitos elementares que regem as telecomunicações.

1.1. Circuito de Telecomunicações

Na sua forma mais elementar, um circuito de telecomunicações é constituído por 3

partes: emissor (ou transmissor), receptor e canal de comunicação.

O canal de comunicação pode

ser um cabo (caso do telefone) ou ser

ar (caso da voz). A Fig. 1-1 mostra

um sistema em que o canal de

comunicação é misto (cabo e ar) tal

como acontece por exemplo numa

comunicação via rádio.

As comunicações só são

possíveis porque os sinais que

pretendemos transmitir (normalmente

voz ou imagem) são transformados em sinais eléctricos e transmitidos sob a forma de ondas

electromagnéticas que se propagam em cabos e no espaço.

Capítulo

Fig. 1-1 – Circuito de telecomunicações



1.2. Ondas electromagnéticas

Sempre que num condutor circula corrente, existe um campo magnético (Fig. 1-2a) e

sempre que há diferença de potencial, existe

campo eléctrico (Fig. 1-2b). Estes conceitos já

são familiares da electrotecnia e da

electrónica, onde o campo magnético aparece

normalmente associado à bobine e o campo

eléctrico associado ao condensador.

Também familiares são os circuitos

ressonantes formados por bobina e condensador em paralelo. Nestes circuitos, há

ressonância, isto é, a uma determinada frequência, a bobina e o condensador armazenam

um máximo de energia que posteriormente devolvem ao circuito de uma forma tal, que no

caso ideal, não haverá nenhuma perda de energia. Diz-se que se trata de um circuito

ressonante fechado, porque as

trocas de energia se confinam ao

interior do próprio circuito.

Contudo, utilizando um circuito

ressonante aberto, (vulgarmente

designado por antena, e que será

posteriormente estudado), pode

fazer-se com que toda a energia

seja radiada para o exterior e não

regresse ao circuito de onde

provém.

As linhas de força (Fig. 1-3a)

passam, por fora da antena (circuito

oscilante), afastando-se dela no

espaço, e não podem portanto

devolver a sua energia ao circuito de

onde provêem no momento em que

a corrente ou a tensão se anula. São, pelo contrário, impelidas para o exterior pelo novo

campo que, entretanto, muda de polaridade. Como estes campos que se afastam são

Fig. 1-2 - Campo eléctrico e campo magnético

Fig. 1-3 - Formação da onda electromagnética



portadores de energia, a antena está permanentemente a perdê-la e, portanto, tem de a

receber do circuito electrónico ao qual está ligada.

As Fig. 1-3b) e c) mostram graficamente a formação do campo eléctrico E e do campo

magnético H durante uma semi-oscilação. As linhas de força eléctrica têm origem nas cargas

positivas e terminam nas cargas negativas.

No momento em que as cargas se equilibram, as linhas de força são estranguladas e

desprendem-se do dipolo do mesmo modo que uma bola de sabão se desprende da palhinha

por onde é soprada. Quando as cargas se separam novamente, surge outra série de linhas

de força em volta do dipolo, desta vez com o sentido contrário ao anterior Fig. 1-3d.

Estas ondas que se propagam no espaço designam-se por ondas electromagnéticas e

são portanto oscilações de campos eléctricos e magnéticos, associados entre si.

As ondas electromagnéticas dominam o nosso quotidiano. Por exemplo a luz, os raios

X, as ondas de calor e sobretudo, as ondas de rádio, são ondas electromagnéticas.

A descoberta destas ondas deve-se a Faraday (que introduziu o conceito de "campo")

e à formulação matemática destes conceitos por um seu colega, Maxwell a quem se deve a

teoria que permitiu os trabalhos experimentais de Hertz, (o primeiro a produzir ondas de

rádio) e os trabalhos de Marconi (inventor da antena e realizador prático). Mais tarde, a

contribuição de outros pesquisadores, conduziu ao enorme mundo das telecomunicações de

que hoje somos totalmente dependentes.

A essência da onda electromagnética é a coexistência de dois campos, o eléctrico (E) e

o magnético (H), um gerando o outro, sendo perpendiculares entre si enquanto viajam (Fig.

1-4).

A Fig. 1-5,

mostra um gerador

ligado a uma antena

que lança para o ar o

campo eléctrico E1, o

qual gera o campo

magnético H1 que por

sua vez gera o campo

eléctrico seguinte (E2) e assim por diante.

Fig. 1-4 - Onda electromagnética



A velocidade de propagação deste sinal no vazio e no ar, é igual à velocidade da luz,

que é c = 3 x 108 m/s.

A unidade de intensidade do campo eléctrico é o V/m e a unidade de intensidade do

campo magnético é o A/m.

A relação entre E (V/m) e H (A/m) tem o nome de impedância do meio, Z = E / H,

que no vácuo e no ar,

tem o valor de

Z=377.

A intensidade

de sinal (ou melhor

dito, a intensidade de

campo) e, com ela, a

energia radiada, diminui à medida que nos afastamos da antena. Isto compreende-se com

facilidade, visto que a energia se vai "diluindo" à medida que a onda se vai propagando no

espaço. Assim, se a uma distância de por exemplo, de 20 km da antena, o valor eficaz da

intensidade de campo for de 100 mV/m, a 80 km será já de apenas 25 mV/m (a quarta

parte) e a 100 km reduzir-se-á a 20 mV/m (a quinta parte).

1.3. Comprimento de onda

Na grande maioria dos circuitos electrónicos, (à excepção dos circuitos com

frequências muito altas), as distâncias percorridas pelo sinal dentro do próprio circuito são

tão pequenas que podem ser completamente ignoradas. Contudo, nas telecomunicações, as

ondas electromagnéticas vão percorrer grandes distâncias, e este factor, a distância

percorrida, tem que se ter em conta.

A velocidade da onda electromagnética é praticamente igual à velocidade da luz, e

portanto, após 1 segundo, a primeira

onda emitida por um emissor estará à

distância, de 3x108m, e atrás dela

estarão enfileiradas "f" outras ondas,

onde "f" é a frequência da emissão ou

seja, o número de Hz ou ciclos por


Fig. 1-6 - Comprimento de onda



segundo (Fig. 1-6).

Define-se comprimento de onda () como sendo a

distância que a onda percorre num ciclo (Fig. 1-7).

Obtém-se dividindo a distância percorrida num

segundo (d=3x108m/s porque no ar, os sinais viajam à

velocidade da luz) pelo número de ondas (f) produzidas

durante esse segundo.

Entãof

c ou para cálculos mais simplificados

)(

)(

300

MHz

mf

Vejamos alguns exemplos de cálculo:

1º Exemplo: Qual o comprimento de onda no vácuo se a frequência do emissor é 10 GHz?.

= 3x108 / 10x109 = 0,03 m ou = 300 / 10.000 = 0,03 m

R: o comprimento de onda é de 3 cm, o que quer dizer que ao propagar-se, a onda se repete de 3 em 3 cm.

2º Exemplo: A mesma onda de 10 GHz, ao penetrar num material isolante denominado alumina, passa apropagar-se com uma velocidade três vezes menor. Como a frequência não se altera, qual onovo comprimento de onda?

- a nova velocidade de propagação é 1/3 da velocidade da luz : v = 3x108 / 3 = 108 m/s- então, o novo comprimento de onda do sinal, será = v / f = 108 / 10x109 = 0,01 m = 1 cm

1.4. Bandas de frequências

O som, o calor, os Raios X, as ondas de rádio, etc, embora tenham efeitos muito

diferentes, são ondas electromagnéticas, que se propagam no espaço e que se distinguem

apenas pela sua frequência e consequentemente, pelo seu comprimento de onda.

A Fig. 1-8, mostra as bandas de frequências relacionando-as com os respectivos

comprimentos de onda.

Foram atribuídos nomes às bandas mais utilizadas nas telecomunicações e que vão

desde a banda de LF (30-300KHZ) até à banda de EHF (30-300GHz). As mais utilizadas em

rádio e televisão são as de VHF (Very High Frequency) e UHF (Ultra High Frequency).




BANDAS DE FREQUÊNCIAS

= c / f (em metros) = 300 / f (em MHz) exemplo: 100MHz = 3m

Fig. 1-8 - Bandas de frequências

Vermelho

0,4 m

0,8 m

0,5 m

0,7 m

0,6 m

Ultravioletas

Infravermelhos

Raios Luminosos

Ondas Sonoras

Amarelo

Verde

(Onda Longa de Rádio)

(Satélite)

Azul

Cyan

Laranja

Violeta

(Links)

(Onda Média de Rádio)

(Onda Curta de Radio)

(Rádio FM e TV)

(TV)

1 m

0,9 m

0,3 m

0,2 m

0,1 m

Raios Infravermelhos

Raios Ultravioletas

Raios X

Raios Cósmicos

3 Hz - 100.000 Km

LF

MF

HF

VHF

UHF

SHF

EHF

Ondas de Calor

30 Hz - 10.000 Km

300 Hz - 1.000 Km

3 KHz - 100 Km

30 KHz - 10 Km

300 KHz - 1 Km

3 MHz - 100 m

30 MHz - 10 m

300 MHz - 1 m

3 GHz - 10 cm

30 GHz - 1 cm

300 GHz - 1 mm

3 THz - 100 m

30 THz - 10 m

300 THz - 1 m

………. 0,1 m

………. 100 Å

………. 10 Å

………. 1 Å

………. 0,1 Å

………. 0,01 Å

………. 0,001 Å



Capítulo 2 - Linhas de Transmissão

Para transmitir um sinal electromagnético por meio físico, usam-selinhas (cabos) com as mais variadas características e destinados a finsespecíficos. Este capítulo analisa os diferentes tipos de linhas de trans-missão e suas principais características.

2.1. Introdução

A principal finalidade da linha de transmissão é transferir energia da fonte para a

carga. O cabo que leva o sinal de antena para o televisor, o cabo telefónico que liga a

central ao assinante ou o cabo que liga um amplificador aos altifalantes, são apenas alguns

dos inúmeros exemplos de linhas de transmissão.

Quando a energia sendo transferida é DC ou áudio, as linhas não apresentam qualquer

problema. Nestas frequências baixas, as linhas comportam-se como curto-circuito e como tal

podem, na maioria dos casos, ser ignoradas. Contudo, a altas frequências, as linhas de

transmissão têm características muito específicas e que não podem ser ignoradas.

Estas características são principalmente devidas ao comprimento de onda do sinal, que

como se viu anteriormente, é a distância que o sinal viaja num ciclo.

2.2. Tipos de linhas de transmissão

Basicamente, existem dois grupos de linhas de transmissão: simétrica (ou balanceada)

e assimétrica (ou não balanceada).

Capítulo



A Fig. 2-1 mostra exemplos de uma linha simétrica (ou balanceada). Trata-se do cabo

que era largamente utilizado em TV há alguns

anos atrás e que em gíria se designava por fita.

Esta linha é simétrica porque ambos os

condutores são iguais e ambos transportam o

sinal de RF de tal modo que a corrente em cada

fio está desfasada de 180º em relação ao outro.

A linha é balanceada porque nenhum dos dois

condutores está directamente ligado à terra. O isolamento entre condutores é normalmente

feito com materiais do tipo plástico mas pode ser também um isolamento a ar.

Pelo contrário, numa linha assimétrica ou não balanceada, os dois condutores são

desiguais e concêntricos. O condutor exterior (malha) está ao potencial da terra e serve de

blindagem, enquanto o condutor central (vivo) transporta a corrente de RF.

A Fig. 2-2 mostra a mais utilizada das linhas assimétricas: o cabo coaxial. Também

aqui o isolamento entre

condutores (dieléctrico) é

normalmente feito com

materiais do tipo plástico

(polietileno) mas existem

cabos coaxiais com isolamento

a ar.

A fita e o cabo coaxial, utilizam-se para transportar sinais cujas frequências vão desde

frequências muito baixas (poucos Hz) até um máximo

de cerca de 4GHz. Acima desta frequência, e por

razões que serão posteriormente explicadas, os sinais

sofrem grandes atenuações, mesmo para curtas

distâncias e deixam de ter interesse prático.

Normalmente, para frequências acima de 4GHz,

a linha de transmissão mais indicada é o guia de

ondas, (Fig. 2-3) e que se enquadra nas linhas

assimétricas.

Fig. 2-1 - Linha simétrica

Fig. 2-2 - Linha assimétrica

Fig. 2-3 - Guia de Onda



Actualmente assiste-se à utilização generalizada de uma outra linha de transmissão

assimétrica, e que é a fibra óptica (Fig. 2-4). Tem um

formato semelhante ao do cabo coaxial, e um princípio

de funcionamento semelhante ao do guia de ondas,

mas o seu nome provém do facto de ser a luz que vai

transportar a informação.

A grande vantagem da fibra óptica, para além da

enorme quantidade de informação que pode transmitir

é sobretudo o facto de ser totalmente imune a interferências electromagnéticas.

2.3. Características das linhas de transmissão

2.3.1. Introdução

Ao iniciar o estudo das características das linhas de transmissão, convém fazer a

distinção entre linhas curtas e linhas longas:

Dá-se o nome de linha curta a uma linha cujo comprimento físico é inferior ao

comprimento de onda da corrente que a percorre; e dá-se o nome de linha longa a uma

linha mais comprida que esse comprimento de onda.

Suporemos, também, por princípio, que as linhas são uniformes quanto ao material,

dimensões, isolamento, etc., em toda a sua extensão.

2.3.2. Resistência eléctrica da linha

Uma linha de transmissão, é

constituída por fios condutores e portanto a

sua resistência, por mais pequena que seja,

nunca será nula.

Da mesma forma, os dois condutores

nunca estarão totalmente isolados um do

outro, porque como têm um dieléctrico entre eles, haverá sempre uma resistência de fugas.

Fig. 2-4 – Cabo de Fibra Óptica

Fig. 2-5 - Linha longa com corrente contínua



Examinemos então as condições de corrente e tensão numa linha longa, supondo que

ela tem comprimento infinito.

Para simplificar os cálculos, imaginemos uma fonte de corrente contínua ligada ao

princípio da linha (Fig. 2-5).

Se a resistência eléctrica da linha fosse nula e se o isolamento entre os dois

condutores fosse total, a corrente na linha seria a mesma em todos os pontos e a tensão

entre os condutores seria constante e igual à da fonte de alimentação (U1=U).

Este caso não existe na prática, pois como anteriormente se disse, os condutores

possuem resistência e os isolamentos não são perfeitos.

Suponhamos então uma linha simétrica de um quilómetro de comprimento e

constituída por dois cabos de cobre de 2mm de diâmetro, separados por um isolante de

polietileno.

Fazendo os cálculos a partir da resistividade do

cobre e da permitividade do polietileno, a resistência

da linha em DC é de 5,6/km por cada condutor e a

resistência de fugas (resistência do isolamento entre

condutores) é de 1,85 M/km.

Podemos então representar esta linha por um

circuito equivalente, formado por duas resistências de

5,6, em série, e uma de 1,85 M, em paralelo, tal

como se vê na Fig. 2-6.

Ora, uma linha real de comprimento infinito não será mais do que uma associação de

infinitos elementos como este, e tanto a corrente como a tensão diminuirão continuamente

ao longo dela, por efeito das resistências.

A Fig. 2-7 representa graficamente a variação

da corrente e tensão, em função do comprimento da

linha.

Em conclusão:

Em qualquer linha de transmissão real, os valores da corrente e da tensão vão

decrescendo (são atenuados) em função da distância percorrida na linha.

1 Km

Fig. 2-6 - R de 1Km de linha em DC

Fig. 2-7 - Curva de atenuação



A corrente I1 no princípio da linha é dada pelo quociente entre a tensão da fonte de

alimentação, U1, e a resistência de entrada da linha, RI. Para calcular R1 recorre-se a um

artifício simples: retira-se, um qualquer troço de 1Km da linha. Antes deste troço, e depois

dele, (e porque a linha é infinitamente longa e formada por infinitos troços exactamente

iguais de 1Km), continuará a estar presente a mesma resistência (Fig. 2-8).

Sendo RS a resistência série e RP a resistência paralelo, a Fig. 2-9 representa pois o

circuito equivalente de cada troço, em que há uma resistência de entrada R1 (do troço

anterior) e uma resistência de saída R1 (do troço seguinte).

Deduz-se que:

1p

1pss1

RR

RR

2

R

2

RR

pelo que, resolvendo em ordem a R1,

ps1 RRR

Assim, no caso de que estamos

tratando, a resistência de entrada será:

K2,318500006,5R1

Chama-se uma vez mais a tenção para o facto de que este valor de R1 só é correcto

para um linha de comprimento infinito e para corrente contínua.

R1 designa-se por resistência própria da linha em corrente contínua e depende apenas

do material, secção e isolamento dos condutores.

2.3.3. Impedância Característica da linha (Z0)

O exemplo anterior aplicava-se apenas a uma linha de transmissão percorrida por

corrente contínua. Mas o que se passará se a linha for percorrida por uma corrente

alternada?

Numa linha percorrida por uma corrente alterna haverá agora que ter em conta, não

só as resistências próprias dos condutores e do isolamento (RS e RP referidos no exemplo

anterior), mas também:

Capacidade entre os condutores, (que depende dos seus diâmetros, da

1 Km

R1

R1

Fig. 2-8 - Cálculo da resistência da linha



sua distância e da constante dieléctrica do isolante)

Duas indutâncias, visto que o campo magnético variável criado pela

corrente alterna cria uma tensão induzida que se opõe à passagem dessa

corrente pela linha.

A Fig. 2-9 mostra o circuito equivalente de uma linha com 1 Km de comprimento,

formado pelas resistências já citadas

no exemplo anterior, uma capacidade

que avaliaremos em 33,5 nF e duas

indutâncias de 350H cada uma.

