Espectro De Frequencia 2j3a6t

3 - O Espectro de Freqüência

O homem não inventou as ondas eletromagnéticas, mas aprendeu a utilizá-las. A natureza tem a propriedade de transportar freqüências na forma de ondas eletromagnéticas. Assim, as diferentes freqüências foram divididas segundo suas características, criando-se o "espectro de freqüências". Existem freqüências que podem ser ouvidas. Existem as que podem ser vistas. Entre estas duas faixas estão as freqüências utilizadas para outras finalidades como sistema de comunicação aérea civil e militar, ambulâncias, telefone sem fio, aparelhos de controle remoto, telemetria, controles de segurança, enfim, tudo que necessita ser transportado via freqüências. As emissoras de rádio e TV, assim como a telefonia e os sistemas de satélites, também tem sua faixa de freqüência reservada dentro do espectro. Como nosso objetivo é o estudo das freqüências destinadas às telecomunicações, especificamente rádio e TV, são destas que trataremos a seguir.

As faixas de freqüência estão subdivididas desde baixas até as altas freqüências. As mais baixas são as audíveis e as mais altas os raios cósmicos. As que nos interessam são as faixas de VHF, UHF e SHF. Clicando no hiperlink anterior você conhecerá as outras faixas. VHF: Very Hight Frequency ou Freqüência Muito Alta Esta faixa vai desde 30 MHz (Mega Hertz) até 300 MHz. É nela que encontram-se as freqüências utilizadas pelo Rádio FM e TV aberta, desde o canal 2 até o canal 13. Veja na tabela as freqüências destinadas para cada canal. UHF: Ultra Hight Frequency ou Freqüência Ultra Alta Esta faixa vai desde 300 MHz até 3.000 MHz (ou 3 GHz: Giga Hertz) Os canais em TV transmitidos por UHF estão dentro desta faixa. Veja as freqüências atribuídas para cada canal na tabela do espectro. Além de outros serviços, estão também nesta faixa, os canais para telefonia celular. SHF: Super Hight Frequency ou Freqüência Super Alta Vai desde 3 GHz até 30 GHz. O sistema de subida e descida de sinal para satélite Banda "C", Banda "Ku" e as freqüências para Radio Digital encontramse nesta faixa. Os satélites que operam em banda "C" são os que transportam os sinais de TV aberta, permitem conexão internacional e transportam os sinais de telefonia e dados. Os satélites que operam na banda "Ku" são bastante utilizados para programação de TV direta à residência, tipo Sky e DirecTV. Além dos serviços descritos muitos outros estão alocados nestas faixas e nós, enquanto usuários, não temos noção disso. Observe na tabela a seguir que as freqüências estão em ordem crescente e conforme as características das ondas hertezianas estão atribuídos alguns dos serviços que se utilizam do transporte das freqüências. Estas atribuições são internacionais. faixa de 20 Hz 20 KHz

até 20.000 Hz 30 KHz

serviço Sons audíveis Ultrassom

observação

530 KHz

1.600 KHz

Rádio AM

34,48 MHz 38 MHz 40,6 MHz 40,7 MHz 41,0 MHz 49,6 MHz 49,9 MHz 54 MHz 60 MHz 66 MHz 70 MHz 72 MHz 73 MHz 75,4 MHz 76 MHz

34,82 MHz 40,6 MHZ 40,7 MHz 41,0 MHz 49,6 MHz 49,9 MHz 54 MHz 60 MHz 66 Mhz 70 MHz 72 MHz 73 MHz 75,4 MHz 76 MHz 82 MHz

Rádio Taxi Telemedição Biomédica Telemedição de características de materiais Telemedição Biomédica Diversos serviços Telefone sem fio Diversos serviços Televisão VHF Canal 2 Televisão VHF Canal 3 Televisão VHF Canal 4 Radioastronomia Telecomando Rádio Navegação Aeronáutica Telecomando Televisão VHF Canal 5

107 emissoras com 10 KHz de banda

82 MHz

88 MHz

88 MHz

108 MHz

88 MHz 108 MHz 117,975 MHz 121,5 MHz 121,5 MHz 136 MHz 138 MHz 143,6 MHz 143,65 MHz 144 MHz 146 MHz 148 MHz 149,17 MHz 174 MHz 180 MHz 186 MHz 192 MHz 198 MHz 204 MHz 210 MHz 216 MHz 470 MHz 476 MHz 482 MHz 806 MHz 824 MHz 834,4 MHz 845 MHz 869 MHz 880 MHz 880,6 MHz 890 MHz 891,5 MHz 894 MHz 896 MHz 3 GHz 3,7 GHz

