Engenheiro Eletrônico pela Unicamp e Mestre em Engenharia Eletrônica pelo INPE.

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1 Antena Coletiva: Projeto e Cuidados para Receber a TV Digital Este tutorial apresenta considerações para projeto de sistemas de antena coletiva para distribuir sinais de TV digital de alta definição, HD, aberta e gratuita, bem como medir o nível de potência de sinais digitais, complementando e atualizando um tutorial publicado anteriormente pelo autor [1]. Edson Gusella Jr. Engenheiro Eletrônico pela Unicamp e Mestre em Engenharia Eletrônica pelo INPE. Atou no desenvolvimento de equipamentos para satélite de coleta de dados ambientais no INPE e no desenvolvimento de produtos para CATV e Antena Coletiva, nas faixas de VHF e UHF, tais como antenas, tomadas, divisores, amplificadores de distribuição, boosters, moduladores, conversores e filtros. Atua como Consultor, realizando acessoria, cursos e treinamentos, nas áreas de distribuição de sinal e instrumentação de medida de CATV e TV Digital e, também, como Professor de Engenharia na Universidade de Mogi das Cruzes (UMC) na área de Telecomunicações. Categoria: TV e Rádio Nível: Introdutório Enfoque: Técnico Duração: 15 minutos Publicado em: 05/10/2009 1

2 Antena Coletiva para TV Digital: Introdução Um sistema de antena coletiva para distribuir os sinais de TV digital de TV aberta de alta definição, HD, é essencialmente uma antena coletiva para a faixa de UHF, uma vez que os sinais de TV digital estão nesta faixa de freqüências, porém com algumas particularidades. As normas brasileiras prevêem o uso da banda III da faixa de VHF, faixa de freqüências de 174 a 216 MHz, mas esta faixa não é utilizada hoje e, como ela apresenta potenciais problemas para terminais móveis, acredito que ela também não vai ser usada no futuro. Embora o sinal de TV digital do sistema ISDB-Tb, que é o sistema utilizado no Brasil, seja bastante robusto, não dispomos ainda de um volume de dados sobre os problemas encontrados neste tipo de distribuição. Como regra geral, utiliza-se amplificadores para a faixa de UHF faixa larga, bem como tomadas e divisores com largura de faixa de até 1 GHz. Não disponho de dados sobre os efeitos de filtros e misturadores de canais sobre os sinais digitais, mas é preciso um cuidado especial, pois, diferente dos sinais analógicos, os sinais de TV digital são transmitidos em canais adjacentes. Canais adjacentes são aqueles transmitidos um ao lado do outro, como por exemplo, canais 28, 29, 30 e 31 na cidade de São Paulo. Embora esta prática seja comum em sistemas de TV a Cabo, ela não era empregada na radiodifusão de sinais analógicos de TV aberta. A tabela 1 mostra alguns dos canais digitais alocados para a cidade de São Paulo. Tabela 1: Canais de TV Digital em São Paulo DIGITAL EMISSORA ANALÓGICO 15 UHF Mix TV 16 UHF 17 UHF Gazeta 11 VHF 18 UHF Globo 5 VHF 20 UHF Record 7 VHF 22 UHF Play TV 21 UHF 23 UHF Bandeirantes 13 VHF 24 UHF Cultura 2 VHF 28 UHF SBT 4 VHF 29 UHF Rede TV 9 VHF 30 UHF RIT 31 UHF MTV 32 UHF A figura 1 mostra uma região do espectro onde estes canais são transmitidos: 2

3 Figura 1: Exemplo de região do espectro de freqüências para TV Na figura 1 estão mostrados os canais digitais números 28, 29, 30 e 31 ao lado do canal analógico número 32, indicado pela marca tracejada. Através da figura deste espectro é possível perceber que um canal digital tem um formato aproximadamente retangular, ao passo que num canal analógico as portadoras de vídeo e áudio são bem definidas. 3

