Mudanças entre as edições de "ANT022808 2022 2 AULA08"

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:<math> P_R=G_T G_R \left(\frac{\lambda}{4\pi r} \right)^2 P_T \, \Rightarrow \, P_R=20\times 1,64\times \left(\frac{0,6}{4\pi 1500} \right)^2 \times 0,5 = 16,6 nW </math>
  
  
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:<math> P_R=G_T G_R \left(\frac{\lambda}{4\pi r} \right)^2 P_T</math>
 
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:<math>P_R=P_T+G_T+G_R-L_0-L_{obstaculos}-L_{chuva}-L_{descasamentos}-... > P_{Rmin}< + Margem/math>
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:<math>P_R=P_T+G_T+G_R-L_0-L_{obstaculos}-L_{chuva}-L_{descasamentos} > P_{Rmin} + Margem</math>
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:Dois transceptores separados de 8km operam em 2GHz. As antenas transmissora e receptora são idênticas, a potência na saída dos transceptores é de 100mW e o limiar de recepção é de -105dBm. A atenuação nos conectores e cabos que conectam os transceptores com as antenas, já incluídos os lados Tx e Rx, é de 15dB e a margem mínima é de 30dB. Supondo que o enlace seja em espaço livre, calcular o ganho mínimo das antenas de forma que o sistema opere adequadamente.
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:<math>\lambda=\frac{c}{f}=\frac{3\times 10^8}{2\times 10^9}=0,15 m</math>
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:<math>G_T=G_R=G</math>
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:<math>L_0(dB)=20log\left(\frac{4\pi r}{\lambda}\right)=20log\left(\frac{4\pi\times 8000}{0,15}\right)=116,5 dB</math>
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:<math>P_R=P_T+G_T+G_R-L_0-L_{cabcon} > P_{Rmin} + Margem</math>
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:<math>20+G+G-116,5 -15 > -105 + 30</math>
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Supondo:
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* Escolher antes transmissora e receptora com G=20dBi, tem-se uma folga adicional de '''2x1,75=3,5 dB'''.
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* Neste caso, a margem real será de 30+3,5 = '''33,5 dB'''.
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Edição atual tal como às 16h22min de 19 de dezembro de 2022

Introdução à Radiopropagação e Parâmetros de Antena Receptora

OBJETIVOS
Os objetivos de aprendizagem desta aula são:
  • Compreender o objetivo de estudo de radiopropagação, listando as entidades envolvidas e as bandas no espectro eletromagnético de interesse em aplicações de telecomunicações.
  • Conhecer os parâmetros básicos que descrevem as antenas receptoras, calculando principalmente sua área efetiva.
  • Compreender as fontes de ruído na recepção de um radioenlace, o conceito de temperatura de antena, estimando ambas no contexto de um problema prático.
METODOLOGIA
A aula será de tipo expositiva, tratando dos seguintes assuntos:
  • Radiopropagação, objetivos e aplicações
  • Regulamentação do uso do espectro de rádio
  • Parâmetros de antenas en modo recepção
  • Ruído em radioenlaces
  • Temperatura de antena.
PARA ESTUDO
O material de estudo para esta aula é principalmente o (BALANIS, 2008, vol1) sec. 2.15 e 2.18, e (RIBEIRO, 2012) capítulo 9. Também se sugere o (STUTZMAN, 2016), capítulo 4, até a sec. 4.3. Como complemento, pode revisar também as videoaulas:
  1. 7 ( parte de tempertura de antena), 15 e 16 do prof. Marcio Rodrígues (UFRN). Link para a playlist: https://youtube.com/playlist?list=PLDOBaPHXbWVx0YK6JxryG2HO0GMKw5nUW
  2. 7 do prof. Walter Carpes Júnior (UFSC). Link para a playlist: https://bit.ly/3k7tGJc


Cálculo de Radio Enlaces

...figura...

GRANDEZAS
PT: potência fornecida à antena trasmissora;
PR: potência recebida;
GT: ganho da antena transmissora;
GR: ganho da antena receptora;
AR: abertura efetiva da antena receptora.


CONSIDERAÇÕES
  • não há perdas por reflexão (tem-se o casamento de impedânicas);
  • as polarizações das antenas estão casadas (PMF=1);
  • as antenas estão alinhadas para máxima recepção.


