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- Aula 2 COMUNICAÇÃO ATRAVÉS DE MEIOS NÃO GUIADOS
1. INTRODUÇÃO
Ao estudar os meios não guiados é de suma importância compreender o significado das
ondas eletromagnéticas. A oscilação da carga elétrica (energia que se propaga) tem a forma
sinusoidal e recebe o nome de onda eletromagnética. Ela pode ser produzida por diversos
meios, desde um circuito oscilador até um condutor enrolado em torno de um material ou a
vibração mecânica do quartzo, entre outros.
Representando a propagação de uma onda em um plano vertical, tendo como referência
uma linha base, à qual chamaremos de linha zero, vemos que qualquer onda sempre terá uma
parte acima da linha zero (positiva), e outra abaixo da linha zero (negativa). A linha zero
representa uma linha de tempo/distância, dando a noção do afastamento, no tempo e no espaço,
da onda eletromagnética com relação à fonte emissora.
Figura 1 - Onda Eletromagnética
No que se refere à terminologia da onda eletromagnética, os pontos mais altos da curva
sinusoidal são denominados picos. O pico positivo é medido na direção considerada positiva; o
pico negativo, na direção oposta. A parte mais alta de uma onda é denominada crista, na direção
positiva, e cavado, na direção considerada negativa. A parte da frente da onda, no sentido do
deslocamento, é denominada bordo anterior. A parte de trás da onda é o bordo posterior.
Figura 2 - Divisão da Onda Eletromagnética
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Ciclo é uma seqüência completa de valores da intensidade da onda que passa através de
um ponto no espaço. É a seqüência completa de valores, de crista a crista, de cavado a cavado,
ou de nulo a nulo.
Comprimento da onda é a distância horizontal de crista a crista, ou de cavado a cavado
consecutivos. É, portanto, a distância entre dois picos positivos (ou negativos) sucessivos da
onda. É medido em metros e seus submúltiplos. O comprimento da onda é o comprimento de um
ciclo expresso em unidades de distância. À distância percorrida pela energia durante um ciclo é o
comprimento da onda. O ciclo acompanha o trajeto senoidal, enquanto que o comprimento é uma
distância horizontal.
Amplitude da onda é a distância vertical entre um ponto da onda e a linha zero (eixo dos
X); é, assim, a altura da onda e indica a sua intensidade (força) no ponto considerado.
Freqüência (f) é o número de ciclos completados na unidade de tempo. Em se tratando de
ondas eletromagnéticas, a unidade de tempo normalmente usada é o segundo, ou seus
submúltiplos (microssegundo, picossegundo ou nanossegundo). Na faixa de rádio do espectro
eletromagnético, as freqüências são medidas em Hertz (Hz), que corresponde a 1 ciclo por
segundo.
Fase é a quantidade que um ciclo progrediu desde uma origem especificada. A fase é
geralmente medida em unidades angulares, correspondendo um ciclo completo a 360º. A fase
também pode ser definida como sendo a situação de um determinado ponto da onda em relação a
um ponto-origem, expressa em unidades angulares. Assim, na figura 3, temos a representação
dos ângulos de fase. Normalmente, a origem é o zero da curva. A fase alcança 90º na crista da
onda; 180º quando a amplitude é novamente zero; 270º no cavado e 360º quando volta de novo à
zero.
Figura 3 - Fase
O conjunto total das freqüências das radiações eletromagnéticas constitui o espectro
eletromagnético, ou espectro de freqüências. As freqüências nesse espectro variam desde
dezenas de Hertz até 1010 Hertz.
