codificação de cores para resistores de 4 faixas

Telecomunicações I
Sumário
1 – INTRODUÇÃO .................................................................................................................................. 3
2 - ONDAS ............................................................................................................................................... 4
ONDAS QUANTO À ORIGEM ............................................................................................................ 4
ONDAS QUANTO À DIREÇÃO DE OSCILAÇÃO .............................................................................. 5
ONDAS QUANTO AO TIPO DE ENERGIA TRANSMITIDA .............................................................. 7
CARACTERÍSTICAS DAS ONDAS. ................................................................................................... 7
3 - PROPAGAÇÃO DAS ONDAS ELETROMAGNÉTICAS .................................................................... 9
4 - A GERAÇÃO DE ONDAS ELETROMAGNÉTICAS ......................................................................... 10
5 - PROPAGAÇÃO DAS ONDAS DE RÁDIO ....................................................................................... 12
ONDA TERRESTRE OU SUPERFICIAL .......................................................................................... 12
CELESTE OU IONOSFÉRICA.......................................................................................................... 12
ONDA EM VISADA DIRETA ............................................................................................................. 13
Microondas ........................................................................................................................................ 13
6 – LINHA DE TRANSMISSÃO ............................................................................................................. 14
7 – ANTENAS ........................................................................................................................................ 19
........................................................................................................ 19
GANHO DE UMA ANTENA .............................................................................................................. 20
POLARIDADE DA RADIAÇÃO ......................................................................................................... 21
ANTENA DE QUARTO DE ONDA (/4) ........................................................................................... 21
DIPOLO DOBRADO ......................................................................................................................... 21
ANTENA UDA – YAGI ...................................................................................................................... 22
ANTENA LOG PERIÓDICA .............................................................................................................. 23
ANTENA PARABÓLICA .................................................................................................................... 23
8 – MODULAÇÃO ................................................................................................................................ 24
MODULAÇÃO EM FREQUÊCIA (FM) .............................................................................................. 27
LARGURA DE FAIXA DO SINAL FM. .............................................................................................. 28
9 – RECEPTORES ................................................................................................................................ 31
2
Telecomunicações I
1 – INTRODUÇÃO
Comunicação é a propagação da informação. Ela é uma necessidade humana e está presente em
todas as atividades que o homem desenvolve. Para que ocorra a comunicação são essenciais os
seguintes elementos:
Meio ou Canal
TX
Informação
RX
Código Comum
Transmissor (TX) – É o elemento que emite a informação.
Receptor (RX) – É o elemento que recebe a informação.
Meio ou Canal – É o meio por onda a informação se propaga.
Código Comum – É a linguagem utilizada na transmissão da informação.
Informação – É o objeto da comunicação.
Telecomunicação é a comunicação realizada acima do alcance da voz. Para efetuar uma
telecomunicação (Tele = Distante) a informação deve mudar a sua forma de energia. Por exemplo, a
onda sonora (voz) é convertida em um sinal elétrico antes da transmissão.
Sistema de Telecomunicação – É o equipamento eletroeletrônico destinado a realizar comunicação
em longas distâncias. Os sistemas de telecomunicações são classificados, quanto ao modo
operacional, em:
Simplex – É aquele em que a informação propaga-se em um único sentido, do TX para o RX. Este
modo é utilizado nos sistemas de Radio e de Televisão.
Este modo permite uma rápida e continua expansão, bastando o usuário adquirir um receptor que
estará inserido no sistema.
Semi Duplex ou Half Duplex – É aquele em que a informação propaga-se nos dois sentidos, nunca
ao mesmo tempo, necessitando de um dispositivo que defina o sentido, isto é realizado através do
botão PPT (Push to Talk), existente nos transceptores que compõem o sistema.
Duplex ou Full Duplex – É aquele em que a informação propaga-se em ambos os sentidos,
simultaneamente.
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Telecomunicações I
2 - ONDAS
Podemos classificar as ondas quanto à:
Origem
Direção da oscilação
Tipo de energia transportada.
ONDAS QUANTO À ORIGEM
Quanto à origem uma onda pode ser classificada em onda mecânica e onda eletromagnética.
Ondas mecânicas - são as ondas produzidas por uma perturbação num meio material, como, por
exemplo, uma onda na água, a vibração de uma corda de violão, a voz de uma pessoa, etc.
Ondas eletromagnéticas - são produzidas por variação de um campo elétrico e um campo
magnético, tais como as ondas de rádio, de televisão, as microondas e outras mais.
4
Telecomunicações I
As ondas eletromagnéticas não precisam de um meio de propagação, logo podem propagar-se no
vácuo. As ondas mecânicas não têm essa possibilidade.
ONDAS QUANTO À DIREÇÃO DE OSCILAÇÃO
Outra classificação de onda é em relação à direção de oscilação, comparada coma direção de
propagação.
Considere, por exemplo, uma corda segurada por duas pessoas nas extremidades. A pessoa na
extremidade da esquerda levanta e abaixa a corda rapidamente. Forma-se, então, um pulso de onda.
Após alguns instantes, o pulso terá se propagado e teremos a situação seguinte:
Note que o pulso de onda está se propagando na horizontal da esquerda para a direita, enquanto os
pontos da corda, os perturbados pelo pulso, oscilam para cima e para baixo. Com isso, a direção de
oscilação (vertical) é perpendicular à direção de propagação (horizontal). A onda será chamada de
onda transversal.
Podemos obter uma onda transversal usando uma mola helicoidal.