Em corrente alternada, a linha

possui, portanto, uma certa

impedância Z, que é dada pelos

valores resistivos da linha (RS e RP),

pela reactância capacitiva, XC, e pela

reactância indutiva, XL.

Na prática, para frequências elevadas, o valor das resistências óhmicas, é muito

pequeno quando comparado com os valores das reactâncias. Podemos então considerar a

impedância da linha como resultante apenas das reactâncias e desprezar os valores das

resistências:

C

L

fC2

1fL2XXZ CL0

Z0 é a impedância característica da linha.

Repare que Z0 é totalmente independente da frequência, pois depende apenas da

indutividade e da capacidade da linha.

Cada linha de transmissão tem uma impedância característica que depende

exclusivamente da sua construção física (material utilizado, distância entre condutores, tipo

de dieléctrico, etc).

2.3.4. Atenuação

Numa linha de transmissão, se compararmos a tensão de sinal medida à entrada da

linha com a tensão medida em outro ponto qualquer, verificaremos que o valor medido é

1 Km

33,5nF

Fig. 2-9 - Esquema equivalente da linha em frequência



sempre menor do que o inicial (ver Fig. 2-10).

Diz-se então que o sinal sofreu uma

atenuação.

E quais são as causas para esta

atenuação?

Em DC ou nas frequências baixas, a

principal causa da atenuação é a resistência

série (RS) do cabo. Como esta resistência é muito pequena (entre 4 e 30 por Km), a

atenuação da linha é sempre muito baixa.

Por outro lado, como a impedância característica é independente da frequência, tudo

levaria a crer que a atenuação na linha também deveria ser independente da frequência,

mas não é.

A altas frequências, os electrões circulam pela superfície exterior do cabo - fenómeno

conhecido com o nome de efeito pelicular. Assim, um condutor maciço percorrido por alta

frequência assemelha-se a um condutor tubular oco, ou seja, a secção útil do cabo fica

muito reduzida e consequentemente a sua resistência óhmica aumenta.

Em virtude do efeito pelicular, a atenuação de um cabo percorrido por uma corrente de

alta frequência é bastante grande.

A resistência em alta frequência (RRF), aumenta com a frequência (f) segundo a

seguinte relação, válida para condutores de cobre:

d

f102,83R

4

RF

em que d é o diâmetro do condutor (em mm)

Como exemplo, um fio de cobre de 2mm de diâmetro, e que tem uma resistência em

corrente contínua de apenas 5,6/Km, terá já uma resistência de 62,4 /Km a 225MHz e

pior ainda, de 124,8/Km a 900MHz.

A resistência aumenta em proporções enormes com a frequência, e como tal, a

atenuação também aumentará.

A atenuação mede-se em dB e refere-se, salvo indicação em contrário, a 100m de

linha e a uma determinada frequência que terá sempre que ser especificada.

Fig. 2-10 - Atenuação na linha de

transmissão



Para calcular a atenuação, medem-se as tensões de entrada (U1) e de saída (U2) e

aplica-se a seguinte fórmula:

1U

2Ulog20a (em dB)

Para clarificar, analisemos o seguinte exemplo númerico:

Exemplo:

a) Numa linha de 200m e com um sinal à frequência de 30MHz mediram-se 20V à entrada da linha e 10V aofim dos 200m. Qual foi a atenuação do cabo a esta frequência?

b) Na mesma linha mas com um sinal à frequência de 300MHz mediram-se 20V à entrada da linha e 1V ao fimdos 200m. Qual foi a atenuação do cabo a esta frequência?

Respostas:

a) A 30 MHz a atenuação em 200 m de cabo foi de:

dB63,0205,0log2020

10log20a

Então a atenuação em 100m de cabo será de: 3 dB por 100 m

b) A 300 MHz a atenuação em 200 m de cabo foi de

: dB263,12005,0log20

20

1log20a

Então a atenuação em 100m de cabo será de: 13 dB por 100 m

Se estivéssemos a trabalhar com condutores em alumínio, seria necessário multiplicar

os números dados anteriormente por 1,56 pois a resistividade do alumínio é precisamente

1,56x maior do que a do cobre.

Mas atenção: a atenuação em altas frequências não depende só do efeito pelicular.

Uma segunda causa para a atenuação são as correntes de fuga nos isolantes. Quanto

maior for a espessura do isolante entre os dois condutores, mais pequenas serão as

correntes de fuga e consequentemente as perdas. O melhor isolante é o ar, mas como este

não tem consistência, somos obrigados a substituí-lo total ou parcialmente por isolantes

sólidos a fim de manter constante o afastamento entre os condutores. Uma linha provida de

uma boa espessura e de bom isolante terá menores perdas, mas a sua construção será cara.

Finalmente, existe uma terceira causa de perdas: a radiação da linha. Se o



afastamento entre os dois condutores da linha é pequeno relativamente ao comprimento de

onda da corrente que a percorre, as perdas por radiação serão fracas pois os dois

condutores da linha são percorridos por correntes em oposição de fase, e portanto os seus

efeitos anulam-se quase completamente. Mas quando a distância entre condutores é da

ordem do comprimento de onda, as perdas por radiação tornam-se muito elevadas e a

atenuação aumenta consideravelmente.

Esta é mais uma das razões que faz com que haja altas atenuações às frequências

mais elevadas e que torna os cabos coaxiais impraticáveis a partir dos 4GHz.

2.3.5. Factor de velocidade

A velocidade de propagação dos sinais de RF nas linhas de transmissão que

apresentam um isolante entre os seus fios, é sempre consideravelmente menor do que no

ar. Designa-se como factor ou coeficiente de velocidade, a relação entre a velocidade na

linha e a velocidade no ar.

Numa linha simétrica, o factor de velocidade é de 0,82 para a fita de Z0=300

Num cabo coaxial de 75, o factor de velocidade é de 0,66.

Repare que num cabo coaxial a velocidade de propagação dos sinais é cerca de 30%

menor que no ar.

2.4. Linhas de transmissão simétricas

As linhas de transmissão simétricas foram durante muitos anos, as linhas dominantes

nas telecomunicações, por serem as mais baratas e de

menor atenuação mas actualmente a sua utilização é cada

vez mais restrita e praticamente já desaparecerem das

aplicações domésticas, tendo sido substituídas pelo cabo

coaxial.

Como se disse anteriormente a impedância

característica de uma linha (Z0) depende exclusivamente da

sua construção física.

Fig. 2-11 - Linha simétrica



No caso concreto da linha simétrica (Fig. 2-11), Z0 é dada por:

r

dlog

k

276Z0

Z0 - Impedância característica ()

d - distância entre o centro dos dois condutores

r - raio dos condutores (d e r devem estar na mesma unidade)

k - constante dieléctrica dependente do material isolante

(por exemplo k = 1 para o ar e k = 2,3 para o polietileno)

Problema: Numa linha balanceada, os dois condutores estão separados por ar, a distância entre eles é

de 1,22 cm e o seu diâmetro é de 0,2 cm. Qual é o valor da impedância característica da linha?

Usando a fórmula, vem,

Z0 = 276 x log (d / r)

Z0 = 276 x log (1,22 / 0,1)

Z0 = 276 x log 12,2

Z0 = 300

2.5. Linhas de transmissão coaxiais

A Fig. 2-12A mostra uma linha de transmissão do tipo coaxial, que actualmente é das

mais utilizadas. É uma linha não balanceada

(assimétrica) porque tem uma blindagem que está

ao potencial da terra e por um condutor central. O

condutor central transporta o sinal de RF e a

blindagem evita que a energia seja radiada para

fora ou que as interferências exteriores sejam

induzidas no condutor central.

Assim, as perdas por radiação são

minimizadas. Relembremos que na linha balan-

ceada (simétrica) a radiação também é mantida no mínimo porque os campos radiados por

cada condutor estão em oposição de fase e anulam-se.

Uma linha de transmissão coaxial tem uma impedância característica específica, tal

como tem uma linha balanceada.

Fig. 2-12 - Cabo coaxial



A fórmula para cálculo dessa impedância é:

d

Dlog

k

138Z0 sendo

Z0 - Impedância característica ()

D - diâmetro interior da blindagem

d - diâmetro exterior do condutor

k - constante dieléctrica dependente do material isolante

(por exemplo K = 1 para o ar, K = 2,3 para o polietileno maciço ou K=1,5 para o polietileno celular)

Quanto maiores forem as dimensões do cabo (Fig. 2-12B), melhores serão as

características do cabo coaxial (e normalmente, mais caro ele será também!).

Na maioria das aplicações correntes usam-se cabos coaxiais com D entre 7 e 10mm e

d entre 0,8 e 1,5mm.

2.6. Comparação entre coaxial e fita

Como já se disse anteriormente, as linhas de transmissão têm perdas (atenuação).

Estas perdas são devidas à resistência dos

condutores, fugas no dieléctrico que separa os

condutores e nalguns casos a radiações.

A Fig. 2-13 mostra a atenuação com a

frequência em três linhas típicas muito usadas em

comunicações. O cabo RG-58/U é um cabo coaxial

de 50 de pequeno diâmetro, o RG-8/U é um cabo

coaxial de 50 de maior diâmetro e o cabo 214-022

é uma linha balanceada de 300.

Repare que no cabo coaxial, quanto maior for

o diâmetro exterior e o diâmetro do condutor,

menor é a atenuação.

A linha balanceada tem menor atenuação que o cabo coaxial mas esta vantagem é

anulada por muitas desvantagens de instalação.

Quando se instala uma linha não balanceada deve evitar-se que ela fique exposta à

Fig. 2-13 - Comparação coaxial - fita



humidade e ao pó. A humidade e o pó que se acumulem sobre a fita, mudarão a constante

do dieléctrico entre os dois fios e consequentemente alterarão a impedância característica da

linha. A consequência é o aparecimento de reflexões e de perdas adicionais na linha.

Também se deve ter o cuidado de manter a fita afastada de outros condutores. A linha deve

ficar afastada de outros condutores (ou condutas metálicas) de pelo menos 4x a sua

distância entre fios. Por isso, é frequentemente necessário recorrer à utilização de

espaçadores.

O cabo coaxial, por seu lado tem um condutor exterior que está ao potencial da terra e

que portanto forma uma blindagem, pelo que pode ser montado indiscriminadamente e sem

grandes preocupações. Não há qualquer problema em que o cabo coaxial seja fixado a

outros condutores ou a condutas metálicas.

Embora a humidade possa afectar o cabo coaxial se conseguir penetrar para dentro

dele, a verdade é que isso é muito difícil, se forem tomadas as precauções necessárias e a

humidade ou o pó que tanto afectam a linha não balanceada não têm qualquer efeito no

exterior cabo coaxial.

Em conclusão, as únicas vantagens da fita sobre o cabo coaxial são a menor atenuação

às baixas frequências e o seu menor preço. Contudo, com a utilização de frequências cada

vez mais altas nos modernos equipamentos e com a melhoria dos cabos coaxiais em preço e

características de atenuação, a fita praticamente desapareceu das utilizações domésticas ou

industriais actuais.

Os valores de impedância actualmente mais utilizados nos cabos coaxiais são 75 para

televisão e emissoras de FM e 50 para sistemas de rádio amador e comunicações.

2.7. Ondas Progressivas

O circuito equivalente de uma linha balanceada, já foi indicado na Fig. 2-9.

Existe indutância porque sempre que flui corrente num condutor um campo magnético

é produzido à volta.

Dado que existe uma diferença de potencial entre os dois condutores da linha de

transmissão devido ao desfasamento de 180º, existe também um campo eléctrico entre os

condutores.



Também estará presente um elemento resistivo em série devido à resistividade dos

condutores e haverá também uma resistência em paralelo devido às fugas no material

dieléctrico que separa os condutores.

Estas propriedades indutivas, capacitivas e resistivas da linha de transmissão,

apresentam uma impedância específica aos sinais sinusoidais de RF, que como já vimos se

designa por impedância característica e se representa por Z0.

Se um gerador de RF for ligado a uma linha infinitamente comprida, uma onda directa

de energia RF começa no gerador e viajará, ao longo da linha.

A energia RF aplicada produz uma quantidade específica de corrente na linha de

transmissão e também produz uma diferença de potencial que aparece entre os dois

condutores.

A tensão e a corrente estão sempre em fase e

deslocam-se conjuntamente ao longo dos

condutores e se fosse possível visioná-las, tudo se

passaria como se as ondas deslizassem ao longo do

eixo do condutor, da direita para a esquerda (ou da

esquerda para a direita) tal como indicado na Fig.

2-14.

Diz-se então que numa linha infinita, as ondas são progressivas (progridem ao longo

da linha).

Estas características da linha infinita são melhor exemplificadas na Fig. 2-15A. Se

efectuássemos medidas do valor

eficaz de corrente e tensão ao longo

da linha com um multímetro AC,

verificaríamos que as amplitudes da

tensão e da corrente são constantes

em todos os pontos de medida. O

gráfico da tensão e corrente na linha

de transmissão é portanto o indicado

na Fig. 2-15B.

Uma vez que a tensão (V) e a corrente (I) são constantes em todos os pontos, então,

Fig. 2-14 - Onda progressiva

Fig. 2-15 - Linha de comprimento infinito



pela lei de ohm, a impedância também será constante (Z=V/I). Consequentemente, uma

linha de comprimento infinito tem uma impedância constante, que é precisamente a

impedância característica Z0 já anteriormente estudada.

2.8. Ondas Estacionárias

Se ligarmos uma linha de comprimento infinito e com Z0 = 300 a um gerador de RF,

a impedância de entrada que o gerador verá são 300. De facto, a impedância em todos os

pontos da linha é de 300. Portanto, se cortarmos a linha em qualquer ponto e ligarmos

uma resistência de 300 no fim da linha, o gerador continuará a ver 300 de impedância de

entrada. Estaremos apenas a fazer a substituição da parte da linha em falta por uma

resistência de igual valor. Como a resistência tem o mesmo valor da parte substituída, nada

se altera. Portanto, a linha de transmissão continua a comportar-se como se fosse

infinitamente longa.

A energia RF da onda incidente que viaja pela linha é completamente dissipada na

resistência de carga de 300. Esta condição existe sempre que a linha de transmissão é

correctamente terminada, ou seja, sempre que a impedância da carga seja igual à

impedância característica da linha. No exemplo anterior, a resistência de carga de 300 é

igual à impedância característica da linha de transmissão.

Em conclusão: se uma linha de transmissão tem um comprimento infinito ou é

terminada por uma carga de valor igual à sua impedância característica, toda a potência

aplicada num dos extremos da linha é absorvida ou dissipada pela carga no outro extremo e

a linha é percorrida por uma onda progressiva.

Contudo, quando uma linha de transmissão é terminada com uma impedância de valor

diferente de Z0, então apenas alguma (mas não toda) da potência aplicada é absorvida pela

carga. A restante potência é reflectida.

Quando a linha de transmissão está mal terminada, a potência que não é absorvida

pela carga é reflectida de volta para o gerador. A quantidade desta potência reflectida é

directamente proporcional à quantidade de desadaptação da carga. Por exemplo, se a linha

for terminada por um curto-circuito ou por um circuito aberto, nenhuma potência é dissipada

na terminação e é toda reflectida de volta para o gerador.

À medida que o valor da carga terminal se aproximar do valor da impedância



característica da linha, menos e menos potência é reflectida, até que, finalmente, quando a

carga está adaptada à linha (isto é quando o valor da carga é igual à impedância

característica da linha) toda a potência é absorvida na carga e nenhuma é reflectida.

Quando se aplica potência a uma linha de transmissão, aparece uma tensão e uma

corrente na linha e os seus valores dependem da impedância característica da linha (Z0) e da

potência aplicada. As ondas de corrente e de tensão viajam para a carga (Z0) e se Z0 = ZL a

carga absorve toda a potência e nenhuma é reflectida. Neste caso, as únicas ondas

presentes na linha são as ondas progressivas de tensão e corrente que viajam do gerador

para a carga.

Contudo, se ZL é diferente de Z0 alguma potência é absorvida e a restante é reflectida.

Assim sendo, haverá uma onda de corrente (e de tensão) que está a viajar em direcção à

carga (onda incidente) e haverá outra onda de corrente (e de tensão) que está a viajar da

carga para o gerador (onda reflectida). Isto é mostrado na Fig. 2-16 onde se representa a

corrente incidente e a corrente reflectida numa linha em aberto (sem qualquer carga).

Repare que neste caso, a onda incidente e a onda reflectida de corrente, são iguais

mas em oposição de fase pois caminham em sentido inverso. Estas duas ondas, viajando em

sentidos diferentes irão somar-se ou subtrair-se alternadamente devido às suas diferenças

de fase relativas e formar assim o que se chama de onda estacionária, porque se fosse

possível observar a resultante das duas ondas essa resultante pareceria estar fixa.

A Fig. 2-17 mostra a forma das ondas estacionárias de corrente e de tensão para o

mesmo caso de uma linha em aberto.

Na figura pode ver-se que há máximos e mínimos estacionários de corrente e de

Fig. 2-16 - Onda incidente e onda reflectida



tensão. Compare estas formas de ondas com as da Fig. 2-15B (linha infinita ou

correctamente terminada).

Na linha infinita ou correctamente terminada não há ondas reflectidas que possam

interferir com as ondas incidentes, porque não há reflexão.

Como é que se desenvolvem então estas ondas estacionárias?

Para maior facilidade considere apenas as ondas incidentes de corrente e tensão. Na

carga, a corrente é zero e a tensão é máxima por ser um circuito aberto (Fig. 2-17).

A reflexão que ocorre no circuito aberto afecta tanto a tensão como a corrente. A

tensão reflectida começa então a viajar de regresso para o gerador, sem alteração de fase

(porque a tensão é a mesma e tem ao mesmo sinal) mas a corrente é reflectida com uma

inversão de fase de 180º (porque o sentido da corrente reflectida é o inverso da corrente

incidente).

