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ANT – Antenas e Propagação
MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃOSECRETARIA DE EDUCAÇÃO PROFISSIONAL E TECNOLÓGICAINSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIACAMPUS SÃO JOSÉ – SANTA CATARINA
Prof. Ramon Mayor Martins, MEng.
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PARTE 4_1: Propagação de Ondas de RF (Ondas Troposféricas e Ionosférica)Disponível em: http://goo.gl/kzvSbd
IFSC – Engenharia de Telecomunicações - ANT - Prof. Ramon Mayor Martins - 2016
4. – Propagação de Ondas de RFIntrodução4.3 – Tipos de Propagação4.4 – Onda Terrestre
– Ondas de Superfície– Ondas Espaciais
– Onda Refletida– Onda Direta
Regiões da Atmosfera4.4 – Ondas Troposféricas4.5 – Ondas Ionosféricas
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4 – Propagação de Ondas de RF
Regiões da Atmosfera
A propagação geralmente ocorre dentro da atmosfera terrestre
Esta região consiste de: Oxigênio e Nitrogênio e é dividida em várias camadas, cada uma possuindo características única, sendo elas: Troposfera, Estratosfera, Mesosfera, Ionosfera e Exosfera.
A composição é 78% Nitrogênio, 21% Oxigênio, outros gases em pequena quantidade.
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Link: [Earth Atmosphere Interactive] http://sepuplhs.org/middle/iaes/students/simulations/sepup_atmosphere.html
4 – Propagação de Ondas de RF
Regiões da Atmosfera – Troposfera (tropos" (girar, misturar), refletindo o fato da turbulência)
É a camada mais baixa e está em contato com a superfície da Terra, indo até 16 km de Altitude.
Nela ocorrem todas as tempestades e a maioria dos fenômenos meteorológicos.
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É a camada menos espessa, mas é a mais densa;
O ar junto ao solo é mais quente, diminuindo de temperatura com a altitude até atingir -60ºC;
A zona limite chama-se tropopausa. Aqui a temperatura mantém-se constante.
A Troposfera exerce grande influência nas condições de
propagação de ondas eletromagnéticas do tipo terrestre
Ref: http://www.pp6pp.com.br/propagacao.htm
4 – Propagação de Ondas de RF
Regiões da Atmosfera - Estratosfera
A estratosfera se estende desde 12 km a 50 km. Onde está a camada de ozônio.
Nesta camada a temperatura aumenta de -60ºC a 0ºC. Este aumento deve-se à interação química e térmica entre a radiação solar e os gases aí existentes
Nela não há umidade e a temperatura sobe de 2 a 4o C por km
Não existem nuvens devido à reduzida quantidade de vapor d'agua.
Sua influência na propagação das ondas eletromagnéticas é irrelevante
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4 – Propagação de Ondas de RF
Regiões da Atmosfera - Mesosfera
Situa-se entre 50 km a 80 km.
Trata-se da camada mais fria da atmosfera
A temperatura volta a diminuir com a altitude, chegando aos -100o C aos 80 km.
A absorção da radiação solar é fraca
A zona limite chama-se mesopausa. Aqui a temperatura mantem-se constante.
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4 – Propagação de Ondas de RF
Regiões da Atmosfera - Termosfera
É a camada mais extensa;
Começa nos 80Km e vai para além dos 1000Km;
Trata-se da camada mais quente da atmosfera;
A temperatura pode atingir os 2000ºC;
Absorvem-se as radiações solares mais energéticas (energia superior a 9,9 x10-19 J);
Subdivide-se em duas partes: a Ionosfera (entre 80 e 550Km)
a Exosfera (parte exterior da atmosfera que se dilui no espaço a partir dos 1000Km de altitude).
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4. – Propagação de Ondas de RFIntrodução4.3 – Tipos de Propagação4.4 – Onda Terrestre
– Ondas de Superfície– Ondas Espaciais
– Onda Refletida– Onda Direta
Regiões da Atmosfera4.4 – Ondas Troposféricas4.5 – Ondas Ionosféricas
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4 – Propagação de Ondas de RF
4.4 – Ondas Troposféricas
A onda troposférica é a componente da onda terrestre que sofre refração nas camadas mais baixas da atmosfera
Esse efeito aumenta gradativamente em função da umidade, da densidade e da temperatura e, consequentemente, do indice de refração
Em alturas de algumas centenas de metros, até 1 km ou mais, coexistem, proximas umas das outras, imensas massas de ar frio e de ar quente, que provocam diferenças bruscas de temperatura e mudanças de densidade.
Pode ocorrer que a onda, encontrando camadas com indices de refração diferentes, sofra reflexão ou refração sucessivas e retorne a terra.
Neste caso a onda fica confinada entre a superfície terrestre e a camada e, como toda sua energia se concentra no CONDUTO assim formado, seu alcance é maior.
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4 – Propagação de Ondas de RF
4.4 – Ondas Troposféricas
A reflexão e a refração troposférica resultante, tornam possíveis as comunicacoes a distancias bem maiores do que poderiam ser obtidas com as ondas terrestres comuns
Nas comunicações por onda troposférica, as antenas transmissoras e receptora devem ter o mesmo tipo de polarização, uma vez que a onda troposférica mantem a mesma polarização durante seu deslocamento.
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4 – Propagação de Ondas de RF
4.4 – Ondas Troposféricas
A figura A mostra o desvio de cima para baixo de uma frente de onda que penetra numa camada de ar, cuja constante dielétrica e umidade diminuem com o aumento da altura relativa à superficie da terra
A figura B mostra o desvio da mesma onda, no sentido de baixo para cima, face condições opostas
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4 – Propagação de Ondas de RF
4.4 – Ondas Troposféricas
Uma vez que a refração aumenta com a frequencia, a refração troposférica torna-se mais efetiva nas mais altas frequências, assegurando interessantes possibilidades de comunicações acima dos 50 MHz, alem da linha do horizonte.