4 Antena Coletiva para TV Digital: Instalações Coletivas Como uma antena coletiva para distribuir sinais de TV digital é essencialmente uma antena coletiva para a faixa de UHF, alguns cuidados são necessários para a implantação desta instalação. Estes cuidados se fazem necessário, pois as perdas de sinal na faixa de UHF são maiores tanto nos cabos como nos componentes de distribuição, tais como tomadas e divisores. A tabela 2 abaixo mostra a atenuação de sinal dos cabos coaxiais mais comuns empregados para distribuição de sinais de TV. Tipo de Cabo RGC-06 RGC-59 RG-59 B/U Tabela 2: Atenuação nos cabos coaxiais 50 MHz 210 MHz 450 MHz 600 MHz 0,053 0,064 0,081 0,100 0,131 0,177 0,144 0,194 0,271 0,167 0,220 0,318 Por esta tabela é possível ver que a atenuação do cabo RG-59 B/U, que era o cabo coaxial normalmente usado nas antenas coletivas de VHF antes do surgimento dos cabos Celulares RGC-59 e RGC-06, possui aproximadamente o dobro da perda do cabo RGC-06 na freqüência de 600 MHz, que está no meio de faixa de UHF. Por esta razão uma antena coletiva que foi inicialmente projetada para distribuir sinais de VHF dificilmente funcionará adequadamente na faixa de UHF. Quanto às tomadas e divisores usados na distribuição de sinal, é necessário que eles sejam de boa qualidade e tenham largura de faixa de 1 GHz. Existe no mercado produtos de má qualidade que não são adequados para distribuição de sinais em UHF. Eu já encontrei divisores de baixo custo vindos da China que internamente não tinham nem circuito de casamento nem de isolação, a caixa era vazia e os conectores interconectados por fios apenas. Estes divisores causam uma perda de sinal muito grande na faixa de UHF inviabilizando a distribuição de sinais. Como os sinais de TV digital estão na faixa de UHF, para recebê-los é necessária uma boa antena de UHF. A figura a seguir mostra a cabeceira de um sistema de antena coletiva típico de VHF + UHF para distribuição de sinais de TV digital para a cidade de São Paulo onda os canais de VHF também são recebidos. Para informações adicionais sobre os equipamentos, consulte o site do fabricante [2]. 4

5 Figura 2: Sistema típico de antena coletiva (VHF + UHF) para distribuição de sinais de TV digital 5

6 Antena Coletiva para TV Digital: Medidas de Sinais de TV Digital Ainda não existem no mercado medidores de campo de custo acessível para o sistema brasileiro de TV digital aberta de alta definição, o ISDB-Tb. Existem equipamentos profissionais para medida do sinal ISDB-Tb, mas seu custo ainda é inviável para instaladores. Aguardamos para o inicio de 2010 a disponibilidade de um equipamento com uma boa relação custo/benefício. No Congresso da SET de 2009, a empresa espanhola Promax [3] anunciou que está desenvolvendo um medidor para o nosso sistema de TV digital que estará disponível no início do próximo ano. Enquanto não existem medidores específicos para o sistema ISDB-Tb é possível usar um medidor de campo que meça apenas o nível de sinal. Para sinais digitais, nível de sinal adequado não é garantia de que a imagem será recebida sem problemas. De certa maneira isto também é verdade para os sinais de TV analógica, pois muitas vezes o nível de sinal é bom, mas existem ruídos ou fantasmas na imagem. Porém o sinal de TV digital é diferente do analógico neste aspecto. Quando a qualidade do sinal não é boa, não pega nada, o sinal não abre, mesmo que o nível seja suficiente. Enquanto não houver equipamentos com custo acessível no mercado alguns problemas permanecerão praticamente insolúveis. Existem medidores no mercado, como o Prolink-1C da Promax, fabricado no Brasil [4], que apresentam leituras corrigidas de nível de sinal tanto para sinais analógicos como para sinais digitais. Figura 3: Exemplo de Analisador de TV básico Quando o equipamento não possui esse recurso, é possível corrigir a medida feita com um medidor de campo para canais analógicos para se obter o valor correto. A figura a seguir mostra como isso é feito. 6