Consideremos então um ponto que se situa exactamente à distância de ¼ do fim da

linha em aberto.

Aí, a tensão é permanentemente zero como mostrado na Fig. 2-17 porque as ondas

incidente e reflectida estão desfasadas de 180º. Isto ocorre porque a onda reflectida tem

que viajar uma distância de ¼ + ¼ ou seja ½ a mais do que a onda incidente. Como

½ corresponde a uma alteração de fase de 180º, as duas ondas cancelam-se e neste

ponto a tensão é zero.

A onda de corrente também viaja um adicional de ½ , mas como sofreu uma

Fig. 2-17 - Ondas estacionárias na linha em aberto



inversão de fase de 180º na reflexão, a inversão de fase total, será, neste caso, de 360º.

Portanto, como a onda incidente de corrente e a onda reflectida estão em fase, os seus

valores reforçam-se e ocorre um máximo de corrente, justamente no ponto onde ocorre um

mínimo de tensão.

A Fig. 2-17 mostra ainda que a ½ da carga há um mínimo de corrente (zero neste

caso) e um máximo de tensão. Isto acontece porque as ondas incidente e reflectida de

tensão estão agora em fase (a tensão viajou ½ + ½ = ou seja 360º). Neste mesmo

ponto, as ondas incidente e reflectida de corrente cancelam-se porque há uma inversão de

fase adicional de 180º na onda reflectida.

Verifica-se assim que pontos de máximos e mínimos se repetem cada meio

comprimento de onda e se invertem a cada quarto de comprimento de onda. Note que esta

condição é permanente e que é condicionada apenas pelo valor da carga.

A Fig. 2-18 mostra as ondas estacionárias que se formam numa linha de transmissão

mas agora em curto-circuito. Aqui a corrente na carga é máxima e a tensão é obviamente

zero porque a carga é um curto-circuito.

À distância de ¼ da carga, a corrente é zero e a tensão é máxima. A ½ da carga,

a corrente é máxima e a tensão é zero.

Assim, as ondas estacionárias numa linha em curto circuito são exactamente opostas

das ondas estacionárias numa linha em aberto.

Isto mostra que é a carga (e a sua desadaptação em relação a Z0) que realmente

determina a forma das ondas estacionárias.

Fig. 2-18 - Onda estacionária na linha em curto- circuito



2.9. Relação de Onda Estacionária

Chama-se relação de ondas estacionárias (ROE) ou em inglês, Standing Wave Ratio

(SWR), à relação entre a máxima e a mínima corrente (ou entre a máxima e a mínima

tensão) ao longo de uma linha de transmissão. Assim,

SWR = Vmáx/Vmin ou

SWR = Imáx/Imin

A relação de ondas estacionárias SWR dá-nos portanto a medida da desadaptação

entre a carga e a impedância característica da linha.

Por exemplo, a SWR será igual a 1 quando a ZL=Z0 isto é, quando a carga é

exactamente igual à impedância característica da linha e será igual a (infinito) quando a

carga for um circuito aberto ou um curto-circuito.

Se a linha de transmissão for terminada por uma carga puramente resistiva (RL), a

relação de onda estacionária pode ser calculada pela seguinte fórmula, em que:

L

0

R

ZSWR ou

0

L

Z

RSWR

A relação de onda estacionária é sempre igual ou maior do que a unidade pelo que se

deverá usar a fórmula que conduza a SWR>1. (Repare que independentemente de RL ser

metade ou ser o dobro de Z0, a relação entre a tensão máxima e a tensão mínima será

sempre 2:1 e portanto o grau de desadaptação será o mesmo em ambos os casos).

Quanto maior for a SWR, maior será a desadaptação entre a linha e a carga.

Também, nas linhas de transmissão reais a perda de potência aumenta com o aumento da

SWR. Consequentemente, um baixo valor de SWR é sempre desejado, excepto quando a

linha é usada em aplicações muito especiais, nomeadamente se for usada como circuito

sintonizado ou ressonante.

2.10. Linha de transmissão como circuito ressonante

Uma linha de transmissão que seja terminada por uma carga com valor igual ao da

impedância característica da linha, tem um SWR = 1 e é chamada de linha não sintonizada

ou não ressonante. É não ressonante porque apresenta sempre o mesmo valor da



impedância de carga, independentemente do valor da frequência do sinal na linha.

Pelo contrário, uma linha de transmissão com SWR > 1 apresenta uma impedância

variável na carga que depende da frequência de trabalho. Por isso, uma linha com SWR > 1

é chamada de linha de transmissão sintonizada ou ressonante.

A Fig. 2-19 representa uma linha de transmissão com 25cm de comprimento

terminada com um curto circuito. A carga é portanto RL = 0 e então a SWR = .

Nestas circunstâncias, a Fig. 2-19A mostra a relação de onda estacionária que se

desenvolve na linha quando lhe é aplicada um sinal de 300MHz.

A linha de 25 cm representa ¼ a 300 MHz porque, como = c / f, então

m110300

103

f

c6

8

Consequentemente, 1/4 a 300 MHz é equivalente a 25 cm.

Repare (Fig. 2-19A) que à entrada da linha há um máximo de tensão e um mínimo

(zero) de corrente.

Isto corresponde a um circuito

aberto e é de facto, a impedância de

entrada de uma linha de 1/4 em curto-

circuito. A linha de quarto de compri-

mento de onda, na realidade inverteu a

impedância da carga. Se a carga tivesse

sido um circuito aberto, a impedância de

entrada seria um curto-circuito.

Estas condições só são verdadeiras

quando a linha é exactamente de um

quarto de comprimento de onda. Por isso,

se a frequência for alterada, também a

impedância de entrada o será.

Como há esta dependência entre o

comprimento da linha e a frequência de

trabalho, diz-se que a linha é ressonante,

pois haverá sempre uma determinada frequência para a qual a linha se comporta como

Fig. 2-19 - Linha sintonizada



indicado na Fig. 2-19. Na realidade, uma linha de ¼ , curto-circuitada, actua exactamente

como se fosse um circuito sintonizado, isto é, à frequência de ressonância a impedância de

entrada da linha é infinita ou aberta. A todas as outras frequências, a impedância de entrada

torna-se ou capacitiva ou indutiva dependendo se ela está respectivamente acima ou abaixo

da frequência ressonante.

As linhas de transmissão são usadas em equipamentos de VHF, UHF e SHF, como

circuitos ressonantes série ou paralelo. Elas não só oferecem um Q extremamente alto mas

são também frequentemente o único método prático de obter circuitos ressonantes a estas

altas frequências. Isto é devido a que, à medida que a frequência aumenta, os

condensadores e indutores têm que ter valores cada vez mais pequenos o que obriga o valor

de Q a diminuir e a largura de banda a aumentar para valores que ultrapassam o pretendido

em muitos circuitos. A única forma de solucionar este problema é recorrer aos circuitos com

linhas ressonantes.

Para ter a certeza que compreendeu este importante conceito, repare na Fig. 2-19B.

Aqui estão os mesmos 25cm de comprimento da linha de transmissão. Contudo, uma vez

que a frequência de entrada duplicou para 600MHz a linha agora comporta-se como uma

linha de ½ em relação a esta frequência e terá portanto um diferente padrão de onda

estacionária. Note que à entrada há agora um máximo de corrente e um mínimo (ou zero)

de tensão. Consequentemente, a entrada é um curto circuito para uma linha de ½ . Uma

vez que isto só acontece à frequência à qual a linha é exactamente de ½ , então actua

como um circuito ressonante. Na realidade, a linha de ½ curto-circuitada actua como um

circuito ressonante série. Repare que a linha de ½ replica a impedância terminal na sua

entrada. Portanto, a entrada de uma linha de transmissão de ½ em aberto estará também

em aberto.

Em resumo:

Uma linha de ¼ inverte na entrada a impedância presente na saída. Assim, a

entrada de uma linha de ¼ , está em aberto e a entrada de uma linha de ¼ em aberto

estará em curto-circuito. Como tal, uma linha de ¼ em curto-circuito pode ser utilizada

como um circuito ressonante paralelo e uma linha aberta de ¼ pode ser usada como um

circuito ressonante série.

Inversamente, uma linha de ½ apresenta na entrada a mesma impedância que na

saída. Assim, a entrada de uma linha de ½ em curto é um curto e a entrada de uma linha



de ½ em aberto é um circuito aberto. Como tal, uma linha de ½ em curto pode ser

utilizada como um circuito ressonante série e uma linha de ½ em aberto pode ser usada

como circuito ressonante paralelo.

2.11. Medição da onda estacionária (SWR)

Uma linha de transmissão correctamente terminada tem uma impedância de entrada

constante, independentemente da frequência ou do comprimento da linha. Por exemplo, se

uma linha de transmissão de 300 for terminada por uma resistência de 300, a impedância

vista pelo gerador de entrada será de 300 qualquer que seja a frequência do gerador ou

qualquer que seja o comprimento da linha.

A necessidade de verificar o SWR é mais acentuada quando se faz emissão e se

utilizam antenas. A desadaptação da linha ou da antena, fará reflectir de volta para o

emissor de parte da potencia que ia ser emitida podendo mesmo destruir o emissor ou no

melhor dos casos reduzir muito o alcance

da transmissão.

É por essa razão que radioamadores

e profissionais não podem prescindir da

medição do SWR para poderem afinar o

sistema e obterem valores o mais baixo

possível de onda reflectida.

A relação de onda estacionária (SWR)

é medida por um reflectómetro ou medidor

de onda reflectida. Este equipamento mede

a razão entre a potência incidente e a

potência reflectida e indica o valor obtido numa escala calibrada. Os valores da escala a

vermelho indicam valores excessivos de reflexão (acima de SWR> 3)

O medidor de SWR deve ser ligado em série, na linha de transmissão, entre o emissor

e a carga ou antena.

A vantagem dum equipamento que mede SWR, é que dá uma leitura directa e

Fig. 2-20 – Medidor de SWR (ROE)

Carga ou

antenaEmissor

Medidor

SWR



imediata do valor da onda reflectida.

Contudo, quando não se dispões de um medidor de SWR, pode utilizar-se um

wattímetro. Com este equipamento mede-se primeiro a potência incidente e depois a

potência reflectida. Através de cálculo matemático, é então possível determinar o valor da

relação de onda estacionária.

2.12. Guia de Ondas

O dispositivo básico em microondas é o guia de ondas. O guia de ondas é um tubo

metálico, de secção geralmente rectangular, usando-se também as secções circular e elíptica

(Fig. 2-21).

A onda electromagnética caminha por dentro do guia de ondas reflectindo-se nas suas

paredes, percorrendo um caminho em ziguezague, de modo que a velocidade ao longo do

guia de ondas é menor que ao ar livre.

A largura "a" do guia de ondas

rectangular deve ser superior a 0,5 e o

diâmetro "d" do guia de ondas circular deve

ser superior a 0,588, para funcionar.

O guia elíptico é uma transição da

forma rectangular para o circular.

A onda dentro do guia de ondas não é

uma onda plana, pois junto às paredes

condutoras do guia, o campo eléctrico E deve

reduzir-se a zero. O campo é máximo no

centro do guia de ondas e cai até zero junto

às paredes, como indicado (Fig. 2-22).

É interessante notar que esta onda

pode ser considerada como resultado da

composição de duas ondas planas. Vejamos como duas ondas planas com E igual em todo o

plano, se compõem para obter-se uma onda com E variável, que se torna zero junto às

paredes do guia de ondas.

Fig. 2-21 – Tipos de Guias de Onda

Fig. 2-22– Campo no Guia de Ondas



Olhemos de cima duas ondas planas, caminhando nas direcções K1 e K2 (Fig. 2-23).

Marquemos com o sinal (+) os máximos destas ondas, e com o sinal (-) os mínimos,

como mostra a Fig. 2-23. Vemos que nos pontos a, b, c, d, e, f, etc., há o encontro do

máximo positivo de uma onda com o máximo negativo da outra, e ocorre aí o cancelamento

de ondas. Nestes pontos, podemos inserir uma parede metálica, sem nada afectar, já que a

onda resultante é zero.

Colocando estas paredes ao longo de a, b, c e de d, e, f obtemos a Fig. 2-24.

Esta figura mostra sem alteração o campo interno do guia, não havendo agora mais

campo externo, isto é, as paredes laterais do

guia confinam as duas ondas K1 e K2.

Podemos colocar mais duas paredes

metálicas, tampando o guia em cima e em baixo.

Estas tampas podem ser postas porque o campo

E é perpendicular às mesmas e assim não induz

correntes nelas. Com isto completa-se o guia

(Fig. 2-25).

Fig. 2-23 - Ondas no guia de ondas

Fig. 2-24 - Limitação das ondas no guia de ondas

Fig. 2-25- Guia de ondas completo



Na sequência do anteriormente exposto pode agora mostrar-se que os valores do

comprimento da onda mudam, conforme a direcção em que foi feita a irradiação (Fig. 2-26).

Assim medindo o comprimento da onda de maneira usual, normal à frente de onda,

obtemos 0/2 de um máximo positivo a um máximo negativo. 0 é o comprimento da onda

no vácuo e no ar.

Se efectuarmos a mesma medição, mas ao longo do guia de ondas, obtemos g/2. g

é o comprimento da onda no guia.

Finalmente podemos medir transversalmente ao guia de ondas, neste caso iremos de

mínimo a mínimo ou seja de parede a parede do guia de ondas, uma distância aonde então

a=1/2 ou 1 = 2a.

A seguinte equação relaciona g e 0

Vemos daqui que 2a deverá ser maior que 0, senão no denominador da equação

teremos uma raiz de número negativo, o que resultaria em g imaginário, que não faz

sentido.

Assim, o guia de ondas rectangular só funciona se 2a>g ou numa regra mais prática

a>g/2.

Em conclusão: a largura do guia de ondas rectangular tem que ser maior que meio

comprimento de onda.

Fig. 2-26 - Comprimentos de onda



Até aqui estudámos que a onda tinha o vector E perpendicular à dimensão maior (a) e

ao eixo do guia de ondas. A

dimensão maior (a) era superior a

0/2, mas não atingia o valor 0.

Quando a>0/2 podem coexistir no

guia de ondas mais modos de onda.

Por exemplo com a>2x0/2 podem

existir duas ondas (Fig. 2-27). Diz-

se neste caso que se trata do modo

TE20, isto é, modo transversal eléctrico com duas meias ondas na direcção (a) e zero meias

ondas na direcção (b).

Contudo, se a dimensão (b) for maior do que 0/2 então já caberá uma outra meia

onda de lado, e será o modo TE21, e assim por diante.

Há portanto a possibilidade de vários modos de onda no guia de ondas, dependendo

apenas das dimensões deste.

Na prática restringe-se geralmente a possibilidade ao modo mais simples, isto é, faz-se

a<20/2, e a>0/2, e b<0/2.

Trata-se então do modo TE10, isto é modo transversal eléctrico com 1 meia onda na

direcção (a) e zero meias ondas na direcção (b). Transversal eléctrico significa que o campo

eléctrico é transversal à direcção de propagação do guia de ondas, mas o campo magnético

não será.

Existe uma outra classe de modos, as ondas TM, em que o campo magnético é

transversal e o campo eléctrico não é. No espaço livre as andas electromagnéticas são TEM,

isto é, tanto o campo eléctrico como o magnético são transversais à direcção de propagação.

Fig. 2-27 - Guia de ondas no modo TE20



2.13. Fibra Óptica

A Fibra Óptica é a linha de transmissão mais moderna e para a qual se augura um

longo e promissor futuro pois para além das aplicações em telecomunicações começa já a

ter aplicação doméstica.

Enquanto nas outras linhas de transmissão, a transmissão é feita através de sinais

eléctricos de frequências relativamente baixas (máx. GHz), no cabo de fibra óptica a

transmissão é feita através de sinais de luz o que a torna imune a qualquer tipo de

interferências electromagnéticas.

A fibra óptica, exteriormente, é semelhante ao cabo coaxial porque também tem um

núcleo central e um revestimento externo (Fig. 2-28). O núcleo tem a espessura inferior à de

um cabelo e é feito em vidro, ou de um tipo especial de plástico.

No núcleo é injectado um sinal de luz proveniente de um LED ou laser, modulado pelo

sinal transmitido, que percorre a fibra e se reflecte ao longo dela. Chegando ao destino, o

sinal luminoso é descodificado em sinais digitais por um segundo circuito chamado de foto-

díodo. O conjunto dos dois circuitos é chamado de CODEC (codificador/descodificador).

Existem dois tipos de cabos de fibra óptica, chamados de cabos monomodo e

multimodo.

Enquanto o cabo monomodo transmite apenas um sinal de luz, os cabos multimodo

podem transportar vários sinais diferentes dentro do cabo.

Fig. 2-28 – Cabo de fibra óptica



Como se mostra na Fig. 2-29, nos cabos multimodo, o sinal viaja batendo

continuamente nas paredes do cabo, tornando-se mais lento e perdendo a intensidade mais

rapidamente.

Já os cabos monomodo têm uma transmissão mais rápida do que os cabos multimodo,

As fibras podem ser multimodo ou monomodo

As vantagens da fibra óptica são o isolamento electromagnético perfeito, permite

comprimentos muito longos de cabo e alta taxa de transferência.

As desvantagens são preço, dificuldade de instalação, fragilidade e dificuldade de

conexão e soldadura

Fig. 2-29 – Fibras multimodo e monomodo



2.14. Questionário de revisão

1. Qual é a principal finalidade de uma linha de transmissão?

2. Quais são as principais diferenças entre a linha de transmissão balanceada e a não

balanceada?

3. A impedância característica de uma linha de transmissão é determinada por

4. Quais são as fórmulas para determinar a relação de onda estacionária (SWR) numa

linha de transmissão?