5
Telecomunicações I
Entretanto, os exemplos mais significativos de ondas transversais são as ondas eletromagnéticas
(todas), que serão estudadas mais adiante.
Considere agora uma pessoa falando. O som da voz da pessoa se propaga no espaço em todas as
direções, afastando-se da fonte, como indicado no desenho. O som, transmitindo-se no ar, produz
compressões e rarefações. De acordo com a seqüência sonora emitida pela pessoa, podemos ter
camadas de ar mais comprimidas ou menos comprimidas, conforme está representado na figura
como regiões claras e regiões escuras.
Podemos fazer o diagrama de oscilação num certo instante:
Veja a figura abaixo para ter uma visão complementar desse fenômeno.
6
Telecomunicações I
Outro exemplo interessante pode ser obtido com uma mola helicoidal:
ONDAS QUANTO AO TIPO DE ENERGIA TRANSMITIDA
Quanto ao tipo de energia transmitida pela onda, podemos classificá-la em ondas sonoras, ondas
luminosas, ondas térmicas, etc.
Para que ocorra a comunicação em distâncias superiores ao alcance da voz, a informação deve
mudar de forma de energia, de mecânica em elétrica e de elétrica em eletromagnética.
CARACTERÍSTICAS DAS ONDAS.
Frequência é uma grandeza física associada a movimentos de característica ondulatória que indica o
número de ocorrências (ciclos, oscilações) por unidade de tempo.
O tempo necessário para executar uma oscilação é o Período.
F=1/T
F(Hz)- Frequência em Hertz
T(s)- Tempo em Segundo
Uma revolução ou ocorrência por segundo corresponde assim a 1 Hertz.
7
Telecomunicações I
Comprimento de Onda – é a distância que o sinal percorre ao descrever um ciclo.
λ = Comprimento de Onda.
Υ = Amplitude de Onda.
O comprimento de onda λ tem uma relação inversa com a frequência f, a velocidade de repetição de
qualquer fenômeno periódico. O comprimento de onda é igual à velocidade da onda dividida pela
frequência da onda. Quando se lida com radiação eletromagnética no vácuo, essa velocidade é igual
à velocidade da luz 'c ', para sinais (ondas) no ar,essa velocidade é a velocidade a que a onda
desloca-se. Esta relação é dada por:
onde:
λ = comprimento de onda de uma onda sonora ou onda eletromagnética;
C = velocidade da luz no vácuo = 300.000 km/s = 300.000.000 m/s ou
c = velocidade do som no ar = 340 m/s
f = frequência da onda 1/s = Hz.
A velocidade de uma onda pode, portanto ser calculada com a seguinte fórmula:
v = velocidade da onda.
λ = comprimento de onda de uma onda sonora ou onda eletromagnética.
T é o período da onda.
O inverso do período, 1/T, é chamado de frequência da onda, ou frequência de onda:
F=1/T
Que é o número de ciclos (repetições) por segundo executados pela onda. É medida em Hertz
(ciclos/segundo).
Para caracterizar uma onda, portanto, é necessário conhecer apenas dois de seus parâmetros: a
velocidade e o comprimento de onda ou a frequência e a velocidade, já que o terceiro parâmetro
pode ser determinado utilizando-se da equação acima.
Quando ondas de luz (e outras ondas eletromagnéticas) entram num dado meio, o seu comprimento
de onda é reduzido por um fator igual ao índice de refração n do meio, mas a frequência permanece
inalterada. O comprimento de onda no meio, λ é dado por:
onde:
λ0 é o comprimento de onda da onda no vácuo.
c) ESPECTRO ELETROMAGNÉTICO
A palavra espectro (do latim "spectrum", que significa fantasma ou aparição) foi usada por Isaac
Newton, no século XVII, para descrever a faixa de cores que apareceu quando numa experiência a
luz do Sol atravessou um prisma de vidro em sua trajetória.
8
Telecomunicações I
Atualmente chama-se espectro eletromagnético ao conjunto de faixas de frequências utilizadas nas
Telecomunicações.
Faixa
Nomenclatura
Frequência
ELF
Extremely Low Frequency
3Hz to 30Hz
SLF
Super Low Frequency
30Hz to 300Hz
ULF
Ultra Low Frequency
300Hz to 3000Hz
VLF
Very Low Frequency
3kHz to 30kHz
LF
Low Frequency
30kHz to 300kHz
MF
Medium Frequency
300kHz to 3000kHz
HF
High Frequency
3MHz to 30MHz
VHF
Very High Frequency
30MHz to 300MHz
UHF
Ultra High Frequency
300MHz to 3000MHz
SHF
Super High Frequency
3GHz to 30GHz
EHF
Extremely High Frequency
30GHz to 300GHz
Banda de microondas
Frequência
L
1-2 GHz
S
2-4 GHz
C
4-8 GHz
X
8-12 GHz
Ku
12-18 GHz
K
18-27 GHz
Ka
27-40 GHz
3 - PROPAGAÇÃO DAS ONDAS ELETROMAGNÉTICAS
É importante tomarmos consciência de como estamos imersos em ondas eletromagnéticas. Iniciando
pelo Sol, a maior e mais importante fonte para os seres terrestres, cuja vida depende do calor e da
luz recebidos através de ondas eletromagnéticas.
