Seção: Tutoriais Telefonia Celular
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O Sistema Irradiante
Para a compreensão da implementação que será descrita no tutorial parte II, faz-se necessário o entendimento de um sistema irradiante. Para isso, o conceito de antenas, seus principais parâmetros, tipos e seus diagramas de irradiação são de fundamental importância.
“Uma antena é o elemento de uma ligação via rádio, responsável pela irradiação ou pela recepção de ondas radioelétricas. Transfere energia de um circuito para o espaço e vice-versa” [3].
Uma antena diretiva é capaz de irradiar ondas eletromagnéticas com maior intensidade em uma direção do que em outra. Esta direção pode ser com relação ao plano terrestre (ângulo de elevação ou tilt), ou então, com relação ao norte geográfico da Terra (ângulo de azimute). Seu diagrama de irradiação apresenta o lóbulo principal mais definido, apontando para uma determinada direção. Há, também, lóbulos secundários com ganhos bem menores se comparados ao ganho do lóbulo principal.
A seguir, a figura 2 ilustra um diagrama de irradiação de uma antena diretiva:
![]() Figura 2: Diagrama de Irradiação de uma Antena Diretiva [4]
A antena diretiva apresenta uma relação frente-costas diferente de uma antena não-diretiva, ou omnidirecional. Este parâmetro mede a diferença, em decibéis (dB), do quanto uma antena irradia para frente em relação à intensidade que irradia na direção oposta [5].
Outro parâmetro importante no estudo de uma antena diretiva é a abertura do ângulo de meia potência. Trata-se do ângulo medido entre as duas direções onde a intensidade irradiada diminui 3 dB, ou seja, diminui pela metade. Quanto menor este ângulo, maior diretividade tem a antena [5].
Para a recepção dos sinais transmitidos por uma BTS, a antena diretiva receptora deve ter uma largura de banda que engloba a freqüência de transmissão da estação rádio base. Geralmente, no sistema GSM, as BTS’s operam na freqüência de 850 MHz e 1,8 GHz [5].
Visando melhorar a qualidade do sinal recebido e compensar as perdas sofridas na propagação, toda antena tem um parâmetro denominado ganho. Este ganho é expresso em dBi ou dBd, sendo o primeiro o ganho da antena com relação à uma antena isotrópica e o segundo com relação à uma antena dipolo [5].
Outra característica a respeito de uma antena se dá através do parâmetro denominado polarização. Uma antena pode ser de polarização vertical ou horizontal, isto é, tudo irá depender de como o vetor campo elétrico estiver orientado. Caso o vetor campo elétrico esteja orientado em uma direção perpendicular ao plano terrestre, a antena tem polarização vertical. Se, por acaso, o vetor campo elétrico estiver orientado em uma direção paralela ao plano terrestre, a polarização é horizontal. Vale ressaltar que ambas as ondas polarizadas, uma verticalmente e a outra horizontalmente, podem estar numa mesma faixa de freqüência que, mesmo assim, uma não altera as propriedades da outra. No sistema GSM é comum usar a polarização cruzada, onde os ângulos são de 45º e -45º, por contornar o problema do desvanecimento (variações rápidas do nível de sinal) devido à diversidade por polarização [5].
Após a explicação do sistema irradiante e da descrição dos parâmetros de uma antena, tornou-se essencial saber sobre o meio de propagação entre as pontas do sistema.
Propagação
Uma vez descrito o sistema irradiante, falta agora conceituar a propagação dos sinais em um meio. Nesta seção, a trajetória das ondas eletromagnéticas entre a BTS e a antena de um equipamento receptor é o principal enfoque.
Nas duas pontas têm-se antenas fixas. Porém, o meio entre elas é bastante mutável, podendo variar a cada segundo.
Todo sinal quando propagado, possui uma direção de propagação que, como exemplo, será adotado a direção do eixo x. Ortogonal à direção x está a componente elétrica vetor campo elétrico, oriundo de uma carga estática. De acordo com as equações de Maxwell, cargas em movimento dão origem a uma corrente elétrica, que, por conseguinte, originam a formação de um campo magnético, perpendicular à direção de propagação e também ao campo elétrico que o originou.
A partir daí, um ciclo de geração de campos é iniciado. Um campo elétrico origina um campo magnético, que por sua vez origina outro campo elétrico e assim por diante, até chegar à antena receptora. Toda e qualquer onda eletromagnética se propaga dessa maneira, independentemente do meio em que ela se encontra.
A figura 3 ilustra o que foi descrito anteriormente:
![]() Figura 3: Componentes de uma Onda Eletromagnética [6]
É sabido que a onda se propaga com uma energia ou potência inicial expressa em watts [W] ou em uma unidade logarítmica com relação ao miliwatt, denominada dBm. Em condições normais, as ondas eletromagnéticas chegam ao receptor com uma potência inferior em relação a original. Este fato se deve ao fenômeno da atenuação.
A atenuação de um sinal se caracteriza pela perda de potência durante sua propagação. À diferença entre a potência transmitida e a recebida dá-se o nome de perda.
Todo sistema de telecomunicações, seja de telefonia móvel, televisão, rádio ou satélite convivem e sofrem com este fenômeno.
As perdas podem ocorrer por diversos fatores como chuva, obstáculos durante o percurso, conexões desalinhadas de cabos, interferências destrutivas, efeito pelicular nas linhas de transmissão devido às altas freqüências, entre outros. Uma solução alternativa para minimizá-las é o uso de amplificadores, bobinas e antenas com maiores ganhos. O alto custo do amplificador muitas das vezes o torna inviável para o sistema.
Complementando o que foi dito até aqui, a seção a seguir explicará os diversos modelos de propagação, conceitos que serão úteis para o entendimento de todo o trabalho.
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