108 MHz 117,975 MHz 121,5 MHz 121,5 MHz 136 MHz 138 MHz 143,6 MHz 143,65 MHz 144 MHz 146 MHz 148 MHz 149,17 MHz 174 MHz 180 MHz 186 MHz 192 MHz 198 MHz 204 MHz 210 MHz 216 MHz 470 MHz 476 MHz 482 MHz 806 MHz 824 MHz 834,4 MHz 845 MHz 869 MHz 880 MHz 880,6 MHz 890 MHz 891,5 MHz 894 MHz 896 MHz 3.000 MHz 3,1 GHz 4,2 GHz

Televisão VHF Canal 6 Radiodifusão 99 canais em Rádio FM faixas de 200 KHz Microfone sem fio de alcance Rádio Navegação para Aeronáutica Comunicação Móvel para Aeronáutica Comunicação de Socorro Comunicação Móvel para Aeronáutica Satélites Meteorológicos Internacionais Reservado parea comunicações fixas e móveis Pesquisas Espaciais Rádio Amador Rádio Amador por Satélite Rádio Amador Reservado ao SESC - Serviço Especial de Supervisão e Controle Diversos serviços Televisão VHF Canal 7 Televisão VHF Canal 8 Televisão VHF Canal 9 Televisão VHF Canal 10 Televisão VHF Canal 11 Televisão VHF Canal 12 Televisão VHF Canal 13 Diversos Serviços Televisão UHF Canal 14 Televisão UHF Canal 15 Televisão UHF Canais 16 a 69 Diversos serviços Telefonia Celular Banda "A" Telefonia Celular Banda "B" Diversos Serviços Telefonia Celular Banda "A" Outros Serviços Telefonia Celular Banda "B" Telefonia Celular Banda "A" Telefonia Celular Banda "B" Telefonia Celular Aeronáutico Outros Serviços Rádio Navegação e Rádio Localização Descida de sinal de Satélite Banda "C

5,925 GHz 6,425 GHz

6,425 GHz 7,125 GHz

Subida de sinal de Satélite Banda "C" Sistema Digital

10,7 GHz 10,7 GHz

11,7 GHz 12,2 GHz

Rádio Digital Descida de sinal de Satélite Banda "Ku"

13,75 GHz 14,8 GHz Subida de sinal de Satélite Banda "Ku" 14,5 GHz 15,35 GHz Rádio Digital Tabela 1: Espectro de Freqüência e alguns dos serviços atribuídos

Como a freqüência do canal 2 termina em 60 MHz e a banda do canal 3 começa em 60 MHz, se, em um mesmo local, tivermos uma emissora no canal 2 e outra no canal 3, uma provocará interferência na outra. O mesmo ocorre com os demais canais cujas adjacências estão na mesma freqüência do canal anterior ou do canal superior. Este problema não ocorre com os canais 4 e 5 e canais 6 e 7 porquê, como você deve ter notado na tabela, entre os canais 4 e 5, e canais 6 e 7 da televisão em VHF existem outros serviços diferentes da TV, o que separa, em distância de freqüência, o canal 4 do 5 e o 6 do canal 7. É por esta razão que algumas cidades, como São Paulo, não têm mais espaço para emissoras de TV em VHF, canal aberto, mesmo sabendo que nos canais 3, 6, 8, 10 e 12 não existem emissoras transmitindo. Neste caso o problema da não liberação deste canais não é político e sim limitação técnica. O Rádio FM utiliza a faixa entre 88 e 108 MHz, que fica entre os canais 6 e 7 da TV. Nesta mesma faixa está reservado espaço para microfones sem fio de pequeno alcance. Olhe de novo na tabela e veja que o espaço para o telefone sem fio de sua casa (de 49,6 à 49,9 MHz) e para o serviço de Rádio Taxi também está previsto. E o serviço de Rádio Taxi aparece também em outras faixas de freqüência. A telefonia celular também aparece em faixas diferentes. Mais uma observação: a quantidade de espaço que fica reservado para cada tipo de serviço: telefonia rádio AM rádio FM televisão

6,25 KHz para cada ligação 10 KHz de espaço para cada estação 200 KHz de espaço reservado para cada emissora 6 MHz de espaço para cada canal

( 6,25 KHz de banda ) ( 10 KHz de banda ) ( 200 KHz de banda ) ( 6 mega de banda)

