Propagação em espaço livre

PROE – Apresentação do programa
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Conceitos Fundamentais I
Radiação
Conceitos Fundamentais II
Propagação Guiada
PROE 2S0506 Aula0-200206
Sistema de Radiodifusão de Televisão
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Espectro electromagnético
É um recurso básico dos sistemas de comunicação.
História
• Ondas sonoras (voz). Comunicação à distância  tambores e ondas de luz visível
(sinais de fogo, espelhos reflectores e bandeiras).
• Espectro electromagnético fora da região do visível só começou a ser utilizado fim
século XIX.
• Hertz (1887) construiu sistema de transmissão de ondas de rádio. Verificou
experimentalmente ondas electromagnéticas, previstas ~20 anos antes por Maxwell.
• Marconi: primeira transmissão em 1895, desenvolveu o rádio do ponto de vista
comercial e patenteou primeiro sistema de telegrafia sem fios.
• Pouco antes da segunda guerra mundial surgiram os klistrões e os magnetrões,
capazes de gerar frequências até 1 GHz, e os primeiros guias de onda.
• Primeiras experiências de transmissão de OE através de guias de onda (1935), foram
mal sucedidas. Em 1936, uma vez estabelecida a teoria, foi feita com sucesso a
primeira transmissão de OE com guias de onda.
• Desenvolvimento de geradores e guias de onda fundamental para utilização microondas, em comunicações e radares.
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História (cont.)
• Mais tarde estruturas planares (stripline, microstrip, slotline, guias coplanares) mais
compactas, de custo inferior e capazes de integrar dispositivos activos como díodos e
transistores.
• Cabos coaxiais também usados actualmente na transmissão de sinais até ao domínio
das micro-ondas. Vantagem: banda larga. Desvantagem: difíceis de integrar em
circuitos complexos.
• Fibras ópticas surgiram no final dos anos 70. Sistemas de comunicação ópticos de
baixas perdas e baixa dispersão, com larguras de banda muito superiores às dos
cabos coaxiais ou das estruturas de ondas milimétricas.
• Frequências dos sistemas de comunicação têm vindo a aumentar, devido
essencialmente às enormes larguras de banda disponíveis nas frequências mais
elevadas.
• Comunicação com ligações fixas utilizada durante largos anos. Serviços telefónicos
ligações terrestres fixas (anos 40), comunicação intercontinental ligações via satélite
(anos 70).
• As comunicações celulares móveis constituem actualmente um vasto campo de
investigação e desenvolvimento tecnológico.
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Propagação guiada
• Baixas frequências e distâncias curtas. Imune a interferências.
• Distâncias maiores e frequências mais elevadas atenuação considerável e custos elevados.
Excepção: fibra óptica, transmissão a grandes distâncias com muito baixas perdas.
Propagação em espaço livre
• Perdas mais elevadas, única opção em muitos casos. Ex. em barcos, a bordo de aviões e satélites,
em veículos, em rádio difusão, nos rádios da polícia, bombeiros, nas comunicações pessoais
(telefones móveis, "pagers").
Propagação guiada /Propagação em espaço livre
• Hoje micro-ondas e fibras ópticas: ligações telefónicas de longa distância e chamadas
internacionais via-satélite. Televisão também com sist. comunicação baseados em satélites.
Segurança
• Propagação guiada intrinsecamente mais segura mas a propagação em espaço livre com
comunicação digital (com códigos) pode atingir níveis equivalentes de segurança.
Fiabilidade
• Sinais em espaço livre afectados pelas condições de propagação (obstáculos, ionosfera,
condições atmosféricas adversas, interferências com outros sinais electromagnéticos).
• Propagação guiada afectada por danificação acidental das estruturas de transmissão, provocada
por trabalhos de construção, tremores de Terra, etc...)
Custos
Propagação guiada (em geral) custos superiores e descida de preço de equipamento com antenas.
Esta situação tende a favorecer os sistemas de propagação em espaço livre.
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Na prática escolha ditada essencialmente
pelo tipo
de aplicação.
Antenas
Desempenham papel fundamental: convertem ondas electromagnéticas guiadas em ondas de
espaço livre.
Fig. 4 - Linhas de força do campo eléctrico
associadas a um dipolo
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Antenas
GMS (telemóveis)
Agregados
Yagi
Monopolos
(Serviços radiomóvel)
Antena
Yagi
Repetidores
Estações
móveis
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Fig.
5 - Vários
tipos
de Antenas
Antenas
Parabólicas
(Microondas)
Propagação guiada
•
Cabos coaxiais - até ao domínio das micro-ondas.
•
Guias de onda em microondas. Poder transportar potências elevadas (ex. radares). Largura de
banda limitada, dimensões apreciáveis, dispendiosos.
•
Cabos coaxiais banda larga, difícil fazer circuitos complexos de micro-ondas.
•
Estruturas planares: stripline, microstrip, slotline, finline, guias coplanares. Compactas,
baixo custo, podem incluir componentes activos como díodos ou transistores.
•
Tendência dos circuitos de micro-ondas, integrar as estruturas de transmissão, os
componentes activos, e outros componentes num único substracto de semicondutor, formando
um circuito monolítico de micro-ondas integrado (MMIC).
•
Fibras Ópticas, capazes de transportar grandes quantidades de informação usando ondas
luminosas, devido à enorme largura de banda.
– Luz emitida no infravermelho (invisível) com 0: 1.31 m ou 1.55 m.
– Transmissão sinais de audio, televisão ou dados de computador com modulação
analógica (variando a intensidade do feixe de luz) ou digital (opera-se em modo on-off).
– Sistema de fibra óptica pode transmitir tipicamente 27 gigabits por segundo.
– Sistemas de fibra óptica, também em muito pequenas distâncias Ex: nos computadores,
transporte de sinais entre placas de circuitos.
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Sistema de Unidades
•
Sistema MKSA [Metro Kilograma Segundo Ampere]
•
Metro, referenciado ao segundo e à velocidade da luz no vácuo
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Quilograma, massa de uma barra padrão feita de uma liga de Platina/Irídio (Sévres,
Paris)
•
Segundo,
9.192.631.770 períodos da radiação electromagnética emitida numa
transição de um átomo de Césio
•
Ampére, corrente constante que, percorrendo dois condutores (comprimento infinito
afastados de 1m no vácuo), produziria entre os condutores uma força de 2 x 10 Newton
por cada metro de condutor.
•
Sistema MKSA racionalizado
 o  4  10 7 Hm 1
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