ANT022808 2022 2 AULA08

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

P_T: potência fornecida à antena trasmissora;

P_R: potência recebida;

G_T: ganho da antena transmissora;

G_R: ganho da antena receptora;

A_R: 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

$\rho ={\frac {G_{T}P_{T}}{4\pi r^{2}}}[W/m^{2}]$

Potênica recebida

$P_{R}=\rho A_{R}[W]$

Como:

${\frac {A_{e}}{G}}={\frac {\lambda ^{2}}{4\pi }}\,\Rightarrow \,A_{R}=G_{R}\left({\frac {\lambda ^{2}}{4\pi }}\right)$

FÓRMULA DE FRIIS

$P_{R}=G_{T}G_{R}\left({\frac {\lambda }{4\pi r}}\right)^{2}P_{T}$

$G_{R}=\left({\frac {4\pi }{\lambda ^{2}}}\right)A_{R}$

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 G_T=20 e antena receptora é um dipolo de meia onda (G_R=1,64). A potência transmitida é de 500mW e as antenas estão alinhadas para a máxima recepção. Calcular a potência recebida pelo dipolo.

$\lambda ={\frac {c}{f}}={\frac {3\times 10^{8}}{500\times 10^{6}}}=0,6m$

$P_{R}=G_{T}G_{R}\left({\frac {\lambda }{4\pi r}}\right)^{2}P_{T}=20\times 1,64\times \left({\frac {0,6^{2}}{4\pi 1500}}\right)\times 0,5=16,6nW$

Nota

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

Cálculo usando decibéis

$P_{R}=G_{T}G_{R}\left({\frac {\lambda }{4\pi r}}\right)^{2}P_{T}$

Dividindo os dois lados da equação por 1mW:

${\frac {P_{R}}{1mW}}=G_{T}G_{R}\left({\frac {\lambda }{4\pi r}}\right)^{2}{\frac {P_{T}}{1mW}}$

Agora aplicando 10log em cada lado, temos:

$10log{\frac {P_{R}}{1mW}}=10log\left[G_{T}G_{R}\left({\frac {\lambda }{4\pi r}}\right)^{2}{\frac {P_{T}}{1mW}}\right]$

Desenvolvendo aplicando a soma de logaritmos:

$P_{R}(dBm)=G_{T}(dBi)+G_{R}(dBi)+20log\left({\frac {\lambda }{4\pi r}}\right)+P_{T}(dBm)$

Atenuação da onda esférica no espaço livre (perda básica)

$L_{0}(dB)=20log\left({\frac {4\pi r}{\lambda }}\right)$

Portanto

$P_{R}(dBm)=P_{T}(dBm)+G_{T}(dBi)+G_{R}(dBi)-L_{0}(dB)$

• 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_{obstáculos}-L_{chuva}-L_{descasamentos} - ...}

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