Propagação da Radiofrequência. A propagação de radiofrequência pode ocorrer nos meios físicos sólido, líquido, gasoso, no vácuo e no plasma. Ela pode. Por: Carlos Sardinha

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1 Propagação da Radiofrequência

2 A propagação de radiofrequência pode ocorrer nos meios físicos sólido, líquido, gasoso, no vácuo e no plasma. Ela pode ser direta ou indireta.

3 Ela é Direta: Quando o recetor enxerga o transmissor em qualquer ambiente, meio, no vácuo, ou em ambos. Indireta, pode ser por diversas vias: Refração, Reflexão ou Condução, entre outras.

4 A Propagação é um modo de transmissão da energia, esta pode ser: propagação luminosa propagação sonora ou propagação térmica

5 Na energia eletromagnética estão incluídas as ondas de rádio. São as ondas do espectro eletromagnético que compreendem radiações cuja frequência varia de alguns hertz até muitos GHz, ou de alguns quilómetros até cerca de comprimentos de onda milimétricos.

6 A Ionosfera, está intimamente ligada ao número de manchas solares; O aumento de manchas solares, está intimamente ligado à melhoria da propagação a nível planetário; Nas épocas de maior atividade solar, são emitidas maiores quantidades de partículas pelo astro rei, que saturam a ionosfera terrestre ionicamente.

7 Ionosfera é uma das camadas da atmosfera terrestre, caracterizada pela existência cargas de iões e eletrões abrangendo entre os 60 km e 500 km de altitude.

8 A ionosfera está localizada entre a mesosfera e a exosfera. Esta camada da atmosfera é constantemente ionizada devido a radiação que recebe dos raios cósmicos e solares.

9 Na ionosfera os eletrões movem-se muito mais livremente, devido à baixa densidade dos gases existentes nesta camada. Por este motivo, a ionosfera é composta por uma região condutora de eletricidade, agindo como defletora para as ondas de rádio.

10 Os sinais de rádio que se propagam no ar podem percorrer caminhos diferentes e com características diferentes.

11 O melhor desses caminhos é sempre aquele que tem uma menor atenuação do sinal e consequentemente o que produz uma maior intensidade de campo na antena recetora.

12 Quanto ao meio onde se propagam as ondas podem ser: onda terrestre – acompanha a curvatura da terra; onda espacial – propaga-se no espaço entre antenas; onda celeste – é enviada para a ionosfera e regressa à terra.

13 onda terrestre – acompanha a curvatura da terra

14 onda espacial – propaga-se no espaço entre antenas

15 onda celeste – é enviada para a ionosfera e regressa à terra.

16 Quanto à forma como se propagam Onda de solo – acompanha a curvatura da terra; Onda direta – propaga-se diretamente entre antenas; Onda Refletida; Onda Difratada; Onda Refratada;

17 Onda Refletida

18 Onda Difratada

19 Onda Refratada

20 Na ionosfera os iões estão dispostos em muitas camadas, capazes de refratar as ondas de rádio na faixa de HF e devolvê-las à Terra numa trajetória que faz com que as mesmas percorram grandes distâncias.

21 As altas frequências (HF, high frequencies), correspondem à porção do espectro entre 3 e 30 MHz; A comunicação usando a faixa de HF é possível porque existe uma camada da atmosfera superior terrestre chamada ionosfera, a qual refrata e/ou reflete as ondas de rádio.

22 A intensidade da radiação solar modifica-se com a hora, com a estação do ano, com a localização geográfica; ocorrem variações cíclicas na capacidade da ionosfera de refletir essas ondas de rádio; Esses ciclos estão vinculados ao ciclo de aproximadamente 11 anos de atividade solar.

23 De 11 em 11 anos ocorre um aumento no número de manchas solares; Essas manchas são áreas turbulentas que produzem considerável quantidade de radiação;

24 Quando a superfície solar está coberta por um grande número de manchas, a ionosfera é eletricamente mais carregada e as comunicações em ondas curtas são geralmente muito boas. Quando o número de manchas solares diminui, as condições tornam-se piores.