Densidade de potência radiada
Falhou ao verificar gramática (MathML com retorno SVG ou PNG (recomendado para navegadores modernos e ferramentas de acessibilidade): Resposta inválida ("Math extension cannot connect to Restbase.") do servidor "https://en.wikipedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle \rho=\frac{G_T P_T}{4 \pi r^2} [W/m^2]}


Potênica recebida
Falhou ao verificar gramática (MathML com retorno SVG ou PNG (recomendado para navegadores modernos e ferramentas de acessibilidade): Resposta inválida ("Math extension cannot connect to Restbase.") do servidor "https://en.wikipedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle P_R=\rho A_R [W]}


Como:

Falhou ao verificar gramática (MathML com retorno SVG ou PNG (recomendado para navegadores modernos e ferramentas de acessibilidade): Resposta inválida ("Math extension cannot connect to Restbase.") do servidor "https://en.wikipedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle \frac{A_e}{G}=\frac{\lambda^2}{4\pi} \, \Rightarrow \, A_R=G_R \left(\frac{\lambda^2}{4\pi}\right) }


FÓRMULA DE FRIIS
Falhou ao verificar gramática (MathML com retorno SVG ou PNG (recomendado para navegadores modernos e ferramentas de acessibilidade): Resposta inválida ("Math extension cannot connect to Restbase.") do servidor "https://en.wikipedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle P_R=G_T G_R \left(\frac{\lambda}{4\pi r} \right)^2 P_T }
Falhou ao verificar gramática (MathML com retorno SVG ou PNG (recomendado para navegadores modernos e ferramentas de acessibilidade): Resposta inválida ("Math extension cannot connect to Restbase.") do servidor "https://en.wikipedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle G_R=\left(\frac{4\pi}{\lambda^2} \right) A_R }


EXERCÍCIO 1
Um sistema de comunicação opera em 500MHz e tem o receptor a 1,5km do transmissor. A antena transmissora é uma Yagi-Uda com ganho GT=20 e antena receptora é um dipolo de meia onda (GR=1,64). A potência transmitida é de 500mW e as antenas estão alinhadas para a máxima recepção. Calcular a potência recebida pelo dipolo.
Falhou ao verificar gramática (MathML com retorno SVG ou PNG (recomendado para navegadores modernos e ferramentas de acessibilidade): Resposta inválida ("Math extension cannot connect to Restbase.") do servidor "https://en.wikipedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle \lambda=\frac{c}{f}=\frac{3 \times 10^8}{500 \times 10^6}=0,6 m}
Falhou ao verificar gramática (MathML com retorno SVG ou PNG (recomendado para navegadores modernos e ferramentas de acessibilidade): Resposta inválida ("Math extension cannot connect to Restbase.") do servidor "https://en.wikipedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle P_R=G_T G_R \left(\frac{\lambda}{4\pi r} \right)^2 P_T \, \Rightarrow \, P_R=20\times 1,64\times \left(\frac{0,6}{4\pi 1500} \right)^2 \times 0,5 = 16,6 nW }


Nota
PRmin=limiar de recepção ou sensibilidade do receptor, então, PR tem de ser maior que PRmin. Senão, o sistema não vai funcionar.


Cálculo usando decibéis
Falhou ao verificar gramática (MathML com retorno SVG ou PNG (recomendado para navegadores modernos e ferramentas de acessibilidade): Resposta inválida ("Math extension cannot connect to Restbase.") do servidor "https://en.wikipedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle P_R=G_T G_R \left(\frac{\lambda}{4\pi r} \right)^2 P_T}

Dividindo os dois lados da equação por 1 mW:

Falhou ao verificar gramática (MathML com retorno SVG ou PNG (recomendado para navegadores modernos e ferramentas de acessibilidade): Resposta inválida ("Math extension cannot connect to Restbase.") do servidor "https://en.wikipedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle \frac{P_R}{1mW}=G_T G_R \left(\frac{\lambda}{4\pi r} \right)^2 \frac{P_T}{1mW}}


Agora aplicando 10log em cada lado, temos:

Falhou ao verificar gramática (MathML com retorno SVG ou PNG (recomendado para navegadores modernos e ferramentas de acessibilidade): Resposta inválida ("Math extension cannot connect to Restbase.") do servidor "https://en.wikipedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle 10log\frac{P_R}{1mW}=10log\left[G_T G_R \left(\frac{\lambda}{4\pi r} \right)^2 \frac{P_T}{1mW}\right]}


Desenvolvendo aplicando a soma de logaritmos:

Falhou ao verificar gramática (MathML com retorno SVG ou PNG (recomendado para navegadores modernos e ferramentas de acessibilidade): Resposta inválida ("Math extension cannot connect to Restbase.") do servidor "https://en.wikipedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle P_R(dBm)=G_T(dBi)+G_R(dBi)+20log\left(\frac{\lambda}{4\pi r}\right)+P_T(dBm)}
Atenuação da onda esférica no espaço livre (perda básica)
Falhou ao verificar gramática (MathML com retorno SVG ou PNG (recomendado para navegadores modernos e ferramentas de acessibilidade): Resposta inválida ("Math extension cannot connect to Restbase.") do servidor "https://en.wikipedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle L_0(dB)=20log\left(\frac{4\pi r}{\lambda}\right)}


Portanto

Falhou ao verificar gramática (MathML com retorno SVG ou PNG (recomendado para navegadores modernos e ferramentas de acessibilidade): Resposta inválida ("Math extension cannot connect to Restbase.") do servidor "https://en.wikipedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle P_R(dBm)=P_T(dBm)+G_T(dBi)+G_R(dBi)-L_0(dB)}


  • A fórmula apresentada é válida para a propagação no espaço livre.
  • Em cenários mais realistas, outras perdas também devem ser consideradas, por exemplo, obstáculos, efeitos atmosféricos, descasamentos entre outros.