5. Quando uma linha de transmissão é terminada por uma carga com valor igual ao da

impedância característica da linha, a relação de onda estacionária (SWR) tem o valor

de ________________

6. Qual é a impedância de entrada de uma linha curto circuitada de 1/4 , à sua

frequência de ressonância?

7. As linhas de 1/4 e 1/2 podem ser usadas como circuitos

8. O medidor de ondas estacionárias (ou reflectómetro) é usado para medir _________

9. Um guia de onda de secção rectangular tem a=5cm. Qual o maior comprimento de

onda que poderá propagar? Qual a menor frequência que poderá propagar? Qual a

maior frequência que poderá propagar?

10. Quais são as impedâncias mais frequentes nos cabos coaxiais para TV e para

radiocomunicações?

TV e emissoras de FM: _______________

Rádio amador e comunicações: _______________

11. Nas fibras ópticas quais os modos de transmissão? __________________________

12. Num guia de ondas, o comprimento de onda do sinal é maior ou menor que o

comprimento de onda no guia?



Capítulo 3 - Antenas

Para que um sinal de rádio ou televisão seja transmitido parao espaço e posteriormente recebido, é sempre necessária aexistência de antenas. Neste capítulo serão abordadas ascaracterísticas genéricas das antenas e os seus tipos maisutilizados.

3.1. Introdução

Depois de um emissor gerar o sinal de RF, tem que haver algum método de radiar esse

sinal para o espaço. Tem também que haver algum método de, no receptor, se interceptar

(captar) esse sinal. As antenas são os dispositivos que permitem estas duas operações.

Uma antena é geralmente feita em metal, (muitas vezes apenas um fio ou varetas de

alumínio) e converte a corrente de alta frequência em ondas electromagnéticas para a

emissão e faz exactamente o contrário na recepção.

As antenas de emissão e de recepção têm funções diferentes mas comportam-se

exactamente da mesma forma, pois o seu comportamento é absolutamente recíproco.

As primeiras antenas, foram construídas por Heinrich Hertz em 1888, com a finalidade

de pôr em prática as teorias electromagnéticas propostas por Maxwell.

Com esse dispositivo (Fig. 3-1), Hertz transmitiu e recebeu ondas electromagnéticas a

cerca de 5 metros de distância.

A antena de emissão era formada por duas placas de metal ligadas a dois bastões

metálicos, que por sua vez se ligavam a duas esferas, separadas entre si por uma distância

Capítulo



pré-determinada. Nas esferas eram adicionadas bobinas que geravam descargas de alta

tensão por faísca no espaço entre as esferas, produziam ondas electromagnéticas

oscilatórias nos bastões e que podiam ser captadas numa outra antena de recepção.

A antena de recepção era constituída por um laço de fio metálico com uma pequena

ranhura. A faísca produzida no emissor era detectada na recepção por uma pequena faísca

na ranhura demonstrando na prática tudo que Maxwell previra na teoria.

Desde estas primeiras antenas até a actualidade, os princípios físicos foram sendo

aprimorados e descobertas novas maneiras e tecnologias de transmitir e receber sinais

electromagnéticos e nas modernas telecomunicações, as antenas são em alguns casos,

estruturas de extrema complexidade mas sem elas seria totalmente impossível imaginar o

nosso mundo de telemóveis, GPS e Wi-Fi, para só citar alguns casos.

3.2. Fundamentos de antenas

A Fig. 3-2 mostra uma linha aberta de 1/4

de comprimento de onda. A onda incidente e a

onda reflectida somam-se e formam a onda

estacionária, tal como já estudado anteriormente.

O que nessa altura não se mencionou foi que

nem toda a energia é reflectida pelo circuito

aberto. Na prática, uma pequena porção da

energia RF da linha escapa-se e é radiada para o

espaço circundante. Isto acontece porque a

energia RF que viaja em direcção ao circuito

Fig. 3-1 – Primeiras antenas de Hertz

Fig. 3-2 - Linha de quarto de



aberto do fim da linha, necessitará de fazer uma mudança violenta, uma inversão de fase

assim que atingir o circuito aberto. Uma pequena porção da onda incidente não vai

conseguir fazer essa inversão e então salta para além do circuito aberto e entra no espaço

livre.

A quantidade das ondas que se escapam da linha de transmissão é muito pequena, por

duas razões.

Primeiro, o espaço circundante é considerado como uma carga para a linha de

transmissão e portanto existe uma desadaptação e como tal pouca potência é dissipada

nesta carga.

Segundo, como os dois fios da linha estão muito juntos e desfasados de 180º, a

radiação de um deles cancela a radiação do outro.

Para tornar este circuito aberto num circuito radiante, temos que alargar o circuito

aberto, ou seja, afastar os dois fios. Quando afastamos os fios, menos radiação se cancelará.

Também se verifica que a linha de transmissão fica melhor acoplada ao espaço circundante

pois mais potência é dissipada ou radiada. Adicionalmente, como os fios estão afastados, as

ondas que viajam ao longo da linha encontram muito mais dificuldade em inverter a fase.

Como tal, tudo aponta para um aumento na radiação.

A radiação pode ser aumentada ainda mais se mais afastarmos os dois fios, atingindo-

se um máximo quando eles ficam em linha

Fig. 3-3A. O campo eléctrico e o campo

electromagnético da linha estão agora

completamente acoplados ao espaço

circundante. Portanto, resulta assim um

máximo de radiação.

Este tipo de antena é chamado de

dipolo. A linha de transmissão original

tinha 1/4 mas quando se abriu o

comprimento total passou a ser de 1/2 .

Assim, a antena mostrada na Fig.

3-3A é um dipolo de meia onda.

A forma da onda estacionária no dipolo de meia onda mostra-se na Fig. 3-3B.

Fig. 3-3 - Antena dipolo



Note que ambos os extremos da antena aparecem como abertos e portanto têm um

máximo de tensão e um mínimo de corrente. O centro de antena, que é o ponto de

alimentação de sinal, tem um máximo de corrente e um mínimo de tensão. Como resultado,

a impedância de entrada do dipolo de meia onda é baixa.

A distribuição da corrente e da tensão indicariam que a impedância deveria ser zero

ohms, mas na realidade essa impedância é de 73 ohms. Isto deve-se à energia perdida por

radiação. Esta energia não é reflectida de volta para a entrada da antena e portanto nunca

chega a haver um cancelamento completo de tensão. Por esta razão, a impedância de

entrada aumenta para 73 ohms quando a linha de 1/4 em aberto é totalmente aberta e se

transforma num dipolo.

3.3. Radiação da antena

Uma vez que o dipolo tem altos potenciais de tenção nos seus extremos, um campo

electrostático ou campo eléctrico existe

entre esses dois pontos. Este campo é como

o que existe entre as placas de um

condensador. Contudo, no caso da antena,

o campo eléctrico não fica confinado à área

entre as placas, mas é radiado no espaço. O

campo eléctrico à volta de um dipolo é

mostrado na Fig. 3-4.

Note também nesta figura que existe

um campo magnético à volta da antena.

Isto é devido ao fluxo de corrente na

antena. Uma vez que a corrente é máxima

no centro da antena, também o campo magnético o será.

Tanto este campo magnético como o campo eléctrico são radiados sob a forma de

ondas electromagnéticas. Esta onda propaga-se ou vija para for a da antena e continuará a

viajar mesmo depois da corrente ou da tensão terem sido retiradas da antena.

Quanto mais a onda electromagnética viajar para longe da antena mais fraca se

tornará. A amplitude desta onda ou campo radiado é calculada em termos de tensão

Fig. 3-4 - Campos no dipolo



induzida num fio receptor. Isto designa-se por intensidade de campo.

A intensidade de campo em qualquer ponto, depende da distância ao emissor e da

potência que foi radiada (emitida). A intensidade de campo varia inversamente com a

distância. Por exemplo, sempre que a distância à antena duplica, a intensidade de campo

reduz-se a metade. Inversamente, se a distância se reduz para metade, a intensidade de

campo será o dobro. Da mesma forma, se a potência radiada for aumentada, a intensidade

de campo em qualquer ponto também aumentará. Contudo, uma vez que a intensidade de

campo é indicada pela tensão induzida num fio, qualquer aumento de potência tem que ser

convertido no correspondente aumento de tensão.

Então, uma vez que a potência é proporcional ao quadrado da tensão, (P = V2 / R)

conclui-se que o aumento na intensidade de campo é proporcional à raiz quadrada do

aumento na potência. Então duplicar a potência radiada aumentará a intensidade de campo

em 2 ou seja 1,414.

Inversamente, para aumentar a intensidade de campo para o dobro, é necessário

quadruplicar a potência radiada.

3.4. Polarização da antena

Conforme já discutido anteriormente, a onda electromagnética radiada de qualquer

antena, tem dois campos: o campo eléctrico (E) e o campo magnético (H). Estes campos são

perpendiculares entre si e são ambos

perpendiculares à direcção de

propagação do sinal. Isto é mostrado

com vectores na Fig. 3-5. Neste caso, o

vector do campo eléctrico é horizontal.

Diz-se então que a onda tem polaridade

horizontal. Se rodássemos os campos de

90º, o vector eléctrico seria vertical e

então teríamos uma onda de polaridade

vertical.

É portanto o vector do campo eléctrico que determina a polarização da onda. Como se

verá mais tarde, uma antena na horizontal produz polarização horizontal e uma antena na

Fig. 3-5 - Polarização da onda electromagnética



vertical produz polarização vertical.

A importância disto é que uma onda polarizada horizontalmente irá induzir máxima

tensão na antena horizontal. Teoricamente, uma onda polarizada horizontalmente induzirá

zero volts numa antena vertical. Contudo na prática, e sobretudo em HF e VHF, isto só

raramente ocorre porque na propagação há desvios de polaridade.

3.5. A antena dipolo

O tipo de antena mais vulgarizado é o dipolo de meia onda. Como o seu nome implica,

ele tem um comprimento de 1/2 à frequência de trabalho.

A fórmula do comprimento de onda é:

mf

c1

10300

1036

8

com c = 3x108 m/s e f em Hz

Esta fórmula dá o comprimento de onda em espaço livre. Contudo, na antena, a onda

desenvolve-se num fio e o efeito das pontas tem que se ter em conta. O efeito das pontas

faz com que a antena pareça ser electricamente 5% mais comprida do que o seu tamanho

físico. Isto é devido à capacidade que existe entre os extremos da antena.

Assim, a fórmula para calcular o comprimento de onda de um dipolo de meia onda e

que deveria ser:

MHz

metrosf

L150

passará a ser, tendo em conta o efeito das pontas:

comprimento real do dipolo meia onda MHz

metrosf

L143

Exercício: Qual o comprimento real que deverá ter um dipolo de meia onda para captar

uma emissão em 100 MHz?

m43,1100

143L metros



Uma instalação típica com dipolo está na Fig. 3-6. Note que a antena é alimentada ao

centro com um cabo balanceado de 75. Isto dá um bom acoplamento com os 73 do

centro da antena.

O dipolo também pode ser alimentado com cabo coaxial, sendo o condutor central do

cabo ligado a um dos lados do dipolo

e a blindagem ligado ao outro.

Contudo, uma vez que o cabo

coaxial é uma linha não balanceada

(assimétrica) e o dipolo é balanceado

(ou simétrico, por ter sido obtido a

partir de uma linha balanceada de

1/4 ), resultará alguma ineficiência

na transmissão de energia. A

distribuição de corrente e de tensão

na antena serão alteradas e fluirá

corrente RF na blindagem do cabo coaxial. Esta corrente na blindagem resultará em radiação

do cabo o que é indesejado.

Para acasalar correctamente um cabo coaxial de 75 a uma antena dipolo é

necessário usar um balun (também chamado de simetrizador) e que mais não é do que um

transformador RF de balanceado para não balanceado.

Os baluns também podem ser utilizados como adaptadores de impedância, por meio

de relações de espiras do primário para o secundário, tal como nos transformadores

convencionais. Assim, se pretendermos ligar uma antena dipolo de 73 com um cabo de

300 será necessário intercalar um balun de 4:1.

3.6. Diagrama de Radiação

A característica mais importante da antena é o seu diagrama de radiação.

No caso de uma antena de emissão, o diagrama de radiação é a representação gráfica

da intensidade de campo radiada pela antena em diferentes direcções angulares. Este

mesmo diagrama de radiação também, indica as propriedades de recepção da mesma

antena. Isto é assim porque as propriedades de emissão ou de recepção de uma antena são

Fig. 3-6 - Instalação típica de um dipolo horizontal



exactamente iguais (ou recíprocas).

A Fig. 3-7A mostra uma vista tridimensional do diagrama de radiação de um dipolo de

meia onda horizontal.

Note que a radiação máxima ocorre nos lados da antena e que a radiação mínima

ocorre na direcção das pontas.. Uma projecção polar da radiação no plano horizontal é

mostrada na Fig. 3-7B.

O diagrama de radiação para o dipolo de meia onda vertical é mostrado na Fig. 3-8A.

Fig. 3-7 - Diagrama de radiação do dipolo Horizontal

Fig. 3-8 - Diagrama de radiação do dipolo V



Note que neste caso a máxima radiação ocorre em todas as direcções no plano

horizontal (é omnidireccional). A mínima radiação ocorre precisamente para acima e para

baixo da antena (ao longo do eixo do dipolo).

A projecção polar para o plano horizontal de um dipolo na vertical é mostrada na Fig.

3-8B.

Uma antena dipolo pode também trabalhar em harmónicas (frequências múltiplas) da

sua frequência fundamental.

Se um dipolo é de meia onda para a frequência de 100 MHz, ele trabalhará como se

fosse um dipolo de onda completa para a frequência de 200 MHz. A distribuição de corrente

num dipolo de onda completa mostra-se na Fig. 3-9A. Note que a corrente mínima ocorre no

centro da antena. Isto indica que o centro da antena é um ponto de muito alta impedância.

Como tal, se se pretende um ponto de baixa impedância para ligar uma linha de 75, o

ponto de alimentação tem que ser movido para os máximos de corrente (mínimos de

tensão) e que se situam a 1/4 do centro da antena.

O diagrama de radiação para uma antena dipolo de onda completa está indicado na

Fig. 3-9B. Note que o diagrama tem agora 4 lóbulos principais. Isto é devido à distribuição

de corrente no dipolo.

Um dipolo de meia onda pode trabalhar na sua terceira harmónica como indicado na

Fig. 3-10A. Trata-se então de um dipolo de 3/2 (dipolo de onda e meia). A distribuição de

corrente resultante neste dipolo mostra-se na Fig. 3-10A. Note que agora o máximo de

Fig. 3-9 - Dipolo de onda completa



corrente ocorre no centro da antena e portanto o ponto de alimentação de baixa impedância

está ao centro, tal como no dipolo de meia onda. O diagrama de radiação para a antena de

3/2 mostra-se na Fig. 3-10B. Note que agora há 6 lóbulos (4 maiores e dois menores) e

que correspondem aos máximos de corrente.

Esta faculdade dos dipolos poderem trabalhar nas harmónicas da frequência principal

pode ser utilizada quando se pretende que a mesma antena seja usada para trabalhar em

duas bandas. Um bom exemplo é uma antena desenhada para trabalhar simultaneamente

nas bandas de radio amador dos 7 MHz e dos 21 MHz. Corta-se a antena com o

comprimento certo para trabalhar em 7 MHz (comprimento = 20,43m). Então, se a antena

operar a 21 MHz, funcionará como uma antena 3/2 e dado que tanto o dipolo de 1/2

como o dipolo de 3/2 têm baixa impedância no seu centro, devido ao máximo de corrente

(mínimo de tensão), oferecem ambas a possibilidade de um bom acoplamento de

impedâncias com uma linha de transmissão de 75 (ou mesmo de 50) ligada ao centro da

antena.

3.7. A antena vertical de 1/4

Nos casos em que se pretende polarização vertical a antena tem que estar na vertical,

tal como já foi referido anteriormente. Contudo, a baixas frequências a altura da antena

dipolo de meio comprimento de onda pode tornar-se proibitiva. Por exemplo um dipolo

vertical de 1/2 para trabalhar a 4 MHz requer um comprimento de 35,75 m (l=143/f), mas

para trabalhar a 2 MHz já requer 71,5 m de altura.

Isto parece dizer que para polarização vertical e a baixas frequências o dipolo de 1/2

pode ser impraticável. Contudo, se uma antena vertical de 1/4 for construída sobre uma

Fig. 3-10- Dipolo de 3/2



terra perfeita, terá as mesmas características que teria se fosse um dipolo vertical de 1/2 .

Isto é possível porque uma terra perfeita produzirá uma imagem de espelho da antena

de 1/4 , produzindo assim o efeito de uma antena 1/2 . A imagem resulta das ondas de

rádio reflectidas tal como se mostra na Fig. 3-11A. A distribuição de tensão e de corrente ao

longo da antena vertical de quarto de comprimento de onda mostra-se na Fig. 3-11B.

Para que esta antena possa operar correctamente, a terra tem que ser perfeita

(condutividade infinita, resistência nula), pois caso contrário um valor apreciável de potência

se perderá na resistência do sistema de terra. O solo mais perfeito para este tipo de antena

é o solo húmido e com terra fértil ou o solo salinizado. Mas se por força das circunstâncias, a

antena tiver que ser construída num solo de pobre condutividade como por exemplo solo

rochoso ou arenoso, então é imprescindível a construção de uma terra artificial. Ela pode ser

construída com vários fios de cobre de 1/4 que se estendem no solo em torno da antena

cobrindo o mais possível todas as direcções. Estes fios chamam-se radiais e normalmente 4

radiais são o mínimo que se deve estender. Neste caso de só haver 4 radiais, eles devem ser

perpendiculares entre si.

