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propagação de ondas Projeto Um Computador por Aluno Ministério da Educação 3

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asProjeto UCAPropagação de ondas

Esta cartilha descreve os princi-pais conceitos de ondas e propa-gação de ondas eletromagnéticas, possibilitando a compreensão do funcionamento de redes sem fio Wi-Fi.

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Cartilhas Projeto UCA: Propagação de ondas

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AutorEquipe do Laboratório de Pesquisas MídiaCom, vinculado ao Departamentode Engenharia de Telecomunicações e ao Instituto de Computação daUniversidade Federal Fluminense (UFF)

Produção Editorial

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Esta obra é distribuída sob a licença Creative Commons: Atribuição e Uso Não-Comercial 2.5 Brasil

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Projeto Um Computador por Aluno

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Propagação de ondas

Esta cartilha descreve os principais conceitos de ondas e propagação de ondas eletromagnéticas, possibilitando a compreensão do funcionamento de redes sem fio Wi-Fi.

O que são ondas?

Uma onda é uma vibração periódica que se propaga no espaço. Por exemplo: em uma onda causada pelo arre-messo de uma pedra em um lago, a altura da crista da onda variará com o tempo de forma periódica, alternan-do altos e baixos, conforme ilustrado na figura 1. Alguns tipos de onda são bem conhecidos, como as formadas no lago ou a onda sonora gerada quando alguém toca a corda de um violão.

Figura 1Onda mecânica se propagando na água

Projeto Um Computador por Aluno2

Forma de propagação de energia capaz de conduzir informação pelo espaço livre

A velocidade de uma onda é função do meio em que ela se propaga. No caso da onda do lago, a velocidade de propagação pode ser obtida observando a velocidade com que a primeira “crista” (subida da água) se afasta do pon-to onde a pedra afundou.

No exemplo da corda do violão, as ondas sonoras pos-suem velocidades superiores às do lago, e para o caso das ondas eletromagnéticas a velocidade de propagação é a velocidade da luz.

Além da velocidade de propagação, uma onda também pode ser descrita pela sua frequência e pelo seu compri-mento (figura 2). Essas três grandezas — velocidade (ν), frequência (ƒ) e comprimento de onda (λ) — se relacio-nam através da equação abaixo:

Figura 2Comprimento de onda

λ == ν

——ƒ

3Propagação de ondas

Ondas mecânicas x ondas eletromagnéticas

Os exemplos da pedra arremessada no lago e da corda do violão descrevem ondas mecânicas. No entanto, o tipo de onda que nos interessa particularmente é a eletromagné-tica, sendo a luz seu exemplo mais conhecido.

O uso de ondas para comunicação é antigo: a fala huma-na cria uma onda mecânica (o som) que se propaga em um meio (o ar) e é recebida pelos nossos ouvidos. Mas as ondas mecânicas apresentam limitações para a comu-nicação a distância. O som, por exemplo, levaria quase uma hora para ir do Rio de Janeiro a Brasília. Apenas a partir do século XIX, quando foram descobertas, as ondas eletromagnéticas passaram a ser utilizadas como forma de comunicação.

Uma vantagem da onda eletromagnética é o fato de que ela pode ser gerada ou captada por circuitos eletrônicos simples. Outra vantagem é o fato de que ela não precisa necessariamente de um meio para se propagar, como a água de um lago, a corda de um violão ou o próprio ar.

As ondas eletromagnéticas se propagam até no vácuo, o que permite a comunicação entre antenas terrestres com satélites no espaço, entre os próprios satélites e entre dois pontos localizados em qualquer parte do mundo, na ve-locidade da luz.

Projeto Um Computador por Aluno4

Faixa de frequência

Equipamentos de comunicação que usam ondas eletro-magnéticas operam em faixas de frequência distintas. Por exemplo, cada estação de rádio ou TV opera em uma faixa de frequência única na sua região (figura 3). Isso quer dizer que somente os aparelhos sintonizados nesta faixa de frequência conseguirão reproduzir o sinal enviado pela estação.

