Antenas, Cabos e Rádio-Enlace

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Raul Rosa Castel-Branco
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1 Alan Menk Santos Camada Física: Redes Sem Fio Antenas, Cabos e Rádio-Enlace Rádio Transmissor (Tx) Linha de Transmissão (LT) Antena Transmissora Meio de Propagação Antena Receptora Linha de Transmissão (LT) Rádio Receptor (Rx) Componentes essenciais para uma comunicação Wireless 1

br/menk Camada Física: Redes Sem Fio Antenas, Cabos e Rádio-Enlace Rádio

2 A Escala Logarítmica O db é uma escala usada para representar a relação entre duas potências. dbw, dbi e dbm são variantes do db. Podemos afirmar que uma antena não amplifica um sinal, e sim concentra o mesmo, e esta capacidade de concentrar o sinal, é medida em dbi ou dbd sendo a unidade mais usada o dbi. Conversor mw para dbm Simplificando (ou tentando): A Escala Logarítmica dbi é a unidade de ganho de uma antena; dbm podemos dizer que é a unidade de medida do sinal irradiado (já no espaço livre) db é a unidade de medida simplesmente do sinal do transmissor até a antena. dbi - Ganho de Antena; dbm - Potencia de rádios; db - Atenuações de cabos e conectores. Como estas medidas são em logaritmo todas se equivalem ou seja: 1 db = 1dbi = 1dbm, portanto não há necessidade de conversão entre elas, Só é necessário fazer a conversão se tiveres unidade de medidas diferentes como mmw x qualquer uma destas acima. 2

Conversor mw para dbm http://www.novanetwork.com.br/suporte/calculos/db-para-mw.

3 Antenas de Transmissão Ondas Eletromagnéticas OEM Conceito: Conceito: Perturbação física composta por um campo elétrico (E) e um campo magnético (H) variáveis no tempo, perpendiculares entre si, capaz de se propagar no espaço. Frequência: número de oscilações por unidade de tempo (Hz). Velocidade de propagação: depende do meio onde a onda se propaga. A velocidade máxima de uma OEM é a velocidade da luz, km/s, no vácuo. Comprimento de onda: distância percorrida pela onda durante um ciclo. É definido pela velocidade de propagação dividida pela frequência. Linhas de Transmissão É uma linha com dois ou mais condutores isolados por um dielétrico que tem por finalidade fazer com que uma OEM se propague de modo guiado. Esta propagação deve ocorrer com a menor perda possível. As linhas de transmissão podem ser construídas de diversas maneiras, cabos pararelos, pares trançados, cabos coaxiais, guias de onda, etc. 3

A velocidade máxima de uma OEM é a velocidade da luz, 300.000 km/s, no vácuo. Comprimento de onda: distância percorrida pela onda durante um ciclo.

4 Perdas em Cabos Coaxiais Linhas de Transmissão A atenuação é proporcional ao comprimento do cabo, a suas características construtivas e à frequência. CONECTORES: Antenas A abertura física de uma LT paralela que transporta uma OEM, proporciona uma variação senoidal de potencial (Volts) e de corrente (Amperes) nos condutores, provocando o aparecimento de linhas de campo magnético e elétrico variáveis em torno do dipolo formado, dando origem a uma onda eletromagnética que se propaga. 4

action=categoria&categoria_id=1 Antenas A abertura física de uma LT paralela que transporta uma OEM, proporciona uma variação senoidal

5 Polarização de uma Antena Irradiação de uma antena Diagrama de irradiação é representação gráfica da forma como energia eletromagnética se distribui no espaço. Antena Direcional: manual_mm_5825.pdf Antena Setorial: Manual MM5817s90.pdf Antena Omnidirecional: manual_mm_2415o.pdf 5

