Sistemas de Distribuição de Antenas Coletivas e CATV

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1 Sistemas de Distribuição de Antenas Coletivas e CATV O objetivo deste tutorial é apresentar os componentes utilizados em sistemas de distribuiçãode CATV (TV à cabo) e antenas coletivas, bem como projetar uma rede de distribuição. Edson Gusella Jr. Engenheiro Eletrônico pela Unicamp. Mestre em Engenharia Eletrônica pelo INPE. Atividades atuais: Gerente de Engenharia - Antenas Thevear Ltda. Desenvolvimento de produtos para CATV e Antena Coletiva, nas faixas de VHF e UHF, tais como tomadas, divisores, amplificadores de distribuição, boosters, moduladores, conversores e filtros. Professor de Engenharia na Universidade de Mogi das Cruzes (UMC). Cursos de Sistema de Comunicações (laboratório e teoria), Introdução às Telecomunicações, Medidas em Telecomunicação e Eletromagnetismo. Duração estimada: 15 minutos Publicado em: 15/03/

2 Sistemas de Distribuição: Antenas Coletivas e CATV A recepção de sinais TV em prédios de apartamentos é feita através de antenas coletivas colocadas no topo do edifício como representado na figura a seguir. Este sistema de distribuição pode ser também utilizado para distribuição de sinais de outros sistemas como CATV (TV a cabo) ou de um circuito interno de TV do prédio. O sinal de TV é distribuído aos apartamentos utilizando-se uma ou mais prumadas (linhas de descida de sinal), da qual se extrai uma fração do sinal para fornecer ao usuário. Apresenta-se a seguir os componentes principais deste sistema. Antenas As antenas normalmente utilizadas em sistemas de antena coletiva são monocanais ou multibandas. As antenas monocanais de VHF são projetadas para recepção de um único canal de TV. Assim para se receber um conjunto de 7 canais de VHF é necessário 7 antenas, uma para cada canal. Isso é feito para otimizar a recepção de cada canal. Já as antenas multibandas recebem todos os canais transmitidos numa mesma direção, não sendo possível ajustar um canal de forma independente dos demais. 2

3 Misturadores São utilizados para misturar e equalizar sinais de TV provenientes de diversas antenas ou de outros sistemas como CATV (TV a cabo) ou de um circuito interno de TV do prédio. Este equipamento possui várias entradas, cada qual com um filtro passa canal e um atenuador variável para ajustar o nível do sinal do canal na saída. Assim é possível obter um conjunto de canais, todos com o mesmo nível de sinal. Amplificadores de Potência Amplifica o sinal aplicado na sua entrada para que o nível na saída seja suficiente para compensar as perdas ocorridas no sistema de distribuição. Em sistemas de distribuição para antenas coletivas este sinal está nas faixas de VHF e UHF. Quando os sistemas de distribuição são utilizados para sistemas de CATV os amplificadores utilizados podem ser do tipo push-pull. Os amplificadores de CATV empregam um módulo amplificador híbrido e possuem ajustes de nível e de inclinação, que serve para compensar a característica seletiva das perdas em cabos coaxiais. Alguns destes possuem amplificadores para os canais de retorno de CATV, que ficam na faixa de 5 a 42MHz. Estes canais de retorno servem para transmitir a informação do usuário para a cabeceira do sistema. São empregados normalmente para transmissão de dados e utilizados em sistemas de Internet rápida. 3

4 Tomada Blindada (Tap) Utilizada na distribuição dos sinais nas prumadas. É composta de uma acoplador direcional que retira uma parcela do sinal que passa pela tomada. A figura mostra os principais parâmetros envolvidos. A característica que nomeia uma tomada é quanto de sinal ela acopla da linha principal. ALT: acoplamento, que é uma medida da atenuação da linha. AP: atenuação de passagem. AI: atenuação de isolação. A tabela a seguir apresenta características típicas de tomadas encontradas comercialmente.( Valores em db) ALT AP AI 6 db 2 db 22 db 9 db 1,3 db 24 db 12 db 1,0 db 27 db 16 db 0,6 db 30 db 20 db 0,5 db 35 db 24 db 0,5 db 39 db 27 db 0,5 db 42 db 30 db 0,5 db 45 db 4

