17 de ago de 2013

Como viajam as ondas de RF

 

Como viajam as ondas de RF






A propagação é um forma de transmissão de energia. E essa transmissão de energia possui algumas formas específicas, que de acordo com a altitude dos caminhos os quais as ondas se propagam podem ser classificados em ondas de rádio, Ionosféricas, Troposféricas e Terrestres. 

As ondas Ionosféricas também chamadas de Espaciais ou Refletidas que é a parte da irradiação total que está dirigida à Ionosfera. Estas ondas ionosféricas, podem ou não voltar para a terra pelos efeitos da refração e da reflexão dependendo das condições que na prática são variáveis.

As ondas Troposféricas é a parte da irradiação total que sofre refração e reflexão de regiões onde existem mudanças bruscas de dielétrico situados na Troposfera, como por exemplo os limites de massas de ar de diferentes temperaturas e conteúdo de umidade.

As ondas Terrestres são a parte da irradiação total que são afetadas pela presença da terra e pela características da formação do seu relevo. A onda terrestre possui dois componentes, onda de superfície que é guiada pela terra, e a onda de espaço ( que não deve ser confundida com a onda ionosférica). A onda de espaço é resultante da onda direta e da onda refletida no solo.

 

Ondas de Superfície: Utilizadas nas transmissões de ondas médias e longas, contornam a superfície da terra por isso recebem o nome de Ondas de Superfície, a propagação dessas ondas é dificultada pela presença de alguns obstáculos como, montanhas, florestas, prédios, e a luz solar. Esse tipo de onda é empregado em transmissões de sinais de ondas médias, com mais ou menos 50 Km de raio durante o dia dependendo da potência do transmissor. No período noturno esta distância aumenta já que não há o choque com as ondas solares.Algumas emissoras de rádio comerciais  de ondas médias diminuem sua potência durante a noite para evitar interferências em outras emissoras mais distante com frequência próxima uma da outra.

Ondas Refletidas: Usadas nas transmissões de ondas tropicais e ondas curtas. As ondas se dirigem às camadas atmosféricas que são refletidas e devolvidas a terra.Devido esse efeito de reflexão as emissoras de rádio são prejudicadas na recepção, principalmente durante o dia. Devido a ionização das camadas e a constante variação na alturas destas, o ângulo de reflexão das ondas acompanha essas variações causando também a variação na intensidade.

Ondas Diretas: Possuem o de maneira geral o alcance da vista humana numa planície, são usadas nas transmissões acima dos 30Mhz, que são empregadas em rádio FM e televisão. Alcance é o mesmo durante o dia e a durante a noite, pois não existem os inconvenientes das ondas de superfície devido a frequência ser mais alta.

 

CARACTERÍSTICAS DAS ONDAS DE RÁDIO

 

As ondas de rádios são ondas eletromagnéticas, estas ondas viajam na velocidade da luz, ou seja, 300.000.000 de metros por segundo no espaço livre estas ondas podem ser refletidas.

Uma onda eletromagnética é formada por campos elétricos e magnéticos. Esses campos oscilam em direções perpendiculares um ao outro e a direção da propagação da onda em referência é perpendicular aos campos elétricos e magnéticos desta onda. Todas as ondas possuem algumas características como: velocidade, frequência, período, comprimento de onda e amplitude.

  • Frequência: A frequência indica o número de oscilações da onda em um determinado intervalo de tempo.
  • Período: É o tempo decorrido para determinada oscilação da onda.
  • Amplitude: É o valor máximo da oscilação de determinada onda, tanto positivo como negativo.
  • Comprimento de onda: É a distância mínima em que um ciclo da onda se repete.

As linhas elétricas são perpendiculares as linhas magnéticas essas linhas no entanto com relação a terra podem ter qualquer posição vertical ou horizontal, porém entre si sempre mantém se perpendiculares. Os meios onde viajam as ondas eletromagnéticas, oferecem uma relevante influência a velocidade com que a onda pode mover-se, se for em espaço livre desloca-se a 300.000.000 metros por segundo. Em outras substâncias esse deslocamento pode ser muito menor.

