TV Digital: Como serão as Antenas Transmissoras no novo Sistema?

Transcrição

1 TV Digital: Como serão as Antenas Transmissoras no novo Sistema? Este tutorial apresenta conceitos básicos sobre antenas empregadas na transmissão de TV Digital que começam em 2 de dezembro de 2007 em São Paulo, além de abordar algumas características e diferenças em relação aos sistemas irradiantes normalmente usados na transmissão da TV analógica convencional. José Roberto Elias Engenheiro eletrônico formado pela UNICAMP em 1983, com MBA em Gestão Empresarial pela Fundação Getúlio Vargas FGV-SP em Possui 22 anos de experiência em Telecomunicações, 12 dos quais, dedicados a Broadcast de Áudio e Vídeo. Iniciou sua carreira na Embratel, passando pelo CPqD onde dedicou 10 anos de sua carreira à Pesquisa e Desenvolvimento. Posteriormente ocupou cargos executivos na COMSAT Brasil, onde implantou sistemas de distribuição de vídeo e áudio por satélite, projetou unidades móveis de transmissão via satélite (SNG), e participou da SET Sociedade Brasileira de Engenharia de Televisão como Diretor de telecomunicações. Trabalhou também na Casablanca e no Grupo Schahin. Atualmente ocupa a posição de Gerente de Broadcast na RFS, sendo o responsável pela interface técnicocomercial do segmento de Broadcast no Brasil e América Latina. jose.elias@rfsworld.com Categoria: TV e Rádio Nível: Introdutório Enfoque: Técnico Duração: 15 minutos Publicado em: 03/12/2007 1

2 Antenas para TV Digital: Introdução A exigência da perfeição, fidelidade e segurança na transmissão de imagens e sons fizeram com que a tecnologia evoluísse até a era digital. Inicialmente voltada a fins militares, a TV digital conseguiu rápida evolução tornando-se economicamente aplicável ao dia a dia e hoje vemos surgir a era da TV Digital Brasileira. Surge um novo conceito, uma nova televisão, com alta definição, imagem e som isentos de interferências, e que pode proporcionar interação e mobilidade. Por outro lado, para assegurar uma perfeita transmissão, alguns cuidados devem ser tomados quando da escolha das antenas transmissoras que necessariamente possuem características mais exigentes de desempenho que as convencionais. Desde o conceito de seu projeto até a forma de instalação, todos esses detalhes podem resultam em interferências no desempenho do sistema irradiante que, no final, irá refletir positiva ou negativamente na cobertura de sinal, garantindo o sucesso ou fracasso da audiência. 2

3 Antenas para TV Digital: Conceitos Básicos Uma antena possui como função principal a transferência plena da potência dos transmissores até chegar aos telespectadores. Assim, diferentes tipos de antena podem ser empregados, dependendo da região que se deseja cobrir. Como a antena irradia as ondas eletromagnéticas no espaço, costuma-se analisar a transmissão dos sinais em dois planos (horizontal e vertical) de forma a facilitar a visualização de como as ondas se propagam. Antenas omnidirecionais, por exemplo, irradiam os sinais em todas as direções. Assim, se estivermos transmitindo sinais de TV em polarização horizontal, o diagrama de irradiação nesse plano será aproximadamente um círculo. Figura 1: Antena omnidirecional e diagrama de radiação. Já as antenas diretivas irradiam a máxima potência em uma direção ou em um conjunto de ângulos, de forma a concentrar as ondas em uma faixa angular. Os diagramas cardióides, por exemplo, apresentam irradiações de sinais em ângulos mais abertos. Figura 2: Antena diretiva e diagrama de radiação. Para cada aplicação pode-se ter diferentes tipos de antenas. Quando há necessidade de um desenho mais complexo de diagrama, por exemplo, pode-se fazer uso de antenas de painéis, onde se escolhe as regiões de máximas e mínimas potências e, compondo-se os painéis (building blocks) consegue-se conformar os mais 3