7 Figura 4: Correção de leitura com um medidor de campo para sinais analógicos Idealmente o espectro de um canal digital é plano dentro da banda do canal. Neste caso, é suficiente efetuar a media de potência do sinal no meio do canal. Para corrigir o valor da medida é preciso ainda conhecer a largura de faixa do canal, que no caso do sistema ISDB-Tb é de BW1= 5,7 MHz, e a largura de faixa do filtro do medidor de campo BW2. Para o medidor Prolink-1C da Promax, BW2 = 270 khz. O valor do nível do sinal é calculado da seguinte forma: Vcorrigido[dbmV] = Vlido[dbmV] + 10 log (BW1/BW2) Para o sinal do ISDB-Tb e o medidor Prolink-1C, o fator de correção FC tem o seguinte valor: FC = 10 log (5,7MHz / 0,27MHz) = 13,2 db. Portanto, a medida pode ser corrigida usando os valores abaixo: Vcorrigido[dBmV] = Vlido[dBmV] + 13,2dB 7

8 Antena Coletiva para TV Digital: Ajuste do Nível de Sinal Em sistemas de Antena Coletiva para sinais analógicos, os níveis de sinal que devem ser entregues ao usuário são bem conhecidos. Os níveis devem ficar na faixa de 65 dbuv a 80 dbuv ou 5 dbmv a 20 dbmv para canais na faixa de VHF e de 60 dbuv a 80 dbuv ou 0 dbmv a 20 dbmv na faixa de UHF. E para os canais digitais, quanto de sinal deve ser entregue ao usuário para que ele consiga receber uma boa imagem? A Norma ABNT NBR15604:2007, Televisão digital terrestre Receptores [5], na pág. 50 traz as seguintes recomendações para a sensibilidade de um receptor de TV digital: Nível mínimo de entrada: menor ou igual a - 77 dbm = 32 dbuv = -28 dbmv Nível máximo de entrada: maior ou igual a - 20 dbm = 89 dbuv = 29 dbmv Embora alguns receptores de TV digital funcionem numa faixa de sinal maior, é recomendado que a antena coletiva entregue o sinal dentro da faixa especificada pela norma. Isso garantirá que a antena coletiva funcionará com qualquer equipamento que obedeça a norma. Porém quando se fala de TV digital, apenas nível de sinal não é garantia de que a imagem vai abrir. Outro parâmetro que a Norma ABNT NBR15604:2007 também especifica na pág. 66 é o limiar da relação portadora/ruído C/N, do inglês Carrier to Noise, que é de 19dB. Isso quer dizer que não basta ter um nível adequado de sinal, é preciso que a qualidade do sinal também seja boa. A relação C/N é uma das medidas da qualidade do sinal, e para que a qualidade seja adequada para TV digital é preciso que a relação C/N seja maior do que 19dB. Este valor é bem menor do que o valor de C/N mínima para sinais analógicos, que é de aproximadamente 46dB. O que é que degrada a qualidade do sinal? O que degrada a qualidade do sinal é o ruído. A relação C/N é a relação da potência do sinal pela potência do ruído. Quanto maior a potência do ruído, menor será a relação C/N. De onde, então, vem o ruído que degrada a qualidade do sinal? O ruído vem de várias fontes, mas convém separá-las em duas categorias: aquelas que contaminam o sinal antes dele ser recebido pela antena e as que contaminam o sinal depois dele ser convertido num sinal elétrico. Como, geralmente, não se tem controle sobre as fontes de ruído externas, a forma de melhorar a relação C/N do sinal recebido na antena é melhorando o nível do sinal recebido. Isso pode ser feito utilizando uma antena com maior ganho ou então alterando a localização da antena, elevando mais sua altura, por exemplo. Adicionar um amplificador tipo booster não melhora a relação C/N recebida pela antena, pois o booster amplifica tanto o sinal como o ruído. Daí a necessidade de uma boa antena para a recepção do sinal de TV digital. Uma vez que o sinal foi recebido pela antena e convertido de onda eletromagnética para sinal elétrico, não é mais possível melhorar a relação C/N. A partir deste ponto a relação C/N só degrada, pois os amplificadores não são dispositivos ideais e adicionam mais ruído ao sinal. O que é possível fazer neste caso é minimizar a degradação da relação C/N, utilizando amplificadores com figura de ruído baixa. A figura de ruído é uma medida da quantidade de ruído introduzida pelo amplificador. 8