5 Cabo Coaxial Para levar os sinais recebidos pelas antenas até os usuários, o meio de transmissão utilizado nas instalações de CATV e antena coletiva é o cabo coaxial de 75 Ohms. Não se deve empregar linhas de fita, que embora mais baratas, são linhas de transmissão abertas com impedância de 300 Ohms e não são compatíveis com os demais equipamentos. A atenuação que o cabo coaxial introduz no sinal que por ele passa é proporcional ao comprimento do cabo e à frequência do sinal. Isso quer dizer, por exemplo, que os canais de UHF sofrem maior atenuação que os canais de VHF. Daí a vantagem de se converter os canais de UHF para distribuí-los em VHF, onde as perdas são menores. A atenuação dos cabos coaxiais dependem basicamente de 2 parâmetros: o diâmetro do cabo e o material dielétrico que separa o condutor central, chamado de "vivo" ou "alma" do cabo, e o condutor externo, chamado de malha. Quanto maior o diâmetro, menor a atenuação e quanto menor a constante dielétrica do material, menor a atenuação. Os cabos de 75 Ohms para distribuição de sinais de TV com as menores atenuações no mercado hoje são os cabos do tipo "celular", como, por exemplo, o RGC-59, o RGC-06 e o RGC-11. A tabela a seguir apresenta as perdas típicas, em db/m, de alguns cabos coaxiais: 50MHz 210MHz 450MHz 600MHz RGC-59 0,064dB/m 0,131dB/m 0,194dB/m 0,220dB/m RGC-06 0,053dB/m 0,100dB/m 0,144dB/m 0,167dB/m RGC-11 0,027dB/m 0,056dB/m 0,085dB/m 0,100dB/m RG-59 B/U 0,081dB/m 0,177dB/m 0,271dB/m 0,318dB/m 5

6 Sistemas de Distribuição: Projeto Apresenta-se a seguir o projeto de um sistema de distribuição em um edifício em que o sinal é distribuído a partir da cabeceira do sistema, que fica no topo do prédio. O objetivo do projeto é garantir que o sinal seja entregue aos usuários dos vários andares com, aproximadamente, o mesmo nível de sinal. Este objetivo é alcançado pela escolha das tomadas a serem utilizadas em cada andar, como exemplificado a seguir. A unidade utilizada para caracterizar os sinais é o db. Utilize o calculador do Teleco para converter em relação de potência. Exemplo de dimensionamento: Considere o caso de dimensionamento de um sistema de distribuição de TV para um prédio com as seguintes características: Distância (d) entre tomadas: 3 m. Atenuação do cabo coaxial na frequência utilizada: 0,133 db/m. Níve de referência na saída para o sinal de TV: 0 db Apartamento 1 Para se determinar quais tomadas utilizar em uma distribuição, começa-se pela tomada no final da linha, ou seja, no apartamento 1, utilizando sempre que possível, a tomada de menor atenuação, que é a tomada de 6dB. Os níveis de sinal na tomada do apartamento 1 são portanto: VT(1)= 0 db e V E (1) = V T (1) + A LT (1) = = 6dB Apartamento 2 No apartamento 2 Vs será igual a VE(1) acrescida da atenuação no cabo coaxial. Atenuação no cabo = ac. d 1,2 = 0,133 db/m. 3 m = 0,399 db VS(2) = VE (1)+ atenuação no cabo = 6 + 0,399 = 6,399 db Para uma dada tomada: VE= VS+ Ap e VT= VE- ALT A escolha da atenuação da tomada é um processo interativo. A primeira tentativa é repetir a tomada do andar de baixo. A segunda tentativa é a tomada seguinte de maior atenuação. O sinal é máximo quando ele sai da cabeceira, e vai sendo atenuado à medida que ele é distribuído. 6

7 Portanto é de se esperar que as tomadas dos apartamentos próximos da cabeceira tenham uma atenuação da linha para a tomada maior que a de um usuário que esteja mais distante, onde o sinal já está atenuado. O objetivo é escolher a tomada com o VT mais próximo do nível de referência. Para tomadas de 6 e 9 db obtêm-se: ALT Ap VE VT 6 db 2 db 8,4 db 2,4 db 9 db 1,3 db 7,7 db -1,3 db A tomada de 9dB será escolhida por apresentar na saída para a TV um nível mais próximo do nível de referência que é 0dB. Apartamento j+1 De uma maneira geral, para determinar a atenuação da tomada do apartamento "j+ 1", quando já se chegou no apartamento "j", procede-se da seguinte forma: Calcula-se nível na saída da tomada "j+ 1", V s (j+1) = VE (j) + atenuação no cabo entre os andares; Calcula-se VE (j+1) e VT (j+1) para a tomada utilizada no apartamento j e para a tomada com o próximo nível de atenuação utilizando-se as fórmulas: VE= VS+ Ap e VT= VE- ALT; Escolhe-se a tomada que apresentar na saída para a TV um nível mais próximo do nível de referência que é 0dB no exemplo. 7