Além de outras, recebemos também: a radiação eletromagnética emitida, por átomos de hidrogênio
neutro que povoam o espaço interestelar da nossa galáxia; as emissões na faixa de radiofreqüências
dos "quasares" (objetos ópticos que se encontram a enormes distâncias de nós, muito além de nossa
galáxia, e que produzem enorme quantidade de energia); pulsos intensos de radiação dos "pulsares"
(estrelas pequenas cuja densidade média é em torno de 10 trilhões de vezes a densidade média do
Sol).
9
Telecomunicações I
Há ainda as fontes terrestres de radiação eletromagnética: as estações de rádio e de TV, o sistema
de telecomunicações à base de microondas, lâmpadas artificiais, corpos aquecidos e muitas outras.
4 - A GERAÇÃO DE ONDAS ELETROMAGNÉTICAS
Imagine uma antena de uma estação de rádio:
10
Telecomunicações I
Na extremidade da antena existe um fio ligado pelo seu centro a uma fonte alternada (que inverte o
sentido a intervalos de tempo determinados). Num certo instante, teremos a corrente num sentido e,
depois de alguns instantes, a corrente no outro sentido.
A velocidade de propagação de uma onda eletromagnética depende do meio em que ela se propaga
no vácuo, a onda eletromagnética propaga-se à velocidade da luz:
Podemos resumir as características das ondas eletromagnéticas no seguinte:
São formadas por campos elétricos e campos magnéticos variáveis.
O campo elétrico é perpendicular ao campo magnético.
São ondas transversais (os campos são perpendiculares à direção de propagação).
Propagam-se no vácuo com a velocidade "c".
Podem propagar-se num meio material com velocidade menor que a obtida no vácuo.
Com isto, o campo elétrico ao redor do fio em um certo instante estará apontando num sentido e,
depois, no sentido contrário.
Esse campo elétrico variável (E) irá gerar um campo magnético (B) , que será também variável. Por
sua vez, esse campo magnético irá gerar um campo elétrico. E assim por diante .... Cada campo varia
e gera outro campo que, por ser variável, gera outro campo: e está criada a perturbação
eletromagnética que se propaga através do espaço, constituída pelos dois campos em recíprocas
induções.
Note que o campo elétrico é perpendicular à direção de propagação e o campo magnético também, o
que comprova que a onda eletromagnética é uma onda transversal.
11
Telecomunicações I
Além disso, o campo elétrico é perpendicular ao campo magnético, o que podemos verificar
facilmente: quando um fio é percorrido por cargas em movimento, o campo elétrico num ponto
próximo ao fio pertence ao plano do fio, enquanto o campo magnético está saindo ou entrando neste
plano.
5 - PROPAGAÇÃO DAS ONDAS DE RÁDIO
As "Ondas de rádio" é a denominação dada às ondas desde freqüências muito pequenas, até 10
, acima da qual estão os raios infravermelhos.
12
Hz
ONDA TERRESTRE OU SUPERFICIAL
As ondas de rádio com frequências até a faixa de MF propagam-se em contato com a superfície
terrestre. Por isso, se alcance é afetado pelo tipo de solo, pelas condições ambientais, pelo relevo e
pela vegetação.
CELESTE OU IONOSFÉRICA
4
7
As ondas de rádio, na faixa de HF, de 10 Hz a 10 Hz , têm comprimento de onda grande, o que
permite que elas sejam refletidas pelas camadas ionizadas da atmosfera superior (ionosfera).
Estas ondas, além disso, têm a capacidade de contornar obstáculos como árvores, edifícios, de modo
que é relativamente fácil captá-las num aparelho rádio-receptor.
12
Telecomunicações I
ONDA EM VISADA DIRETA
7
As ondas eletromagnéticas com frequências superiores a 3x10 Hz (50 MHz) propagam-se em linha
reta, por isso, as antenas dos sistemas de comunicação que operam acima daquela frequência
devem estar contidas em uma mesma linha de visada(uma deve ver a outra). As faixas que operam
em visada direta são:
VHF : very high frequency (54 MHz à 216 MHZ è canal 2 à 13)
UHF : ultra-high frequency (470 MHz à 890 MHz è canal 14 à 83)
SHF : super-high frequency
EHF : extremely high frequency
As ondas dessas faixas não são refletidas pela ionosfera, de modo que para estas ondas serem
captadas a distâncias superiores a 50 km é necessário o uso de estações repetidoras.
Microondas
Genericamente, as ondas das faixas de SHF E de EHF são chamadas de microondas.
As microondas são muito utilizadas em telecomunicações. As ligações de telefone e programas de
TV recebidos "via satélite" de outros países são feitas com o emprego de microondas.
13
Telecomunicações I
As microondas também podem ser utilizadas para funcionamento de um radar. Uma fonte emite uma
radiação que atinge um objeto e volta para o ponto onde a onda foi emitida. De acordo com a direção
em que a radiação volta pode ser descoberta a localização do objeto que refletiu a onda.
6 – LINHA DE TRANSMISSÃO
LINHAS DE TRANSMISSÃO são dispositivos utilizados para transportar a energia elétrica ou a onda
eletromagnética do gerador até a carga.
IMPEDÂNCIA DE ENTRADA é a razão da voltagem e a corrente na extremidade de entrada de uma
linha de transmissão.
IMPEDÂNCIA DE SAÍDA é a razão da voltagem para a corrente na extremidade de saída da linha de
transmissão.
LINHAS ABERTAS DE DOIS FIOS são linhas paralelas e têm usos como linhas de força, linhas de
telefones rurais e linhas de telégrafo. Esse tipo de linha tem altas perdas de energia e está sujeita a
captação de ruídos.