Todos os serviços de telecomunicações (rádio, TV, telefone celular) têm suas faixas de frequência determinadas pela Anatel (Agência Nacional de Telecomunicações). O uso destas frequências é regulamentado por leis que coíbem infratores como rádios e TVs piratas que usam as faixas sem permissão.

As redes sem fio Wi-Fi utilizam as faixas de 2,4 GHz ou 5 GHz, dependendo do padrão utilizado. São frequências não licenciadas, isto é, isentas de autorização prévia e custos para a obtenção de licenças de operação.

Para saber mais, leia a cartilha Redes sem fio

Intervalo compreendido entre duas frequências

Figura 3Distribuição das faixas de frequência (Hertz)

5Propagação de ondas

Propagação de ondas

A propagação é um modo de transmissão de energia vi-bratória, como a luz, o som, o calor e as ondas eletromag-néticas, através do espaço (ar, água, vácuo) ou ao longo de uma trajetória.

À medida que se propagam, as ondas eletromagnéticas enfraquecem, fenômeno conhecido como atenuação. A atenuação de uma onda depende da sua frequência, do meio de propagação e da presença de obstáculos. A faixa de 2,4 GHz, usada em redes sem fio Wi-Fi, sofre uma grande atenuação na presença de água. Encanamentos, aquários, pessoas e animais, por exemplo, são obstáculos prejudiciais para o sinal de Wi-Fi. Uma árvore absorve quantidade considerável da energia oriunda de um ponto de acesso Wi-Fi, impedindo a propagação do sinal. Ob-jetos metálicos também costumam bloquear as ondas eletromagnéticas.

É importante compreender o efeito dos obstáculos sobre uma onda eletromagnética, como o sinal de Wi-Fi. Em primeiro lugar, temos a chamada reflexão. Ao atingir um obstáculo, a onda pode se refletir, como quando a luz en-contra um espelho (figura 4).

Figura 4Reflexão

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Outro fenômeno importante é a refração, que ocorre quando uma onda passa de um meio para outro. A refra-ção ocorre porque as ondas possuem velocidades dife-rentes para meios diferentes e, por conta disso, mudam de direção quando mudam de meio. Um exemplo é a distorção que um objeto parece sofrer quando mergulha-do parcialmente na água, que ocorre porque a luz deste objeto foi refratada (figura 5).

Finalmente, temos ainda o fenômeno da difração, que explica como as ondas “contornam” obstáculos. O som, por exemplo, pode contornar uma parede e “entrar” numa sala se a porta estiver aberta. Uma luz acesa no corredor iluminará muito bem a parte da sala que estiver na dire-ção da porta e parcialmente o restante da sala (figura 6).

Figura 6Difração

Figura 5Refração e reflexão

7Propagação de ondas

Na prática, quando uma onda se propaga, ela está sujeita aos fenômenos de reflexão, refração e difração, o que pode dificultar a previsão de seu comportamento.

O entendimento destes fenômenos auxilia no planejamen-to das redes sem fio. Lugares fechados como escolas, por exemplo, são apropriados para o uso de rede sem fio Wi-Fi, pois o fenômeno da reflexão das ondas nas paredes ajuda a confinar o sinal, aumentando a energia recebida. Lugares abertos, como pátios e praças, fazem o sinal se dispersar em todas as direções, diminuindo a energia re-cebida. A figura 7 ilustra um caso em que a comunicação entre dispositivos está sujeita aos fenômenos de propaga-ção (reflexão, difração e refração).

Figura 7Fenômenos de propagação

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Cartilhas Projeto UCA: Propagação de ondas

Copyright © 2010, Escola Superior de Redes RNP

AutorEquipe do Laboratório de Pesquisas MídiaCom, vinculado ao Departamentode Engenharia de Telecomunicações e ao Instituto de Computação daUniversidade Federal Fluminense (UFF)

Produção Editorial

Versão1.0.1

Esta obra é distribuída sob a licença Creative Commons: Atribuição e Uso Não-Comercial 2.5 Brasil

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Esta cartilha descreve os princi-pais conceitos de ondas e propa-gação de ondas eletromagnéticas, possibilitando a compreensão do funcionamento de redes sem fio Wi-Fi.

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