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Tabela 1 - Espectro Eletromagnético
Tabela 2 - Espectro das Radiofreqüências
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2. PROPAGAÇÃO DE ONDAS ELETROMAGNÉTICAS: DIRETA, REFLETIDA E REFRATADA
O comportamento das ondas eletromagnéticas é afetado pelo meio que atravessam. Para
compreender como as ondas se propagam no espaço, convém conhecer a composição da
atmosfera terrestre e os fatores que a afetam. A atmosfera é dividida em três camadas. A camada
inferior é a troposfera, com uma altura de até 11 km. Sua influência na propagação se dá por
meio de atenuações devido a chuva, neve, vapor d'água, etc. A camada intermediária é a
estratosfera, que alcança uma altura de 50 km, tendo efeito desprezível na propagação. A
camada superior é a ionosfera, estendendo-se até aproximadamente 400 km de altura em
relação à superfície terrestre. Essa última camada, no que diz respeito às ondas curtas, é a mais
importante a ser analisada.
Os efeitos da atmosfera e da superfície da Terra que afetam a propagação e interessam
diretamente ao desempenho dos sistemas que utilizam radiofreqüência são:
- Direta
- Refletida
- Refratada
Figura 4 - Tipos de onda
2.1. Direta
A onda direta se propaga quase numa linha reta entre o transmissor e o receptor. A onda
direta é ligeiramente inclinada pela refração troposférica, fazendo com que a onda se incline em
direção à superfície terrestre, com a transmissão se estendendo além do horizonte visual. É
também chamada de onda troposférica.
2.2. Refletida
A onda refletida é a porção da onda terrestre que é refletida na superfície. A intensidade
com que a onda é refletida depende do coeficiente de reflexão da superfície contra a qual ela se
choca e do ângulo de incidência. Embora este ângulo e o ângulo de reflexão sejam iguais, há uma
variação na fase das ondas incidente e refletida, com uma defasagem de 180o. Este tipo de onda
é considerado indesejável em certos casos, podendo provocar o cancelamento completo da onda
na antena receptora caso esta receba simultaneamente a onda direta e a onda refletida com a
mesma amplitude. Contudo, em geral o cancelamento é parcial, pois além da defasagem não ser
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exatamente de 180o devido ao fato da onda refletida demorar mais tempo para chegar à antena
receptora, a onda refletida pode apresentar uma menor intensidade causada pela absorção parcial
da onda irradiada.
Figura 5 - Onda Refletida
Quando uma onda de rádio encontra uma superfície, se as condições forem favoráveis ela
será refletida de forma “especular” (como em um espelho), da mesma maneira que ocorre com
uma onda luminosa, que também é uma onda eletromagnética, cumprindo-se as Leis:
a) O raio de incidência e o raio de reflexão estão no mesmo plano; e
b) O ângulo de incidência é igual ao ângulo de reflexão.
A relação entre a intensidade do campo incidente e a do campo refletido denomina-se
coeficiente de reflexão.
Figura 6- Reflexão da Onda Eletromagnética em uma Superfície Plana
A superfície terrestre reflete ondas de todas as freqüências. As baixas freqüências
possuem grande penetração e as ondas são muito menos refletidas. Em freqüências muito
baixas, sinais de rádio podem ser recebidos a até alguns metros abaixo da superfície do mar,
como vimos.
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Árvores, edifícios, montanhas e outros objetos podem causar reflexões de ondas de rádio.
Para as freqüências baixas, e mesmo médias, essas reflexões podem ser desprezadas.
Já nas altas freqüências, elas se tornam importantes, sendo o fenômeno, por vezes,
aproveitado como base de sistemas eletrônicos, como o radar. Quando o fenômeno é indesejável,
como nas comunicações, costuma-se usar antenas direcionais, que, pelo menos, minimizam os
efeitos da reflexão.
Nas freqüências mais altas, ocorrem reflexões pela chuva e por nuvens densas. Também,
a onda de rádio de freqüência muito alta (VHF), ou superior, pode ser refletida pelos limites bem
definidos (frentes) entre massas de ar frias e quentes, quando o ar quente e úmido flui sobre o ar
frio mais seco. Se a superfície entre as massas de ar é paralela à superfície da Terra, as ondas de
rádio podem percorrer distâncias muito maiores que as normais.