TERMINAIS GÊMEOS têm linhas paralelas e são mais utilizados para conectar televisores às suas
antenas.
14
Telecomunicações I
Um PAR TRANÇADO consiste de dois fios isolados, trançados entre si. Essa linha tem alta perda de
isolação.
Um PAR BLINDADO tem condutores paralelos separados por um dielétrico sólido e cercado por um
tubo de cobre trançado. Os condutores são isolados em relação à terra.
CABO COAXIAL RÍGIDO contém condutores concêntricos isolados entre si por espaçadores.
Algumas linhas coaxiais rígidas são pressurizadas com um gás inerte para evitar a penetração de
umidade. Perdas de alta-freqüência são menores do que em outros tipos de linhas.
CABO COAXIAL FLEXÍVEL consiste de um condutor interno flexível e um condutor externo
concêntrico, de malha metálica. Os dois são separados por um material isolante contínuo.
GUIA DE ONDAS são tubos de metal, ocos, usados para transferir energia de um ponto para outro.
A energia viaja mais lentamente em um condutor de ondas do que no espaço aberto.
15
Telecomunicações I
PARÂMETROS DISTRIBUÍDOS são os efeitos reativos e resistivos provocados na linha, em função
da passagem da corrente de alta frequência pela linha de transmissão.
Um CAMPO ELETROMAGNÉTICO é formado ao longo da linha de transmissão quando a corrente
flui através da linha.
IMPEDÂNCIA CARACTERÍSTICA (Z0) é a razão da tensão e a corrente em qualquer ponto ao longo
da linha. Para a máxima transferência de potência elétrica, a impedância característica e a
impedância de carga devem ser iguais.
Uma linha de transmissão que não é terminada em sua impedância característica é chamada de
LINHA FINITA.
COMPORTAMENTO DA LINHA DE TRANSMISSÃO DA LINHA, EM FUNÇÃO DA CARGA.
Quando uma tensão continua é aplicada a uma linha com ABERTA (ZL =∞), a tensão é refletida, sem
qualquer mudança em polaridade, amplitude ou forma. A corrente também é refletida, com a mesma
amplitude e forma, mas com a polaridade oposta.
16
Telecomunicações I
Quando uma tensão continua é aplicada para uma linha em CURTO-CIRCUITO (ZL =0), a corrente é
refletida de volta com a mesma amplitude e polaridade. A tensão é refletida com a mesma amplitude,
mas com a polaridade invertida.
Quando uma corrente alternada é aplicada a uma linha com ABERTA, a tensão é sempre refletida
em fase com a onda incidente e a corrente é refletida fora de fase.
Quando a corrente alternada é aplicada em uma linha em CURTO-CIRCUITO, a tensão é refletida
em fase oposta, enquanto a corrente é refletida em fase.
Uma linha NÃO-RESSONANTE não tem ONDAS ESTACIONÁRIAS de corrente e de tensão, por
isso, pode ser considerada de comprimento infinito. Esse tipo de linha é terminada por uma
impedância igual a sua impedância característica (ZL = ZO).
Uma linha RESSONANTE tem ONDAS ESTACIONÁRIAS de corrente e tensão. Seu comprimento é
finito e é terminada por uma impedância diferente da impedância característica da linha.
Em uma linha ressonante de aberta, e em todos os pontos de
máxima, a corrente é nula e a impedância é máxima.
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Telecomunicações I
Para cada tipo de TERMINAÇÃO para linhas de RF ocorre um efeito nas ondas estacionárias na
linha.
Uma linha de transmissão pode ser terminada em sua impedância característica, como uma linha
aberta, ou em curto-circuito, ou em capacitância ou em indutância.
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Telecomunicações I
Sempre que a terminação em uma linha de transmissão NÃO for igual a Z 0, haverá reflexões na linha.
A quantidade de voltagem refletida pode ser encontrada pelo uso da equação:
Quando a terminação em uma linha de transmissão for IGUAL a Z0, NÃO há voltagem refletida.
A medição das ondas estacionárias em uma linha de transmissão fornece informações sobre as
condições operacionais. Se NÃO HÁ ondas estacionárias, a terminação para aquela linha está
correta e acontecerá a maior transferência de potência.
A RAZÃO DE ONDA ESTACIONÁRIA é a medição da máxima voltagem (corrente) para a mínima
voltagem (corrente) em uma linha de transmissão, e mede a perfeição da terminação da linha. Uma
razão de 1:1 descreve uma linha terminada em sua impedância característica.
SWR = ZL /Zo
7 – ANTENAS
Antenas são dispositivos passivos que transmitem ou recebem radiações eletromagnéticas. As
formulações matemáticas de alguns parâmetros podem ser bastante complexas e, nesses casos, são
dados apenas os resultados, evitando-se considerações mais profundas.
É um tipo básico de antena, formado por dois condutores retilíneos, cada um de comprimento igual
1/4 do comprimento de onda da radiação a ser transmitida ou recebida (Figura A).
Desde que a velocidade de propagação nos meios condutores é menor, na prática os comprimentos
das antenas são cerca de 95% dos calculados pela fórmula anterior.
A figura B dá uma idéia da variação e tensão e corrente (em valores absolutos) ao longo do dipolo.
No centro a corrente é máxima e a tensão é mínima. Isso permite deduzir que o dipolo é equivalente
a um circuito ressonante RLC série (Figura C).