A antena vertical de 1/4 é normalmente designada por antena Marconi, em honra ao

nome do pai das telecomunicações.

O diagrama de radiação para a antena vertical de quarto de comprimento de onda é

mostrado na Fig. 3-12.

No plano horizontal a antena radia em todas as direcções. É portanto uma antena

omnidireccional (em todas as direcções) mas como transmite por igual em todas as

Fig. 3-11 - A antena vertical de /4



direcções dizemos que a antena é isotrópica (igual em todas as direcções).

A impedância de entrada de uma antena de quarto de comprimento de onda é

aproximadamente de 36 se for

utilizada com uma terra perfeita.

Este valor ainda é

suficientemente bom para

permitir um razoável acopla-

mento com linhas de transmissão

de 50.

Como a antena vertical de

1/4 é assimétrica (não balanceada) porque um dos lados é a terra, o melhor alimentador

é uma linha de transmissão também assimétrica (cabo coaxial). O condutor central é ligado

à antena (que é isolada da terra) e a blindagem é ligada à terra ou ao sistema de radiais se

for o caso.

3.8. Ganho e directividade

O diagrama de radiação horizontal da antena de ¼ (antena Marconi da Fig. 3-12)

mostra que nesse plano, a antena radia em todas as direcções. É portanto uma antena

omnidireccional, mas isotrópica porque transmite (ou recebe) por igual em todas as

direcções.

Contudo, em muitas situações, é conveniente que a

direcção da onda radiada fique restringida dentro de certos

limites. Por exemplo, se uma antena no alto de Monsanto

(Lisboa) emitisse com um diagrama de radiação

omnidireccional, grande parte da potência emitida seria

desperdiçada pois estaria a ser enviada na direcção do mar, o

que não apresenta qualquer interesse. Melhor seria que essa

potência fosse canalizada para outras direcções e que

nadirecção do mar não houvesse radiação. O sistema seria

assim muito mais eficiente pois a potência radiada seria

dirigida especificamente nas direcções pretendidas, não se desperdiçando potência.

Fig. 3-12 - Diagrama de radiação

Fig. 3-13 - Largura do feixe



Quando o diagrama de radiação de uma antena é essencialmente dirigido numa ou

mais direcções preferenciais, diz-se que a antena é direccional.

O dipolo de meia onda (Fig. 3-7) é bidireccional porque transmite (ou recebe) segundo

duas direcções preferenciais.

A medida da directividade da antena pode ser obtida directamente do diagrama de

radiação. A largura do feixe é obtida medindo o ângulo entre dois pontos de cada lado do

máximo do lóbulo onde a intensidade do campo cai a 3 dB do máximo.

A Fig. 3-13 exemplifica um diagrama de radiação unidireccional (só tem uma direcção

preferencial) de uma antena com uma largura do feixe de 50º.

Um sistema de antena com boa directividade (isto é feixe estreito) tem a vantagem de

poder emitir a maior parte da potência só na direcção pretendida

Uma vez que a potência radiada está concentrada num feixe relativamente estreito, a

intensidade de campo dentro do feixe é maior do que seria se fosse obtida numa antena

omnidireccional. Portanto a potência efectiva radiada (efective radiateted power - ERP) do

emissor é aumentada pelo ganho direccional da antena.

O ganho direccional é a relação que existe entre a potência necessária para produzir

um determinado intensidade de campo num dado ponto usando uma antena de referência

comparada com a potência necessária para produzir a mesma intensidade de campo com

uma antena direccional.

As antenas de referência são normalmente a antena Marconi ( ¼ ) ou o dipolo ½ .

Considera-se a antena Marconi (isotrópica) como tendo um ganho unitário ou seja 0dB.

A antena dipolo ½ tem um diagrama de radiação bidireccional (rever Fig. 3-8) e em

cada uma das direcções de emissão, o ganho é de +2dB se comparada com a antena

Marconi. Então uma antena dipolo tem um ganho de +2dbi sem que o índice com a letra i

significa que o ganho está a ser medido em relação à antena isotrópica.

As antenas utilizadas em TV, chegam a ter ganhos direccionais de de +20dBi (100x)

quando comparadas com a antena Marconi.

Em VHF, UHF e SHF, é possível construir antenas de elevado ganho (como as que se

usam em TV ou as parabólicas de recepção satélite) porque como os comprimentos de onda

são pequenos as antenas ocupam pouco espaço



A utilização da unidade dB permite fazer cálculos fáceis. Por exemplo, a potência

efectiva radiada (ERP) pode ser calculada desde que se conheçam a potência de emissão, as

perdas na linha de transmissão (do emissor até à antena) e o ganho da antena.

Por exemplo, se um emissor tiver uma potência de saída de 100W, se a linha de

transmissão tiver perdas de 10W e se o ganho de potência da antena for de 10dB (10x),

então a ERP será:

100 W Potência de saída do emissor

- 10 W Perdas de potência na linha de transmissão

90 W Potência à entrada da antena

x 10 Ganho de potência da antena

900 W Potência efectiva radiada (ERP)

Isto mostra como uma antena direccional pode aumentar extraordinariamente a

potência efectiva radiada.

3.9. Arrays de antenas

A directividade ou ganho direccional é obtido usando combinações de dois ou mais

elementos de antena para formar arrays de antenas. Dependendo do método utilizado para

excitar os elementos adicionais, os sistemas de antena podem ser classificados em arrays

parasitas e arrays alimentados.

3.9.1. Arrays Parasitas

Um elemento de antena que não esteja ligado à linha de transmissão, mas esteja no

plano do dipolo, desenvolverá uma

tensão por indução. Chama-se

elemento parasita. A Fig. 3-14

mostra um elemento parasita

localizado a ¼ do dipolo, que é

assim o elemento alimentado.

Ambos os elementos têm um

comprimento de ½ e portanto

são ressonantes à frequência de

trabalho.

Fig. 3-14 - Array com dipolo e reflector



O diagrama de radiação do dipolo é bidireccional e atinge o máximo de radiação no

plano do dipolo (rever Fig. 3-8).

Se considerarmos a energia radiada na direcção do elemento parasita ela viaja 1/4.

Portanto, antes de atingir o elemento parasita sofre um desfasamento de 90º. À medida que

a onda intersecta o elemento parasita, é induzida uma tensão que está 180º invertida em

relação à onda que a induziu. Como resultado, a corrente flui através do elemento e o

elemento radia.

Na direcção para além do elemento parasita, o campo por ele radiado é oposto ao

campo produzido pelo dipolo, pelo que os dois campos se anulam e a radiação nesta

direcção é insignificante.

Contudo, o elemento parasita também radia na direcção do dipolo. Quando esta

radiação atinge o dipolo, já sofreu mais 90º de desfasamento. Assim, o desfasamento total é

de 360º e a onda chega em fase com a energia que está a ser radiada pelo dipolo. Então a

radiação na direcção do dipolo é reforçada e há um máximo de radiação.

A direcção da máxima radiação é chamada de direcção de emissão e o elemento

parasita é chamado reflector.

O diagrama de radiação obtido com os arrays parasitas depende da amplitude e fase

da corrente nos elementos parasitas. Por sua vez, estes factores dependem do comprimento

dos elementos parasitas e do

espaçamento entre eles e o

elemento alimentado (dipolo).

O caso mais favorável

para o reflector é obtido quando

ele está afastado 0,18 a 0,2

do dipolo e quando o seu

comprimento é de aproximada-

mente 5% maior do que ½ .

Verifica-se que, se para

além do reflector, for colocado

um terceiro elemento, chamado

director, o ganho e a directividade aumentam ainda mais.

Fig. 3-15 - Array com 3 elementos



Um array parasita de 3 elementos (dipolo, reflector e director) é mostrado na Fig.

3-15A. Este array (ou os semelhantes) são conhecidos como antena YAGI, nome do seu

inventor.

O director deve ter um comprimento cerca de 5% menor do que ½ e o seu

espaçamento ao dipolo deve ser de aproximadamente 0,1 .

A Fig. 3-15B mostra o diagrama de radiação para os três casos possíveis: diagrama só

para o dipolo, diagrama para dipolo + reflector e diagrama para dipolo + reflector +

director.

Pode verificar-se que a directividade aumenta com cada elemento adicional. Melhor

directividade e consequentemente maior ganho pode ser obtido adicionando mais elementos

directores à antena Yagi.

As antenas Yagi são muito utilizadas na recepção de TV e rádio. Em VHF, costumam

ter de 3 a 10 elementos e em UHF podem atingir 30 elementos pois como os comprimentos

de onda são menores é fisicamente possível construir antenas com mais elementos.

3.9.2. Arrays alimentados

Quando todos os elementos do sistema de antenas são alimentados pela linha de

transmissão, temos um array alimentado.

Um exemplo de array alimentado é mostrado na Fig. 3-16A. Este é um array colinear

visto que todos os elementos (quatro dipolos) estão colocados em linha.

Note que a linha de transmissão está ligada a cada elemento e que as correntes em

Fig. 3-16 - Array alimentado



cada elemento estão em fase pois os comprimentos da linha de transmissão para cada

elemento são exactamente iguais.

O resultado é um diagrama de radiação mostrado na Fig. 3-16B.

A linha ponteada representa o diagrama de radiação que é obtido com um só dipolo. A

linha tracejada mostra a directividade acrescida obtida com dois dipolos. Finalmente, a linha

a cheio mostra o diagrama de radiação para os 4 dipolos colineares.

Normalmente neste tipo colinear de array, os dipolos não

ficam na horizontal como indicado na Fig. 3-16 mas sim na

vertical (Fig. 3-17). Isto dá cobertura omnidireccional no plano

horizontal mas no plano vertical dirige a energia para baixo em

direcção à linha do horizonte o que aumenta o raio de cobertura

em VHF e UHF. É por isso a solução preferida pelas emissoras

de rádio, TV e telemóveis que usam preferencialmente este tipo

de array.

Outra forma muito divulgada de array alimentado é o array

logaritmico-periódico (log-periodic). Este nome deriva do facto

de que os comprimentos dos elementos são diferentes entre si

mas estão relacionados logaritmicamente.

Cada elemento é sintonizado para uma frequência e serve como director para o

elemento seguinte e como reflector para o elemento antes dele.

A antena logarítmica oferece boa directividade e excelente ganho (cerca de 10dBi).

Contudo, a sua maior vantagem, é uma grande largura de banda (cobre VHF e UHF).

Enquanto as antenas YAGI operam em bandas muito estreitas de frequência a antena

Fig. 3-17 – Array

Fig. 3-18 – Antena log-periódica



log-periodic pode operar em gamas muito vastas de frequências e sempre com o mesmo

ganho e directividade.

Um exemplo: para um SWR menor que 2:1, uma log periódica pode trabalhar de 100 a

900 MHz, enquanto que para o mesmo SWR, a Yagi só trabalharia entre 100 e 200 MHz.

3.10. Antenas parabólicas

Os arrays deixam de ter viabilidade prática quando a frequência é muito alta.

Um cálculo muito simples evidencia isso:

Para a frequência de 10GHz o comprimento de onda é de 3cm. O dipolo de /2 teria

portanto cerca de 1,5 cm. Uma antena Yagi ou uma antena log-periódica com elementos

tão pequenos é inviável porque eles têm a dimensão do próprio suporte onde ficariam. Não é

possível fabricar yagis para frequências tão altas.

A solução para emissão ou recepção de frequências acima dos 4 GHz são as antenas

da família das parabólicas. Mas porque não se usam parabólicas para frequências abaixo dos

4GHz?

A tabela da Fig. 3-19 mostra os ganhos de parabólicas em função do seu diâmetro e

da sua frequência de operação.

(m)Frequência (MHz)

435 1250 2350 5700 10250 24000 47000

0.4 - 11.8 17.3 25.0 30.1 37.4 43.3

0.6 6.1 15.3 20.8 28.5 33.6 41.0 46.8

0.8 8.6 17.8 23.3 31.0 36.1 43.5 49.3

1.2 12.2 21.3 26.8 34.5 39.6 47.0 52.8

1.6 14.7 23.8 29.3 37.0 42.1 49.5 55.3

2.4 18.2 27.3 32.8 40.5 45.6 53.0 58.8

3.2 20.7 29.8 35.3 43.0 48.1 55.5 61.3

4.8 24.2 33.4 38.8 46.5 51.6 59.0 64.9

Fig. 3-19 – Ganho de antenas parabólicas

Repare que para uma frequência de sinais de TV terrestre, da ordem dos 400MHZ,

seria preciso uma antena parabólica de 2,4 de diâmetro (preço da ordem de muitas centenas

de euros) para obter o mesmo ganho que uma antena YAGI (muito mais simples de instalar

e preços da ordem da dezena de euros).



As antenas parabólicas que vamos analisar, embora obedecendo ao mesmo princípio,

fazem parte de 3 tipos distintos (Fig. 3-20): antena de foco primário, antena offset e antena

cassegrain

3.10.1. Antena de foco primário

Quando falamos em antena parabólica fica a sensação de que a parábola é que é a

antena.

Mas não é o caso. A antena que vai captar o sinal é uma antena do tipo Marconi de

quarto comprimento de onda tal como já descrito anteriormente.

O problema é que a antena Marconi tem ganho de 0dbi e portanto como os sinais de

satélite que chegam à terra são fraquíssimos, ela nada receberia.

Um sinal de satélite para poder ser utilizado precisa pelo menos de uma antena que

tenha cerca de 40dB de ganho. Como conseguir esse ganho?

Utilizando um reflector, pode-se concentrar muito mais energia num ponto só. É essa a

filosofia da antena parabólica: a antena marconi fica no foco da parábola e recebe todo o

sinal que é captado pelo reflector parabólico Fig. 3-21

Os satélites comerciais actuais trabalham com frequências na ordem de 10GHZ o que

corresponde a comprimentos de onda de 3cm e a uma antena Marconi de apenas 7,5mm.

Não seria viável colocar tão pequena antena no foco por isso o que se coloca é a

antena já dentro de uma bloco amplificador e conversor que normalmente se designa por

LNB (low noise Block)

Fig. 3-20 – Tipos de antena parabólica



O LNB contem a antena (normalmente 2 antenas uma na horizontal e outra na

vertical) e todo o circuito electrónico que converte a frequência recebia para frequências

mais baixas que possam ser enviadas para casa do utilizador em cabo coaxial (relembrar que

cabo coaxial só transporta frequências até ao máximo de 3 a 4 GHZ).

A Fig. 3-22 mostra um LNB moderno.

A tabela da Fig. 3-23 indica os ganhos de uma antena parabólica em função do seu

diâmetro e da frequência que está a captar.

Repare que para o mesmo tamanho quanto maior a frequência maior o ganho.

Fig. 3-21 – Antena parabólica foco primário

Fig. 3-22 – LNB



Da mesma forma repare que para a mesma frequência quanto maior o tamanho maior

o ganho.

Na década de 90 os satélites eram de baixa potência e obrigavam a antenas de

diâmetros enormes (normalmente acima de 1,80m) para a sua captação.

Hoje em dia, nos satélites mais recentes, antenas de 60 cm são mais que suficientes.

O problema das antenas pequenas de foco primário, é que o suporte do LNB e o próprio LNB

tapam (fazem sombra) em cerca de 10 a 30% da área da antena.

Por essa razão só faz sentido utilizar antenas de foco primário para antenas de

diâmetros superiores a 1,20m.

Para tamanhos inferiores a melhor solução é uma antena offset.

3.11. Antenas offset

A antena offset é uma parte de parábola que foi cortada de tal forma que o braço de

suporte para o LNB e o próprio LNB não irão fazer sombra sobre a área útil do reflector, tal

como acotece nas antenas de foco primário.

Isso pode ser melhor explicado recorrendo à Fig. 3-24.

Repare que a inclinação da antena faz com que todos os raios incidentes batam na

superfície reflectora e não interfiram com o LNB ou o suporte.

Fig. 3-23 – Tabela de ganhos duma parabólica em função do diâmetro e da frequência



Como os satélites actuais são de alta potência, a grande maioria das antenas que

actualmente se instalam são do tipo Offset.

3.12. Antenas Cassegrain

A antena Cassegrain é uma antena do tipo offset mas que tem dois relectores em vez

de só um (Fig. 3-25).

Fig. 3-24 – Antena Offset

Fig. 3-25 – Antena Cassegrain



O efeito produzido é assim semelhante ao que aconteceria com a utilização de duas

lentes. Enquanto que numa antena offset o rendimento é de cerca de 65% (relação entre o

sinal que incidiu na parábola e a quele que realemnte foi aproveitado) na antena cassegrain

esse rendimento é da ordem dos 75%.

O principio de funcionamento está ilustrado na Fig. 3-20.

Só não se utiliza mais esta antena porque é muito mais cara que a offset simples.



3.13. Questionário de revisão - Antenas

1. A antena é um dispositivo que converte ____________________________.

2. A antena mostrada na figura é um _________________________.

A linha a cheio representa a distribuição de __________________

e a linha a tracejado representa a distribuição de _____________.

3. Qual é a impedância de um dipolo de meia onda?

__________________.

4. A radiação de uma antena consiste num campo ___________________________ e num

campo __________________. Ambos estes campos são radiados como uma onda

__________________.

5. A quantidade de tensão induzida num fio por uma onda electromagnética é determinada

pela ___________________________________ da onda.

6. A polarização da antena é determinada pela direcção do vector de campo ___________.

7. O comprimento eléctrico de uma antena é cerca de _______% maior do que o seu

comprimento teórico. Isto é devido ao_______________________________________.

8. Qual o comprimento prático de um dipolo de meia onda para a frequência de 4 MHz?

9. Com um dipolo de meia onda, a radiação máxima ocorre _________________________

à antena e a radiação mínima ocorre ____________________________________.

