Por PY2BW – Egon Boehm – Boletim CWSP nº 159, Fevereiro de 2000.
No mês passado falamos do modo de propagação por onda de terra e hoje iremos abordar o segundo modo principal de propagação: a onda direta.
Onda direta
Como o próprio nome está dizendo, é uma onda que vai diretamente da antena transmissora para a antena receptora. A antena receptora deve pois “enxergar” a antena transmissora.
O uso mais comum das ondas diretas está nas altíssimas freqüências, isto é, de VHF para cima.
Como as dimensões das antenas são relativamente pequenas, comparadas com as antenas de HF, podemos construir, para as altíssimas freqüências, configurações de antenas com ganhos muito maiores, permitindo assim concentrar as ondas em feixes estreitos e direcionais. Em microondas por exemplo, ganhos de antena de 30 a 40 dB são comuns.
Para ganhos desse nível, a largura do feixe de ondas corresponde a um ângulo de abertura na antena de poucos minutos de grau. Quando utilizamos antenas de alto ganho é importante apontar as antenas corretamente. De outra maneira perdemos muito sinal ou mesmo não conseguiremos a comunicação.
E qual é a distância que podemos atingir?
Dissemos antes que a antena receptora deve “ver” a antena transmissora. Como a Terra é curva, então temos uma distância máxima para a linha de visada. Vocês se lembram do marinheiro que subia no mastro do navio para enxergar mais longe? Subindo no mastro ele na verdade compensava a curvatura da Terra.
O relevo também tem papel importante nesse modo de propagação. Se uma montanha, por exemplo, estiver no caminho da propagação, ela vai atenuar bastante os sinais ou em casos extremos, até impedir a comunicação.
O horizonte rádio é maior que o horizonte visual. Ele varia de região para região, varia com a latitude e com as estações do ano.
O horizonte rádio é maior no verão e nas regiões tropicais. É como ter um raio equivalente da Terra maior ou tornar a Terra mais plana. A esse fator chamamos de K. O fator K varia de 3R/2 nas regiões quentes para 6R/5 nas regiões mais frias, onde R é o raio da terra.
A escolha do local da estação é pois de fundamental importância nas comunicações por onda direta. Quanto mais alto estiver a antena, mais longe irão os sinais de rádio.
Fig 2 Horizonte visual e horizonte rádio
Nessas freqüências fala-se muito da atenuação em espaço livre. É a quantidade de sinal perdida no caminho da onda entre o transmissor e o receptor, considerando ambos instalados a grande altura, de maneira que a Terra não influa no caminho de propagação.
A fórmula de cálculo é:
AEL = [32,44 + 20log (freq/MHz) + 20log dist/km)] em dB.
Exemplo 1: Em 450 MHz a 50 km dá: 32,44 + 53 + 34 = 119,5 dB;
Exemplo 2: Reflexão lunar (Moon bounce), ou seja ida e volta a Lua !
450 MHz e 720.000 km dará: 32,44 + 53 + 117 = 202,5 dB;
Exemplo 3: Estamos em 145 MHz e vamos para 450 MHz, em quantos dB aumenta a perda de espaço livre? Calculando 20log (450/145) = 20log( 3,1) = 9,82dB !
Essa perda adicional terá forçosamente que sercompensada com antenas com maior ganho.
Para que serve essa conta de atenuação em espaço livre (AEL)?
Serve para conhecer o ganho de sistema necessário para obter uma relação de sinal/ruído aceitável. As exigências de S/R variam de serviço para serviço.
Na prática você deverá ter um ganho de sistema que compense a AEL e tenha uma reserva para a relação de sinal/ruído desejada.
Nas comunicações profissionais as exigências de confiabilidade e de qualidade de sinal são maiores que para as comunicações radioamadorísticas. Em trechos de microondas admite-se a ocorrência de QSB, isto é, variações de sinal de até 20 dB. O sistema deve ter então essa reserva de ganho dessa ordem.
Para nós radioamadores, uma relação de S/R de 15 a 20 dB está de bom tamanho.
O ganho de sistema deve ser aumentado em 10 dB para S/R de 20 dB:
GS = AEL + 10 dB.
E o que é ganho de sistema?
Ganho de sistema é o resultado da conta dos diversos fatores técnicos nas estações:
Ps = Potência de saída do transmissor. 0 dB = 1 mW então 1 W serão 30 dB e 50 W = 47 dB
Ga = Ganho das antenas em dBd.
Pc = Perda de sinal nos cabos coaxiais das antenas em dB. Depende do comprimento e freqüência.
Pr = Sensibilidade do receptor.
É o sinal que deve estar presente na entrada do receptor. Vamos supor seja de -132 dB para uma relação de 12 SINAD.
A que distância corresponde isto em espaço livre?
163 = 32,44 + 20log 145 + 20log d e temos pois 20logd=163–32,44–43,23=87,33dB
Calculando o anti-logarítmo, isso corresponde a uma distância de aproximadamente 22.000 km.
Fantástico! Quando as viagens espaciais forem rotina, poderemos experimentar e confirmar se esses cálculos estão corretos. Pena que na terra esse ganhos e portanto as distâncias diminuam muito em função das diversas atenuações adicionais que se fazem presente. Algumas vezes queremos confinar os sinais a áreas menores. Então colocamos as antenas mais baixo.
No projeto de sistemas de telefonia celular por exemplo, jogamos com os fatores de altura x área de cobertura versus proteção contra interferências. Como existe um número finito de canais de freqüência disponíveis, teremos que reutilizar as mesmas freqüências. Assim, propositadamente instalamos antenas não muito altas para o sinal não ir muito longe.
No próximo mês, onda refletida.
de PY2BW – Egon