Na ressonância, as reatâncias indutiva e capacitiva se anulam e, portanto, a impedância é puramente
resistiva. Para dipolos de meia onda, a impedância na freqüência de ressonância é aproximadamente
72 ohms (lembrar que impedância não significa necessariamente um resistor físico. Afinal os
elementos são eletricamente separados. É uma característica que pode ser calculada).
ANTENA ISOTROPICA
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Telecomunicações I
Uma antena isotrópica pode ser considerada um elemento puntiforme, cuja potência irradiada (ou
recebida) é a mesma em todas as direções (Pi da Figura 01 deste tópico).
Na prática ela não existe. É apenas um modelo matemático para comparação com antenas reais.
Pode ser simulada de forma aproximada por uma combinação de dipolos de meia onda.
As antenas reais não são isotrópicas, isto é, a potência irradiada (ou recebida) varia de acordo com a
orientação (é claro que se considera o aspecto tridimensional, isto é, no espaço. Algumas antenas
práticas irradiam de forma aproximadamente uniforme em um determinado plano).
GANHO DE UMA ANTENA
O conceito de ganho de uma antena deve ser entendido de forma diferente do de um amplificador.
Antenas são elementos passivos, não amplificam sinais. O ganho de uma antena expressa a relação
com uma antena de referência. Seja o exemplo a seguir.
A Figura acima dá a curva aproximada da potência irradiada por um dipolo de meia onda. Um vetor
traçado do centro do dipolo até um ponto qualquer da curva representa a potência irradiada na
direção do vetor. Assim, a potência máxima irradiada é dada pelo vetor P (ou o oposto de 180°, na
outra parte da curva).
Considera-se agora uma antena isotrópica, na mesma posição do dipolo e alimentada com a mesma
potência da linha de transmissão. Ela irradia uma potência máxima Pi, que é a mesma para todas as
direções. Então, o ganho do dipolo de meia onda tendo como referência a antena isotrópica é dado
pela relação ente essas potências, expressa em decibéis:
dBi = 10 log (P / Pi).
É usado o símbolo dBi para o ganho, significando que é um valor em decibel em relação à referência
de uma antena isotrópica. Uma antena isotrópica tem, portanto, ganho igual a 0 dBi.
Um dipolo de meia onda apresenta um ganho de 2,14 dBi. Alguns fabricantes de antenas indicam o
ganho tendo como referência o dipolo de meia onda. Assim, para efeito de comparação, é importante
saber a referência, pois há uma diferença de 2,14 dB entre as duas.
20
Telecomunicações I
POLARIDADE DA RADIAÇÃO
O ângulo que a antena faz com o plano horizontal determina a orientação dos campos elétrico e
magnéticos irradiados, os quais são perpendiculares entre si.
É um arranjo bastante utilizado em comunicação móvel, pois oferece um padrão onidirecional no
plano horizontal.
ANTENA DE QUARTO DE ONDA (/4)
O elemento excitador é um condutor vertical retilíneo de comprimento igual a 1/4 do comprimento de
onda do sinal, que é conectado ao condutor central do cabo coaxial.
Os elementos auxiliares (4 ou mais) fazem um plano de terra horizontal e as ondas refletidas
interagem com a incidente, resultando em uma distribuição uniforme no plano horizontal. A
impedância característica está na faixa de 36 ohms.
Em algumas situações práticas, as hastes que formam o plano terra podem ser dispensadas quando
um já existe, como o teto de um automóvel.
Se o comprimento do elemento excitador da antena não é múltiplo de 1/4 do comprimento de onda do
sinal, ela não será ressonante, ou seja, não terá o melhor desempenho.
DIPOLO DOBRADO
Conforme figura, pode ser considerado como dois dipolos de meia onda em paralelo.
21
Telecomunicações I
2
Nessa situação, a impedância é multiplicada por 2 (4). Portanto, a impedância é
Z = 4 x 72 = 288 ohms.
Esse valor calculado é bastante próximo da impedância dos fios paralelos de 300 ohms e, por isso, o
arranjo é bastante usado em sinais de VHF, como TV. Se fossem três dipolos, a impedância seria
3
multiplicada por 2 (8).
ANTENA UDA – YAGI
O nome foi dado em homenagem ao seu inventor, professor Hidetsugu Yagi que, junto com seu
assistente Shintaro Uta, desenvolveu por volta de 1924 uma antena sensível e bastante direcional. É
formada por um dipolo de meia onda como elemento excitador, um refletor e um ou mais diretores,
conforme a figura abaixo.
Na transmissão, a interação eletromagnética entre os elementos produz múltiplas irradiações do
sinal, na direção dos diretores, com significativo ganho do total irradiado. Na recepção, a malha
formada pelos diretores e refletor reforça o sinal.
Devido à simetria e igualdade de impedâncias, não há corrente entre elementos e um suporte
condutor pode ser usado. Apenas o dipolo deve ser isolado.
A impedância é baixa, em geral menor que 50 ohms. Para aumentá-la, muitas vezes é usado um
dipolo fechado conforme tópico anterior. Dependendo do número de diretores, o ganho pode ser alto.
Valores típicos vão de 7 a 15 dB.
Conforme já mencionado, é bastante direcional. Na Figura 02, uma curva aproximada da potência de
irradiação.
Apresenta uma largura de banda estreita, o que pode ser vantajoso para algumas aplicações e
limitante para outras.
Embora possa ser usada para transmissão, não é adequada para altas potências devido ao efeito
corona entre os elementos.
22
Telecomunicações I
ANTENA LOG PERIÓDICA
Não cabem aqui considerações matemáticas mais profundas. Apenas para esclarecimento, o nome é
devido à variação periódica de alguns parâmetros com o logaritmo da freqüência.