10. A operação da antena vertical de 1/4 (antena Marconi) é baseada no principio do

___________________ e requer uma excelente ______________________________.

11. A antena vertical de 1/4 (antena Marconi) tem um diagrama de radiação

__________________________ no plano horizontal.

12. Se um emissor tem potência de saída de 29W, tendo a linha de transmissão perdas de

3W e a antena de emissão um ganho de potência de 5x, qual é a potência efectiva

radiada (ERP)?

13. Os dois tipos de arrays de antenas são o array ____________________ e o array

_____________________.



14. Uma antena YAGI de 3 elementos é o exemplo de um array ______________________.

Os seus três elementos são o _____________________, o ________________________

e o ___________________ .

15. Para aumentar a directividade de uma antena Yagi, vários elementos _______________

podem ser adicionados ao array.

16. As antenas colineares e log-periódicas são bons exemplos de _____________________.

17. A principal vantagem da antena log-periódicas sobre a antena Yagi é ______________.



Capítulo 4 - Propagação

Os sinais de rádio que se propagam no ar podem percorrercaminhos diferentes e com características diferentes. Este capítulodescreve e identifica as principais formas de propagação dos sinais derádio entre antenas.

4.1. Introdução

A energia radiada por uma antena de emissão viaja no espaço em muitas direcções e à

medida que a distância vai aumentado, essa energia espalha-se por uma área cada vez

maior e consequentemente, a intensidade de campo diminui.

Normalmente existem vários caminhos pelos quais o sinal emitido por uma antena

emissora pode atingir uma antena receptora. O melhor desses caminhos é sempre aquele

que tem uma menor atenuação do sinal e consequentemente o que produz uma maior

intensidade de campo na antena receptora.

Quanto ao meio onde se propagam as ondas podem ser (Fig. 4-1):

onda terrestre – acompanha a curvatura da terra (A)

onda espacial – propaga-se no espaço entre antenas (B, C, D, E)

onda celeste – é enviada para a ionosfera e regressa à terra (F)

Quanto à forma como se propagam

Onda de solo – acompanha a curvatura da terra (A)

Onda directa – propaga-se directamente entre antenas (B)

Capítulo



Onda Reflectida – (C)

Onda difractada – (E)

Onda Refractada – (F)

A propagação directa é a que maior

interesse oferece. Nela, a onda emitida

pela antena emissora atinge a antena

receptora em linha recta sem sofrer

nenhum desvio.

Na propagação por reflexão a onda

é reflectida por um obstáculo. Este tipo de

propagação pode ser indesejável, visto

que podem chegar à antena receptora

dois ou mais sinais desfasados (pois as

suas trajectórias são de diferentes

comprimentos, que, no caso da recepção

de imagens de TV, produzem as

conhecidas e incómodas imagens com

fantasma.

Para evitar este efeito, deve-se

utilizar antenas de grande directividade e

correctamente orientadas em relação ao

emissor.

Na propagação por difracção a onda

segue as encostas dos montes ou a linha

do horizonte.

Na propagação por refracção a onda

é refractada nas camadas da ionosfera.

Este fenómeno é devido ao estado de

ionização dessa zona da atmosfera.

Convém dizer aqui que, com este tipo de propagação, desde que existam as devidas

condições, se pode captar emissões muito longínquas e impossíveis de receber em

propagação directa.

A

B

C

D

E

F

Fig. 4-1 – Tipos de propagação



4.2. Onda terrestre

A onda terrestre (Fig. 4-1A) é uma onda de rádio que se propaga acompanhando a

superfície da terra. Nas bandas LF e MF é o modo de propagação predominante. Estas ondas

de solo têm grande comprimento de onda tendem a seguir a curvatura da terra e viajam

assim muito para além da linha do horizonte.

Contudo, à medida que a frequência aumenta, a onda de solo é mais absorvida pelas

irregularidades do terreno (colinas, montes, etc) que assumem dimensões significativas em

comparação com o comprimento de onda. Por exemplo, a 30KHz o comprimento de onda é

de 10km. Mesmo grandes montanhas são insignificantes quando comparadas com este

comprimento de onda e consequentemente, a atenuação da onda de solo é muito pequena a

estas frequências. Mas a 3MHz, o comprimento de onda é de 100m o que é

suficientemente pequeno para que colinas, árvores e grandes edifícios possam absorver a

onda de solo.

Uma forma de aumentar a distância alcançada pela da onda de solo é utilizar

polarização vertical. Na realidade, na polarização horizontal o campo eléctrico é paralelo à

superfície da terra e como tal a onda de solo é como que curto circuitada pela condutividade

da terra. Como esta onda só é utilizada nas bandas de LF, e MF, as antenas Marconi

apresentam problemas de tamanho. Por esta razão e outras, há poucos serviços em LF. A

maioria dos serviços é em MF onde as antenas são mais práticas.

4.3. Onda espacial

Quando a frequência do sinal emitido vai para além de 4 ou 5 MHz, a onda de solo só

existe durante alguns (poucos) quilómetros. Nestas frequências e superiores, particular-

mente em VHF e UHF, é possível transmitir muito mais longe usando a onda espacial.

Quando as antenas de emissão e recepção estão em linha de vista, diz-se que se trata

de uma onda directa. Isto mostra-se na Erro! A origem da referência não foi

encontrada.B. A propagação directa está limitada à linha de vista ou seja à linha do

horizonte. Na prática ela vai cerca de 1/3 mais além devido ao efeito de curvatura da terra.

Para aumentar a distância da propagação directa há que aumentar a altura de ambas as

antenas de emissão e recepção ou como é mais fácil, da antena de emissão. É Por esta

razão que as antenas de rádio e TV estão no alto de torres ou de edifícios.



Outra forma de propagação por onda espacial é a comunicação por satélite ou as

comunicações de e para aviões. Aqui a altura da antena é substancialmente aumentada e

então o alcance da propagação também é.

A propagação por onda espacial é normalmente utilizada em VHF, UHF e SHF.

4.4. Onda celeste

A altitudes entre os cerca de 50Km e os 350Km acima da superfície terrestre, a

radiação ultravioleta do sol, faz com que as poucas partículas de ar se ionizem em electrões

livres.

Esta região é chamada de ionosfera. Qualquer onda electromagnética que entre na

ionosfera será encurvada ou refractada

tal como a luz altera de direcção

quando atravessa meios com índice de

refracção diferente como prismas ou

lentes.

A quantidade de refracção

depende de vários factores. Entre esses

factores estão a frequência da onda, a

densidade da região ionizada e o ângulo

com o qual a onda entra na ionosfera.

Se todos estes factores se conjugarem, a onda será encurvada ou refractada o

suficiente para voltar à terra como mostra a Fig. 4-2.

Esta onda espacial que é refractada de volta à terra chama-se de onda do céu ou

celeste. Quase toda a propagação na banda de HF é feita em onda do céu. Também a

propagação nocturna de MF é feita deste modo. Uma vez que a ionosfera é responsável por

este tipo de propagação, vamos estudá-la mais em pormenor.

4.5. Propagação Ionosférica

As ondas celestes que regressam à terra da ionosfera, vêm de diferentes alturas acima

da terra e dependem da frequência e do momento (hora) da refracção.

Fig. 4-2 - Onda celeste



Este fenómeno mostra que existem várias camadas de ionização. Isto é devido a que

diferentes gases que constituem a atmosfera da terra, se ionizam a diferentes pressões e

são também afectados de forma diferente pela radiação ultravioleta e pelo bombardeamento

dos raios cósmicos.

4.5.1. Camadas da Ionosfera

O número de camadas presentes, a sua altura acima da terra, e a forma como elas

refractam mais ou menos as ondas electromagnéticas depende de muitos factores inter-

relacionados mas como o factor de maior influência é a radiação solar,

Estes factores variam de hora a hora, dia a dia, mês a mês, estação a estação, ano a

ano e até década a década. O factor

de maior influência é a radiação do

sol.

A radiação solar aumenta a

densidade das camadas da ionosfera

e como varia com as horas do dia ,

assim variam as camadas. Também

outras perturbações solares ou

magnéticas influenciam as camadas.

A Fig. 4-3 mostra as várias

camadas da ionosfera.

A camada mais baixa, chamada

a camada D, está a cerca de 50Km de altitude e existe apenas durante o dia. Esta camada

é a mais afastada do sol e portanto a sua ionização é fraca. Por esta razão a camada D não

afecta a direcção da propagação das ondas. Contudo, as partículas ionizadas absorvem uma

quantidade apreciável da energia das ondas electromagnéticas, pelo que quando esta

camada está presente atenua a onda celeste no caminho ascendente e novamente no

caminho descendente.

A camada D também absorve completamente os sinais de MF (30KHz-300KHz), pelo

que estes sinais ficam limitados a propagação por onda terrestre durante o dia. Quando a

camada D desaparece, à noite os sinais de MF podem então propagar-se muito mais longe

Fig. 4-3 – As camadas da Ionosfera



pela camada.

A camada E, estende-se desde aproximadamente os 80 Km até aos 120 Km acima da

superfície da terra. Ela tem um máximo de densidade durante a tarde mas é muito

fracamente ionizada à noite. Possibilita as comunicações em LF e MF (300Khz-3MHz) durante

a noite.

Esta camada é muito apreciada pelos radioamadores por em determinadas

circunstâncias, possibilitar comunicações em frequências acima de 50MHz a distâncias que

podem ultrapassar os 2000Km. Isso acontece quando existe uma "esporádica E".

A esporádica E, forma-se quando durante determinado tempo (especialmente no inicio

do verão) existem zonas fortemente ionizadas por condições anómalas de actividade solar,

possibilitando a reflexão de sinais de frequências muito elevadas. A altitude a que se situa a

nuvem ionizada e a densidade da ionização determinam a distância do salto para um

determinado ângulo de incidência. Uma das formas de verificar que estamos perante uma

esporádica "E", é o aparecimento de estações de rádio FM ou de TV que estão a emitir a

mais de 1500km de distância.

A última camada, (camada F) é muito variável. À noite é uma única camada e fica a

cerca de 200 Km da superfície. Contudo, durante o dia, quando a radiação solar é máxima,

ela separa-se em duas camadas chamadas F1 e F2. A camada F1 fica entre 140 Km e 200

Km. A camada F2, que é a mais próxima do sol, é ainda mais variável, e vai desde os 200

Km até aos 250 Km num dia de inverno e entre os 200 e os 350 Km num dia de verão.

4.5.2. Características da propagação Ionosférica

Esta secção lista vários termos que são usados para descrever características da

ionosfera e da propagação por onda celeste.

O primeiro destes termos é altura virtual. A

Fig. 4-4 mostra que à medida que a onda é

refractada ela curva para baixo gradualmente

em vez de abruptamente. Contudo, abaixo da

camada ionizada as ondas seguem caminhos

que são exactamente os mesmos como se

fossem “reflectidos” de uma superfície localizada Fig. 4-4 - Altura real



a uma maior altura chamada a altura virtual da camada

A altura virtual das camadas ionosféricas pode ser calculada a partir do tempo que um

sinal de RF dirigido directamente na vertical, demora a regressar à terra.

Contudo, se a frequência do sinal ultrapassar um certo valor, não será refractada de

volta à terra. Esta frequência crítica é definida como sendo a mais alta frequência que

regressa à terra quando transmitida na direcção vertical. O valor da frequência critica

depende das condições da ionosfera e como tal varia constantemente ao longo do dia e dos

meses.

Se o ângulo da radiação for menor do que os 90º da vertical, a onda viajará mais

longe na camada ionizada e será refractada a um maior grau. Isto significa que sinais acima

da frequência critica podem regressar

à terra. Contudo, há uma limitação.

Para uma dada frequência, há sempre

um ângulo crítico a partir do qual o

sinal não será refractado de volta à

terra. Isto é mostrado na Fig. 4-5.

Note também que à medida que

o ângulo de radiação diminui, a

distância que a onda viaja sobre a

terra aumenta. Esta distância é

conhecida como distância de salto.

A distância de salto pode ser maximizada utilizando o menor angulo de radiação

possível e usando a mais alta frequência que ainda será refractada àquele angulo.

A mais alta frequência que pode ser utilizada para transmitir entre dois locais é

chamada a máxima frequência utilizável (MUF). Na prática uma frequência mais baixa

poderia ser utilizada porque também seria refractada. Contudo, à medida que a frequência

baixa também o sinal absorvido na ionosfera aumenta rapidamente e o nível de sinal é

dramaticamente reduzido. De facto, há uma frequência mínima utilizável (LUF) abaixo

da qual o sinal de RF é totalmente absorvido na ionosfera. Portanto, o máximo de sinal na

recepção é obtido quando se trabalha próximo da MUF.

Infelizmente, a MUF está constantemente a mudar devido aos efeitos da radiação

Fig. 4-5 - Ângulo crítico



solar. Por isso, para garantir um funcionamento fiável, utiliza-se antes a frequência óptima

de utilização (OUF). Esta frequência está suficientemente afastada da MUF para ser

afectada pelas variações minuto a minuto da energia solar e então comunicações via

ionosfera fiáveis. Como a LUF, a MUF e a OUF mudam de hora a hora, dia a dia e mês a

mês, pode parecer que as comunicações via ionosfera são um despropósito. Contudo, há

cartas que prevêem a MUF e a LUF e a OUF, para qualquer hora do dia em qualquer ponto

da terra durante um dado mês. Estas previsões são baseadas na observação solar e podem

ser utilizadas para optimizar as comunicações via ionosfera.

4.5.3. Propagação por saltos múltiplos

A Fig. 4-6 mostra que o sinal refractado na ionosfera e que regressou à terra no ponto

A, tem suficiente força para ser reflectido pela terra de novo para o espaço. Será então

refractado de novo e regressará à terra no

ponto B.

Aqui, e uma vez mais, se ainda tiver

força suficiente, será reflectido de novo e

poderá alcançar distâncias ainda mais

longínquas que o ponto B. Este fenómeno é

conhecido como propagação por saltos

múltiplos e pode não ficar limitada apenas a

dois ou três saltos.

Em óptimas condições, a distância

máxima de cada salto é de cerca de 3.000 Km. O factor limitativo é o ângulo de radiação o

qual, não pode ser reduzido abaixo da linha do horizonte.

Consequente para propagação de longa distância, é necessário recorrer a saltos

múltiplos. Contudo, cada salto aumenta a atenuação do sinal e portanto é este nível de

atenuação na ionosfera e na reflexão na terra que determina até onde é que a onda pode

viajar.

4.5.4. Fading

Quando se usa a propagação por onda celeste, a força do sinal aumentará e diminuirá

Fig. 4-6 - Propagação por saltos múltiplos



periodicamente. Algumas vezes, estas alterações são pequena s e o AGC do receptor

compensará as variações. Outras vezes e durante alguns instantes o sinal pode perder-se

completamente. Isto é conhecido como desvanecimento ou utilizando o termo inglês que se

generalizou, FADING.

O fading é causado por recepção

múltipla e mudanças ionosféricas. Por

exemplo, considere as condições

mostradas na Fig. 4-7. Aqui o sinal foi

recebido de dois caminhos diferentes.

Ora como os comprimentos dos

caminhos e as fases dos sinais

provenientes dos dois caminhos variarão com as condições ionosféricas. Como o sinal

recebido é a soma vectorial dos sinais que chegam nesse momento, cancelamento de sinal

ou reforço de sinal se os dois caminhos tiverem diferenças de fase de meio comprimento de

onda. Então, alterações na ionosfera produzem alterações de caminhos e podem produzir

fading.

Também há casos em que se recebe o mesmo sinal via onda de solo e onda celeste.

Se não forem recebidos em fase, ocorrerá fading, o que é muito frequente em MF (onda

média)

4.5.5. Variações Ionosféricas

Como a existência da ionosfera depende da radiação solar, qualquer variação nesta

radiação influenciará as características da ionosfera. Por outro lado, o movimento de rotação

da terra também afecta a quantidade de radiação solar que atinge a superfície terrestre e

portanto também influencia a ionosfera.

As variações regulares do sol, da Terra e da ionosfera, são mais ou menos previsíveis e

dividem-se nas seguintes categorias: diurnas, sazonais, geográficas e cíclicas.

As variações diurnas são as mudanças hora a hora das várias camadas motivadas pela

rotação da Terra. As variações diurnas nas camadas D, E, e F, seguem um padrão regular

dependem da elevação do sol acima do horizonte. A ionização nestas camadas aumenta

desde um nível muito baixo às primeiras horas do dia até um máximo cerca do meio dia

solar decrescendo novamente até ao pôr do sol.

Fig. 4-7 - Fading



Para todos os efeitos práticos, as camadas desaparecem à noite mas se reparar na ,

verificará que a ionização na camada F aumenta ao nascer do dia e diminui depois do pôr do

sol mas não desaparece totalmente durante a noite.

Como a posição de qualquer ponto da Terra relativamente ao sol varia constantemente

ao longo da órbita anual, as propriedades da ionosfera também mudam. São as chamadas

variações sazonais e como a terra está mais próxima do sol no Inverno, recebe maior

radiação e portanto a frequência critica atinge o seu valor mais alto nesta estação.

A intensidade da radiação que atinge a ionosfera varia com a latitude. Por exemplo, a

radiação solar é máxima no equador (o sol está na máxima altura) e decresce na direcção

dos pólos. Estas variações são chamadas de variações geográficas.

Mas o factor que mais influencia a ionosfera, é provavelmente o número de manchas

solares. O número destas manchas escuras, que se distinguem perfeitamente na superfície

alaranjada do sol, varia constantemente e vai de um mínimo de cerca de 10 manchas até um

máximo de cerca de 200, voltando depois a diminuir até ao mínimo. Este processo é cíclico e

tem o período de 11 anos.

Existe uma relação directa entre as

manchas solares e a intensidade da

energia ultravioleta radiada pelo sol:

quanto maior o número de manchas, maior

a intensidade. Assim, como a radiação

ultravioleta é a responsável pela ionização

das várias camadas, o número de manchas

solares é condicionante.