8 Sistemas de Distribuição: Outros componentes Apresenta-se a seguir outros componentes utilizados em sistemas de distribuição para antenas coletivas e CATV. Booster São amplificadores de ruído baixo, montados junto às antenas, para melhorar a relação sinal/ruído do sistema de recepção. Possui uma fonte separada que envia alimentação ao amplificador pelo próprio cabo de sinal. Existem vários modelos de boosters, para as faixas de VHF, de UHF ou para ambas as faixas, com diversas faixas de ganho. Conversores Atenuadores São empregados para converter a freqüência de um canal, normalmente na faixa de UHF, para um outro canal, normalmente em VHF. São utilizados para adequar os níveis de sinais às necessidades do sistema de distribuição de CATV ou antena coletiva. Podem ser de atenuação fixa ou variável. Moduladores Utilizado para modular uma portadora de RF através de sinais de áudio e vídeo provenientes de receptores, câmeras, videocassetes, etc. Os moduladores normalmente utilizados em sistemas de antena coletiva não filtram a banda lateral inferior do canal de TV. Portanto, eles não podem ser utilizados em sistemas que operam com canais adjacentes, tais como os sistemas de CATV. Para esta aplicação empregam-se moduladores com modulação do tipo AM VSB (vestigial sideband). 8

9 Divisores (Power Spliter) Utilizado na divisão e distribuição de um sinal para diversas saídas e também para combinar diversos sinais em uma única saída (quando utilizado ao contrário). 9

10 Sistemas de Distribuição: Considerações Finais Este tutorial apresentou os componentes principais utilizados em sistemas de distribuição de CATV (TV à cabo) e antenas coletivas e o seu dimensionamento. Um aspecto importante, que não foi citado até então, é a necessidade de instrumentos de medidas apropriados para verificação do funcionamento e ajustes em sistemas de CATV e antena coletiva. O instrumento mais acessível aos técnicos que trabalham com sistemas de antena coletiva é o Medidor de Intensidade de Campo, ou simplesmente Medidor de Campo. Outros equipamentos mais sofisticados como Analisadores de Espectro ou Analisadores de Redes também podem ser utilizados. O medidor de intensidade de campo é um voltímetro seletivo com um sintonizador interno que possibilita medir o nível de sinal de cada canal. As leituras do nível de sinal podem ser feitas em mostradores analógicos ou digitais e as unidades normalmente empregadas são o dbmv e o dbµv. Estas unidades indicam quantos dbs (decibéis) o sinal medido está acima ou abaixo (se o valor for negativo) de 1mV ou 1µV. A tabela abaixo mostra as correspondências entre as leituras. Nível dbmv dbµv 0,1mV mV mV mV mV mV mV V V Para que um sistema de antena coletiva funcione adequadamente, é necessário que o nível efetivo de sinal disponível para cada aparelho de TV esteja entre 1mV e 10mV. É a partir desta informação que se dimensiona os equipamentos usados na distribuição e se calcula o nível de sinal necessário na saída do amplificador de distribuição. 10

11 Referências Para obter maiores informações sobre os equipamentos utilizados em sistemas de CATV e antena coletiva, as fontes mais indicadas são os catálogos e sites de fabricantes de equipamentos:

12 Sistemas de Distribuição: Teste seu Entendimento 1) Numa instalação de antena coletiva num prédio residencial, a atenuação das tomadas, que é a atenuação do sinal fornecido ao ponto de TV: Diminue na medida em que o número do andar onde a tomada está localizada aumenta. Aumenta na medida em que o número do andar onde a tomada está localizada aumenta. Não tem relação com o número do andar onde a tomada está localizada. 2) O uso de cabo coaxial de má qualidade, ou seja, com alta atenuação, provoca quais problemas nas tomadas mais distântes da cabeceira: Alta atenuação nos canais de frequência mais elevada. Alta diferença entre os níveis de sinais entre os canais de maior e menor frequência. Todas as anteriores. Nenhuma das anteriores. 3) Para inserir o sinal de uma câmera de circuito fechado de TV (CFTV), que fornece saída de áudio e vídeo, numa antena coletiva, é necessário qual equipamento: Conversor. Amplificador. Modulador. 12