Telecomunicação

O que é onda?

Onda é a perturbação física de um meio, provocada por uma fonte. Por exemplo, quando jogamos uma pedra em um lago, no instante em que a pedra bate na superfície da água, uma perturbação é gerada, fazendo surgir um movimento circular em torno do ponto de colisão.

O que são ondas de telecomunicação?

As ondas de telecomunicação ou hertzianas são perturbações físicas causadas pela interação de dois campos, ou seja, o elétrico (E) e o magnético (H), variáveis no tempo e perpendiculares entre si. Temos com ondas de telecomunicação aquelas que são transmitidas através dos meios de comunicação, por exemplo: o wifi, a televisão, o rádio, os telefones móveis. Essas ondas são capazes de se propagar no espaço, irradiadas por uma antena. Podendo ser geradas em qualquer frequência, mas, em telecomunicações, são utilizadas ondas de frequência superior a 100 kHz, passando por um processo denominado modulação.

Um pouco sobre modulação:

Modular é fazer a translação de frequência de um sinal de informação para uma frequência portadora. Para isso, alteramos uma das características do sinal da portadora, que pode ser a amplitude, a frequência ou a fase. Para modulações analógicas, utilizamos como portadora um sinal senoidal.

Propagação das ondas de telecomunicação

Do ponto de vista de uma união de telecomunicações, um sinal elétrico produz um campo eletromagnético variável no tempo que se propaga com informação. Esta informação pode ser captada por um receptor que a converte novamente em um sinal elétrico. A propagação das ondas de rádio pelo espaço livre é chamada radiopropagação.

A antena é um dispositivo para captar de forma eficiente ondas eletromagnéticas no espaço, sendo utilizada tanto na transmissão quanto na recepção de sinais.

Durante o percurso, as ondas de rádio podem sofrer reflexão, difração ou refração, dependendo de fatores como tipo de enlace, frequência de operação e distância percorrida. Os efeitos desses fenômenos resultam em perda de energia e de atenuação.

A possibilidade da utilização dessas ondas para transmissão de vários sinais em um mesmo ambiente, desde que em frequências diferentes, levou a utilização gradativa de frequências nas mais variadas aplicações.

As faixas de frequências em que se concentram os principais serviços de telecomunicações são:

VHF ( frequência muito alta) – Faixa entre 30 MHz e 300 MHz, na qual estão os serviços de radiodifusão comercial FM e os canais 2 a 13 de TV.
UHF ( frequência ultra - alta) – Faixa entre 300 MHz e 3 GHz, com destaque para os canais de TV transmitidos por UHF e de telefonia celular.
SHF (frequência super alta) – Faixa entre 3 GHz e 30 GHz, para às transmissões via satélite nas bandas “C” (TV aberta, telefonia e dados) e “Ku” (TV por assinatura), além de frequências para rádio digital.

Modos de propagação

As ondas de telecomunicação podem se propagar no espaço de diferentes modos, dependendo das suas frequências de operação. Se dividindo em três modos:

1- Propagação por onda terrestre – As ondas se propagam próximo à superfície da Terra, possibilitando comunicações além do horizonte, para transmissões nas faixas de LF e MF.

2-Propagação por onda celeste – Conhecida também como propagação ionosférica. Essas ondas sofrem refrações na ionosfera e retornam à Terra, favorecendo as comunicações a longa distância. As transmissões em HF (ondas curtas) propagam-se desse modo.

3- Propagação por visibilidade – As antenas transmissora e receptora estão visíveis entre si, ou seja, se propaga praticamente em linha reta. Os obstáculos entre as antenas de transmissão e recepção podem interromper a comunicação. As transmissões de rádio nas faixas de VHF e UHF (FM, TV VHF e TV UHF) propagam-se por visibilidade (ou linha de visada).

Tipos de ondas transmitidas

Há dois tipos de ondas eletromagnéticas transmitidas: onda terrestre e onda celeste.

Onda Terrestre

A onda terrestre ou superficial é o modo de propagação dependendo das características de condutividade do solo e do relevo de uma determinada região. Na condutividade os meios que encontra seu percurso, uma porção da energia da onda superficial é absorvida pelo solo.

O grau de absorção varia de maneira inversamente proporcional à condutividade da superfície: quanto maior for a condutividade, menor a absorção e maior o ângulo de inclinação (o ângulo entre a superfície e o plano de transmissão), resultando em maior alcance da onda superficial.

A propagação por onda terrestre pode apresentar dois tipos de ondas: onda direta e onda refletida.