25 IONOSFERA

26 é composta de partículas carregadas eletricamente chamadas iões. Iões são átomos ou moléculas que ganharam ou perderam eletrões apresentando, portanto carga elétrica negativa (chamados aniões) ou carga elétrica positiva (chamados catiões).

27 O processo de transferência de eletrões (perda ou ganho) envolve energia, e essa energia tem de vir ou ir para algum lugar. Retirar eletrões é sinónimo de realização de trabalho logo gasta energia.

28 Na ionosfera esses iões estão dispostos em muitas camadas que são capazes de refletir as ondas de rádio na faixa de HF e devolvê-las à Terra numa trajetória que faz com que as mesmas percorram grandes distâncias.

29 As características elétricas dessas camadas, as quais são coletivamente referidas como ionosfera, estão sujeitas a amplas variações. Isto ocorre porque a ionosfera é formada pela radiação proveniente do SOL. É essa a fonte da energia necessária para arrancar os eletrões das moléculas do topo da atmosfera e transformá-las em iões.

30 A intensidade da radiação solar modifica-se com a hora, com a estação do ano, com a localização geográfica. A radiação ultravioleta é primordial nas camadas mais externas da ionosfera, enquanto que além desse tipo de radiação, a radiação do tipo raios-x, raios cósmicos e outras frequências de radiação também tem importância nas camadas mais baixas da ionosfera.

31 Se a radiação solar desaparece (à noite) os eletrões e os iões recombinam-se formado átomos e moléculas eletricamente neutros. O processo de ionização recomeça novamente quando do nascer do sol. Ocorre que há uma diferença de velocidade entre a ionização e a recombinação.

32 A ionização é um processo mais rápido do que a recombinação; Assim a chamada densidade eletrónica da ionosfera diminui a uma velocidade menor do que a velocidade de aumento da densidade eletrónica devido ao nascer do sol.

33 Como a composição do topo da atmosfera varia conforme a altitude e como os diversos gases respondem especificamente a diferentes frequências, existe uma tendência da ionização ocorrer em diferentes camadas.

34 A frequência crítica é a frequência mais alta a partir da qual um eco é recebido quando um pulso de rádio é enviado verticalmente para a ionosfera. Mas para transmitir um sinal a longas distâncias, como requerido nas comunicações via rádio, a onda de rádio deve deixar a antena transmissora num ângulo tal que a onda alcance a ionosfera de maneira oblíqua.

35 O ângulo de radiação apropriado, bem como a frequência ótima para ser usada sob um determinado caminho, depende de muitos fatores, incluindo a altura da camada refletora, a extensão na qual a mesma está eletrificada e a distância entre os locais de transmissão e recepção.

36 existe relação entre essa frequência ótima e a frequência crítica; O conhecimento das relações existentes entre a frequência crítica, altura de camada, ângulo de radiação, comprimento do caminho, etc., são fundamentais para entender os princípios das comunicações em longas distâncias através de ondas curtas.

37 Se o ângulo da radiação for menor do que os 90º da vertical, a onda viajará mais longe na camada ionizada e será refractada em maior grau. Isto significa que sinais acima da frequência crítica podem regressar à terra.

38 Contudo, há uma limitação. Para uma dada frequência, há sempre um ângulo crítico a partir do qual o sinal não será refractado de volta à terra.

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40 À medida que o ângulo de radiação diminui, a distância que a onda viaja sobre a terra aumenta. Esta distância é conhecida como distância de salto. A distância de salto pode ser maximizada utilizando o menor ângulo de radiação possível e usando a mais alta frequência que ainda será refractada àquele ângulo.

41 Ângulo crítico

42 A mais alta frequência que pode ser utilizada para transmitir entre dois locais é chamada a máxima frequência utilizável (MUF); Na prática uma frequência mais baixa poderia ser utilizada porque também seria refractada. Contudo, à medida que a frequência baixa também o sinal absorvido na ionosfera aumenta rapidamente e o nível de sinal é dramaticamente reduzido.

43 De facto, há uma frequência mínima utilizável (LUF) abaixo da qual o sinal de RF é totalmente absorvido pela ionosfera. Portanto, o máximo de sinal na recepção é obtido quando se trabalha próximo da MUF. Infelizmente, a MUF está constantemente a mudar devido aos efeitos da radiação solar.

