Aluno: Juliano Zabeo Pessini

Data: 25 de Julho de 2001

Exercícios: Rádio-Enlace

1) Faça uma análise da redução dos efeitos do desvanecimento (fadding)

Algumas técnicas são empreendidas para a redução do efeito do desvanecimento do sinal, são elas:

Aumento da Potência do transmissor.

É a solução mais prática, pois mantém o nível sinal-ruído dentro dos limites requeridos. Porém esta alternativa requer um maior consumo de energia, transmissores mais potentes e instalações maiores, encarecendo muito o sistema. Então, na prática, deixamos a potência do sinal no mínimo para que se consiga uma relação sinal-ruído requerida.

Ganho da Antena

Com a alteração diretiva de uma antena, aumenta-se a relação sinal-ruído e economiza-se potência de transmissão, pois concentrando-se a energia irradiada evita-se a perda da mesma em outras direções não desejadas.

Controle automático de ganho (CAG)

O CAG aumenta ou diminui o ganho do receptor automaticamente, porém irá fazer a amplificação do sinal e do ruído igualmente, mantendo a mesma relação sinal-ruído.

Irá tornar a operação de recepção incômoda durante os desvanecimentos.

Recepção em diversidade

Podemos utilizar múltiplos transmissores e receptores ou múltiplas freqüências em projetos de rádioenlace para transmitir um único sinal, com isso podemos diminuir o desvanecimento.

Podemos ter:

a) Seletivo em freqüência: sinais de freqüências diferentes sofrem diversamente os efeitos do desvanecimento. (É quase impossível que dois sinais sofram forte atenuação no mesmo instante. Logo, duas freqüências espaçadas de 16Mhz ou mais não sofrerão ao mesmo tempo a influência do desvanecimento).

b) Seletivo no espaço: a recepção de dois sinais na mesma freqüência, em pontos convenientemente afastados, não apresenta correlação quanto ao desvanecimento.

2) Faça um resumo dos efeitos atmosféricos na propagação de ondas de rádio.

a) Absorção

b) Refração

c) Reflexão

Absorção:

Em uma comunicação por satélite, existe um espaço livre para a propagação do sinal, porém para a comunicação terrestre por microondas, sempre existirá a propagação pela atmosfera. O oxigênio na atmosfera absorve alguma energia da microonda. Esta absorção é relativamente baixa, em torno de 0,01 dB/Km para 2GHz e 0,02 dB/Km para 26Ghz.

O efeito da chuva é muito significante para a propagação de microondas. A atenuação aumenta muito quando o teor de água da atmosfera aumenta no caminho por onde as microondas trafegam. A 6 GHz, a atenuação devido ao vapor d’água no ar é apenas 0,001 dB/Km. Quando a taxa de água aumenta para neblina e depois uma chuva fraca, a atenuação cresce para 0,01 dB/Km e para uma chuva muito forte, a atenuação é aproximadamente 1 dB/Km. A energia das microondas é absorvida e espalhada pelos pingos de chuva.

Para uma distância de 40 Km, uma chuva torrencial irá causar uma atenuação de 40 dB, o que é suficiente para causar problemas na transmissão. Normalmente, uma chuva não cobre uma distância de 40 Km.

A chuva não é um sério problema para freqüências até 6 Ghz, porém pode prejudicar a qualidade em regiões que chove freqüentemente.

Em maiores freqüências, como acima de 10 GHz, a chuva pode causar sérios problemas de transmissão. Como exemplo, para uma transmissão a 12 GHz, uma forte chuva pode causar uma atenuação de até 10 dB/Km, o que pode causar a queda de um link. Como solução, pode-se diminuir a distância entre os elementos TX/RX ou diminuir a freqüência.

Fig. 2.1

Refração:

Uma onda pode sofre refração ao encontrar alterações no meio de transmissão durante seu percurso do transmissor até o receptor, causados por diferentes índices de refração.

Mudanças de temperatura, densidade ou até mesmo o vapor de água afetam as características dielétricas e o índice de refração do meio.

Quando uma onda atravessa a barreira que separa duas camadas de ar: uma mais densa e outra menos densa, pode haver a refração do sinal.

O efeito de encurvamento dos feixes das ondas eletromagnéticas para longe da superfície terrestre ou de encontro à mesma em decorrência da refração, geram sérios distúrbios na propagação.