Estas bandas são reservadas segundo as características e quantidade de informações que devem ser transportadas para

cada tipo de serviço. Como exemplo veja que dividindo o espaço reservado para uma TV pelo espaço reservado para um telefone, vemos que no espaço que fica reservado para transmitir uma emissora de televisão poderiam ser transmitidos 960 telefones simultaneamente. Isto acontece porque a telefonia precisa transportar apenas a voz que, como você já viu no capítulo 2.2, oscila em uma faixa em torno de 1.000 Hz. Portanto os 6,25 KHz de banda são mais que suficientes para transportar as oscilações da fala, sendo 3 KHz para transmissão, mais 3 KHz para recepção com uma pequena freqüência de espaço entre a TX (transmissão) e a RX (recepção). A televisão, no entanto, tem mais informações. Só de vídeo são 30 quadros por segundo. Cada quadro é formado por 525 linhas. Cada linha é constituída por aproximadamente, 450 pontos. Estes pontos são os pixels, menor unidade visível que forma a imagem em uma tela de TV. Quanto maior o número de pixels, melhor a definição da imagem. É conhecido no meio técnico por "Resolução Horizontal". (veja http://www.willians.pro.br/imagemtv.htm, capítulo 2.2 - A formação da imagem na televisão).

Todos estes números mostram que, para formar o vídeo da TV são mais de 7 milhões de pixels para serem transmitidos por segundo. Além do espaço para o vídeo propriamente dito, há bandas de áudio, de sincronismo e outros elementos característicos da TV. Logo, a TV (analógica) necessita 6 MHz de banda para que caibam todos os elementos a serem transmitidos. O Rádio FM, por exemplo, nos oferece maior qualidade sonora. Isto ocorrre porque a banda de agem para o rádio FM é de 200 KHz por canal, bem maior que os 10 KHz do rádio AM. Enfim, cada meio tem suas características, portanto necessitam de um espaço adequado no espectro de freqüência para que suas características possam ser levadas desde o transmissor até o receptor, mantendo as características originais. A quantidade de serviços atribuídos às diferentes freqüências do espectro é grande. Na tabela 1 aparecem apenas as atribuições que necessitamos para o conteúdo desta aula mas, na verdade, o espectro de freqüências está saturado. O motivo pelo qual os canais de TV VHF não aparecem sequencialmente é porque foram sendo atribuidos conforme o crescimento do volume de sinais transmitidos. Quando a faixa para a TV UHF foi atribuída, foi quase possível colocá-la na seqüência. Com a telefonia celular podemos entender melhor. É uma tecnologia nova que também depende de um espaço no espectro de freqüência. Por isso a faixa da telefonia celular foi atribuída em diversos espaços do espectro, preenchendo lacunas que ainda estavam disponíveis, no entanto hoje as lacunas praticamente já não existem. Para complicar um pouquinho mais, existem tipos de sinais cujas características exigem freqüências maiores com comprimento de onda menor como, por exemplo, a televisão. Logo o sinal de TV não pode ser alocado em freqüências baixas. Os controles remotos de aparelhos eletrodomésticos, funcionando com freqüência na faixa do raio infravermelho, estão ocupando também um espaço, para eles reservados, no espectro. E a cada momento, novos equipamentos surgem, novas tecnologias do "wireless", ou seja do "sem fio" tendem a ocupar maior espaço na sociedade moderna. Mas cada nova tecnologia requer um espaço novo em um espectro que já não tem como atender a todos os desejos humanos. Isto fez com que o Homem pesquisasse meios para aumentar os espaços para mais e mais sinais, que a tecnologia pede para inserir na sociedade. Como o espectro de freqüência é fixo, não podemos aumentá-lo, resta uma alternativa: tentar diminuir a quantidade de informações que necessitam ar pelo mesmo espaço. Assim, uma das tecnologias encontradas foi a de digitalizar os sinais, de forma a permitir a compactação dos espaços repetitivos do sinal transmitido e, assim, encaixar mais transmissões no mesmo espaço do espectro. A tecnologia digital será tratada na aula específica. Mas desde já fica uma pergunta para você pensar: "ser digital é sinônimo de qualidade?" Na aula específica você receberá subsídios para responder à esta questão. próxima

3.1 - A Freqüência para Rádio AM

As emissoras de rádio em AM utilizam um espaço no espectro de freqüência que vai desde 530 KHz até 1.600 KHz.

Como você viu no capítulo 2.1, a freqüência é formada por ondas que oscilam em torno de um eixo. A distância entre a parte mais alta positiva e a parte mais alta negativa é chamada amplitude.

Como exemplificado no capítulo 2.2, os sons, assim como a voz, são formados por freqüências variáveis, ou seja, não formam ondas exatamente iguais. Por isso é denominada "modulada" Para existir a transmissão de ondas pelo ar, elas utilizam o campo magnético da Terra. Por isso é dito que as freqüências são transportadas na forma de ondas eletro-magnéticas. As ondas, na freqüência de rádio AM, tem amplitudes com tamanho em torno de 100 metros, que variam para mais ou para menos conforme a freqüência também varia. Lembra-se das faixas de freqüência ?