Sempre que uma onda é refletida pela superfície terrestre, dá-se uma mudança de
fase, que varia com a condutividade do terreno e a polarização da onda, alcançando um máximo
de 180º para uma onda polarizada horizontalmente, quando refletida pela água do mar (que se
considera como tendo condutividade infinita).
A atmosfera possui várias superfícies refletoras, a principal das quais é a ionosfera. Uma
onda, emitida por um transmissor, poderá propagar-se até o aparelho receptor acompanhando a
superfície da Terra. A onda que faz esse trajeto denomina-se, como vimos, onda terrestre. Porém,
conforme estudado, a onda pode alcançar o receptor através de uma ou mais reflexões,
denominando-se, então, onda refletida.
2.3. Refratada
Sempre que uma frente de onda se propaga por um meio onde ocorre uma variação de
densidade, haverá um encurvamento do feixe. As ondas eletromagnéticas são refratadas na
atmosfera devido a pequenas diferenças de velocidade de propagação, em conseqüência da
existência de gradientes de densidade. Como era de se esperar, este fenômeno ocorre,
principalmente, na baixa atmosfera. Na faixa do espectro de rádio e de microondas, os efeitos da
refração podem se tornar extremamente importantes, nas regiões mais baixas da atmosfera,
dependendo das variações de temperatura, umidade e pressão. Alcances extraordinários nos
radares, recepção de sinais de TV oriundos de emissoras de outros Estados, ou, algumas vezes,
de outros países, são testemunhos do fenômeno da refração.
3. MODULAÇÃO (AMPLITUDE, FREQÜÊNCIA E FASE)
Quando uma série de ondas eletromagnéticas é transmitida em freqüência e amplitude
constantes, ela é denominada de onda contínua, ou, abreviadamente, CW (do inglês “continuous
wave”).
Devido ao fato de uma onda contínua não poder conduzir muitas informações ela é quase
sempre modificada, ou seja, modulada de alguma forma. Quando isso ocorre, a onda CW passa
a ser chamada de onda portadora.
Na prática, existem três maneiras para modularmos uma onda CW para que conduza as
informações desejadas:
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- Modulação em Amplitude;
- Modulação em Freqüência;
- Modulação em Fase.
3.1. Modulação em Amplitude
Na modulação em amplitude (AM), a amplitude da onda portadora (onda de
radiofreqüência) é modificada pela amplitude da onda moduladora. A figura 7 mostra este tipo de
modulação. O processo no transmissor é o seguinte: após terem sua potência aumentada no
amplificador, as ondas vão ao modulador, onde essa corrente elétrica de baixa freqüência é
somada à corrente elétrica de alta freqüência das ondas de radiofreqüência que vêm do
amplificador de RF. Ou seja, a modulação se dá pela soma das amplitudes das duas ondas. A
corrente elétrica que sai do modulador é, então, a soma das duas ondas (a onda de áudio mais a
onda de radiofreqüência). Esta onda, após mais um estágio de amplificação, é transmitida pela
antena. No receptor, o sinal é demodulado, pela remoção da onda moduladora. Este tipo de
modulação é bastante comum, sendo a forma usual de modulação na faixa de irradiação das
estações comerciais AM.
Figura 7 - Modulação em amplitude
3.2. Modulação em Freqüência
Na modulação em freqüência (FM), a freqüência da onda portadora é modificada pela
freqüência da onda moduladora. É a modulação da onda de radiofreqüência (portadora) de
maneira que sua freqüência instantânea difere da freqüência da onda original (moduladora) de
uma quantidade proporcional à amplitude instantânea da moduladora. Este tipo de modulação é
usado pelas estações de rádio comerciais em FM e, também, pelos canais de som das estações
de TV.
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Figura 8 - Modulação em Freqüência
3.3. Modulação em Fase
Outra modalidade de modulação em freqüência é a denominada modulação em fase (PhM
= “phase modulation”). Neste modo, o ângulo de fase da portadora é desviado de seu valor
original de uma quantidade proporcional à amplitude da moduladora.