44 Para garantir um funcionamento fiável, utiliza- se antes a frequência ótima de utilização (OUF); Esta frequência está suficientemente afastada da MUF para ser afetada pelas variações minuto a minuto da energia solar e então comunicações via ionosfera fiáveis;

45 Existem cartas que prevê em a MUF e a LUF e a OUF, para qualquer hora do dia em qualquer ponto da terra durante um dado mês. Estas previsões são baseadas na observação solar e podem ser utilizadas para otimizar as comunicações via ionosfera.

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47 A absorção ionosférica uma das principais razões, para que a força de um sinal de rádio seja reduzido, ao passar através da região D; Quando uma onda de rádio passa através da camada D, parte da energia é transferida para os eletrões que existem nessa região eletrificada.

48 Esses eletrões movimentam-se vibrando no mesmo "ritmo" (na mesma frequência) que a onda de rádio, à medida que a mesma ultrapassa a região ionizada, chocando-se com as moléculas gasosas muito maiores, ainda presentes na altitude da camada D.

49 Como resultado dessas colisões, os eletrões perdem parte da energia transferida pela onda de rádio; De fato essa energia perdida não é propagada, e a quantidade de energia da onda de rádio que emerge da ionosfera é menor que aquela que entrou na camada D, resultando um decréscimo de potência do sinal.

50 Simplesmente falando, a camada D age como uma "esponja de RF" nas frequências de ondas curtas; A energia é perdida pela onda de rádio passando através da camada D, depende do número de colisões por segundo entre os eletrões e as moléculas de gases.

51 Esta quantidade, por sua vez, depende da frequência das ondas de rádio e das moléculas presentes; À medida que a frequência aumenta, o comprimento de onda decresce, e o número de colisões entre os eletrões e as moléculas de gás também decresce. Quanto mais alta a frequência, menor a absorção.

52 A quantidade de absorção ionosférica varia inversamente com o quadrado da frequência do sinal. Se a frequência do sinal é dobrada, a absorção ionosférica cai 4 vezes.

53 Por exemplo: A absorção na faixa dos 27-30 MHz (faixa de 10 m de radioamadores) e ( 11 m faixa do cidadão) é um quarto da absorção encontrada nos 14 MHz ( banda dos 20 m). Quando ambas as faixas estão "abertas" ao mesmo tempo, será necessária muito mais potência para operar em 20 m com igual efetividade que observada numa transmissão nos 10 m.

54 A absorção ionosférica depende da intensidade de ionização da camada D; Quanto mais alto o sol no céu, maior a absorção. A absorção é muito mais intensa em regiões equatoriais, do que em latitudes temperadas, e é geralmente maior durante o verão do que no inverno.

55 Medidas de sinal feitas durante ciclos solares mostram que durante as horas diurnas, a absorção ionosférica na frequência de 20 MHz é aproximadamente 25% menor em períodos de baixa atividade solar do que em períodos de alta atividade solar.

56 A diferença em 10 MHz é próxima a 50% e em 5 MHz é de 75%.Durante as horas de escuridão, quando a absorção ionosférica normalmente cai a valores muito baixos, existe uma redução entre 25 a 50% à medida que o ciclo solar declina do máximo até o mínimo de atividade, com reduções maiores tendo lugar em frequências menores.

57 Uma absorção menor significa sinais mais fortes; Assim, a intensidade dos sinais de rádio, refletidos pela ionosfera durante os anos de baixa atividade solar, é maior que durante os anos de alta atividade solar, particularmente nas faixas de radioamadores de 40, 80 e 160 metros, e nas correspondentes bandas de radiodifusão.

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59 A camada mais baixa, chamada a camada D, está a cerca de 50Km de altitude e existe apenas durante o dia; Esta camada é a mais afastada do sol e portanto a sua ionização é fraca; Por esta razão a camada D não afeta a direção da propagação das ondas.

60 Contudo, as partículas ionizadas absorvem uma quantidade apreciável da energia das ondas eletromagnéticas, pelo que quando esta camada está presente atenua a onda celeste no caminho ascendente e novamente no caminho descendente.