POLARIZAÇÃO

 

A polarização de uma onda de rádio é a direção das linhas de força do campo elétrico desta onda. Se as linhas elétricas são perpendiculares a terra dizemos que a onda está polarizada verticalmente, se esta mesma onda estiver paralela a terra, neste caso dizemos que a onda está polarizada horizontalmente. As ondas mais longas quando viajam ao longo do solo geralmente mantém a polarização com que foram geradas na antena, já as ondas mais curtas podem ser alteradas durante seu deslocamento, as vezes varia rapidamente.

 

DISTRIBUIÇÃO

 

A intensidade do campo de uma onda é inversamente proporcional a distância da fonte de origem desta onda. Por exemplo se um ponto de emissão está distante do ponto de recepção "A" o dobro da distância de outro ponto "B", a intensidade do campo do ponto mais distante será igual a metade da intensidade do campo presente no ponto mais próximo. Isto se dá porque a medida que a onda afasta-se do ponto que a emite a energia na Frente de Onda  estará distribuída numa maior superfície. A lei da Inversa da Distância baseia se na possibilidade que no meio de transmissão desta onda não haja nada capaz de absorver sua energia no caminho percorrido. A idéia é que o que acontece com a onda no espaço livre, não acontece da mesma forma na prática ao longo da superfície da terra e na atmosfera terrestre.

 

NOMENCLATURA DAS ONDAS

 

Existe uma nomenclatura das ondas com relação  à sua frequência:

  1. Até 30 Khz: frequências muito baixas (VLF - Very Low Frequency).

  2. De 30 Khz a 300 Khz: baixas frequências (LF - Low Frequency).

  3. De 300 Khz a 3.000 Khz (3 Mhz): frequências médias (MF Medium frequency).

  4. De 3 Mhz a 30 Mhz: altas frequências (HF - High frequency).

  5. De 30 Mhz a 300 Mhz : frequências muito altas (VHF - Very high frequency).

  6. De 300 Mhz a 3.000 Mhz: frequências muitíssimo altas (UHF - Ultra high frequency).

  7. De 3 Ghz a 30 Ghz: frequências super altas (SHF - Super high frequency).

PROPAGAÇÃO IONOSFÉRICA

 

PROPRIEDADES: Exceto para distâncias curtas, quase todas as comunicações entre radioamadores em frequências inferiores a 30Mhz se opera com ondas espaciais. Este tipo de onda ao serem emitidas pelas antenas viajam para cima no sentido oposto à superfície terrestre, num ângulo tal que ela se perderia no espaço se não fosse seu curso formar curvatura que faz com que ela retorne a terra novamente. A ocorrência dessa curvatura é provocada pela IONOSFERA, que é uma região situada na atmosfera superior, numa altitude ao redor de 100Km , onde existem ÍONS  e elétrons livres com quantidades suficientes para aumentar a velocidade com que as ondas de rádio viajam. A ionosfera está formada por várias camadas com diferentes densidades de ionização localizadas em diferentes altitudes. Cada camada tem uma região central de ionização relativamente densa, à medida que se distância tanto para cima ou para baixo desta região a camada fica menos densa.

 

CAMADAS

 

Camada D : Esta camada é a mais próxima da troposfera que varia entre 20 e 80Km, tem ionização muito baixa e sua sua ionização procede do sol, acontece durante o dia onde o sol tem suas maiores irradiações de energia sobre a superfície da terra, durante a noite esta camada não tem utilidade prática.

Camada E:  Acima de 80Km até 140Km permite devolver as ondas eletromagnéticas até uma distância de 2.000Km do ponto de origem. Esta camada tem influência nos efeitos práticos para condução de ondas médias, e seu melhor efeito com máxima propagação é durante o dia mas não sofre anulação total durante a noite.

Camada F: A camada F tem altitude média entre 200 e 400Km, as camadas D e E quase desaparecem durante a noite. Durante as horas de sol a Camada F se subdividem em outras duas camadas que são a camada F1 e F2. A F1 se move entre 140 e 250Km durante o dia e se eleva durante a noite. Esta camada fica ionizada por mais tempo que as outras camadas permanecendo ionizada durante a noite, já de forma menos densa. Devido grande ionização durante o dia essa camada refrata altas frequências já durante a noite permite as passagem dessas frequências e refrata frequências abaixo dos 10Mhz de volta a terra.