4. RÁDIODIFUSÃO AM/FM E TV
A radiodifusão é um sistema de comunicação usando ondas eletromagnéticas que se
propagam pelo espaço. Usam-se ondas radiofônicas de diferentes comprimentos (comprimento de
onda) para distintos fins.
Em geral as ondas eletromagnéticas distinguem-se pela sua freqüência que é inversa ao
comprimento de onda. As ondas mais curtas têm freqüências mais altas e um comprimento de
onda mais baixo, enquanto as ondas de freqüência mais baixa têm um comprimento de onda mais
elevado. Como visto, a freqüência corresponde a um determinado número de ciclos por segundo.
As ondas de rádio vão de alguns KHz (Kilohertz) a vários gigahertz (GHz), 1.000 milhões
de ciclos por segundo.
As ondas de luz visível são muito mais curtas. No espaço as radiações eletromagnéticas
propagam-se em forma de ondas a uma velocidade uniforme de quase 300.000 Km por segundo.
As ondas de rádio utilizam-se não só na radiodifusão, mas também na telegrafia sem fios,
telefones, televisão, radar, sistemas de navegação e a comunicação espacial. Na atmosfera as
características físicas do ar originam pequenas variações do movimento ondulatório que
provocam erros nas comunicações, como, por exemplo, no radar. Além disso, as tempestades e
as perturbações elétricas provocam fenômenos anormais na propagação das ondas de rádio.
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As ondas eletromagnéticas numa atmosfera uniforme propagam-se em linha reta e como a
superfície terrestre é praticamente esférica a comunicação a grande distância é possível graças à
reflexão das ondas de rádio na ionosfera. As ondas de rádio de comprimento de onda inferior a 10
metros que são chamadas de freqüências muito altas (VHF), ultra altas (UHF) e super altas (SHF),
não se refletem na ionosfera. Assim, estas ondas muito curtas só se captam à distância visual.
As freqüências com comprimento de onda de alguns centímetros são absorvidas pelas
gotas de água ou pelas nuvens. As inferiores a 1,5 cm podem ser absorvidas pelo vapor de água
existente na atmosfera limpa.
Os sistemas normais de radiocomunicação constam de dois componentes básicos:
- Transmissor
- Receptor.
O primeiro gera oscilações elétricas com uma freqüência de rádio denominada de
freqüência portadora. Pode-se amplificar a amplitude da própria freqüência para variar a onda
portadora. Um sinal modulado em amplitude compõe-se da onda portadora mais as bandas
laterais, produto da modulação. A freqüência modulada (FM) produz mais do que um par de
bandas laterais para cada freqüência de modulação, graças às quais são possíveis as complexas
variações que se emitem em forma de voz em radiodifusão ou variações de luminosidade na
televisão.
Os componentes fundamentais de um transmissor de rádio são:
- Um gerador de oscilações (oscilador) para converter as variações elétricas em oscilações
de uma determinada freqüência de rádio;
- Os amplificadores para aumentarem as referidas oscilações conservando a freqüência
estabelecida;
- Transdutor para converter a informação a transmitir em variações de corrente elétrica
proporcional a cada valor instantâneo da intensidade.
No caso da transmissão de som, o transdutor é o microfone. Para transmitir imagens
utiliza-se como transdutor um dispositivo fotoelétrico.
Outros componentes importantes de um transmissor são o modulador que aproveita as
voltagens proporcionais para controlar as variações na intensidade da oscilação ou freqüência
instantânea da portadora e a antena que irradia uma onda portadora igualmente modulada. Cada
antena apresenta certas propriedades direcionais, ou seja, irradia mais energia numas direções e
menos energia em outras, no entanto estes padrões podem ser modificados de forma a que a
radiação varie num raio relativamente estreito até uma distribuição homogenia em todas as
direções. Este último tipo de radiação é usado na radiodifusão.