Em outras palavras, à medida que o sinal de áudio varia pelo tipo de som, tipo de fala, timbre, o que muda é o tamanho da onda. A onda vai sendo modulada conforme a freqüência nela embutida. Logo, o que oscila é a amplitude, que é modulada.

Portanto designa-se AM - Amplitude Modulada, para este tipo de transmissão

Como a banda de agem reservada para o rádio AM é de apenas 10 KHz, todas as freqüências mais altas ou mais baixas que ultraarem o limite da banda são eliminadas.

A banda de agem funciona como uma espécie de filtro. O que ultraar é eliminado. Isto porque se não o for, esta freqüência vai interferir na transmissão de outra emissora de rádio que esteja tangente à esta. Porém ao cortar as altas e baixas freqüências, apenas as freqüências que couberam na banda de 10 KHz é que chegarão ao receptor. Isto explica o motivo da qualidade de áudio do rádio AM ser prejudicada. O som sai do estúdio com alta qualidade de produção, porém chega ao receptor meio que "enlatado". Devido às características deste tipo de onda, a antena transmissora é sempre instalada em vales, onde a própria curvatura do terreno serve para rebater o sinal gerado pela antena transmitindo-o ao ar. As torres para AM são de armação metálica fina, sustentada por estais de cabo de aço. Os cabos de aço que sustentam a torre é que são, na verdade, as antenas de irradiação. É por casos assim, que torna-se necessário conhecer o meio para, em conhecendo suas características e limitações, sua produção sofra o mínimo de distorções no caminho entre a transmissão e a recepção. Em casos como este, o produtor deverá saber que não poderá produzir um programa musical com orquestra sinfônica cujos solos de violinos ou de flautin piccolo chegarão ao receptor distorcidos, perdendo a qualidade do programa. O rádio AM não é o melhor meio para exibição de programas com características que exijam sons bem graves ou bastante agudos. Por um outro lado a freqüência em Amplitude Modulada tem outras vantagens. Por ter um comprimento de onda relativamente grande e a freqüência ser relativamente baixa, este tipo de sinal tem uma

propagação que pode, com uma boa potência, circundar o planeta. O planeta Terra tem uma camada esférica que separa o meio "ar" do meio "vácuo". A transição destes dois meios funciona como um rebatedor do sinal de AM. Uma emissora de AM, com alta potência de transmissão, emite o sinal, que rebate na camada atmosférica e retorna à superfície da Terra, caminhando pela troposfera. Novamente, ainda tendo potência, o sinal sobe novamente, rebate na camada e retorna à superfície. Assim é possível, aqui no Brasil, você sintonizar uma emissora da Inglaterra ou do Japão. Isto justifica também, porquê, viajando pelas estradas, em algum ponto você sintoniza bem uma emissora distante em AM , alguns quilômetros adiantes não sintoniza mais, voltando a sintonizar outra quantidade de quilômetros mais adiante. Esta característica de propagação é muito útil para comunicação em embarcações que se movimentam em pontos distantes. Foi mais útil ainda quando não existiam satélites que, hoje, substituem com muito mais eficiência, as comunicações em AM. 3.2 - A Freqüência para Rádio FM

As emissoras que transmitem em FM, utilizam o espaço reservado no espectro de freqüência de 88 a 108 MHz. A atribuição desta freqüência para o rádio em FM abriu a possibilidade de transmissão de rádio com melhor qualidade técnica. Na década de 70, as emissoras em FM eram selecionadas para emissoras fundamentalmente musicais, ficando programas ecléticos, com muita conversa, para as emissoras AM. A qualidade do sinal foi um dos fatores que proporcionou esta definição. A freqüência do rádio FM tem amplitude pequena e oscilam entre 88 e 108 milhões de ciclos por segundo. Isto proporciona a esta freqüência uma característica de propagação pelas ondas eletromagnéticas com sinal mais direcional que o da AM. Enquanto no rádio AM a amplitude da onda é que modulava, agora, devido ao tipo de onda, é a freqüência que oscila. Esta oscilação ocorre em freqüência sem alterar a amplitude. Logo, o que modula é a freqüência, por isso FM - Freqüência Modulada.

Como tanto as altas quanto as baixas freqüências oscilam dentro de uma mesma amplitude, não há um ponto de corte. Desta forma, a qualidade gerada no estúdio chega ao receptor com perda praticamente insignificante.

