Equação de Friis Potências transmitida e recebida

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1 Equação de Friis Potências transmitida e recebida SEL 413 Telecomunicações Amílcar Careli César Departamento de Engenharia Elétrica e de Computação da EESC-USP

2 Atenção! Este material didático é planejado para servir de apoio às aulas de SEL-413: Telecomunicações, oferecida aos alunos regularmente matriculados no curso de engenharia aeronáutica. Não são permitidas a reprodução e/ou comercialização do material. solicitar autorização ao docente para qualquer tipo de uso distinto daquele para o qual foi planejado. 6/11/016 SEL413 Telecomunicações Amilcar Careli César USP EESC SEL

3 Enlace de rádio Transmissor Receptor ~ R P ; G ; A P ; G ; A t t et r r er P t : potência radiada pela antena, W 4p R : área da esfera, m A et : área efetiva da antena transmissora A er : área efetiva da antena receptora 6/11/016 SEL413 Telecomunicações Amilcar Careli César USP EESC SEL 3

4 Antena isotrópica Densidade de potência radiada Superfície da esfera, 4p R Fonte Isotrópica, P t S iso Pt W m 4R - Área efetiva Raio, R A m iso 4 λ: comprimento de onda 6/11/016 SEL413 Telecomunicações Amilcar Careli César USP EESC SEL 4

5 Área efetiva (seção reta de absorção) Potência recebida pela antena receptora P R P R P T 4R SA e A Eficiência da antena e W A e A η: indica o quanto uma antena converte a radiação eletromagnética incidente em sinal elétrico Parabólica: 45 a 75%; Outras antenas direcionais: 50 a 80% A e : área efetiva; A: área física 6/11/016 SEL413 Telecomunicações Amilcar Careli César USP EESC SEL 5

6 Potência transmitida e recebida por antena isotrópica-1 PT P A W R iso 4R A m iso 4 P P P P P R 4 4R 4R Atenuação no espaço-livre entre duas T T T T R 4 Lp antenas isotrópicas L p 4R (adimensional) 6/11/016 SEL413 Telecomunicações Amilcar Careli César USP EESC SEL 6

7 Potência transmitida e recebida por antena isotrópica- L p 4R P ; P T R Lp P ( dbm) P ( dbm) L ( db) R T p 6/11/016 SEL413 Telecomunicações Amilcar Careli César USP EESC SEL 7

8 Antena isotrópica: Relação entre densidades de potência Relação entre as densidades de potência em duas posições r B S S A B P P rad rad 4r 4r A rb r B A r A Exemplo: r A =00 m e r B =500 m Raio, r S S S S A B A B ,5 10 log 6,5 8 6,5 db 6/11/016 SEL413 Telecomunicações Amilcar Careli César USP EESC SEL 8

9 Fonte isotrópica- TX 100 W 150 MHz λ= m 1 m ~80 nw/m 1 m ~0 nw/m 10 km 0 km S 4 P t / R W m 6/11/016 SEL413 Telecomunicações Amilcar Careli César USP EESC SEL 9

10 Ganho Ganho de antena transmissora G T, densidade de potência na direção, densidade de potência da antena isotrópica Ganho de antena receptora G R, área efetiva na direção, área efetiva da antena isotrópica Ganho máximo de antena em qualquer direção G A 4 A e max A iso e 6/11/016 SEL413 Telecomunicações Amilcar Careli César USP EESC SEL 10

11 Diretividade e ganho Se a antena não apresenta perdas, a eficiência é 100% Se há perdas, a eficiência é menor que 100% e G kd adimensional k (ou η): fator de eficiência da antena A diretividade de uma antena em db é D D( db) 10 log 10 logd D i D i =1: diretividade da antena isotrópica X db acima da diretividade da antena isotrópica significa que é mais diretiva Não há direção preferencial na antena isotrópica, que radia igualmente em todas as direções 6/11/016 SEL413 Telecomunicações Amilcar Careli César USP EESC SEL 11

12 Diretividade de antena transmissora Transmissor Receptor ~ R A 4A D et A iso et adimensional A et : área efetiva da antena transmissora l: comprimento de onda, m 100% de eficiência 6/11/016 SEL413 Telecomunicações Amilcar Careli César USP EESC SEL 1

13 Densidade de potência radiada por antena qualquer Transmissor Receptor ~ R S G P t 4R t W/m P t : potência radiada, W G t : ganho de potência 4p R : área da esfera, m 6/11/016 SEL413 Telecomunicações Amilcar Careli César USP EESC SEL 13

14 antena isotrópica e max Ai so Resumo Pt S W m ; iso 4R antena diretiva S G ganho G t 4 - A m iso 4 Pt - W m 4R máximo em qualquer direção A A e 6/11/016 SEL413 Telecomunicações Amilcar Careli César USP EESC SEL 14

15 Potência recebida por antena qualquer Pt G A t er 4R A P et t P r A er Aiso 4R 1 Pt A A et er / 4 4R A A et er P P W r t R P ( dbm) P (dbm) A (db) A (db) r t et er 0 log R (db) 6/11/016 SEL413 Telecomunicações Amilcar Careli César USP EESC SEL 15

16 Equação de Friis G A G A r t t iso r 4 iso G G A t iso r t iso P P P R R A m t r = t r = t r t t P G G G G G G P P P P r 4R 4R L t W 6/11/016 SEL413 Telecomunicações Amilcar Careli César USP EESC SEL 16

17 Potência recebida em dbm G G G G t r t r Como P P P (equação de Friis) r t t LP 4R P P / 1 mw r r G G t r Então 10 log 10 log 10 log P P / 1 mw t t 4R e 4R P dbm P dbm G db G db 0 log r t t r db 6/11/016 SEL413 Telecomunicações Amilcar Careli César USP EESC SEL 17