Na Fig. 4-8 mostra-se a comparação

entre os valores da frequência crítica para um número máximo de manchas solares e um

número mínimo , ao longo do dia. O resultado é que o alcance das comunicações e a sua

fiabilidade é muito aumentada nos anos de actividade solar intensa.

A ionosfera também está sujeita a variações anormais que podem causar mudanças

imprevisíveis na propagação dos sinais. Geralmente estas perturbações enfraquecem as

comunicações na banda de HF, a ponto de por vezes fazerem desaparecer completamente o

sinal. Este fenómeno de atenuação, quando abrange uma grande gama de frequências tem

o nome de blackout.

Fig. 4-8 – Efeito do nº de manchas solares



Pelo contrário, na banda de VHF as perturbações ionosféricas fazem normalmente o

contrário, isto é, produzem consideráveis aumentos nas distâncias que o sinal pode

percorrer. Uma destas perturbações é chamada “ionização esporádica da camada E” ou seja,

a camada E fica muito mais ionizada do que o normal o que permite a reflexão de sinais de

VHF, fazendo com que estes sinais que em condições normais atravessariam a camada E e

não regressariam à Terra, sejam reflectidos de novo e percorram distâncias muito maiores

do que as habituais em linha de vista (Fig. 4-9). É por exemplo o caso, frequente no verão,

de se captarem em Portugal emissões de TV e rádio FM provenientes do centro da Europa.

4.6. Propagação VHF e UHF

A MUF, só muito excepcionalmente ultrapassa os 30 MHZ podendo no máximo dos

máximos atingir os 50 a 60 MHZ nos períodos de máxima actividade solar.

Por esta razão, as comunicações acima dos 30 MHZ (bandas VHF e UHF) é sobretudo

feita por onda espacial e fica portanto limitada à linha de vista.

4.6.1. Propagação em linha de vista

O factor limitativo nas comunicações VHF e UHF é a curvatura da terra e o relevo do

terreno local.

A Fig. 4-10 mostra um link típico de comunicação em linha de vista (ou ponto a ponto).

A distância entre as antenas H1 e H2 está limitada pela curvatura da terra.

Na prática, a linha de vista das comunicações é cerca de 1/3 mais do que a linha de

vista óptica (linha do horizonte) porque a terra exerce uma certa refracção sobre a onda.

Fig. 4-9 – Efeito da camada E esporádica



Esta refracção deve-se ao decréscimo linear da densidade da atmosfera à medida que

a altitude aumenta.

O que acontece é que o topo da onda viaja ligeiramente mais depressa do que o

fundo. Como resultado a onda encurva ligeiramente para baixo para seguir a curvatura da

terra para além do horizonte óptico (Fig. 4-11).

A distância (em Km) da linha de vista de uma antena, é dada por:

HD 4 em que H é a altura da antena (em metros).

Como a antena de recepção é simétrica da antena de emissão, então a distância total

de vista entre elas (DT)é dada pela soma dos dois horizontes, isto é:

2121 44 HHDDDT

Nesta fórmula, tenha em conta que Dt está em Km e H está em metros

Fig. 4-10 – Propagação em linha de vista

Fig. 4-11 – Propagação para além do horizonte



Exercício: Considere uma antena de emissão com altura de 100m e uma antena de

recepção a uma altura de 49m. Qual é a máxima distância a que estas antenas podem estar

uma da outra para ainda haver comunicação por onda directa?

2121 44 HHDDDT

KmDT 6828404941004

Neste caso, a distância máxima de comunicação é de 68 km. Contudo, isto não entra

em conta com qualquer obstáculo, como montanhas, colinas ou edifícios, mas todos estes

factores têm que ser tidos em conta quando se projecta um link de comunicações.

Repare que as distâncias em linha de vista são portanto relativamente pequenas e

constituem um obstáculo às comunicações de longo alcance. Há contudo algumas maneiras

para aumentar o curto alcance das comunicações em VHF, UHF mas apenas três dessas

técnicas provaram ser eficientes. São a difusão troposférica, a conduta troposférica e as

comunicações por satélite.

4.6.2. Propagação por difusão troposférica

A Fig. 4-12 mostra um link típico de comunicação por difusão troposférica. Aqui, um

emissor de UHF de alta

potência usa uma antena

direccional de alto ganho

para transmitir energia

em direcção à linha do

horizonte. Esta energia é

então difundida em todas

as direcções mas de

forma a que uma

pequena parte é ainda

recebida no receptor.

As razões para este

fenómeno não são ainda totalmente compreendidas, mas julga-se que ele seja devido a

reflexões por irregularidades na atmosfera (troposfera) ou a reflexões nas camadas atmos-

féricas. A verdade é quer o fenómeno existe e é fiável, como método de estender as

comunicações de UHF muito para alem da linha do horizonte.

Fig. 4-12 - Difusão troposférica



As melhores frequências para este método são 900 MHz, 2 GHz, e 5 GHz.

A distância típica para um link troposférico é de 300 a 1000 Km. Comparado com o

máximo de 100 Km para uma onda em linha de vista, a difusão troposférica é muito

apelativa.

O único problema é que são imprescindíveis emissores de alta potência, receptores de

alta sensibilidade e antenas extremamente directivas, normalmente arrays altamente

elaborados. Assim, o custo destes sistemas é muito alto comparado com os sistemas

convencionais de onda directa, o que por vezes torna preferível usar vários repetidores entre

dois pontos ou cabo coaxial para cobrir a mesma distância. Mesmo assim, a difusão

troposférica tem sido utilizada nas comunicações militares, nas comunicações com

plataformas petrolíferas muito afastadas da costa e também quando a zona a cobrir tem

muitas montanhas ou é de difícil acesso. Contudo, é um sistema que está em declínio pois a

comunicação por satélite permite muito maiores distâncias e com muito melhores condições.

4.6.3. Propagação por conduta troposférica

Em condições normais, à medida que se sobe em altitude, o ar vai ficando cada vez

mais frio. Existem contudo algumas excepções como por exemplo no norte de África, Médio

Oriente e Austrália, onde em zonas costeiras e sobre o mar, há condições muito propícias

para o aparecimento de camadas de ar quente em altitude (troposfera).

Chama-se a este fenómeno inversão de temperatura.

No norte de África por exemplo a inversão de temperatura é produzida pelo ar quente

Fig. 4-13 – Conduta troposférica à superfície



do deserto que empurrado para cima do mar, bem mais frio, sobe para a troposfera a

altitudes de 2 a 5Km formando uma camada com inversão de temperatura que se estende

desde Cabo Verde até Portugal.

Nos dias em que essa inversão é mais acentuada, um sinal de VHF ou UHF que

penetre no ar quente, será encurvado de volta para a terra. Ao incidir sobre a terra,

especialmente se for uma superfície líquida e homogénea (oceano) o sinal reflecte quase por

inteiro e volta para a troposfera reflectindo de novo para a terra (Fig. 4-13).

O ar quente e a terra formam assim uma espécie de paredes de uma conduta que

actua de forma parecida com um guia de ondas. Os sinais nesta conduta podem seguir a

curvatura da terra durante centenas ou milhares de quilómetros com degradação mínima.

Este fenómeno explica a óptima recepção em Portugal de sinais de TV em UHF

emitidos nas Canárias.

Embora menos comuns, também se podem formar condutas troposféricas em altitude

de 3Km ou mais. Nestes casos o sinal viaja dentro da conduta como mostra a Fig. 4-14. é

um tipo de propagação semelhante ao do guia de ondas e os sinais podem viajar milhares

de quilómetros.

Uma característica interessante desta forma de conduta é que tanto a antena de

emissão como a de recepção devem estar dentro da conduta para o sinal ser máximo, o que

nem sempre é fácil.

Como os sinais têm comprimento de onda, o tamanho da conduta é que determina

quais as frequências máxima e mínima que se podem propagar.

Fig. 4-14 – Conduta troposférica em altitude



Por outras palavras: condutas estreitas só deixarão passar sinais de UHF, enquanto

condutas mais largas deixam passar VHF e UHF.

Sinais em condutas troposféricas podem viajar de 1500Km ou mais, mas o habitual é

entre 800 e 1200Km. Estes sinais são habitualmente muito intensos e chegam a produzir

interferências com emissoras locais.

Também se podem formar condutas com base noutros fenómenos meteorológicos

como por exemplo durante o arrefecimento nocturno depois de um dia de muito calor. A

terra perde calor que sobe e acaba por constituir uma conduta que se mantém durante a

noite e desaparece de manhã com o aquecimento da terra.

4.6.4. Fenómenos especiais de propagação

Para além dos tipos de propagação já mencionados existem alguns efeitos e

fenómenos de propagação mais específicos e cujo conhecimento é vantajoso para a

compreensão de fenómenos que de outra forma seriam difíceis de compreender.

Os três tipos específicos de que falaremos aqui são o efeito Knife-edge, refracção em

linha de vista por diferença de temperatura e ponto especular.

Efeito knife-edge

Quando entre emissor e receptor se encontra um obstáculo (uma montanha por

exemplo) que aparentemente não deixaria passar o sinal, pode acontecer que não só deixe

passar esse sinal como ainda que ele apareça fortalecido no emissor.

Chama-se a este fenómeno efeito KNIFE-EDGE ou em português, "efeito fio de

navalha".

Quando a onda electromagnética viaja no espaço e atinge o cume de uma elevação a

parte de baixo da onda sofre uma desaceleração e tende a difractar-se para baixo,

permitindo desta forma que haja recepção atrás do obstáculo e eventualmente até com

sinais bem fortes (Erro! A origem da referência não foi encontrada.)

Este efeito é tanto mais acentuado quanto mais fino for o topo do obstáculo e daí o

nome de "fio de navalha".

Apesar da antena de recepção estar por detrás de uma montanha, o que teoricamente

impediria de receber qualquer sinal proveniente da antena de emissão, verifica-se na prática



que apesar de ser zona de sombra, se recebe um bom sinal.

Há processo matemático para calcular a intensidade do sinal recebido, mas diremos

apenas que depende da distância ao knife edge (D), da altura deste (H) e da distância entre

as duas antenas.

Este efeito explica que seja possível ver TV em vales.

Refracção em linha de vista por diferença de temperatura

Embora pareça semelhante à conduta troposférica, há grandes diferenças. Neste caso,

as estações estão em linha de vista e teoricamente deveriam comunicar com facilidade.

Contudo a estação mais baixa chega bem à estação mais alta, mas recebe mau sinal.

Se as condições de temperatura na zona de refracção forem inversas das representadas na

figura, então a estação mais baixa receberia bem a mais alta mas chegaria mal.

Fig. 4-15 – Efeito knife-edge

Fig. 4-16 – Efeito knife-edge



Ponto Especular

Por vezes é difícil comunicar entre duas margens de um rio, embora as antenas

estejam em linha de vista. Tal facto deve-se à existência do ponto especular.

O ponto especular é o ponto no horizonte onde se reflecte a radiação duma antena

real transformando esta radiação em radiação imagem (Fig. 4-17).

Este ponto pode representar um problema

em frequências elevadas já que a radiação

provocada neste ponto vai desfasada de 180º e

ao chegar a uma antena receptora pode anular

os sinais que chegam sem reflexão. A reflexão

especular ocorre sobretudo em polarização

horizontal em superfícies com boas

características reflectoras como sejam as

grandes superfícies de água.

Quando se efectua uma ligação em SHF,

sobre grandes superfícies de água, utilizam-se

antenas parabólicas especiais (Fig. 4-18) que

têm um ângulo de abertura muito reduzido a fim de não captarem a reflexão do ponto

especular.

Fig. 4-17 – Ponto especular

Fig. 4-18 – Antena parabólica especial



4.7. Comunicação via satélite

Um satélite de comunicações é basicamente um repetidor. Recebe um sinal

ascendente (uplink), amplifica-o e

retransmite-o noutra frequência

(downlink). Em virtude da sua

altitude, o satélite tem uma

cobertura sobre uma vasta

superfície da terra.

A Fig. 4-19 mostra um

sistema de comunicações por

satélite. A maioria dos sistemas

europeus usam um uplink de 14

GHz e um downlink de 12 GHz,

mas alguns satélites mais antigos

ou os que cobrem áreas maiores usam uplink de 6 GHz e downlink de 4 GHz. As frequências

ascendentes e descendentes têm sempre que ser diferentes para evitar interferências.

Trabalhando em frequências tão elevadas, um moderno satélite tem suficiente largura

de banda para fornecer uma enorme quantidade de canais de comunicações, e que podem

chegar às cerca de 30.000 linhas

telefónicas ou aos cerca de 30 canais

de TV analógicos ou a centenas de

canis digitais de TV.

A grande maioria dos satélites

actualmente em uso está “parqueado”

em orbita geoestacionária, isto é, se

vistos da terra, parecem estar sempre

fixos no mesmo ponto do espaço. Para

que isto aconteça o satélite tem que

estar sobre o equador a 35.800 Km de

altitude, pois nesta altitude a força

Fig. 4-19 - Comunicações por satélite

Fig. 4-20- Cobertura de um satélite geo-estacionário



centrípeta iguala a força centrifuga e o satélite fica estacionário, e porque roda à velocidade

da terra diz-se que o satélite é geoestacionário.

A Fig. 4-20 mostra o diagrama de cobertura de um satélite geoestacionário com uma

antena omnidireccional. O satélite está a cerca de 15º W de latitude acima do equador.

Normalmente, excluindo as regiões polares, bastam 3 satélites equidistantes para fazer

a cobertura completa da terra.

Na prática são usados muitos

mais, pois cada satélite tem um fim

específico e destina-se a uma área

restrita. Um satélite que pretenda

apenas cobrir a Europa, terá antenas

direccionais e a sua potência será mais

orientada para a Europa, onde o nível de

sinal na recepção será maior. A Fig. 4-21

mostra um satélite apontado ao reino

Unido e exemplifica o que acabou de ser

dito. Podem também ver-se quais os

diâmetros de antena necessários para

captar o referido satélite.

O satélite consiste de uma antena direccional (usada na recepção e na emissão) e

emissores/receptores chamados de transponders. O receptor não desmodula o sinal do

uplink, de 14-15Ghz, apenas o converte para a gama dos 11-12 GHz, o amplifica e o aplica à

antena.

Os modernos satélites têm transponders de 110W ou mais o que é uma potência de

emissão muito razoável e que permite a captação na zona de cobertura com antenas de

pequenas dimensões.

A comunicação por satélite é na realidade a mais fiável e mais extensiva das que

actualmente se usam e agora mais difundida ainda com a massificação do GPS e da

recepção satélite de TVe rádio.

Fig. 4-21 – Cobertura Direccional



4.8. Questionário de revisão - PROPAGAÇÃO

1. Uma onda de rádio que se propaga ao longo da superfície da terra é chamada de

________________ de _______________________. Este tipo de propagação é o

predominante nas bandas de ________________ e de ____________________.

2. Quando as antenas emissora e receptora estão em linha de vista o modo de propagação

é por ______________________________________________. A propagação desta

forma é predominante nas bandas de ______________ e de ____________________.

3. As ondas de rádio que são refractadas pela ionosfera e regressam à terra, são chamadas

de ondas ______________________. Este tipo de propagação é o predominante na

banda de ___________.

4. Nomeie as camadas ionosféricas que estão presentes durante o dia.

_______________________________________________________________________

5. Nomeie as camadas ionosféricas que estão presentes durante a

noite.______________________________________________________________

6. O que é a frequência crítica?

______________________________________________________.

7. O que é a máxima frequência utilizável (MUF)?

_______________________________________.

8. O que é a frequência óptima utilizável (OUF)?

_______________________________________.

9. Quais são as principais causas do fading?

_________________________________________.

10. Enumere as quatro variações da ionosfera e as suas causas.

______________________________________________________________.

11. Tem que se estabelecer uma ligação de 64 Km entre duas antenas em terreno sem

obstáculos. A altura da antena de emissão é de 36m. Qual é a mínima altura aceitável

para a antena de recepção?



12. Indique os dois principais métodos para alargar o alcance das comunicações em VHF,

UHF e SHF.



Capítulo 5 - Glossário, Links,

Referências e Bibliografia

.Fornecem-se as referências dos documentos contendo as normasMPEG e DVB, bem como glossário e os principais links de internet,referências e bibliografia. Os termos utilizados são predominantementeem inglês mas são a cópia do original o que facilita a pesquisa e análise.

5.1. GLOSSÁRIO

ADC

(Analog to Digital Converter) - é um processo electrónico em que o sinalcontinuamente variável (analógico) é transformado, sem altear seuconteúdo, em um sinal de múltiplos níveis (digital), através de umconversor analógico-digital.

ADPCM

(Adaptative Differential Pulse Code Modulation) - uma forma demodulação por codificação de pulsos (PCM) que produz uma taxa detransmissão inferior ao PCM padrão, isto por que o ADPCM só amostra asdiferenças entre amostras e ajusta a escala de codificaçãodinamicamente, acomodando as pequenas e grandes diferenças. Algumasaplicações usam ADPCM para digitalizar sinais de voz e dados quepodem ser transmitidos simultaneamente sobre uma rede digital, rede estanormalmente utilizada para a transmissão de apenas um destes sinais.

AGC

Automatic Gain Control) - ou controle automático de ganho, é adenominação do circuito electrónico incorporado ao estágio de frequênciaintermediária de um receptor para controlar o ganho de FI ou do selectorde canais (Tuner) em função da intensidade do sinal recebido. Os sinais(RF) na entrada do tuner possuem amplitude (aproximadamente) entre: 10uV até 10 mV.

ALIASINGÉ a distorção que ocorre num sinal amostrado quando a taxa deamostragem não respeita a taxa mínima conforme Nyquist, impedindo acorrecta recuperação do sinal.