Devido à característica direcional deste tipo de freqüência, as antenas são mais direcionadas, e devem ser colocadas em locais mais altos para irradiação. A onda eletromagnética percorre quase que uma lilnha reta, podendo rebater em obstáculos como prédios, morros, árvores, etc. Dependendo da potência, o sinal pode cobrir praticamente 100 quilômetros de raio, no caso de uma antena omnidirecional. No caso de uma antena direcional pode-se privilegiar uma área com sinal mais intenso em detrimento de regiões menos interessantes que tenham, por exemplo, menor população, irradiando nestas regiões sinal mais fraco. Esta configuração é feita na antena, com base no que for solicitado ao fabricante. Dentro da banda de 200 KHz, destinada ao rádio FM, são transmitidas freqüências submoduladas que distribuem dentro da faixa, as informações para o canal direito, canal esquerdo, código de informação de sinal estéreo e ainda tem outro canal, muito pouco utilizado, que permite transmissão de outro canal de áudio, juntamente com o principal da emissora. Este canal extra permite, por exemplo, um canal de música funcional, destinada a sonorização de ambientes em serviço de música paga, ou mesmo uma audioconferência para cursos a distância. Praticamente ninguém, que tenhamos conhecimento, se utiliza deste recurso. anterior

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3.3 - A Freqüência para TV

As emissoras de TV, mesmo tendo as freqüências distribuídas em locais distintos no espectro de freqüência, trabalham em freqüência modulada. Como você já sabe, as características deste tipo de freqüência fazem com que o sinal de TV seja direcional e sua área de cobertura seja determinada conforme a configuração da antena. A área de cobertura da emissora de TV em VHF está em torno de um raio de 100 quilômetros. A antena deve estar colocada em pontos altos pois quanto mais alto, maior a possibilidade de aumentar a ação de cobertura do sinal.

A banda de agem da TV é, como você já sabe, de 6 MHz. Dentro destes 6 MHz há um outro loteamento de sinal onde há espaços reservados para o vídeo, para o áudio do canal direito, áudio do canal esquerdo, áudio do SAP, áudio de serviço, informação de cor, informação de sincronismo, códigos de início de varredura e outros. Por ser a modulação, da TV, em freqüência e não em amplitude, não há cortes nas altas e baixas freqüências mantendo-se a qualidade no receptor, em relação ao sinal gerado pelo estúdio. Como no rádio FM, o sinal irradiado não ultraa obstáculos, mas pode rebater nas superfícies e tomar outras direções. É por isso que muitas vezes vemos o sinal de TV com delay, ou seja com fantasmas. No entanto, 6 MHz, que parece muito espaço do espectro, já é apertado para um canal de TV analógico e limita a quantidade de pixels a serem transmitidos. Para se aumentar a qualidade do sinal de TV seria necessário aumentar o número de linhas de varredura e também a quantidade de pixels, os pontos que formam as linhas. Mas se ocorresse esse aumento, a banda de 6 MHz teria de ser aumentada para caber tantas informações. Este foi o problema que impediu que o sistema de HDTV pesquisado pela televisão japonesa NHK fosse adotado mundialmente. (*)

O sinal da nova TV em alta definição, pesquisada na década de 80, utilizava 1.100 linhas verticais, melhor que as 525 linhas atuais e 1100 pixels por linha, melhor que os 450 pixels da TV de hoje. Por causa disso precisava de uma banda de 18 MHz no espectro de freqüência, ou seja, no espaço que hoje transmite-se 3 (três) canais de TV, no sistema proposto pela NHK transmitiria-se apenas um canal. (*) nos países onde a rede elétrica é de 60 Hz

O espectro de freqüências já está saturado, não há mais espaços e as novas tecnologias de "wireless" dependem de remanejamento de outros serviços. E em um momento que se pretende otimizar o espaço do espectro, a TV não poderia arcar com um aumento de reserva de espaço como o deste exemplo. Logo, a TV em alta definição, a HDTV analógica da NHK, não progrediu. O sistema de TV em alta definição que está sendo adotado atualmente é digital, com possibilidades de compressão do sinal, viabilizando transmitir mais sinais em menor espaço do espectro de freqüência. Este tema será tratado em outra aula. anterior

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3.4 - O Sistema de Microondas