A figura dá a disposição de um conjunto com 5 elementos.
São dipolos de comprimentos diferentes e com espaçamentos diferentes, interligados de forma
alternada e com um loop no final.
O arranjo confere uma vantagem importante: a ampla faixa de freqüências em que pode operar.
Se, por exemplo, o receptor sintoniza um sinal de freqüência igual ou próxima à de ressonância do
segundo dipolo (da esquerda para a direita), o primeiro atua como refletor e os outros como diretores.
E de forma análoga para os demais dipolos. Pode-se assim dizer que o elemento excitador varia de
acordo com a freqüência do sinal.
Na prática, antenas Log-Periódicas podem ser construídas para operar em faixas de freqüências da
ordem de 2:1 ou mesmo superiores. Ganhos da ordem de 6,5 a 10,5 dBi são comuns.
Devido à elevada largura de banda, esse tipo é amplamente empregado na recepção de sinais de
televisão aberta, evitando o uso de múltiplas antenas, conforme ocorrido até certa época.
ANTENA PARABÓLICA
Quando as freqüências chegam à faixa de microondas, isto é, com valores contados em gigahertz, o
comportamento das antenas sofre influência de alguns fenômenos.
As indutâncias e capacitâncias próprias dos condutores tornam-se significativas e, de forma
simplificada, pode-se dizer que os sinais tendem mais a se refletirem nos condutores do que serem
conduzidos pelos mesmos.
A figura acima dá exemplo de uma antena tipo corneta para microondas.
É um tipo de guia de ondas de formato cônico, fechado em uma extremidade. Os sinais captados
pela corneta são levados ao circuito por um pino condutor conforme ilustrado na figura. Desde que as
dimensões da corneta têm relação com o comprimento de onda, elas são pequenas e o ganho não é
dos maiores.
23
Telecomunicações I
Para contornar isso, usa-se um refletor parabólico, conforme arranjo da figura acima. A parábola é
uma curva matemática que tem uma propriedade especial: todos os raios incidentes paralelos ao eixo
são refletidos para o mesmo ponto, denominado foco da parábola. Portanto, uma corneta situada no
foco recebe uma intensidade significativa de sinal, tanto maior quanto maiores as dimensões do
refletor.
O conjunto permite formar antenas com os maiores ganhos. Valores como 60 dB ou maiores são
possíveis. Isso é fundamental para a recepção de sinais de satélites, uma vez que as limitações do
artefato impedem a transmissão com potências altas.
8 – MODULAÇÃO
Modulação : variação de um dos parâmetros de uma onda senoidal de alta frequência(portadora),
de maneira linearmente proporcional ao valor instantâneo do sinal da informação que se quer
transmitir(modulante).
Portadora – É
modulação.
a onda de alta frequência
que transporta a informação após um processo de
Sinal modulante – É o sinal elétrico da informação a ser transmitida.
Aonda senoidal tem três parâmetros : Amplitude, Freqüência e Fase, existem três formas básicas
de modulação : Modulação em Amplitude (AM), Modulação em Freqüência( FM) e Modulação em
fase (PM).
AM Modulação em amplitude.
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Telecomunicações I
Conclusão : uma onda AM difere da portadora pura pelo fato de conter além da portadora duas raias
laterais de mesmo nível = mVp/2, e com frequências simétricas em relação a frequência da portadora
fp, tendo a raia lateral superior freqüência de fp+fm e a raia lateral inferior fp-fm.
A figura seguinte mostra a forma de onda e o espectro para diversas taxas e freqüências de
modulação. A curva em vermelho é uma curva imaginária chamada envoltória, que representa o
valor de pico atingido pela onda AM em função do tempo e cuja forma é exatamente a do sinal
modulante.
Todo o raciocínio acima foi feito usando como sinal modulante é uma senóide, que espectralmente
é uma raia e por isso cria duas raias laterais, imagens dela. Na pratica, o sinal modulante é quase
sempre um sinal complexo, como voz, por exemplo.
Todo sinal complexo é composto de uma serie de senóides ou seja, uma serie de raias que ocupam
uma banda, basta aplicar o mesmo raciocínio para cada uma das raias individualmente. O sinal
resultante AM será o somatório das partes, ou seja, o espectro do sinal AM é a imagem duplicada do
espectro do sinal modulante, com duas bandas idênticas e simétricas em relação a portadora.
A banda lateral superior (USB Upper Side Band) é a imagem exata do espectro do sinal modulante,
enquanto que a banda lateral inferior (LSB Lower Side Band) é a imagem invertida do mesmo sinal,
pois é o resultado de uma subtração entre a freqüência da portadora e as freqüências do sinal
modulante.
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Telecomunicações I
AM-SSB-SC ou SSB – Amplitude Modulada com banda lateral Única (Single Side Band)
Como a informação contida nas duas bandas é exatamente a mesma, basta transmitir apenas uma
delas, por meio de um filtro (ou outros meios), resultando numa transmissão chamada AM-SSB
(Amplitude Modulation Single Side Band).
Como a portadora não contém nenhuma informação, também pode ser eliminada (com uso de
modulador de produto ou modulador balanceado), resultando em economia de potência no
transmissor, e numa transmissão chamada AM-SSB-SC (Single Side Band-Suppressed Carrier), ou
simplesmente SSB, podendo a banda ser a USB ou a LSB. É evidente que neste caso a portadora
deverá ser reconstituída no receptor e na posição (frequência) exata para poder fazer a transposição
espectral inversa, ou seja, demodular o sinal, recolocando-o na posição original no espectro.