6 Ângulos de meia potência (-3dB) Os ângulos de meia potência são definidos pelos pontos no diagrama onde a potência irradiada equivale à metade da irradiada na direção principal. Estes ângulos definem a abertura da antena no plano horizontal e no plano vertical. -3 db = 50% Potência No exemplo ao lado temos: Ângulo de 3dB = 55 Ganho de uma Antena O ganho pode ser entendido como o resultado da diretividade menos as perdas. Matematicamente, é o resultado do produto da eficiência pela diretividade. A eficiência de uma antena, diz respeito ao seu projeto eletromagnético como um todo, ou seja, são todas perdas envolvidas. 6

-3 db = 50% Potência No exemplo ao lado temos: Ângulo de 3dB = 55 Ganho de uma Antena O ganho pode ser entendido como o resultado da diretividade menos as

7 Cálculo da potência efetivamente irradiada (ERP) A Potência ERP é a potência realmente irradiada pela antena. PT (db): Potência em db do transmissor GT (db): Ganho em dbi da antena P(dB): perda por atenuação do cabo coaxial. Antenas Antenas de Transmissão Antenas são um dos principais elementos presentes em um circuito RF (Radio Frequência). É através delas que os sinais de RF são transmitidos e recebidos. Existem dois pontos fundamentais que precisamos saber sobre antenas. Convertem sinais elétricos em sinais de RF e vice-versa. As dimensões físicas de uma antena estão diretamente relacionadas a frequência na qual a antena pode propagar e receber ondas de RF. Elas não amplificam o sinal (SANCHES, 2007, p. 23). As antenas trabalham tanto para transmitir quanto para receber os sinais, em que se pode chamar isto de reciprocidade. As antenas podem ser classificadas em Omnidirecionais e direcionais. As omnidirecionais irradiam em todas as direções; Enquanto que as direcionais apenas em uma determinada direção; 7

Antenas Antenas de Transmissão Antenas são um dos principais elementos presentes em um circuito RF (Radio Frequência). É através delas que os sinais de RF são transmitidos e recebidos.

8 Tipos de Antenas de Transmissão Yagi Painel Setorial Omnidirecional Parábolas Antenas Patch Log Periódicas Helicoidal Tipos de Antenas de Transmissão Antenas Yagis Conceito: Antena direcional composta de um refletor (simples ou grade) um dipolo (simples ou dobrado) e vários diretores. Pode ser instalada na pol. vertical ou horizontal. São utilizadas geralmente em sistemas ponto a ponto, porém as yagis de três elementos possuem um ângulo de abertura de até 120 graus, possibilitando seu uso em sistemas ponto - multiponto. Yagi: 8

diretores. Pode ser instalada na pol. vertical ou horizontal.

9 Antenas Setoriais Tipos de Antenas de Transmissão Antena composta um conjunto de dipolos alimentados em fase, e uma chapa refletora. Utilização: para enlaces ponto multiponto, onde o ângulo de abertura da antena, atende a uma determinada região. O ganho e o ângulo de abertura de um painel depende do número de dipolos, das dimensões da chapa refletora, da distância entre os dipolos e sua eficiência na alimentação dos dipolos, que muitas vezes, torna-se bastante complexa. Podem ser construídos com dipolos na pol. vertical, horizontal ou 45 graus. Antenas Direcionais Tipos de Antenas de Transmissão As antenas parabólicas podem ter refletores do tipo sólido ou vazado. Quanto a sua posição de alimentação, pode ser do tipo focal point ou off-set. Existem vários tipos de alimentação, mas o fundamental é que o diagrama de irradiação do alimentador coincida com as bordas do refletor. 9

O ganho e o ângulo de abertura de um painel depende do número de dipolos, das dimensões da chapa refletora, da distância entre os dipolos e sua eficiência na alimentação dos dipolos, que muitas

Tipos de Antenas de Transmissão Antenas Omnidirecionais Antena que irradia uniformemente no plano de azimute. Consiste em vários dipolos empilhados e alimentados em fase.