Numa emissora comercial normal a freqüência da portadora é gerada utilizando um
oscilador a cristal, rigorosamente controlado. O meio básico de controlar as freqüências em
radiodifusão consiste na utilização de circuitos de absorção ou ressonantes, que possuem valores
específicos de indutância e capacitância e que, portanto, favorecem a produção de correntes
alternas de uma determinada freqüência e impede a circulação de correntes de freqüências
distintas. De qualquer forma, quando se pretende que a freqüência seja rigorosamente estável
usa-se um cristal de quartzo com uma freqüência natural concreta de oscilação elétrica para
estabilizar as oscilações.
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Os osciladores de cristal são muito úteis em freqüências muito baixas (VLF), baixas (LF) e
médias (MF). Quando são necessárias freqüências superiores a 10 MHz, o oscilador principal é
desenhado de forma a gerar uma freqüência intermédia que se multiplica quantas vezes as
necessárias usando circuitos eletrônicos especiais.
A antena de transmissão não necessita de estar unida ao próprio transmissor. Na
radiodifusão comercial em freqüências médias a antena é muito grande e a sua localização deve
estar fora da povoação. No entanto o estúdio deve estar no centro da cidade. A FM, a televisão e
outras transmissões que usam freqüências muito elevadas necessitam de antenas muito altas. Em
todos estes casos a ligação entre o estúdio e o emissor é feita por cabo. Na maioria dos casos o
cabo telefônico é suficiente. Para as emissoras de alta fidelidade usam-se cabos coaxiais.
5. MICRO-ONDAS: CARACTERÍSTICAS E UTILIZAÇÃO
As micro-ondas são ondas eletromagnéticas com comprimentos de onda maiores que os
dos raios infravermelhos, mas menores que o comprimento de onda das ondas de rádio variando
o comprimento de onda de 1 m (0,3 GHz de freqüência) até 1,0 mm (300 GHz de freqüência).
Acima dos 300 GHz, a absorção da radiação eletromagnética pela atmosfera da Terra é
tão grande que a atmosfera é praticamente opaca para as freqüências mais altas, até que se torna
novamente transparente na, assim chamada, "janela" do infravermelho até a luz visível.
Um forno de micro-ondas usa um gerador de microondas do tipo magnetron para produzir
microondas em uma freqüência de aproximadamente 2,45 GHz para cozinhar os alimentos. As
micro-ondas cozinham os alimentos, fazendo com que as moléculas de água e outras substâncias
presentes nos alimentos vibrem. Esta vibração cria um calor que aquece o alimento. Já que a
maior parte dos alimentos orgânicos é composta de água, este processo os cozinha facilmente.
Micro-ondas são usadas nas transmissões de comunicações, porque as microondas
atravessam facilmente a atmosfera terrestre, com menos interferência do que ondas mais longas.
Além disso, as micro-ondas permitem uma maior largura de banda do que o restante do espectro
eletromagnético.
O Radar também usa radiação em micro-ondas para detectar a distância, velocidade e outras
características de objetos distantes.
Redes Locais sem-fio, tais como Bluetooth, WIFI, WiMAX e outros usam micro-ondas na faixa
de 2,4 a 5,8 GHz. Alguns serviços de acesso à Internet por rádio também usam faixas de 2,4 a
5,8 GHz.
TV a cabo e Internet de banda larga por cabo coaxial, bem como certas redes de telefonia
celular móvel, também usam as freqüências mais baixas das micro-ondas.
6. SATÉLITES
Um satélite é basicamente qualquer objeto que dá voltas em torno de um planeta em um
trajeto circular ou elíptico. A lua é um tipo de satélite natural, contudo nosso foco neste estudo são
os satélites artificiais que, hoje, são responsáveis por muitos serviços do nosso dia-a-dia.
Até pouco tempo atrás, os satélites eram dispositivos exóticos e ultra-secretos. Foram
usados primeiramente para fins militares, para atividades como navegação e espionagem. Agora
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eles são uma parte essencial de nosso dia-a-dia. Podemos ver e reconhecer seu uso em
relatórios meteorológicos, transmissão de televisão via satélite e na telefonia.