61 A camada D absorve completamente os sinais de MF (30KHz-300KHz), pelo que estes sinais ficam limitados à propagação por onda terrestre durante o dia; Quando a camada D desaparece, à noite os sinais de MF podem então propagar-se muito mais longe pela camada.

62 A camada E, estende-se desde aproximadamente os 80 Km até aos 120 Km acima da superfície da terra. Ela tem um máximo de densidade durante a tarde mas é muito fracamente ionizada à noite. Possibilita as comunicações em LF e MF (300Khz-3MHz) durante a noite.

63 Esta camada é muito apreciada pelos radioamadores por em determinadas circunstâncias, possibilitar comunicações em frequências acima de 50MHz a distâncias que podem ultrapassar os 2000Km. Isso acontece quando existe uma "esporádica E".

64 A esporádica E, forma-se quando durante determinado tempo (especialmente no inicio do verão) existem zonas fortemente ionizadas por condições anómalas de atividade solar, possibilitando a reflexão de sinais de frequências muito elevadas. A altitude a que se situa a nuvem ionizada e a densidade da ionização determinam a distância do salto para um determinado ângulo de incidência.

65 Uma das formas de verificar que estamos perante uma esporádica "E", é o aparecimento de estações de rádio FM ou de TV que estão a emitir a mais de 1500km de distância.

66 A última camada, (camada F) é muito variável; À noite é uma única camada e fica a cerca de 200 Km da superfície; Durante o dia, quando a radiação solar é máxima, ela separa-se em duas camadas chamadas F1 e F2.

67 A camada F1 fica entre 140 Km e 200 Km. A camada F2, que é a mais próxima do sol, é ainda mais variável, e vai desde os 200 Km até aos 250 Km num dia de inverno e entre os 200 e os 350 Km num dia de verão.

68 Na banda de VHF as perturbações ionosféricas fazem normalmente o contrário, isto é, produzem consideráveis aumentos nas distâncias que o sinal pode percorrer; Uma destas perturbações é chamada “ionização esporádica da camada E”.

69 ou seja, a camada E fica muito mais ionizada do que o normal o que permite a reflexão de sinais de VHF, fazendo com que estes sinais que em condições normais atravessariam a camada E, e não regressariam à Terra, sejam refletidos de novo e percorram distâncias muito maiores do que as habituais em linha de vista, por isso, é frequente no verão, captarem em Portugal emissões de TV e rádio FM provenientes do centro da Europa.

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71 Propagação por difusão troposférica

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73 As distâncias em linha de vista são portanto relativamente pequenas e constituem um obstáculo às comunicações de longo alcance; Há contudo algumas maneiras para aumentar o curto alcance das comunicações em VHF, UHF mas apenas três dessas técnicas provaram ser eficientes. São a difusão troposférica, a conduta troposférica e as comunicações por satélite.

74 O fenómeno não são ainda totalmente compreendidas, mas julga-se que ele seja devido a reflexões por irregularidades na atmosfera (troposfera) ou a reflexões nas camadas atmosféricas. A verdade é que o fenómeno existe, é fiável, como método de estender as comunicações de UHF muito para além da linha do horizonte.

75 As melhores frequências para este método são 900 MHz, 2 GHz, e 5 GHz; A distância típica para um link troposférico é de 300 a 1000 Km. Comparado com o máximo de 100 Km para uma onda em linha de vista, a difusão troposférica é muito apelativa.

76 O único problema é que são imprescindíveis emissores de alta potência, recetores de alta sensibilidade e antenas extremamente diretivas, normalmente arrays altamente elaborados; o custo destes sistemas é muito alto comparado com os sistemas convencionais de onda direta, o que por vezes torna preferível usar vários repetidores entre dois pontos ou cabo coaxial para cobrir a mesma distância.

77 Mesmo assim, a difusão troposférica tem sido utilizada nas comunicações militares, nas comunicações com plataformas petrolíferas muito afastadas da costa e também quando a zona a cobrir tem muitas montanhas ou é de difícil acesso. Contudo, é um sistema que está em declínio pois a comunicação por satélite permite muito maiores distâncias e com muito melhores condições.

78 Até, a um próximo encontro!