Por isso, o receptor SSB é mais complexo que um receptor AM que não precisa reconstituir a
portadora, pois ela é transmitida junto com as bandas laterais.
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Telecomunicações I
A modulação AM portanto permite fazer uma transposição espectral da informação, mudando o
seu espectro de baixas freqüências para freqüências maiores, em torno da freqüência da portadora. A
demodulação consiste em fazer a transposição inversa, recolocando a informação na posição original
no espectro:
AM – VSB – Amplitude Modulada com Banda Lateral em Vestígio (Vestigial Side Band)
Este sistema de modulação é utilizado para modular o vídeo nos sistemas de televisão analógicos.
MODULAÇÃO EM FREQUÊCIA (FM)
É impossível modular uma onda em freqüência (FM) sem provocar variações na sua fase, assim
como não é possível modular uma onda em fase (PM) sem causar variações na sua freqüência,
porque a freqüência é proporcional a derivada da fase.
Por isso, FM e PM são chamadas modulações angulares. Muita gente confunde FM com PM, que
apesar de certas semelhanças, são dois tipos de modulação bem diferentes.
Na onda modulada em freqüência (FM), a frequência instantânea da portadora é linearmente
proporcional ao valor instantâneo do sinal modulante. Portanto, uma onda FM sofre diretamente
desvios de freqüência.
Na onda modulada em fase (PM), a fase instantânea da portadora é linearmente proporcional ao
valor instantâneo do sinal modulante. Portanto, a onda PM sofre diretamente desvios de fase.
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Telecomunicações I
Tanto em FM como em PM, a amplitude Vp da onda modulada é CONSTANTE.
A figura seguinte mostra a relação entre portadora pura, sinal modulante e a onda FM:
Observamos que quando o valor instantâneo do sinal modulante é máximo positivo, a freqüência da
onda FM também é máxima. Quando o valor instantâneo do sinal modulante é máximo negativo, a
freqüência da onda FM é mínima. A diferença entre a maior e menor freqüência da onda é o valor
pico a pico do desvio de freqüência, e é igual ao dobro do desvio de pico.
A derivada do sinal modulante é máxima positiva na passagem por zero, indo de negativo para
positivo, e é nesse instante que a freqüência da onda PM também é máxima. Quando o sinal
modulante passa por zero, indo de para -, a sua derivada é máxima negativa e a onda PM tem
freqüência mínima. Nos instantes de passagem por zero do sinal modulante, o desvio de fase
também é zero. O desvio de fase dF é máximo positivo quando o sinal modulante tem valor
instantâneo máximo positivo. O desvio de fase dF é máximo negativo quando o sinal modulante tem
valor instantâneo máximo negativo. O desvio de fase não pode ser visto facilmente na forma de onda,
pois corresponde ao angulo que o vetor da onda modulada se adianta ou atrasa em relação ao vetor
da portadora pura.
LARGURA DE FAIXA DO SINAL FM.
Teoricamente, uma onda FM ou PM é composta de uma infinidade de ondas senoidais de
freqüências fixas (raias), simétricas em relação a freqüência da portadora fp, eqüidistantes,
separadas pelo valor de fm, a freqüência do sinal modulante.
Na pratica, felizmente, as raias acima de uma certa ordem podem ser desprezadas por serem muito
pequenas. Desprezando as raias com menos de 10% de amplitude (em tensão, o que equivale a 1%
em potência) em relação a portadora pura, a banda ocupada em FM ou PM é dada pela formula de
Carson :
BW = 2 (f + fm max ) = 2 ( n + 1 ) fm max
onde f é o desvio de freqüência de pico da onda FM, fm max é a máxima frequência do sinal
modulante, e n o índice de modulação.
Um parâmetro importante em FM ou PM é o índice de modulação n, definido a seguir:
n = f / fm
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Telecomunicações I
Porque n define o nível das raias ou sinais senoidais que compõem a onda FM ou PM.
As funções de Bessel permitem obter o valor de cada raia em função de índice de modulação n. A
figura seguinte mostra o valor da portadora (raia J0) e das quatro primeiras raias laterais (J1 a J4) :
A figura seguinte mostra o espectro de uma onda FM ou PM e o respectivo desvio de freqüência pico
a pico = 2f da onda FM ou PM, para diversos valores do índice de modulação n, que é igual ao
desvio de fase (em radianos) :
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Telecomunicações I
Na figura acima, para n = 2, por exemplo, podemos ver 10 raias laterais (5 de cada lado da
portadora). Porém, o nível da quarta e quinta raia é menor que 0,1 (10%) (ver gráfico das funções de
Bessel), portanto desprezíveis. Consequentemente e apesar do desvio de freqüência ser de 4fm pico
a pico, a banda ocupada é de 6fm, confirmando a lei de Carson.
Observa-se também que a raia com freqüência da portadora tem nível menor que a portadora pura,
podendo até se anular, por exemplo, para n = 2,4 e 5,5, pontos chamados de Bessel-zero.