Uma causa muito comum da refração troposférica é a inversão de temperatura
A inversão de temperatura resulta, por sua vez, de uma série de causas como:
Uma massa de ar quente que atravessa uma massa mais fria;
Descida de uma massa de ar aquecida por compressão;
Resfriamento rápido da superfície do ar após o pôr do Sol;
Aquecimento do ar acima de uma camada de nuvens devido a reflexão dos raios solares em superfície superior das nuvens.
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4 – Propagação de Ondas de RF
4.4 – Ondas Troposféricas
As comunicações não são estáveis porque os dutos troposféricos não tem tempo certo de duração.
E necessário que as duas antenas estejam situadas dentro do conduto para haver comunicação.
Se um conduto se forma deixando uma das antenas acima da camada refletora, as comunicações são impossíveis
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Exemplo: [Youtube – VHF Aeroporto JK recebido em Goiania] https://www.youtube.com/watch?v=a9yNezvpp0U
4 – Propagação de Ondas de RF
4.4 – Ondas Troposféricas – Efeitos da Troposfera
Entre os vários fenomenos decorrentes do trajeto das ondas terrestres, dentro da atmosfera terrestre, podem ser destacar:
Formação de dutos, Absorção da energia Difusão troposférica Encurvamento normal da onda direta
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4 – Propagação de Ondas de RF
4.4 – Ondas Troposféricas – Efeitos da Troposfera
Formação de dutos
Os dutos troposféricos são consequencias de um fenomeno denominado Inversão da temperatura que frequentemente se verifica em certas regioes da terra, como por exemplo: no litoral e nos desertos.
Isto ocorre quando massas de ar frio entram em contato com massas de ar mais aquecidas, determinando a inversao de temperatura
Como os indices de refração são diferentes em cada massa de ar - em virtude de suas caracteristicas de umidade, pressão e temperatura - forma-se uma superfície de separação entre dois meios.
Dependendo de certas condições é possível que na frequência de operação as ondas sejam refletidas de volta, pela superfície separadora.
Dois casos podem ocorrer: Dutos Superficial Dutos Elevados
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4 – Propagação de Ondas de RF
4.4 – Ondas Troposféricas – Efeitos da Troposfera
Formação de dutos – Dutos Supeficial
o duto é formado pela terra e pelas superficies separadora entre as massas de ar.
As ondas se refletem nas superficies, confinando-se no interior do duto, alcançando às vezes grandes distâncias, pois a energia é concentrada na direção correspondente, acompanhando inclusive, a curvatura da terra
o fenomeno pode ser encarado como a transmissão da energia em um guia de ondas)
Somente haverá recepcao se a antena receptora se encontrar no interior do duto, pois nenhuma energia, ou muito pouca, é encontrada fora das superfícies.
Aumentando o alcance das ondas, os dutos podem provocar interferências entre enlaces operando em frequências próximas e separadas, em condições normais, pelo horizonte-rádio
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4.4 – Ondas Troposféricas – Efeitos da Troposfera
Formação de dutos – Dutos Supeficial
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4 – Propagação de Ondas de RF
4.4 – Ondas Troposféricas – Efeitos da Troposfera
Formação de dutos – Dutos Elevado
O fenomeno é basicamente o mesmo, mas ocorre entre superficies separadoras acima da superfície terrestre.
As ondas transmitidas do avião não alcançam a antena receptora, abaixo do duto.
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4 – Propagação de Ondas de RF
4.4 – Ondas Troposféricas – Efeitos da Troposfera
Formação de dutos – Dutos Elevado
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4 – Propagação de Ondas de RF
4.4 – Ondas Troposféricas – Efeitos da Troposfera
Difusão Troposférica
A difusão pode ser considerada como um caso particular da reflexão onde, em virtude da irregularidade da superfície refletora, as ondas refletidas se espalham (difundem) em várias direções.
O espalhamento ocorre na baixa atmosfera onde ondas refletidas nas descontinuidades (de indices de refração), se difundem em várias direções devido às irregularidades provocadas por turbulências na troposfera.
Uma parcela pequena da energia difundida chega ao receptor, permitindo comunicações estáveis alem do horizonte.
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4 – Propagação de Ondas de RF
4.4 – Ondas Troposféricas – Efeitos da Troposfera
Difusão Troposférica
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4 – Propagação de Ondas de RF
4.4 – Ondas Troposféricas – Efeitos da Troposfera
Absorção Troposférica
As ondas de rádio perdem parte de sua energia em interações com cargas elétricas associadas as partículas existentes na troposfera
A atenuação é ponderável quando as partículas em questão apresentam dimensões comparáveis ao comprimento de onda na frequência de operação, como no caso das gotas de chuva em precipitação.
Outro fator de absorção são os gases existentes na troposfera, como oxigênio, vapor d'agua, cujas moléculas interagem suas cargas elétricas com os campos da onda eletromagnética, perdendo-se energia.
As causas da absorção começam a influir ponderavelmente a partir de 10 GHz tornando-se importante parâmetro a ser considerado nas ligações de micro-ondas e instalações de radar na banda X
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4.4 – Ondas Troposféricas – Efeitos da Troposfera
Encurvamento normal da onda direta
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4 – Propagação de Ondas de RF
4.4 – Ondas Troposféricas – Indice Troposférico
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Link: [Indice de dutos troposféricos] http://www.dxinfocentre.com/tropo_sam.html