A trajetória que um satélite segue é chamada de órbita. Em uma órbita, o ponto mais
longínquo da Terra denomina-se apogeu, e o mais próximo é o perigeu.
Em geral, quanto mais alta é a sua órbita, maior o tempo que um satélite pode permanecer
em órbita. Em altitudes mais baixas, o satélite colide com vestígios da atmosfera da Terra, o que
causa o arrasto. O arrasto faz com que a órbita decaia até que o satélite volte para dentro da
atmosfera e queime. As altitudes maiores, onde o vácuo no espaço é quase total, quase não há
arrasto, e o satélite pode ficar em órbita por séculos.
O maior fator motivador para a utilização de satélite como meio de transmissão, foi a
inexistência de meios físicos entre localidades alvo da comunicação. Como os satélites podem
cobrir praticamente quaisquer áreas do globo terrestre, são a melhor opção para atingir pontos de
difícil acesso.
Outro fato determinante para a utilização de satélites como meio de transmissão foi a
indisponibilidade de meios de transmissão digital a baixo custo. As atuais redes digitais não
existiam ha 10 anos atrás.
6.1. Características e utilização
Satélite é o elemento comum de interligação das estações terrenas, atuando como estação
repetidora. Devido a sua altitude, permite a transmissão de sinais diretamente entre duas
estações, sem que existam necessariamente pontos intermediários.
Um sistema satélite é composto de um Segmento Espacial e um Segmento Terrestre. O
Segmento Espacial é composto por um ou mais satélites e pelos equipamentos necessários às
funções de suporte e operação dos satélites, tais como telemetria, rastreio, comando, controle e
monitoração. O subsistema de um satélite é uma estação repetidora de microondas, repetindo
sinais sobre grandes distâncias.
Inicialmente foram utilizados satélites de baixa órbita (LEOs), completando 1 volta no
planeta a cada poucas horas. As estações terrenas eram de alto custo, pois tinham de mover-se,
e o sistema interrompia a transmissão cada vez que o satélite desaparecia atrás do horizonte,
retornando após surgir novamente no lado oposto.
Surgiram então, para solucionar esses problemas, os satélites geoestacionários, ou
geossíncronos.
Os satélites de comunicação utilizados para comunicação de dados e propagação de
sinais de televisão são do tipo geossíncrono. As razões para o emprego desse tipo de satélite são
bastante simples: as estações terrenas não precisam ser dotadas de antenas móveis e a área
iluminada pelo satélite é constante, sem interrupção de sinal a cada órbita.
O satélite de comunicação, em sua essência, é apenas um repetidor de sinal, captando os
sinais transmitidos das estações terrenas, amplificando-os e retransmitindo-os para a Terra. A
grande vantagem da comunicação através do satélite reside exatamente no fato de que cobre
áreas enormes sem encontrar obstáculos geográficos, além da própria atmosfera terrestre. Os
sinais são transmitidos na forma de radiocomunicação microondas, tipicamente nas freqüências
entre 1,5 GHz (banda L) e 30 GHz (banda Ka). A ampla área de cobertura permite comunicação
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entre pontos muito distantes um do outro, sem necessidade de pontos intermediários de
retransmissão para compensar a curvatura da crosta terrestre, como no caso dos enlaces
microondas terrestres.
Figura 9 - Satélites quanto à órbita
As aplicações mais indicadas para a comunicação via satélite são as que envolvem um
dos seguintes aspectos:
- Transmissão de um único sinal para uma ampla área geográfica. São típicas desse
modelo as transmissões de TV e rádio via Satélite;
- Integração de localidades remotas e sem infraestrutura terrestre de telecomunicações.
Nesse modelo se enquadram destinos como canteiros de obras, campos de mineração e
propriedades rurais.
- Necessidade de mobilidade e agilidade na instalação, tipicamente em soluções rápidas e
temporárias, ou de uso ocasional. Nessa situação se enquadram a cobertura de shows, noticias e
eventos móveis.