4 diferentes diagramas. Figura 3: Antena painel. Basicamente as antenas podem propagar as ondas de três formas distintas de polarização: horizontal, vertical e circular. Na transmissão em polarização horizontal, comumente usada em transmissões de sinais de TV pelo fato das antenas receptoras estarem dispostas neste plano, as ondas se propagam no plano horizontal. Na transmissão em polarização vertical, muito usada para a transmissão rádio em FM (Freqüência Modulada) pelo fato da maioria das antenas dos receptores de FM estarem dispostas na posição vertical, as ondas são transmitidas nesse plano. Na transmissão em polarização circular, usada em transmissões FM e TV pelo fato de não exigirem alinhamento de antenas facilitando a recepção móvel, a propagação se dá nos dois planos. A vantagem deste tipo de transmissão é a maior robustez na recepção pelo fato de não exigir antenas posicionadas em planos horizontal ou vertical permitindo flexibilidade de recepção independentemente de posição do dispositivo captador. Quanto à montagem, o ideal é procurar instalar a antena no topo da torre, de forma a evitar ao máximo as obstruções. Dessa forma consegue-se normalmente o maior desempenho. Muitas vezes, por questões de limitação, usa-se a lateral da torre, principalmente se a transmissão se presta a uma direção preferencial. Em algumas situações onde o topo da torre encontra-se ocupado por outro sistema irradiante, procura-se montar uma estrutura que projete aos lados as novas antenas, estrutura essa que pode suportar uma ou mais antenas. Essa estrutura é chamada de candelabro e presta-se à instalação de várias antenas em uma mesma torre de forma a acomodar as transmissões em um único ponto. 4

5 Figura 4: Estrutura candelabro. Para cada situação, há que se analisar e encontrar a melhor situação técnica e econômica. 5

6 Antenas para TV Digital: Definindo o Sistema Quando se pensa em transmitir TV digital, deve-se pensar no sistema como um todo e não somente em suas partes. Muitas vezes uma antena com alto ganho pode exigir um amplificador menor. Por outro lado, antenas grandes exigem altos investimentos em torres. Mesmo assim, há que se lembrar que o uso de transmissores menores propiciará menor será o consumo de energia ao longo do tempo, o que acarretará em uma sensível economia ao longo de anos de operação do sistema. Os cabos que interligam os transmissores à antena também fazem parte de uma decisão importante, pois influenciam nas perdas de potência e, consequentemente, poderão alterar a cobertura se não forem bem dimensionados. Tipos de Antenas Os tipos mais comuns de antenas transmissoras para TV digital UHF são: Painel Slot Figura 5: Exemplos de antenas painel. Superturtile Figura 6: Exemplo de antena slot. 6

7 Figura 7: Exemplo de antena superturnstile. As duas últimas apresentam baixa resistência ao vento não exigindo grandes reforços na estrutura da torre para serem instaladas. Já as antenas do tipo conjunto de painéis são mais pesadas e possuem maior resistência ao vento, embora sejam as mais indicadas para o desenho de um bom diagrama de radiação devido à flexibilidade proporcionada pela possibilidade de utilizar uma vasta combinação de cada um de seus painéis para se compor diferentes diagramas. Características Importantes As características mais importantes para as antenas são: Linearidade de Resposta em Freqüência; Baixa Perda de Retorno; Menor número de interconexões internas; Estabilidade de características com temperatura; Faixa larga de operação. As principais características das antenas digitais se resumem à alta linearidade quanto à resposta em freqüência, de forma a garantir que não haja taxa de erros elevada em função de não linearidades muito pouco toleradas pelos sistemas digitais, além da estabilidade de suas características independentemente da temperatura e perfeito casamento de impedâncias com o transmissor. Baixa perda de retorno e capacidade para suportar altas excursões de sinais, tão comum em comunicação digital, igualmente se faz necessário. 7