10 Tipos de Antenas de Transmissão Antenas Omnidirecionais Antena que irradia uniformemente no plano de azimute. Consiste em vários dipolos empilhados e alimentados em fase. O ganho é obtido com relação ao número de dipolos e a distância entre eles. Elevação Terrestre e Radiovisibilidade Uma portadora pode tomar vários caminhos entre as antenas que compõe um rádio-enlace. Dependendo das características do meio, a OEM pode sofre desvios de percurso. A Sinal Refratado B Sinal Refletido C Sinal Difratado 10

O ganho é obtido com relação ao número de dipolos e a distância entre eles.

11 Difração das ondas eletromagnéticas devido a obstáculos Uma nova onda é composta pelos radiadores, com características de frentes de onda diferentes da onda original. Visada Direta Antenas de Transmissão Para que haja comunicação entre transmissor e receptor é preciso que haja visada direta entre as antenas dos dois lados. Por esse motivo, elas devem estar posicionadas nos lugares mais altos, e livres de obstáculos. 11

Visada Direta Antenas de Transmissão Para que haja comunicação entre transmissor e receptor é preciso que

12 Zona de Fresnel Antenas de Transmissão Zona de Fresnel foi nomeado pelo físico Augustin-Jean Fresnel, é uma das elipsoides que define a forma ou padrão da irradiação do sinal sem fio. A Zona de Fresnel é a área ao redor da linha de visada que o sinal de rádio espalha após sair da antena. É imprescindível que a linha de fresnel esteja Livre de obstáculos (morros, prédios, árvores, carros, água, etc.). O formato da zona de fresnel é como uma bola de futebol-americano. Ou seja, deve estar livre a quantidade de metros descrito na fórmula abaixo para esquerda, direita, cima e para baixo. Zona de Fresnel Antenas de Transmissão Tipicamente 20% de bloqueio da zona de fresnel é aceitável por equipamentos adequados. Acima de 40% de bloqueio, a perda de sinal e performance é MUITO significante. Estes cálculos levam em consideração apenas a "terra chata", este cálculo é útil para enlaces de até 20km. Acima destes valores, uma analise de espectro, incluindo a topografia, deve ser considerada. Esta fórmula é válida apenas para frequências abaixo de 6 GHz. 12

É imprescindível que a linha de fresnel esteja Livre de obstáculos (morros, prédios, árvores, carros, água, etc.). O formato da zona de fresnel é como uma bola de futebol-americano.

13 Zona de Fresnel Antenas de Transmissão Entrada de Informações para o Cálculo: d Distância dos links (Em KM) f Frequência de operação em MHz (Exemplo: 5800MHz para 5.8 GHz) Resultado: Raio da Zona de Fresnel (r) Área livre para estabelecer um enlace. 80% mínimo da Zona de Fresnel (r) Mínimo necessário para uso. Obstruções maiores de 20% podem ocasionar perda de sinal ou até perda completa de link mesmo com bom sinal. Zona de Fresnel Antenas de Transmissão Prática: Calcule os enlaces dos pontos do projeto que cada grupo está desenvolvendo. Para calcular acesse o site: 13

Obstruções maiores de 20% podem ocasionar perda de sinal ou até perda completa de link mesmo com bom sinal.

14 Tipos de Interferências As interferências podem ser classificadas de acordo com suas fontes e também em fixas e variáveis; Interferências Fixas: São as que mantêm a relação sinal ruído fixas; Interferências Variáveis: São as que não mantêm o SNR constante; Interferências de acordo com suas Fontes: Do mesmo Enlace (mutua) (sistemas com multiplos canais); Interferência do sinal Refletido; Interferência de outros Enlaces (diagrama de radiação das outras antenas). Outros Fatores que Proporcionam Perdas na Atmosfera Atenuação devido a Chuvas; Atenuação devido aos gases da Atmosfera; Variação do Nível de Ruído Espectral; 14

Enlace (mutua) (sistemas com multiplos canais); Interferência do sinal Refletido; Interferência de outros Enlaces (diagrama de radiação das outras antenas).

15 Antenas DÚVIDAS?!?!? O Avião e suas antenas 15

16 Próxima Equipamentos 16

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