6.1.1 ESTAÇÕES VSAT (Very Small Aperture Terminals)
A estação terrestre mais popular que existe é a VSAT, abreviatura para Very Small
Aperture Terminal, que usa antena que variam de 0,90 a 2,50 metros de abertura.
Uma rede VSAT é composta por um número de estações VSAT e uma estação principal
chamada de Hub Station. A estação Hub possui uma antena maior e se comunica com todas as
remotas, coordenando o tráfego para elas. A Hub Station também pode servir para interligar redes
VSAT.
As redes VSAT podem ser da topologia estrela, na qual as estações somente se
comunicam com a Hub Station, ou na malha, na qual as estações remotas podem se comunicar
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entre si. Caso uma remota em uma rede em estrela precise se comunicar entre si, elas usam a
Hub Station como intermediária, em um duplo salto.
Um salto de satélite é o percurso do sinal de uma remota ao satélite e seu retorno à hub ou
a outra VSAT. A cada salto de satélite há um atraso na transmissão chamado de delay. Quanto
mais saltos, maior o delay.
Fisicamente, uma VSAT é composta pela antena parabólica e o rádio transmissor e
receptor, que ficam instalados em ambiente externo, e um terminal de satélite, que agrega um
roteador e que controla os sinais de comunicação.
Figura 10 - VSat
6.2. Transponders
O subsistema que mais nos interessa nos satélites é o de comunicações. Ele é constituído
por um repetidor ativo que recebe, converte a freqüência, amplifica e retransmite para a Terra os
sinais recebidos. Tais circuitos são denominados transponders. Cada transponder é responsável
pela recepção e retransmissão de uma determinada banda de freqüência. Um satélite tem,
tipicamente, de 20 a 40 transponders.
Outra definição para transponder ou transpondedor (abreviação de Transmitter-responder)
é um dispositivo de comunicação eletrônico complementar de automação e cujo objetivo é
receber, amplificar e retransmitir um sinal em uma freqüência diferente ou transmitir de uma fonte
uma mensagem pré-determinada em resposta à outra pré-definida “de outra fonte”.
6.3. Satélites Geoestacionários
Os satélites são ditos geoestacionários quando estes são colocados em uma órbita circular
em torno da terra, tal que a sua velocidade de rotação seja a mesma da terra, ou seja, para um
observador na terra o satélite comporta-se como se estivesse estacionário em um determinado
local no céu. Em geral sua órbita está sobre o equador de tal forma que o satélite tenha um
período de rotação igual ao do nosso planeta Terra, ou seja, 24 horas. Com isso a velocidade
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angular de rotação do satélite se iguala à da Terra e tudo se passa como se o satélite estivesse
parado no espaço em relação a um observador na Terra.
De acordo com a lei de Kepler, o período orbital de um satélite varia conforme o raio da
órbita elevado à potência 3/2, desta forma satélites colocados a uma altitude de aproximadamente
36.000 km apresentam um período de 24 horas, girando assim a mesma velocidade da terra.
Para a comunicação com este tipo de satélite as estações de terra podem utilizar antenas
fixas, antenas estas que apresentam um pequeno custo de operação e manutenção em relação
às móveis.
Os satélites de comunicação são na sua grande maioria do tipo Geoestacionários.
Figura 11 - Satélite geoestacionário
6.3.1. BANDAS DE TRANSMISSÃO
As freqüências de transmissão mais utilizadas para a comunicação via satélite são as
bandas C e Ku. As diferenças entre essas bandas se dão nos seguintes itens:
- Freqüência de uplink - para a transmissão de sinais da terra para o satélite;
- Freqüência de downlink - para a transmissão de sinais do satélite de volta para a terra;
- Freqüência da portadora do transponder para a modulação do sinal.
A Banda C tem freqüências de uplink de 5,850 a 6,425 GHz e de 3,625 a 4,2 GHz para
downlink. O transponder típico de banda C tem 36 MHz de largura de banda. Requer antenas
maiores, mas é menos afetadas pelas interferências causadas pelas chuvas.
