Teoria da Antena - Espectro e Transmissão

Na atmosfera terrestre, a propagação da onda depende não apenas das propriedades da onda, mas também dos efeitos ambientais e das camadas da atmosfera terrestre. Tudo isso deve ser estudado para formar uma ideia de como uma onda se propaga no ambiente.

Vejamos o frequency spectrumsobre o qual ocorre a transmissão ou recepção do sinal. Diferentes tipos de antenas são fabricados dependendo da faixa de frequência em que são operadas.

Espectro eletromagnético

A comunicação sem fio é baseada no princípio de transmissão e recepção de ondas eletromagnéticas. Essas ondas podem ser caracterizadas por sua frequência (f) e seu comprimento de onda (λ) lambda.

Uma representação pictórica do espectro eletromagnético é dada na figura a seguir.

Bandas de baixa frequência

As bandas de baixa frequência compreendem as porções de rádio, microondas, infravermelho e visível do espectro. Eles podem ser usados ​​para transmissão de informações modulando a amplitude, frequência ou fase das ondas.

Bandas de alta frequência

As bandas de alta frequência são compostas por raios X e raios gama. Teoricamente, essas ondas são melhores para a propagação de informações. Porém, essas ondas não são utilizadas de forma prática devido à dificuldade de modulação e são prejudiciais aos seres vivos. Além disso, as ondas de alta frequência não se propagam bem pelos edifícios.

Faixas de frequência e seus usos

A tabela a seguir descreve as bandas de frequência e seus usos -

Nome da banda Frequência Comprimento de onda Formulários
Frequência Extremamente Baixa (ELF) 30 Hz a 300 Hz 10.000 a 1.000 KM Frequências de linha de energia
Frequência de voz (VF) 300 Hz a 3 KHz 1.000 a 100 KM Comunicações por telefone
Freqüência muito baixa (VLF) 3 KHz a 30 KHz 100 a 10 KM Comunicações Marítimas
Baixa Frequência (LF) 30 KHz a 300 KHz 10 a 1 KM Comunicações Marítimas
Média frequência (MF) 300 KHz a 3 MHz 1000 a 100 m AM Broadcasting
Alta Frequência (HF) 3 MHz a 30 MHz 100 a 10 m Comunicações de aeronaves / navios de longa distância
Frequência muito alta (VHF) 30 MHz a 300 MHz 10 a 1 m Transmissão FM
Ultra alta frequência (UHF) 300 MHz a 3 GHz 100 a 10 cm Telefone celular
Super alta frequência (SHF) 3 GHz a 30 GHz 10 a 1 cm Comunicações por satélite, links de microondas
Extremamente alta frequência (EHF) 30 GHz a 300 GHz 10 a 1 mm Loop local sem fio
Infravermelho 300 GHz a 400 THz 1 mm a 770 nm Eletrônicos de consumo
Luz visível 400 THz a 900 THz 770 nm a 330 nm Comunicações Óticas

Alocação de espectro

Sendo o espectro eletromagnético um recurso comum e aberto ao acesso de qualquer pessoa, diversos acordos nacionais e internacionais foram celebrados quanto à utilização das diferentes faixas de frequências do espectro. Os governos nacionais individuais alocam espectro para aplicações como transmissão de rádio AM / FM, transmissão de televisão, telefonia móvel, comunicação militar e uso governamental.

Worldwide, uma agência da International Telecommunications Union Radio Communication (ITU-R) Bureau chamado Conferência Mundial de Rádio Administrativa (WARC) tenta coordenar a alocação de espectro pelos vários governos nacionais, de modo que dispositivos de comunicação que podem funcionar em vários países possam ser fabricados.

Limitações de transmissão

Quatro tipos de limitações que afetam as transmissões de ondas eletromagnéticas são -

Atenuação

De acordo com a definição padrão, “A diminuição na qualidade e na intensidade do sinal é conhecida como attenuation. ”

A força de um sinal diminui com a distância no meio de transmissão. A extensão da atenuação é uma função da distância, meio de transmissão, bem como da frequência da transmissão subjacente. Mesmo no espaço livre, sem nenhuma outra deficiência, o sinal transmitido se atenua com a distância, simplesmente porque o sinal está sendo espalhado por uma área cada vez maior.

Distorção

De acordo com a definição padrão, “Qualquer mudança que altere a relação básica entre os componentes de frequência de um sinal ou os níveis de amplitude de um sinal é conhecida como distortion. ”

A distorção de um sinal é o processo que causa perturbação nas propriedades do sinal, adicionando alguns componentes indesejados, o que afeta a qualidade do sinal. Isso geralmente é no receptor FM, onde o sinal recebido, às vezes fica completamente perturbado dando um som de zumbido como saída.

Dispersão

De acordo com a definição padrão, “Dispersion é o fenômeno, no qual a velocidade de propagação de uma onda eletromagnética é dependente do comprimento de onda. ”

Dispersioné o fenômeno da propagação de uma explosão de energia eletromagnética durante a propagação. É especialmente prevalente em transmissões com fio, como fibra óptica. Explosões de dados enviados em rápida sucessão tendem a se fundir devido à dispersão. Quanto maior o comprimento do fio, mais severo é o efeito da dispersão. O efeito da dispersão é limitar o produto de R e L. Onde‘R’ é o data rate e ‘L’ é distance.

Ruído

De acordo com a definição padrão, "Qualquer forma indesejada de energia que tende a interferir na recepção e reprodução adequada e fácil dos sinais desejados é conhecida como Ruído".

A forma de ruído mais difundida é thermal noise. Geralmente é modelado usando um modelo gaussiano aditivo. O ruído térmico é devido à agitação térmica dos elétrons e é uniformemente distribuído em todo o espectro de frequência.

Outras formas de ruído incluem -

  • Inter modulation noise - Causada por sinais produzidos em frequências que são somas ou diferenças de frequências portadoras.

  • Crosstalk - Interferência entre dois sinais.

  • Impulse noise- Pulsos irregulares de alta energia causados ​​por distúrbios eletromagnéticos externos. Um ruído de impulso pode não ter um impacto significativo nos dados analógicos. No entanto, tem um efeito perceptível nos dados digitais, causando erros de explosão.