As emissoras de rádio AM, FM ou as emissoras de TV abertas transmitem sinais para suas áreas de coberturas locais com destino direto à casa do telespectador. Para que os sinais de rádio, TV, dados ou outros via ondas eletromagnéticas, possam ser transportados por distâncias maiores, alimentando outras emissoras da mesma rede ou alimentando as diversas estações repetidoras, outro tipo de freqüência é utilizada.Trata-se da freqüência de microondas. O equipamento que gera sinal de microondas é um transmissor de ondas eletromagnéticas, como qualquer outro, porém tem a capacidade de irradiar sinais em ondas com amplitude muito pequenas, em torno de 1 centímetro de amplitude, na faixa de SHF, cuja freqüência está entre 2 GHz a 13 GHz. Estas ondas são muito pequenas, porém de freqüência muito alta. Por isso tem a capacidade de, mesmo com pouca potência, atingir longo alcance. Por ser modulado em alta freqüência com pequeno comprimento de onda, o sinal de microondas é ainda mais direcional que o da TV. Por isso é utilizado com uma antena em forma de parábola transmissora, apontada diretamente para a antena receptora. Quando a antena TX está diretamente apontada para a RX, chamamos de enlace de microondas, ou link de microondas. Qualquer obstáculo entre as duas antenas provoca a perda de potência do sinal chegando mesmo a cair o sinal transmitido. Nas freqüências de 2,5 GHZ até 4,5 GHz, o sinal é menos direcional que de 7 GHz para mais. Mesmo na faixa dos 2,5 GHz, obstáculos prejudicam o sinal, mas é de 7 GHz para cima que até mesmo nuvens carregadas de chuva chegam a interromper a transmissão. Isto porque quanto mais alta a freqüência, mais próxima ela está das freqüências visíveis, onde obstáculos provocam sombras.

Como os microondas oferecem excelente qualidade de sinal, são utilizados para os enlaces de TV terrestre em todo o Brasi, assim como em outros países. O microondas transmite sinais não só de TV, mas também qualquer outro sinal que possa ser convertido em radiofreqüência. A rede terrestre de microondas no Brasil teve início com a criação da Embratel, que teve por tarefa criar rotas interligando todas as empresas de telecomunicações entre si, em todos os Estados, e as interligações internacionais entre Brasil e demais continentes. As rotas terrestres de microondas transmitem a telefonia, rádio, TV, dados, telex, fax, radiofoto, textos, internet, etc. A banda de agem de um link de microondas é de 6 MHz. Ou seja em cada link de microondas a um canal de TV analógico ou 960 canais de telefone simultaneamente. Quem faz a junção de todas as tecnologias de comunicação são as operadoras e a Embratel. Muitas vezes fazemos uma ligação telefônica de uma cidade para outra e nem temos a noção por onde a nossa voz, pois o sistema automático busca as rotas mais curtas, escolhendo outras quando as mais curtas estão sobrecarregadas. Mas isso acontece rápida e automaticamente, sem que demos atenção à esta comodidade. Pelo fato da freqüência de microondas ser altamente direcional, caminhar em linha reta e sofrer perda de potência graças a obstáculos entre as antenas TX e RX, não há como transmitir com apenas um link, um sinal entre Rio de Janeiro e São Paulo. Para que isso acontecesse, a antena TX em uma cidade precisaria estar muito alta para poder "enxergar" a antena RX. Mesmo considerando as condições ideais, onde toda topografia do solo entre o Rio de Janeiro e São Paulo fosse plano sem montanhas ou serras, ainda assim não conseguiríamos fazer esta transmissão com apenas um link. Pela potência é possível, mas existe outro fator de relevância: a curvatura da Terra. Como o sinal caminha em linha reta e não acompanha a curvatura da Terra, é necessário instalar pontos de repetição de sinal. Para fechar grandes distâncias, serão necessários vários links no meio do caminho, onde na mesma torre há um equipamento receptor (RX) e um transmissor (TX). Este conjunto de recepção e retransmissão serve para repetir o sinal vindo de sua origem geradora até que chegue no seu ponto de recepção final. É assim que é montada a rota terrestre de microondas. São várias estações repetidoras de sinal que permitem um enlace completo pela somatória de várias repetidoras existentes para superar a curvatura da superfície do planeta. Antes do satélite de comunicações, todo sistema de telefonia utilizava apenas os cabos instalados subterrâneos ao longo das rodovias interligando as cidades e o sistema de microondas terrestre. A televisão também era transmitida entre cidades distintas através das rotas terrestres. Com a atual digitalização e compressão digital de sinal, um microondas com banda de 6 MHz pode transmitir até cinco canais de TV digitais simultaneamente. Observe: não foi a banda de 6 MHz que aumentou e sim a quantidade de informações de TV a serem transmitidas é que diminuíram. anterior

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3.5 - O Sistema de Satélites de Comunicação

