Introdução Meios de Transmissão Guiados

Tipos de meios utilizados em telecomunicações

Par trançado: Utilizado na rede de distribuição telefônica, principalmente do armário de distribuição até o assinante. Também é utilizado no cabeamento estruturado. Em geral esta acondicionado em cabos com vários pares, os quais são identificados por um código de cores.

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Cabo coaxial: Empregado nas redes de distribuição de CATV e CFTV, na interligação entre equipamentos de telecomunicações e nas ligações entre transmissores e antenas. É formado por um condutor central, dielétrico, malha externa e capa protetora.

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Fibra óptica: Está no coração de todas as redes de telecomunicações (Voz, Imagem e Dados).É utilizada em redes de transmissão e distribuição telefônicas, em redes de CATV e no cabeamento estruturado. É composta por um núcleo e uma casca, dois vidros com índices de refração diferentes. A tendência é que substitua o par trançado e o cabo coaxial. No cabeamento estruturado sua maior restrição de uso é o custo dos equipamentos de ponta (placas de rede e portas ópticas de equipamentos).

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• Mapa dos cabos ópticos ao redor do planeta

Guia de onda: Utilizado na faixa de microondas, em frequências próximas ou superiores a 2 GHz. Nessa faixa de frequência apresenta menor atenuação do que os cabos coaxiais equivalentes. Utilizado para interligar os estágios amplificadores de potência em sistemas de radiodifusão e para ligar esses amplificadores aos seus respectivos sistemas de antenas.

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Ar (wireless): empregado nas comunicações sem fio.

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Independente do meio os cabos que os encapsulam podem diferir em função do ambiente onde serão instalados. Existem cabos para ambientes internos, para instalação aérea, subterrânea ou diretamente enterrada.

Código de cores

Para identificação dos pares trançados dentro dos cabos multipares existe um código de cores (página 44 do texto sobre cabeamento estruturado)

Além do código de cores os cabos de pares trançados são fabricados através do agrupamento de grupos de 25 ou supergrupos de 50 ou 100 pares Arquivo:ET923.pdf

Os cabos de fibra óptica também utilizam um código de cores.

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Parâmetros concentrados x Parâmetros distribuídos

No estudo de análise de circuitos é comum tratar os condutores que interligam fontes, resistores, indutores e capacitores como ideais. Estes condurores não apresentam resistência ou outras propriedades elétricas, são condutores perfeitos.

Este tipo de abordagem é possível devido a boa qualidade dos condutores utilizados nos circuitos elétricos. A resistência desses condutores é muito baixa podendo ser desprezada na maioria dos casos.

Além da boa qualidade dos condutores, é possível desprezar seus efeitos elétricos quando estamos trabalhando em baixas frequências e/ou com comprimentos de condutores muito menores do que o tamanho da onda que se propaga nele.

Os condutores que interligam uma fonte a uma impedância não são tratados como ideais quando tem comprimentos da mesma ordem de grandeza ou maiores do que o comprimento de onda gerado pela fonte. Nesses casos os efeitos resistivos, capacitivos e indutivos dos condutores influenciam no comportamento das tensões e das correntes do circuito elétrico.

Parâmetros Concentrados: Quando tratamos os condutores que interligam componentes como ideais, trabalhamos com a abordagem de parâmetros concentrados, isto é, consideramos que os efeitos resistivos, capacitivos e indutivos resultam apenas dos componentes que inserimos no circuito.

Parâmetros Distribuídos: Quando o comprimento de onda que se propaga num circuito apresenta a mesma ordem de grandeza ou é muito menor do que o tamanho dos condutores que interligam os componentes, temos que considerar os efeitos das propriedades elétricas desses condutores. Nesse caso, utilizamos uma abordagem de parâmetros distribuídos.