 

 

 

PROPAGAÇÃO NAS DIFERENTES BANDAS

 

Existe uma variação da propagação com relação a cada frequência e também dependendo da ionização, e da altura das camadas, das horas do dia e das horas da noite. Essas condições darão uma idéia de como está cada banda, sem que isso represente uma resposta real em todos os casos.

 

BANDA DE 160 METROS: Durante o dia esta banda é utilizada para comunicação em distâncias curtas, porém durante a noite é possível realizar contatos entre 1500 e 2000Km, em caso de mínima atividade solar alcança grandes distâncias. É uma banda com alto nível de ruído por isso dificulta os comunicados. Os grandes resultados nessa banda se obtém desde o por do sol até 30 minutos depois, e de manhã desde 30 Minutos antes e até nascer o sol.

BANDA DE 80 METROS: É uma banda em que o maior rendimento se dá durante a noite, no entanto durante o dia a reflexão na camada E permite comunicados até uma distância de 800 a 1000Km, durante períodos com máxima atividade solar observa-se um elevado nível de ruído e seus máximos rendimentos são alcançados uma hora antes da saída do sol e uma hora depois do por do sol.

BANDA DE 40 METROS: Durante o dia a reflexão da camada E permite comunicados numa distância até 2000Km. E durante a noite o alcance é muito grande, possui um elevado nível de ruído durante a máxima atividade solar. Seu máximo rendimento está situado uma hora antes e uma depois do por do sol.

BANDA DE 20 METROS: Essa banda fica geralmente aberta durante as 24 horas essa banda permite comunicações em longas distâncias. Durante os períodos de máxima atividade solar a grande ionização das camadas D e E produz grandes atenuações, e durante o verão permite comunicados a curta distância, no entanto o normal é que sua zona de silêncio seja de 0 a 500 Km. O melhor rendimento desta banda é de 19 Horas até as 09 horas do dia seguinte por ter menos ionização as camadas D e E desta forma os sinais refletem na camada F elevando a distância de comunicação.

BANDA DE 15 METROS: É uma banda diurna e somente durante a máxima atividade solar permanece aberta nas primeiras horas da noite, nos períodos de mínima atividade solar pode permanecer fechada todo dia e até mesmo vários dias, a sua distância de salto é 1000 Km com mínimo.

BANDA DE 10 METROS: É uma banda exclusivamente diurna, e também muito afetada pelas ciclos solares, isto quer dizer que nas máximas atividades solares é possível comunicação a longas distâncias com muita facilidade. Nas mínimas atividades solares esta banda permanece fechadas até durante semanas. E em condições normais de reflexão seu salto é muito grande, tanto que podemos escutar estações localizadas a 4000 Km e não podemos escutar estações mais próximas, é uma banda que quase alcança a máxima frequência de reflexão por isso exige o uso de antenas de baixo ângulo de radiação para alcançar o máximo de rendimento.

BANDA DE 6 METROS: Nesta banda encontra-se todos os tipos de propagação,  como HF  e também VHF, durantes os ciclos de máxima atividade solar, conseguem realizar comunicados de alcance mundial e é muito comum o alcance transequatorial por reflexão na camada F. Entretanto é uma banda que permite a comunicação por reflexão meteorítica com duração muito longa.

BANDA DE 2 METROS: É uma banda de propagação Troposférica porque seus sinais não refletem nas camadas ionosféricas com exceto em caso de auroras ou alterações elevadas do campo magnético frequêntes no verão que permitem enlaces até 3000 Km. Entretanto permite comunicados por reflexão meteorítica até 2000 Km, mas somente por 20 ou 30 segundos. É uma banda em que seus melhores resultados se alcança durante o verão.

BANDA DE 0,70 METROS: Essa banda em condições normais tem alcance ligeiramente inferior a banda de 2 metros e sua frequência por ser mais elevada não aparecem ruídos, portanto seus sinais limpos. Com propagação troposférica um pouco melhor que na banda de 2 metros.