Imagine uma rota terrestre de microondas que permita comunicação em todo o território nacional. Lembre-se que, conforme visto na aula 3.4, sobre microondas, em função da curvatura do planeta, são necessárias torres com equipamentos de microondas para repetição de sinal, em média, a cada 80 quilômetros, dependendo da altura da torre e da topografia da região. Imagine agora pretendermos estender nossa telecomunicação entre a costa da América e a costa da Europa. Quantas torres teríamos que instalar em pleno Oceano Atlântico? Se fosse uma torre bem alta talvez apenas uma bastasse. Bem, o escritor Arthur Clark escreveu "2001 uma Odisséia no Espaço". Nesta obra visualizou a comunicação global. Sugeriu que se uma antena pudesse ser colocada a uma altura adequada em relação à superfície da Terra, com apenas três antenas seria possível fechar a cobertura de todo o planeta. Se esta antena estivesse perpendicular à linha do Equador,

poderia cobrir desde o Pólo Norte até o Pólo Sul. Como, na época em que o livro foi escrito, não havia tecnologia disponível para que um equipamento deste porte fosse lançado ao espaço, o autor sugeriu a construção de um laboratório espacial onde as peças seriam levadas pouco a pouco e lá realizar a montagem final. No livro este laboratório foi chamado de "Roda Espacial" porque seria construído na forma de uma roda. O livro foi transformado em filme e sugiro que você o assista. Com os avanços tecnnológicos, tornou-se possível construir foguetes que levam um satélite pronto para o espaço, sem a necessidade da montagem do laboratório espacial para esta finalidade. Onde colocar Pela teoria de Clark, entre outras, as seguintes características deveriam ser observadas:

  

ficar em uma posição geo-estacionária, ou seja, uma posição tal que o movimento de rotação da Terra e a gravidade não tivesse uma força que provocasse sua queda na Terra, nem o fizesse ser catapultado em direção ao espaço; ficar em uma posição parada em relação ao ponto de vista de um observador em terra, diferente de outros satélites que giram em torno da terra a cada número regular de horas; ficar posicionado com as antenas de receçãp e transmissão apontadas para a Terra, porém com as foto-células, que transformam a luz do sol em energia elétrica, viradas para a luz do sol.

A posição geo-estacionária está a aproximadamente 36 mil quilômetros da superfície da Terra. Esta faixa do espaço ganhou o nome de "cinturão de Clark", em homenagem ao escritor. O motivo do satélite ter que ficar parado em relação ao ponto de vista de um observador na Terra é facilmente justificado. A freqüência utilizada para geração e recepção de sinal entre Terra e Satélite é na faixa SHF, em espaços do espectro reservados para subida (up-link) e descida (down-link) de sinal Esta freqüência, como você já sabe, é na ordem de giga Hertz, muito alta portanto, com comprimento de onda menor que um centímetro. Isto torna o sinal muito direcional, caminhando em linha reta. Como a Terra tem o movimento de rotação girando em torno de seu próprio eixo a uma velocidade de 24 horas por dia, caso o satélite ficasse parado no espaço, sem acompanhar o movimento de rotação da Terra, as antenas terrestres só estariam alinhadas com as antenas do satélite uma vez por dia. E cada vez duraria menos de um minuto de alinhamento. Nestas condições é impossível manter uma comunicação contínua. Por esta razão o satélite tem que voar em torno da Terra à velocidade angular de 24 horas por dia, ou seja, na mesma velocidade de rotação da Terra. Assim as antenas poderiam ficar alinhadas 24 horas por dia, viabilizando a comunicação permanente nos dois sentidos: up-link e down-link. Para que este alinhamento seja permanente, os satélites viajam no espaço em torno da Terra a uma velocidade constante, consumindo o combustível para o acionamento dos seus motores. É constante o satélite fugir de sua rota, por isso, sempre que necessário, o pessoal em terra faz com que retro-foguetes sejam acionados no satélite, recolocando-o no seu local prédeterminado. Área de cobertura Os satélites de comunicação podem ser definidos como sendo uma repetidora de sinal. Ele não gera nenhuma informação inédita, apenas repete aquilo que um transmissor em terra transmitiu até ele. Uma vez recebendo o sinal de terra, o satélite tem circuitos que amplificam o sinal recebido e retransmitem-nos de volta à superície da Terra. A área de cobertura do satélite é definida pelo seu footprint, em português, "pegada". Pegada é a área de abrangência onde o sinal do satélite poderá ser captado na Terra. Os satélites internacionais têm pegada que abrangem vários continentes ao norte e ao sul da linha do Equador. Os satélites nacionais, conhecidos como satélites domésticos, têm a pegada apenas na área de seu país e alguns países vizinhos. Os satélites brasileiros, por exemplo, cobrem o Brasil e parte dos países vizinhos. A geração de sinal para o satélite pode ser realizada de qualquer parte dentro de sua área de cobertura.