Veja

Falhou ao verificar gramática (MathML com retorno SVG ou PNG (recomendado para navegadores modernos e ferramentas de acessibilidade): Resposta inválida ("Math extension cannot connect to Restbase.") do servidor "https://en.wikipedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle P_R=P_T+G_T+G_R-L_0-L_{obstaculos}-L_{chuva}-L_{descasamentos}-... > P_{Rmin}}


Na prática, inclui-se uma margem (folga) para levar em conta perdas adicionais:


Falhou ao verificar gramática (MathML com retorno SVG ou PNG (recomendado para navegadores modernos e ferramentas de acessibilidade): Resposta inválida ("Math extension cannot connect to Restbase.") do servidor "https://en.wikipedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle P_R=P_T+G_T+G_R-L_0-L_{obstaculos}-L_{chuva}-L_{descasamentos} > P_{Rmin} + Margem}


EXERCÍCIO 2
Dois transceptores separados de 8km operam em 2GHz. As antenas transmissora e receptora são idênticas, a potência na saída dos transceptores é de 100mW e o limiar de recepção é de -105dBm. A atenuação nos conectores e cabos que conectam os transceptores com as antenas, já incluídos os lados Tx e Rx, é de 15dB e a margem mínima é de 30dB. Supondo que o enlace seja em espaço livre, calcular o ganho mínimo das antenas de forma que o sistema opere adequadamente.


Fig23 ANT022808.png


Falhou ao verificar gramática (MathML com retorno SVG ou PNG (recomendado para navegadores modernos e ferramentas de acessibilidade): Resposta inválida ("Math extension cannot connect to Restbase.") do servidor "https://en.wikipedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle \lambda=\frac{c}{f}=\frac{3\times 10^8}{2\times 10^9}=0,15 m}
Falhou ao verificar gramática (MathML com retorno SVG ou PNG (recomendado para navegadores modernos e ferramentas de acessibilidade): Resposta inválida ("Math extension cannot connect to Restbase.") do servidor "https://en.wikipedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle G_T=G_R=G}
Falhou ao verificar gramática (MathML com retorno SVG ou PNG (recomendado para navegadores modernos e ferramentas de acessibilidade): Resposta inválida ("Math extension cannot connect to Restbase.") do servidor "https://en.wikipedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle P_T=10log\left(\frac{100mW}{1mW}\right)=20 dBm}
Falhou ao verificar gramática (MathML com retorno SVG ou PNG (recomendado para navegadores modernos e ferramentas de acessibilidade): Resposta inválida ("Math extension cannot connect to Restbase.") do servidor "https://en.wikipedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle L_{cabcom}=15 dB}
Falhou ao verificar gramática (MathML com retorno SVG ou PNG (recomendado para navegadores modernos e ferramentas de acessibilidade): Resposta inválida ("Math extension cannot connect to Restbase.") do servidor "https://en.wikipedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle P_{Rmin}=-105 dBm}
Falhou ao verificar gramática (MathML com retorno SVG ou PNG (recomendado para navegadores modernos e ferramentas de acessibilidade): Resposta inválida ("Math extension cannot connect to Restbase.") do servidor "https://en.wikipedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle Margem_{min}=30 dB}


Perda básica:

Falhou ao verificar gramática (MathML com retorno SVG ou PNG (recomendado para navegadores modernos e ferramentas de acessibilidade): Resposta inválida ("Math extension cannot connect to Restbase.") do servidor "https://en.wikipedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle L_0(dB)=20log\left(\frac{4\pi r}{\lambda}\right)=20log\left(\frac{4\pi\times 8000}{0,15}\right)=116,5 dB}
Falhou ao verificar gramática (MathML com retorno SVG ou PNG (recomendado para navegadores modernos e ferramentas de acessibilidade): Resposta inválida ("Math extension cannot connect to Restbase.") do servidor "https://en.wikipedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle P_R=P_T+G_T+G_R-L_0-L_{cabcon} > P_{Rmin} + Margem}
Falhou ao verificar gramática (MathML com retorno SVG ou PNG (recomendado para navegadores modernos e ferramentas de acessibilidade): Resposta inválida ("Math extension cannot connect to Restbase.") do servidor "https://en.wikipedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle 20+G+G-116,5 -15 > -105 + 30}


Assim

Falhou ao verificar gramática (MathML com retorno SVG ou PNG (recomendado para navegadores modernos e ferramentas de acessibilidade): Resposta inválida ("Math extension cannot connect to Restbase.") do servidor "https://en.wikipedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle G > 18,25 dBi}


Supondo:

  • Escolher antes transmissora e receptora com G=20dBi, tem-se uma folga adicional de 2x1,75=3,5 dB.
  • Neste caso, a margem real será de 30+3,5 = 33,5 dB.




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