8 Antenas para TV Digital: Instalação Quando da instalação de uma antena, deve-se começar pela análise da torre em questão. Um cálculo estrutural poderá definir se existe a possibilidade de uso da mesma para acomodar a nova antena ou ajudará a definir a necessidade de um reforço estrutural. Deve-se também verificar o melhor local a ser eleito para acomodar a nova antena, seja no topo, lateral ou no meio da mesma da antena existente. O desempenho da antena e, conseqüentemente sua influência na audiência da emissora, dependerá em grande parte de sua correta instalação. É importante salientar que o sistema analógico existente deverá continuar a operação normalmente e dele dependerá a receita inicial para fomentar o desenvolvimento da TV Digital. O içamento, etapa crítica no processo de instalação da antena, deve ser efetuado com o máximo de cuidado para não influenciar nas características dos sinais em operação e nem danificar o sistema irradiante. Fixação de cabos, ajustes no reativo para compensar os descasamentos decorrentes dos conectores e linhas bem como a instalação de pára-raios e aterramento são fundamentais para o funcionamento perfeito do sistema. Importante salientar a influência da torre nos diagramas de irradiação a depender da forma com que a antena é instalada. Uma antena omnidirecional, por exemplo, se instalada lateralmente em uma torre, poderá ter a circularidade de seu diagrama horizontal seriamente afetada pela indução e re-irradiação de sinais pela própria torre metálica que, naturalmente, será uma barreira natural às ondas em certas direções. Luzes sinalizadoras com correta proteção dos cabos de alimentação das mesmas e coordenação com a operação da emissora são fundamentais para o sucesso das atividades de implantação. A logística de transporte e posicionamento de peças e equipamentos deve ser planejada para que custos adicionais não incorram no projeto. Reaproveitando os Sistemas Existentes O ideal de toda emissora seria a de aproveitar a antena existente para acomodar novos serviços. Às vezes isso é possível, desde que se tenha uma antena que responda satisfatoriamente em todas as freqüências que se desejar transmitir e suporte toda a potência dos transmissores sem danificar. Muitas vezes podem ser aproveitadas antenas analógicas existentes para se combinar sinais digitais e analógicos aplicando-se a combinação em um único sistema irradiante existente. Para isso, há que se analisar cuidadosamente se a árvore divisora da antena existente possui margem suficiente para acomodar as potências combinadas lembrando que o sinal digital possui espectro contínuo, ou seja, a potência transmitida digital é RMS. 8

9 Assim, a relação potência de pico sobre a potência média chega à ordem de dez, muito maior que o valor 1,6 dos sistemas analógicos. Desta forma, a árvore divisora e os painéis irradiantes podem sofrer danos irreversíveis se não estiverem preparados para suportar a combinação de sinais. Aspectos de contingência e manutenção são igualmente importantes quando da decisão de manter um sistema existente ou adquirir novas antenas ou torres, naturalmente, efetuando-se uma análise de custos e desempenho. 9

10 Antenas para TV Digital: Considerações Finais Sem dúvida nenhuma a TV digital inicia uma revolução em todos os sentidos, porém, essa revolução necessita que o elemento irradiante que tenha eficiência tal que faça com que os sinais de TV atinjam o maior número possível de telespectadores. Não devemos esquecer de que a antena é a etapa final entre a geração e a distribuição do conteúdo até seu destino. Assim, um sistema irradiante mal projetado poderá deteriorar todo um trabalho iniciado nos estúdios e prejudicar a audiência se não estiver corretamente calculado. Linearidade, estabilidade das características com a temperatura, manutenção facilitada, confiabilidade absoluta e robustez construtiva, bem como margem de sistema para ter ganho suficiente, cobertura satisfatória e dimensionamento correto para suportar toda a potência dos transmissores digitais, são os pontos principais das antenas dessa nova geração de TV que chegou para frisar a antiga TV analógica. Referências

11 Antenas para TV Digital: Teste seu Entendimento 1. Os tipos de montagem de antenas são: Topo, Lateral e Cardióide. Candelabro e Circular. Topo, Candelabro e Lateral. Nenhuma das Anteriores. 2. São características importantes em antenas digitais: A Temperatura e a Potência. A Linearidade e a Estabilidade. Alta resistência ao vento. Nenhuma das Anteriores. 3. Não é um diagrama de irradiação o formato: Cardióide. Omnidirecional. Diretivo. Linear. 11