AM(Amplitude Modulada) - serviço de radiodifusão baseada na técnica demodulação em amplitude, cuja informação é transmitida na envoltória ouamplitude do sinal portador.

Capítulo



AMOSTRAGEM

Uma das técnicas utilizadas no processo de digitalização de um sinal.Consiste em colher amostras do sinal original respeitando o teorema daamostragem, para que este possa ser reconstituído no destino sem que ainformação seja perdida.

ANALISADOR DEESPECTRO

Equipamento de medição utilizado para analisar um sinal no domínio dafrequência, possibilitando avaliar o quanto de banda do espectroelectromagnético este sinal ocupa, avaliando assim a capacidade destesinal em ser transmitido e/ou recebido, a possibilidade de interferênciacom outros sinais entre outras aplicações

ANALÓGICO

Modo de transmissão no qual os dados são representados por um sinaleléctrico variando continuamente, transmitido por linhas telefónicascomuns. Palavra usualmente empregada para aparelhos electrónicos quetrabalham com variações contínuas de sinais eléctricos. Estas variaçõessão, em geral, proporcionais (análogas) a outros fenómenos. Por exemplo,as variações na pressão do ar provocadas por sons como os deinstrumentos musicais.

ASK

(Amplitude Shift Keying) - Uso da técnica de modulação AM paratransmissão de dados. Basicamente, a transmissão do bit 1 se dá pelatransmissão da portadora e a transmissão do bit 0 se dá pela ausência deportadora. Aplica-se tal técnica em modems, pois sinais digitais precisamser condicionados caso contrário serão distorcidos na linha detransmissão, o que acarretará em perda. Nos modems actuais, entretanto,utilizam-se técnicas de modulação mais avançadas que o ASK, obtendoassim taxas de transmissão maiores. Ver também "FSK" e "PSK".

ATENUAÇÃOPerda de potência do sinal de comunicação, medida em decibéis, queocorre por meio do equipamento, linhas ou outros dispositivos detransmissão.

BANDA

Faixa de radiofrequência destinada a determinado tipo de comunicação. Otermo também define a amplitude dos canais de comunicação em umarede de computadores, isto é, a quantidade dos recursos de transmissãodisponível para utilização por um ou mais usuários desta rede.

BANDA BASE

Transmissão de um sinal na banda de frequências originais deste sinal,sem que haja modulações que alterem o seu espectro de frequência oumultiplexagem com outros sinais. As transmissões em banda baseocupam toda a largura de banda disponível. Ver "BASEBAND".

BANDA DEGUARDA

Faixa de frequência sem uso entre dois canais de forma a evitarinterferências mútuas.

BANDA DEPASSAGEM

(Largura de banda) É a capacidade de um canal ou equipamento, medidaem milhares (kbps) ou milhões de bits por segundo(Mbps). Largura deBanda não é uma medida de velocidade, mas a diferença entre asfrequências máxima e mínima na qual um canal/equipamento pode operar

BANDA LARGASistema que tem uma capacidade de transmissão de dados de altavelocidade.

BANDAPASSANTE

(Bandwidth) É tipicamente usada para especificar a quantidade de dadosque podem ser enviadas em um canal de comunicação.

BANDWIDTH

O mesmo que largura de banda, faixa de frequências que define um canalde comunicação por onde a informação é transmitida. A capacidade docanal é medida em ciclos por segundo, ou Hertz (Hz), entre a mais alta e amais baixa frequência. Comummente, a capacidade do canal paratransporte de dados digitais é medido em bits por segundo (bps).



BAUDUnidade para velocidade de sinal igual ao número de eventos de sinal porsegundo. Equivale a bits por segundo para os casos no qual cada eventode sinal corresponde a um bit.

BAUD RATE

O termo baud rate é utilizado como medida de velocidade de transmissãode informação entre computadores através de linhas telefónicas. Baudrate é frequentemente utilizado como sinónimo de bits por segundo (bps),apesar de não ser tecnicamente verdadeiro. O nome baud vem de J. M.Baudot, inventor do código telegráfico Baudot

BER(Bit Error Rate Test) Um teste para determinar a percentagem de bitserrados em relação ao total de bits enviados.

BINÁRIOForma de representação que utiliza dois valores, elementos ou unidades.Pode-se dizer que é uma característica de sistemas digitais. Geralmentesão utilizados os valores 1 e 0 para representação destes valores.

BIT

(BInary digiT) A menor unidade de informação em um sistema binário, umestado zero ou um. O bit é a menor unidade de informação que umcomputador pode processar (usualmente indicado por 1 ou 0). 8 bitsequivalem a um byte.

BITS PORSEGUNDO

(bps) É o número de bits transmitidos a cada segundo. É utilizado comouma unidade de medida que indica a velocidade de transferência deinformações em uma rede.

BPSK(Binary Phase Shift Keying) - Técnica de modulação digital que utiliza doissímbolos de fase para modular um bit (0 e 180 graus).

BYTEUnidade de informação, normalmente menor que uma palavra emcomputação. Bytes de oito bits são os mais comuns. Também conhecidocomo caracter

CANALConjunto de meios necessários para estabelecer um enlace físico, ópticoou radioeléctrico para transmissão de sinais de comunicação unilateralentre dois pontos.

CAPACIDADE

Quantidade de informações que os dispositivos de telecomunicaçõespodem transportar. A capacidade de uma linha pode ser medida em bitspor segundo; a da central de comutação pelo número máximo dechamadas por hora ou pelo número máximo de chamadas que podemanter em conversação simultaneamente.

CDMA

(Code Division Multiple Access) Em telefonia celular é o acesso múltiplopor divisão de código, que baseia-se na tecnologia chamada deespalhamento espectral. Nesse sistema temos o acesso múltiplo deusuários através de uma faixa de frequência .Um exemplo da utilização doCDMA é o IS95.

CODIFICAÇÃOUma das técnicas utilizadas no processo de digitalização de um sinal.Consiste na geração de pulsos dos valores previamente amostrados equantizados.

CODIFICAÇÃODIGITAL

Processo de transformação e representação de um sinal eléctricoanalógico em um sinal codificado na forma digital, isto é, representado poruma sequência de símbolos 0 (zero) e 1 (um).

CÓDIGO DE LINHA

É a forma como o sinal eléctrico irá representar a informação digitaldirectamente no par de fios como diferenças discretas de voltagem (comum valor fixo para cada símbolo digital utilizado). Tal informação digital éassim classificada como em banda básica e exemplos de códigos de linhasão o NRZ, AMI, Manchester, RZ, HDB-3, entre outros.



DECIBEIS

(Decibels ou Db) É uma representação em forma logarítmica da relaçãoentre duas potências P1 e P2 , sendo igual a 10 log10 (P1/P2). dBWcorresponde a representação em dB quando P2= 1 W. dBm correspondea representação em dB quando P2= 1 mW. dBd e dBi referem-se aoganho de uma antena em relação a um dipolo de meia onda e a umradiador isotrópico respectivamente

DESMODULADORRefere-se ao circuito que tem por objectivo recuperar a informaçãotransmitida a partir da portadora de um sinal. Os receptores de rádiopossuem circuitos deste tipo, bem como dispositivos como modems.

DESMODULADORAM DSB-SC

É o desmodulador que trabalha na técnica de modulação em amplitude(AM) com dupla banda lateral (DSB - Double Sideband) e supressão deportadora( SC - Supressed Carrier). Ver "AM", "DEMODULADOR" e"DSB".

DEMUXRealiza a operação inversa da multiplexagem, ou seja, separar os canaisindividuais que foram reunidos pelo multiplexador em outra ponta.

DIGITAL

Em informática e telecomunicações, digital é sinónimo de informaçãorepresentada por bits, isto é, informação digital binária. Um modo dearmazenar voz, vídeo ou dados que consiste de obter amostras periódicasdo sinal original (analógico) e associa a cada amostra um código binário(zeros e uns). Transmissão digital permite maiores velocidades, melhorprecisão e maior flexibilidade que a transmissão analógica.

DPSK(Differential Phase Shift Keying) - Modulação variante do PSK em que éfeita uma diferença de fase para tornar o sinal transmitido mais robusto adesvios de fase. Ver "PSK".

DSB(Double Sideband) - uma forma de modulação em amplitude no qual oprocesso de modulação gera uma duplicação das bandas do sinal original,após a introdução da portadora.

ESPECTROUma sucessão contínua de irradiação magnética e eléctrica que pode sercaracterizada pela frequência ou comprimento da onda

FDM( Frequency Division Multiplex) Técnica utilizada para transmissão devários canais de comunicação em um mesmo meio físico, onde cadacanal utiliza uma faixa de frequências.

FDMA

(Frequency Division Multiple Access) - Acesso múltiplo por divisão defrequência, consiste na divisão do espectro de frequências em bandasalocadas para cada comunicação celular. É o método de acesso usadopelos sistemas celulares analógicos, como o AMPS empregado nossistemas celulares analógicos no Brasil. Foi suplantado por tecnologias deacesso digital como o TDMA e o CDMA.

FM

Frequency Modulation) - Técnica de modulação de sinais que consiste nodeslocamento da frequência original do sinal a ser transmitido através davariação da frequência da portadora, sendo esta variação proporcional aosinal a ser transmitido.

FREQÜÊNCIATermo que define a taxa com que os sinais de telecomunicações e ascorrentes eléctricas se alteram. Normalmente medida em Hertz (ciclo porsegundos).

FREQUÊNCIAS DERF

Termo que caracteriza a faixa de frequências de ondas de rádio nointervalo de 3 KHz a 3000 GHz.

FSKFrequency Shift Keying) - Uso da técnica de modulação FM paratransmissão de dados em meios cuja codificação puramente digital(transmissão em banda base) ocasionará perda de informação.



Basicamente, na transmissão de um bit 1 se transmite uma portadoranuma determinada frequência e a transmissão do bit 0 se transmite umaportadora em outra frequência. Empregado principalmente em modems,actualmente se utilizam técnicas de modulação mais complexas paraobter taxas de transmissão mais elevadas. Ver também "ASK" e "PSK".

FULL DUPLEXTransmissão simultânea dos sinais gerados por duas pessoas oumáquinas, nos dois sentidos.

INTERFERÊNCIAQualquer emissão, irradiação, indução ou ruído electromagnético quevenha interromper, perturbar, ou se introduzir na recepção de sinais detelecomunicação

ITU(International Telecommunications Union) Agência de telecomunicaçõesdas Nações Unidas para o estabelecimento de padrões e procedimentosde comunicação em todo o mundo.

MICROONDAS

Refere-se a subfaixa do espectro electromagnético cujos comprimentos deonda compreendem de 0,03 a 30 centímetros, com os correspondentesem frequência de 1 a 100 GHz. Esta faixa é usada para inúmerasaplicações, como no estudo do Universo, comunicações em geral e nosfornos de microondas.

MIXERUm dispositivo para soma de dois ou mais sinais eléctricos. Em geralempregado em áudio, este elemento controla e soma (mistura) na saídadois ou mais fontes de áudio.

MODEM

Equipamento que tem como objectivo enviar dados entre dois pontos porintermédio de uma linha telefónica. Os dados são recebidos no modempor meio de uma porta serial, sofrem uma modulação (conversão do sinaldigital para analógico) e os dados são recuperados.

MODULAÇÃO

Processo que envolve o deslocamento de um sinal original, denominadosinal modulador, de sua faixa de frequências original para uma outra faixa.O valor desta variação corresponde à frequência de uma ondadenominada portadora. As técnicas básicas de modulação são amodulação por amplitude ou AM, a modulação por frequência ou FM e amodulação por fase ou PM.

PAM

(Pulse Amplitude Modulation) - Modulação por amplitude de pulso.Técnica de modulação que discretiza no tempo um sinal eléctrico contínuona forma de pulsos, de forma que a informação está contida na amplitudedestes pulsos. Para não haver perda de informações, o PAM deveobedecer o teorema de Nyquist. O PAM é o ponto de partida para arealização do PCM.

PCMMétodo de conversão de sinais analógicos em digitais muito utilizado emsistemas telefónicos.

PSK

(Phase Shift Keying) - Uso da técnica de modulação PM para transmissãode dados em meios cuja codificação puramente digital (transmissão embanda base) ocasionará perda de informação. Basicamente, natransmissão de um bit 1 se transmite uma portadora numa determinadafase e a transmissão do bit 0 se transmite uma portadora em outra fase.Empregado principalmente em modems, actualmente se utilizam técnicasde modulação mais complexas para obter taxas de transmissão maiselevadas. Ver também "ASK" e "FSK".

PWM

(Pulse Width Modulation) - Modulação por largura de pulso, técnica demodulação que consiste na discretização no tempo de um sinal eléctricocontínuo de forma que a informação do sinal está contida na largura dopulso. Esta técnica não é apenas empregada para transmissão de



informações. É amplamente empregado em sistemas de controle, comochuveiros elétricos com controle electrónico de temperatura, controle defornos, controle de velocidade de motores eléctricos, principalmentemotores de indução trifásicos, entre outras aplicações.

QAM

(Quadrature Amplitude Modulation) - Técnica para codificar dados digitaisem um sinal analógico através de modulação em que duas componentesdiferentes são combinadas em um único sinal através de modulaçãoortogonal destas duas componentes, evitando assim a interferência. Daí otermo "quadratura". A técnica empregada consiste na combinação damodulação por amplitude (AM) com modulação por fase (PSK) para criaruma constelação de pontos de sinal, cada qual representando umacombinação exclusiva de bits.

QPSK(Quadrature Phase Shifting Keying) - Variante da modulação PSK no qualquatro diferentes ângulos de fase ortogonais são utilizados.

ROE Relação de onda estacionária.

RUÍDO BRANCOÉ o tipo de sinal que possui a mesma quantidade de energia para toda abanda de frequência, permitindo assim a avaliação da resposta emfrequência de sistemas como filtros, por exemplo.

RUÍDO DEQUANTIZAÇÃO

É o ruído imposto pelo processo de decisão decorrente da quantização(arredondamento) da amplitude de uma amostra para um nível permitido.Sendo a quantização uma etapa imprescindível para a digitalização de umsinal analógico, todo sistema de codificação digital (PCM, CD de áudio,DVD, etc.) impõe este ruído, que pode ser minimizado pelo aumento daquantidade de níveis, implicando num número maior de bits empregados,mas em sacrifício em termos de tamanho e espaço.

RUÍDO IMPULSIVORuído que pode ser descrito matematicamente pela função impulso oudelta de Dirac, concentrando toda a sua energia num ponto específico doespectro.

RUÍDO ROSA

Tipo de sinal randômico no qual a potência do mesmo é inversamenteproporcional a frequência, ocasionando em mesma energia em cadaoitava de banda. Por causa disto, este tipo de sinal é útil para medidas deresposta em frequência de equipamentos de áudio.

SIMPLEX(Unidirecional) Um sistema de Telecomunicações é simplex, ou está emoperação simplex quando a comunicação ocorre apenas em um sentido(fonte - destino).

SNR

Signal to noise ratio. Em transmissões tanto analógicas quanto digitais,feitas através de cabos de cobre, esta é a relação entre a potência dosinal e o ruído de fundo, medida em decibeis (db). Quanto maior onúmero, mais puro é o som, ou mais perfeita é comunicação de dados.Alguns utilitários de modem exibem o valor SNR da linha telefônica etodas as placas de som incluem a taxa de signal to noise em suasespecificações.

SWR Tanding Wave Ratio. O mesmo que ROE.



5.2. LINKS Internet

Links activos e confirmados em 11/11/2007

5.2.1. Antenas

http://www.mspc.eng.br/eletrn/antena1.asp

http://espanol.geocities.com/elradioaficionado/archivos/antenas.htm

http://www.ta-formation.com/cours-ant/ant.htm

http://www.inf.unisinos.br/~roesler/disciplinas/0_comunicdados/50_antenas/Curso%20de%20Antenas.pdf

http://professores.unisanta.br/santana/downloads%5CTelecom%5CSistemas_Telecom%5CRadio%5CCurso%20de%20Antenas.pdf

https://dspace.ist.utl.pt/bitstream/2295/61777/1/Introducao%20v1.pdf

http://personal.telefonica.terra.es/web/envy/Documents/Antenas-Introduccion.pdf

http://pt.wikipedia.org/wiki/Antena

http://web.frm.utn.edu.ar/comunicaciones/antenas.html

5.2.2. Propagação

http://vhf.netpower.pt/propa.htm

http://py2mok.tripod.com/propagacao.htm

http://espanol.geocities.com/elradioaficionado/archivos/propagacion.htm

http://www.radioamadores.net/propagacao.htm

http://vhf.netpower.pt/propa.htm

5.2.3. Linhas de transmissão

http://www.ta-formation.com/cours-lignes/x-lignes.html

http://professores.unisanta.br/santana/downloads%5CTelematica%5CMicroondas_2%5CLinhas%20e%20Guias%20de%20transmisspo%5C01-Introducao.pdf

http://www.monografias.com/trabajos38/lineas-de-transmision/lineas-de-trasmision.shtml

http://www.afdatalink.com.br/index.php?menu=menudados&pag=selec_cabos_cftv



http://eletronicos.hsw.uol.com.br/fibras-opticas6.htm

5.2.4. DIVERSOS

http://www.bandaku.com.br/glossario.html

http://gsi.iscap.ipp.pt/glossario.htm

5.3. BIBLIOGRAFIA

Isabel Ventim Neves, Propagação e Radiação, LEEC - FCT

M. de Abreu Faro, Propagação Guiada, Técnica AIST, 1984

M. de Abreu Faro, Radiação, Técnica AEIST, 1980

R. E. Collin, Antennas and Radiowave Propagation, McGraw-Hill

Krauss and Fleisch, Electromagnetics with Applications, McGraw-Hill.