9 Num sistema de recepção de sinal como uma antena coletiva, a figura de ruído do sistema depende principalmente da figura de ruído do primeiro amplificador do sistema. Portanto quando o sinal de TV digital chega fraco, ele deve ser amplificado inicialmente por um amplificador com baixa figura de ruído para que a figura de ruído total permaneça baixa e, consequentemente, que a relação C/N degrade o mínimo possível. Isso é o que e feito na recepção de sinais via satélite, onde o LNB, que é um amplificador de baixa figura de ruído e conversor, fica no alimentador da antena parabólica. O booster de UHF é um amplificador de baixo ruído projetado para recepção de sinais de TV que minimiza a degradação da relação C/N. Como a figura de ruído do booster é menor do que a do amplificador de potência, e a figura de ruído total do sistema depende principalmente do primeiro amplificador, consegue-se melhorar a qualidade de sinais fracos utilizando-se um booster. Porém se o sinal é forte, o ganho de qualidade é pequeno, podendo-se dispensar seu uso. Daí decorre a necessidade de bons equipamentos para a amplificação e distribuição de sinal de TV digital. Eles minimizam a degradação do sinal. 9

10 Antena Coletiva para TV Digital: Considerações finais Um sistema de antena coletiva para TV digital é essencialmente uma antena coletiva que opera na faixa de UHF com alguns cuidados adicionais. A ampla faixa dinâmica de recepção de sinais, de -77dBm a -20dBm, permitem que os sinais de TV digital sejam distribuídos sem equalização. Isso é particularmente interessante enquanto não existir no mercado equipamentos para equalização de canais de TV digital, porém deve-se tomar cuidado para que os níveis dos sinais de todos os canais fiquem dentro da faixa especificada. Como a transmissão de sinais de TV digital de alta definição aberta no Brasil é recente, iniciou-se em São Paulo em 2 de dezembro de 2007, o autor não tem relato dos problemas encontrados com este tipo de instalação. Como os casos reportados por instaladores são de êxito, isso nos leva a crer que não existam grandes dificuldades na execução destes projetos e instalações. Contudo o sucesso das instalações deve-se aos cuidados tomados na escolha do cabo coaxial e dos equipamentos. Vale ressaltar que nível de sinal e relação C/N adequados somente não garantem que o sinal seja recebido corretamente. Outros problemas, tais como multipercurso e interferrências, podem degradar o sinal a tal ponto que ele não seja mais recuperável. Na TV analógica o multipercurso provoca fantasmas. Na TV digital ele pode degradar totalmente a qualidade do sinal. Por isso é imprescindível, antes de fazer um orçamento, fazer uma pesquisa do sinal no local da instalação utilizando uma pequena antena e um receptor de TV digital. Esta é uma prática que os instaladores experientes já fazem para antenas coletivas para sinais analógicos e deve ser realizada também para sinais digitais. Referências [1] Sistemas de Distribuição de CATV e Antenas Coletivas [2] [3] [4] [5] 10

11 Antena Coletiva para TV Digital: Teste seu entendimento 1. Os sinais de TV digital aberta de alta definição no Brasil são transmitidos hoje em qual faixa de freqüências? VHF UHF Microondas Satélite 2. Por que é importante escolher um bom cabo coaxial para distribuir os sinais de TV Digital? Por que as perdas de cabos coaxiais são maiores em freqüências maiores. Cabos coaxiais de má qualidade introduzem uma excessiva atenuação de sinal. Cabos coaxiais com malha com cobertura mínima são mais suscetíveis a interferências. Todas as alternativas anteriores. 3. Qual é o efeito de componentes de péssima qualidade na distribuição do sinal? Todas as alternativas abaixo. Introduzem uma excessiva atenuação de sinal. Aumenta o custo da instalação pois o profissional tem que retrabalhar e substituir vários componentes. Não chega sinal de TV digital nos pontos mais distantes da instalação. 11