Fig 2.2

Fig 2.3

Reflexão:

Quando um feixe de ondas de rádio incide sobre uma superfície espelhada (lagos, mares, terrenos planos), quase todo o feixe retorna, refletido. Ao ocorrer a reflexão na superfície, a onda resultante tem a componente elétrica invertida em fase e a componente magnética com a mesma fase da incidente. (Fig 2.4)

Dependendo do caminho da onda direta e da onda refletida, poderá haver o cancelamento do sinal, se houver a incidência das duas no mesmo ponto de recepção. (Fig 2.5)

A reflexão também tem um lado positivo: para transmissões com freqüências menores que 50 MHz, as ondas são refletidas pela ionosfera, o que permite a transmissão a pontos inacessíveis por visada direta. (Fig 2.2)

Fig 2.4

Fig 2.5

3) Explique o significado do fator K

O feixe de microondas tem uma tendência de caminhar em linha reta, porém, na maioria das vezes, ele é desviado em função do índice de refração do meio propagante.

O fator K é um fator de correção usado nos projetos de sistemas de rádio-enlace onde é representada a relação do raio efetivo da Terra sobre o raio real da Terra.

Seu valor depende de condições atmosféricas, variando em função da latitude, estações do ano (maior no verão que no inverno), pólos da Terra (maior no norte que no sul).

K pode assumir os seguintes valores:

K = 6/5 Região fria

K = 4/3 Região temperada

K = 3/2 Região tropical

Fig 3.1

Fig 3.2

4) Explique o que é zona de Fresnell. Selecione 2 exemplos de cálculo para determinar o raio da primeira zona de Fresnell.

Considerando a figura 4.1. Nela se faz que, sobre um anteparo, incidam ondas luminosas, de comprimento de ondas l , provenientes de uma fonte puntiforme distante. Estando a fonte muito afastada, as superfícies de onda (uma das quais é AA') podem ser consideradas planas. O ponto P é um ponto qualquer do anteparo; R é a distância entre esse ponto e a superfície de onda considerada. Considere esferas concêntricas, de centro em P e raios iguais a: R + l /2, R + 2l /2, R + 3l /2, etc.

As intercessões dessas esferas com a superfície de onda AA' determinam circunferências concêntricas, que intersectam o plano da Figura em a e a', b e b', c e c', e assim por diante. A superfície de onda fica, assim, dividida em várias regiões, denominadas elementos de meio período, ou zonas de Fresnel, tais que a distância entre o ponto P e um outro ponto qualquer da circunferência que limita externamente uma zona é meio comprimento de onda maior que a distância entre o ponto P e um ponto qualquer da circunferência que limita internamente essa zona. A Figura 4.1b, na qual o plano da superfície de onda AA' é o plano da Figura, mostra as diversas zonas; a zona central é um círculo, e as demais são coroas circulares. Pode-se calcular o efeito resultante, no ponto P, considerando-se essas zonas, pequenas porém finitas, como fontes luminosas elementares.

Figura 4.1 Zonas de Fresnel em uma superfície de onda plana AA'

A energia da microonda que chega na antena receptora invertida a 180^o (ou l/2) em referência ao sinal direto (devido à reflexão), causa a atenuação ou até mesmo o cancelamento do sinal.

Fig 4.2

A onde tem sua fase invertida quando há a reflexão em uma superfície.

Fig 4.3

O conceito do que é chamado “primeira zona de Fresnel” é o espaço livre necessário para que não haja reflexão da onda do sinal direto transmitido até que ele chegue à antena receptora, impedindo que haja interferência dos sinais com a fase invertida.

Dentro da zona de Fresnel, não pode haver obstáculos, caso contrário, haverá interferência na propagação do sinal no meio. Quanto maior a freqüência utilizada, menor é o raio central. Quanto menor a freqüência utilizada, maior será o raio central.

Fig 4.5

A distância entre a linha que fica na menor distância entre as duas antenas e a maior abertura da elipse da zona de Fresnel (raio) é dada pela função:

Fn = 17,3 n. d1. d2

Fig 4.5

onde:

Fn = raio (metros)

d1 = distância de uma antena ao ponto de reflexão (Km)

d2 = distância da outra antena ao ponto de reflexão (Km)

D = d1+d2

f = freqüência (GHz)

n = número da zona de Fresnel (1^a, 2^a, 3^a, etc)

Exemplo 1 (fig. 4.5):

f = 10 GHz

D = 32 Km

d1 = 24,56Km

d2 = 9,43Km

n = 1

Substituindo na equação, temos:

Fn = 17,3 24,56. 9,43

10 . 32

raio = 14,71 m

Exemplo 2 (fig. 4.5):

f = 0,1 GHz