A recepção do sinal também deve utilizar antena parabólica apontada diretamente para o satélite em questão. Como os satélites ficam posicionados perpendicular à linha do Equador, o sinal que ele transmite chega mais forte nas regiões próximas a essa área e mais fraco à medida que se distancia dela. Para que a recepção de sinal seja boa em regiões distantes, como por exemplo Rio Grande do Sul, a antena parabólica deve ter diâmetro maior que a antena usada no Rio Grande do Norte. O lançamento e o lixo Os primeiros satélites utilizados para comunicação foram lançados a partir de um foguete com capacidade para transportar dois satélites distintos. O foguete leva os satélites até uma altitude relativamente baixa, praticamente no início da órbita, e outros propulsores os levam até a distância de 36 mil quilômetros. Lá chegando o satélite é liberado dos propulsores e por meio dos comandos da equipe terrestre as antenas são liberadas, apontadas para a Terra. Inicia-se então o processo de alinhamento. Toda operação desde o lançamento até a liberação final do satélite para uso definivo pode levar até três meses de trabalho. O foguete e seus propulsores tornam-se lixo espacial podendo cair e serem desintegrados na reentradada atmosférica, ou acabam vagando sem controle no espaço em torno do planeta. O consumo combustível para posicionamento e correção de rota é o principal responsável pela redução do tempo de vida útil do satélite. Os primeiros tinham tempo de vida em torno de 6 anos. As gerações seguintes, utilizando combustíveis elaborados por novas tecnologias e componentes eletrônicos tecnologicamente mais avançados, com menor consumo de energia, permitiu aos novos satélites uma vida em torno de 12 anos. Os satélites Brasil Sat 1 e Brasil Sat 2, controlados pela Embratel, tiveram seu tempo de vida prologandos até quase 16 anos, graças à operação precisa durante as correções de rota e controle de satélite executada pelos profissionais da Embratel. Quando um satélite está próximo à sua desativação, outro é lançado e posicionado praticamente ao lado do que será desativado, obedecendo-se a distância de segurança entre eles. O novo tendo sido alinhado e liberado, as operações do satéltie velho am para ele. O que será desativado é então retirado da órbita do cinturão de Clark, e, desligado. O satélite desativado fica vagando, como lixo espacial. Um grande risco é a colisão com um ativo provocar um grande caos na comunicação via satélite. Outro risco é o satélite desativado cair e, pelo tamanho, não ser completamente desintegrado na reentrada em órbita atingindo algum local habitado. Acidentes onde satélites desativados colidiram com outros, já ocorreu, dando grande trabalho de recuperação para os profissionais da área. Por isso a NASA desenvolveu o ônibus espacial. Esta nave tem a capacidade de levar dois satélites em seu compartimento de carga, deslocar-se até os 36 mil quilômetros, retirá-los com o braço mecânico e posicioná-los praticamente no local em que cada um vai ficar. Só então são acionados e a equipe em terra a a ter o controle sobre eles via rádio e iniciam-se os procedimentos de ativação das comunicações. Em seguida os astronautas recolhem o satélite desativado colocando-o no compartimento de carga e retornam à Terra com segurança trazendo o que poderia se transformar em lixo espacial. Outras informações sobre satélite serão apresentadas na aula específica. Sem espaço no espaço O local em que cada satélite fica posicionado, no cinturão de Clark, é determinado conforme o continente que ele deve cobrir. Se a área de cobertura pretendida é América do Sul, Central e América do Norte, a posição no cinturão é a mesma. Existe uma faixa que vai desde um ângulo mínimo e um ângulo máximo que os satélites podem ser colocados. Mais a Oeste ou mais a Leste destes limites, o ângulo não permite cobrir a região pretendida. Existe também uma distância mínima a ser mantida entre dois satélites no espaço. Isto em função dos deslocamentos e movimentos que eles fazem para manter rota. Tudo isso faz com que o espaço disponível para colocação de satélite em órbita seja limitado. O espaço para colocação de um satélite que faça cobertura para o Brasil, é o mesmo espaço para colocação de satélite que

possa cobrir Argentina, Uruguay, México, Venezuela, Canadá, Estados Unidos, enfim, todos os países que est!ão nesta faixa onde se localizam as Américas do Norte, Central e do Sul. O mesmo ocorre nos demais continentes. Por esta razão houve uma corrida inicial na conquista deste espaço. Nesta corrida o Brasil garantiu seu lugar para os satélties domésticos. anterior

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