 

 

CAMADAS DA ATMOSFERA TERRESTRE

 

Troposfera

  • É a camada da atmosfera que está em contacto com a superfície terrestre e que contém o ar que respiramos;
  • Tem altitude entre 8Km a 16Km;
  • É a camada menos espessa, mas é a mais densa;
  • O ar junto ao solo é mais quente, diminuindo de temperatura com a altitude até atingir -60ºC;
  • A zona limite chama-se tropopausa. Aqui a temperatura mantém-se constante.

 

Estratosfera

  • Situa-se entre os 12Km a 50Km;
  • É aqui que está a camada de ozono;
  • Nesta camada a temperatura aumenta de -60ºC a 0ºC. Este aumento deve-se à interacção química e térmica entre a radiação solar e os gases aí existentes;
  • As radiações absorvidas são as ultravioletas (6,6 a 9,9 x10-19 J);
  • A zona limite chama-se estratopausa. Aqui a temperatura mantém-se constante.

 

Mesosfera

  • Situa-se entre os 50Km a 80Km;
  • Trata-se da camada mais fria da atmosfera;
  • A temperatura volta a diminuir com a altitude, chegando aos -100ºC aos 80Km;
  • A absorção da radiação solar é fraca;
  • A zona limite chama-se mesopausa. Aqui a temperatura mantém-se constante.

 

Termosfera

  • É a camada mais extensa;
  • Começa nos 80Km e vai para além dos 1000Km;
  • Trata-se da camada mais quente da atmosfera;
  • A temperatura pode atingir os 2000ºC;
  • Absorvem-se as radiações solares mais energéticas (energia superior a 9,9 x10-19 J);
  • Subdivide-se em duas partes a ionosfera (entre 80 e 550Km) e a exosfera (parte exterior da atmosfera que se dilui no espaço a partir dos 1000Km de altitude).

 

Fonte: www.apolo11.com

 

Fonte: www.apolo11.com

 

IONOSFERA

 

A ionosfera é composta de íons, plasma ionosférico, sua composição faz com que reflita ondas de rádio até aproximadamente 30Mhz. A ionosfera está localizada entre 80Km e 550Km de altitude. O Sol os Meteoritos e Raios Cósmicos são os causadores da ionização da ionosfera, destes o Sol é o principal agente de ionização, depois  vem os meteoritos e raios cósmicos. Dependendo da hora do dia, estação do ano, e a composição química da atmosfera, a densidade dos elétrons livres variam na ionosfera.

 

TRANSMISSÕES DOS SINAIS DE RÁDIO

 

A energia de rádio é constituída pelas ondas eletromagnéticas, que tem sua produção realizada por circuitos chamados osciladores, assim sendo produzem uma onda contínua chamada de portadora e que transporta a onda de áudio chamada de moduladora. Essas ondas eletromagnéticas ao serem recebidas e captadas pelos receptores são transformadas em sinais audíveis ou informações de outro tipo que poderão ser processadas por circuitos eletrônicos, e também emitidas por estações transmissoras.

 

TRANSMISSORES E RECEPTORES DE RÁDIO

 

Um transmissor é um componente eletrônico que através de uma antena envia os sinais eletromagnéticos ( rádio, televisão, ou outros de telecomunicações). Um transmissor de rádio permite que pessoas consigam entrar em contato com outras que possuem equipamentos receptores sintonizados na mesma frequência. Os transmissores possuem os seguintes componentes: Amplificador de áudio, Oscilador,  Amplificador de RF, Antena.

O receptor de rádio serve para receber os sinais emitidos pelos transmissores de rádio e tem fundamental importância na comunicação. O receptor tem a função de decodificar os sinais eletromagnéticos recebidos pelo espaço e captados pela antena transformando em sinais que possam ser interpretados, sejam de áudio, TV, ou outros.

 

ANTENA

 

A antena transforma os sinais eletromagnéticos que são guiados pela linha de transmissão em sinais irradiados, e também transforma os sinais eletromagnéticos irradiados em sinais eletromagnéticos que através da linha de transmissão são levados até o receptor de rádio...

Um comentário:

ST R/1 Silva Filho disse...

Belo artigo!