Onde a onda direta se propaga quase em linha reta entre o transmissor e o receptor sendo ligeiramente inclinada em direção à superfície, devido à refração na troposfera, com distância de transmissão indo além do horizonte visual, essa onda também é chamada de onda troposférica;

A onda refletida é a porção da onda terrestre que se reflete na superfície, a intensidade com que ela é refletida depende do coeficiente de reflexão da superfície contra a qual se choca e do ângulo de incidência, embora esse ângulo e o ângulo de reflexão sejam iguais, há defasagem de 180° na fase das ondas incidente e refletida. Esse tipo de onda é considerado indesejável em certos casos, podendo provocar o cancelamento completo da onda na antena receptora, caso esta receba simultaneamente as ondas direta e refletida com a mesma amplitude. Pelo fato de a onda refletida demorar mais tempo para chegar à antena receptora, a onda refletida pode apresentar menor intensidade causada pela absorção parcial da onda irradiada.

Onda Celeste

A onda celeste se propaga na atmosfera por meio de refrações na ionosfera, retornando à superfície terrestre. Ao retornar, ela pode ser refletida na ionosfera, oque repete o processo e possibilita transmissões a longas distâncias.

A ionosfera influi de maneira decisiva na propagação por onda celeste, pois pode agir como condutor, absorvendo parte da energia da onda transmitida, ou como espelho rádio, refratando a onda celeste na superfície. A capacidade da ionosfera de retornar uma onda de rádio depende de fatores como densidade de íons, ângulo de irradiação e frequência de transmissão. Em algumas situações, a onda nem mesmo é refratada, atravessando a ionosfera.

A distância entre a antena transmissora e o ponto de retorno à superfície depende do ângulo de irradiação, que é limitado pela frequência (quanto maior a frequência, mais difícil é a refração), apesar de resultar em maior alcance. Cada camada da ionosfera pode refratar ondas de rádio até uma frequência máxima, a MUF (maximum usable frequency – máxima frequência útil).

Dessa análise, pode-se concluir que existe uma frequência ótima, a OWF (optimum work frequency – frequência ótima de trabalho), que representa certo percentual da MUF. Além do estado da ionosfera, fatores como comprimento do circuito, ciclo solar e sazonalidade são usados para estabelecer a MUF para cada hora e camada da ionosfera ou para fazer uma previsão de seu valor com base em observações efetuadas ao longo do tempo.

O ângulo de irradiação é outro fator importante. Acima de determinada frequência, as ondas transmitidas não são refratadas, pois seguem pelo espaço. Contudo, se o ângulo de irradiação for reduzido, parte das ondas de alta frequência retorna à superfície. O ângulo limite a partir do qual não ocorre reflexão da onda na ionosfera é chamado de ângulo crítico para determinada frequência.

Distúrbios específicos de radiocomunicações

Ondas de multipercurso

São ondas secundárias provenientes de distintos percursos (reflexões no solo ou em obstáculos), que resultam da dispersão de energia eletromagnética irradiada na transmissão e que chegam à recepção com diferentes intensidades e defasagens em relação à onda principal ou direta. O sinal resultante na recepção é a soma vetorial dos sinais secundários com o sinal principal. Um exemplo prático é o efeito “fantasma” que aparece nas transmissões de TV.

Desvanecimento

São flutuações do sinal recebido, decorrentes de problemas na transmissão, como as ondas de multipercurso. A intensidade do sinal recebido varia a cada instante, prejudicando a recepção – por exemplo, na recepção de radiodifusão AM durante a noite.

A ação da chuva

Causa degradação na recepção, enfraquece e despolariza a onda de rádio, apresentando-se como obstáculo.

Efeito Doppler

É a alteração da frequência de uma onda sonora ou luminosa percebida por um observador em razão de um movimento de aproximação ou afastamento de uma fonte geradora de onda em relação a ele. No caso de aproximação, a frequência aparente da onda recebida pelo observador fica maior que a frequência original e, no caso de afastamento, a frequência aparente diminui. Nas comunicações sem fio, como a telefonia celular, esse fenômeno pode causar a perda da comunicação, pois o sinal chega ao receptor em uma frequência diferente, caso o efeito seja acentuado.

Dutos

São formados por inversões térmicas que ocorrem nas camadas de ar sobre a superfície terrestre, afetando sobre tudo os enlaces de rádio em visibilidade ou ponto a ponto. Provocam o desvio da onda de sua direção principal.