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Telecomunicações I
9 – RECEPTORES
Receptor de AM (diagrama de Blocos)
Receptor Super-heteródino
Diagrama de blocos:
Visão geral
Os circuitos sintonizados do receptor funcionam em uma frequência fixa e pré-determinada, chamada
de F.I (frequência intermediária) para evitar a alteração da banda passante com a variação de
frequência. Isso é possível pois há uma etapa de R.F. (Rádio Frequência), um filtro que seleciona a
frequência desejada e é variada junto a outra frequência originária do oscilador local (um gerador de
rádio frequência localizado no interior do receptor), é possível modificar as duas frequências
simultaneamente através de um capacitor variável de dupla seção. O misturador efetua o produto das
duas tensões recebidas, entre o sinal da emissora e o do oscilador local, tem-se:
fol = frf + F.I.
fol – f0 tem de ser um valor constante para qualquer que seja a frequência do sinal obtido em R.F. e
quem faz essa função é o oscilador local, onde o valor da frequência padronizada para AM-DSB é de
455 KHz. Os amplificadores de F.I. desprezam fol + f0 mas amplificam o sinal fol - f0 para tornar o
seu nível adequado para o detetor. O próximo passo é a passagem por um amplificador de áudio
qualquer chegando assim ao seu destino, o alto-falante.
Blocos
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
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Etapa deRF
Misturador
Oscilador Local
1º e 2º Amplificador de F.I.
Detetor
C.A.G. (Controle Automático de Ganho)
Amplificador de Áudio
Etapa de RF
Composta por um circuito LC ajustada através do capacitor variável e o indutor exerce a função de
acoplamento à antena ou em muitos casos como a própria antena. Somente recebe o sinal pela
antena.
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Telecomunicações I
Misturador
Basicamente o sistema é composto por um transistor que na base se conecta ao sinal RF escolhido e
no emissor recebe o sinal do oscilador local. Gera então no coletor a diferença dos sinais, pois
trabalha com o coletor sintonizado na F.I. (455KHz).
Oscilador local
Ele aproveita a corrente de coletor do transistor do misturador para realimentá-la por um circuito
sintonizado ao emissor do mesmo transistor, assim obtendo a realimentação positiva levando-o a
oscilar.Existem também outros métodos de se montar um oscilador local.
Etapa de F.I.
Constituída por 2 Amplificadores transistorizados, com os coletores sintonizados em 455 KHz por
circuitos LC e uma banda passante de 10 KHz. Suas funções básicas são de aumentar a seletividade
do receptor, proporcionar um alto ganho no sinal de saída do misturador e a possibilidade de controle
do ganho total dado pelo amplificador de F.I.
Detetor
Um simples detetor de envoltória, normalmente um diodo deRF e um circuito RC filtrando a portadora
e fornecendo a tensão de saída com polaridade compatível para atenuação do C.A.G. Pode ser
configurado com 2 células RC ou por uma única célula, possibilitando uma filtragem passa-baixas do
sinal retificado pelo diodo.
Controle automático de ganho
Um simples filtro passa-baixas que tem por objetivo recuperar o valor médio do sinal resultante da
demodulação aplicando à base do 1º transistor de F.I.. O objetivo do C.A.G. é solucionar o problema
do inconveniente causado pela não uniformidade das potências colocadas no ar pelas emissoras e
também pelo espaço entre elas e o receptor.
Amplificador de áudio
Composta por um circuito amplificador de áudio qualquer. Apenas para melhor audição do som.
Objeções do receptor AM-DSB
O Receptor AM-DSB tem comportamentos que fogem a sua regra e têm de ser analisados. São eles:
 Frequência Imagem
 Erro de Rastreio
 Frequência Imagem
O misturador filtra apenas a diferença entre os dois sinais obtidos que chegam até ele sendo que o
resultado tem de ser 455 KHz. Nem sempre isso ocorre. Se o filtro de entrada não atenuar o
suficiente as estações próximas aquela sintonizada podem causar interferência, provocando uma
sintonia simultânea de duas emissoras.
Erro de Rastreio
Há uma dificuldade de manter a relação: fol = fr + F.I. constante durante toda a faixa de recepção.
Isto ocorre pois o filtro de RF e o osc. local obedecem a equação: 1/√LC , assim isso pode não
ocorrer pois temos o inverso de uma raiz tentando manter constante uma soma. O Erro de rastreio é
calculado com a seguinte fórmula:
ε = fr – fol + F.I.
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Telecomunicações I
Conclusão
As funções dos blocos são:
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
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Etapa de RF.: Seleciona a emissora.
Oscilador local: Gera fol sendo igual f0 + 455 KHz.
Misturador: Multiplicador gerando fol - f0 e fol + f0.
Amplificador de F.I.: Efeito amplificador e F.P.F. (em fol – f0).
Controle automático de ganho: Manter constante o sinal na entrada do amplificador de áudio.
Se o filtro de RF for muito seletivo e conseguir rejeitar a frequência imagem qualquer erro de rastreio
provocara uma alta atenuação no sinal recebido e se o filtro for pouco seletivo evita-se o problema
com o rastreio, mas havendo o risco do efeito frequência imagem.
Receptor de FM (Diagrama de Blocos)
OBS: Os Blocos comuns ao receptor de AM executam a mesma função.
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A faixa de radiodifusão FM comercial é de 88 a 108 MHz.
A frequência intermediária (FI) do receptor de FM é de 10,7 MHz, por isso, o oscilador local
oscila em uma frequência de 10,7 MHz acima da frequência de sintonia
O limitador elimina o ruído que incorporou-se ao sinal transmitido durante a sua propagação
entre o transmissor e o receptor.
O Discriminador é o demodulador do sinal modulado em frequência.
O AFT (Automatic Frequency Tuning) mantém a frequência do oscilador local constante para
evitar variações na intensidade do áudio no alto falante.