18 Atenuação de percurso vs. distância Atenuação de percurso (db) Distância entre transmissor e receptor (km) ganho da antena tx: 30 db ganho da antena receptora: 45 db Potência transmissão: 100 W 1 GHz 100 MHz 10 MHz 4R A 0 log db 6/11/016 SEL413 Telecomunicações Amilcar Careli César USP EESC SEL 18

19 Potência recebida em db: diretiva e isotrópica diretiva 4R P dbm P dbm G db G db db r, diretiva t t r 0 log isotrópica 4R P dbm P dbm db r, iso t 0 log 6/11/016 SEL413 Telecomunicações Amilcar Careli César USP EESC SEL 19

20 Effective Isotropically Radiated Power (EIRP) Potência que uma antena isotrópica emitiria em todas as direções Quantidade usada para estimar a área de serviço de um sistema transmissor Verificar se dois sistemas transmissores de mesma frequência não se interferem (na mesma área de cobertura) Comparação entre dois sistemas transmissores sem o conhecimento de especificações detalhadas (compromisso ganho potência) Utilizada para prevenir exposição excessiva de radiação sobre população 6/11/016 SEL413 Telecomunicações Amilcar Careli César USP EESC SEL 0

21 EIRP: definição Antena de ganho EIRP G T P T W G T que radia potência P T EIRP(dBm ou dbw) P (dbm ou dbw) G (db) T T 6/11/016 SEL413 Telecomunicações Amilcar Careli César USP EESC SEL 1

22 Exemplo P T 50 W e G 6 db T 50 W EIRP(dBW) 10 log (dbw) 6 db 1 W EIRP( dbw ) 17(dBW) 6 db EIRP 43 dbw 6/11/016 SEL413 Telecomunicações Amilcar Careli César USP EESC SEL

23 Exemplo 1 (a) Satélite geoestacionário R= km força gravitacional Frequência: 0 GHz pot tx: W ganho da antena tx: 37 db km ganho da antena rx na Terra: 45,8 db 6/11/016 SEL413 Telecomunicações Amilcar Careli César USP EESC SEL 3

24 Exemplo 1 (b) Satélite geoestacionário; km; pot tx W; ganho da antena tx: 37 db; freq 0 GHz; ganho da antena receptora na Terra: 45,8 db 3 4R , R P dbm P dbm G db G db db r t t r 0 log P dbm dbm db db db r log 37 45, 8 0 log3,0910 6/11/016 SEL413 Telecomunicações Amilcar Careli César USP EESC SEL 4

25 Exemplo 1 (c) P dbm dbm db db db r log 37 45, 8 0 log3,0910 r , 8 09, 8 P dbm dbm db db db P r 94 dbm 94 log e 10 r r 10 9,4 P P P r 10 3,9 10 m 8 W 6/11/016 SEL413 Telecomunicações Amilcar Careli César USP EESC SEL 5

26 Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) (a) Finalidade procurar evidências água em Marte NASA, Laboratório de Jatopropulsão Lançamento: 10 de agosto de 005 Foguete Atlas V-40 Comunicação com Deep Space Network rede de antenas para comunicação e monitoração Goldstone, Califórnia, EUA Robledo de Chavela, Espanha Camberra, Austrália 6/11/016 SEL413 Telecomunicações Amilcar Careli César USP EESC SEL 6

27 Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) (b) Goldstone DNS antena, CA, EUA Sonda e equipamentos em ação MRO satélite 6/11/016 SEL413 Telecomunicações Amilcar Careli César USP EESC SEL 7

28 Distância Terra-Marte (c) Transmissor P t fonte isotrópica Receptor 55 a km Potência (W) Densidade de potência (W/m ) 1 k 0 1 M 0 S P t 4R W m M, G, G, /11/016 SEL413 Telecomunicações Amilcar Careli César USP EESC SEL 8

29 Distância Terra-Marte (d) Potência recebida (dbm) Potência transmitida pelo satélite (dbm) 1 GHz 10 GHz 3 GHz ganho da antena tx: 40 db ganho da antena receptora: 80 db Distância: km 100 W corresponde a 50 dbm r t t P dbm P dbm G db G db r 4R 0 log db 6/11/016 SEL413 Telecomunicações Amilcar Careli César USP EESC SEL 9

30 Distância Terra-Marte (e) Potência recebida (dbm) Antena Diretiva Isotrópica Tx e Rx Potência transmitida pelo satélite (dbm) ganho da antena tx: 40 db ganho da antena receptora: 80 db Distância: km 100 W corresponde a 50 dbm Frequência: 3 GHz r t t P dbm P dbm G db G db r 4R 0 log db r P dbm P dbm t 4R 0 log db 6/11/016 SEL413 Telecomunicações Amilcar Careli César USP EESC SEL 30

31 Curiosity (f) Estação terrestre Gladstone, CA Terra Banda-X Curiosity Marte UHF MRO 50 a 316 km Odissey 370 a 444 km Distância Terra-Marte a km Agosto de 01: km Raio da Terra: 6738 km Raio de Marte: 3397 km Órbita de Marte (em torno do Sol): 678 dias Órbita do MRO: 1 h 58 m Órbita do Odyssey: 1 h 5 m s-with-mars-curiosity 6/11/016 SEL413 Telecomunicações Amilcar Careli César USP EESC SEL 31

32 Curiosity vídeos Simulação QFs&feature=BFa&list=FLO4alMf38WFQWgUQ IncZ_yg pouso 7YA&list=FLO4alMf38WFQWgUQIncZ_yg&feat ure=plcp 6/11/016 SEL413 Telecomunicações Amilcar Careli César USP EESC SEL 3