Tensão, corrente e onda eletromagnética: Um condutor percorrido por corrente elétrica gera ao seu redor um campo magnético. Se a corrente variar no tempo, o campo magnético também sofrerá variações, produzindo uma perturbação magnética que se propaga na forma de uma onda eletromagnética. De formar semelhante um par de condutores submetidos a uma tensão elétrica geram no espaço um campo elétrico. Se a tensão variar o campo elétrico irá gera uma perturbação eletromagnética. Essa breve descrição da relação entre tensão, corrente e onda eletromagnética, já fornece elementos para admitirmos que a propagação da energia elétrica por circuitos pode ser analisada considerando suas tensões e correntes ou a onda eletromagnética que o percorre.

Parâmetros de uma onda sinusoidal: Onda é a propagação de uma perturbação através do espaço ou de um meio sem que acha a propagação da matéria. Apenas a energia da perturbação é propagada. São parâmetros de uma onda periódica sinusoidal:

1. Frequência (f): quantidade de vezes que a onda se repete em um segundo (Hz)

2. Período (T): intervalo de tempo entre o fim e o início de um ciclo da onda. É o inverso da frequência (s)

3. Amplitude máxima: valor máximo que a perturbação atinge durante um ciclo. Sua unidade depende da natureza da onda. (tensão - V, corrente - A, campo elétrico - N/C, campo Magnético - T ...)

4. Velocidade de propagação (Vp): a velocidade da onda eletromagnética é a velocidade da luz. No vácuo é aproximadamente $3x10^{8}$ m/s

5. Comprimento de onda ($\lambda$): comprimento de um ciclo completo da onda (m)

Relação entre Vp,$\lambda$ e f: $Vp=\lambda .f$

Relação entre $\lambda$ e o tamanho dos "condutores" que interligam os componentes

As duas comparações que seguem procuram mostrar a diferença do fenômeno físico entre um circuito percorrido por uma onda com λ muito maior do que o seu tamanho físico e um circuito percorrido por uma onda com λ igual ou inferior ao seu tamanho físico.

• Circuito com λ muito maior do que o seu tamanho físico.

Neste circuito a fonte gera uma onda com f=60 Hz, para simplificação dos cálculos vamos considerar que a velocidade da onda eletromagnética no condutor é igual a 3x10⁸, portanto:

$\lambda ={Vp \over f}={3.10^{8} \over 60}=5.10^{6}m$

Como o circuito tem apenas 0,30 m a variação da tensão entre o ponto onde esta a fonte e o ponto onde esta o resistor é menor que 3x10^-6. Comparando esse valor com a tensão da fonte percebe-se que o mesmo é desprezível. Quanto a fase, temos que:

$\beta ={360 \over 5.10^{6}}=7,2.10^{-5}{.^{o}}/m$.

Para 0,30 m $\theta =0,30\beta =2,2.10^{-5}{.^{o}}$, novamente desprezível.

Considerando a diferença da tensão e da fase entre a fonte e o resistor, podemos considerar que as mesmas são iguais e o condutor como ideal.

<--------------------------------------------------0,30 m ---------------------------------------------------->

• Circuito com λ muito menor do que o seu tamanho físico.

Neste segundo circuito a fonte gera uma onda com $f=3GHz$, portanto: $\lambda ={Vp \over f}={3.10^{8} \over 3.10^{9}}=0,10m$

Como o circuito tem 0,30 m entre a fonte e o resistor cabem 3 comprimentos de onda completos. Se acompanharmos o valor da tensão ao longo do condutor vemos que o mesmo altera várias vezes entre o valor máximo e o mínimo. Não podemos desconsiderar essa variação, temos que analisar o que ocorre em cada parte do condutor também.

Se o nosso circuito tivesse 0,35m o valor da tensão no resistor seria de 10V enquanto na fonte o valor seria de 0 V !!!!

Em relação a fase temos que $\beta ={360 \over 0,1}=36^{o}/m$. Para 0,30 m $\theta =0,30\beta =1080^{o}$.Essa defasagem não pode ser desconsiderada.

Nesta situação trabalhamos com a abordagem de parâmetros distribuídos.

<--------------------------------------------------0,30 m ---------------------------------------------------->