Na Banda Ku, as freqüências de uplink variam de 14,0 a 14,5 GHz e de 11,7 a 12,2 GHz
para downlink. O transponder típico de banda Ku tem 27 MHz de largura de banda. Por permitir o
uso de antenas menores, é a mais popular internacionalmente. Recentemente passou a ter maior
aceitação em países tropicais, como o Brasil.
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6.4. Satélites de Órbita Média
A utilização de satélites de média órbita permite o alcance de uma área maior de
abrangência do que quando da utilização de satélites de baixa órbita. Entretanto, sua área de
abrangência é menor do que quando da utilização de satélites geoestacionários.
Os satélites de média órbita devem ser colocados em uma faixa onde não atinjam a
radiação existente na atmosfera terrestre, pois isso destruiria o satélite, e, também não fique
acima de 35.000 km para que a altitude não comprometa o funcionamento do satélite, visto que a
esta altitude o período dura exatamente 24 horas e seria necessária muito mais energia para
mantê-lo nesta posição, além de um equipamento de rádio mais completo.
95% dos satélites que têm este tipo de órbita são de navegação, como os do sistema GPS
(Sistema de Posicionamento Global). A órbita média vai dos 5.000 aos 20.000 km da Terra.
Os satélites do sistema GPS situam-se a 20 mil km da Terra, levando cerca de 12 horas
para dar uma volta ao planeta.
Figura 12 - Satélites utilizados pelo GPS
6.5. Satélites de órbita baixa
Esse tipo de satélite opera no que é chamado de baixa órbita da terra, o que significa que
orbitam a algumas centenas de metro da superfície terrestre, normalmente entre 100 e 1.000
quilômetros. A principal desvantagem se encontra na velocidade em que um satélite deve viajar.
Como os períodos de rotação são mais rápidos do que a rotação da terra, esses satélites não
permanecem acima de um único ponto na superfície da terra.
Do ponto de vista de um provedor de comunicação, ter um satélite que não aparenta
permanecer estacionário causa problemas. Assim ele somente pode ser utilizado durante o tempo
em que sua órbita passa entre duas estações terrestres. A utilização máxima requer sistemas
complexos de controle que se movam continuamente de forma que as estações terrestres
apontem diretamente para o satélite.
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TELECOMUNICAÇÕES
Prof. Ricardo Rodrigues Barcelar
http://www.ricardobarcelar.com.br
Os satélites de baixa órbita (LEO - Low Earth Orbit) estão posicionados em uma altura tal, a
fim de evitar que os mesmos sejam posicionados em cima da faixa de radiação encontrada ao
redor da Terra e, também não abaixo da Termosfera, onde grande parte dos meteoros se
concentram.
Este tipo de satélite é comumente utilizado na transmissão televisiva através de poderosos
equipamentos de transmissão e antenas gigantes capazes de captar os sinais emitidos e
retransmiti-los aos demais equipamentos.
As baixas altitudes alcançadas por este tipo de satélite permitiram que ele pudesse ser
utilizado pelas empresas através da implantação de telefones celulares baseados em satélites,
pois a captação de seus sinais é feita de maneira mais simplificada.
Figura 13 - Satélite de Baixa Órbita
6.5.1. ARRAY DE SATÉLITES DE BAIXA ÓRBITA
Existe um esquema que permite a comunicação contínua através de satélites de baixa
órbita. Ao invés de focalizar um único satélite, o esquema requer um conjunto de satélites de
forma que com a movimentação de determinado satélite ele permanece conectado a outro que
transita por aquele local. Isso garante que ao menos um satélite esteja disponível. Essa forma de
comunicação também permite que um satélite se comunique com outro. Assim, se um computador
A conectado a um satélite S1 necessitar manter uma comunicação com um computador B
conectado a um satélite S2 não haverá empecilhos, pois os satélites se comunicam dentro do
array.
Abaixo podemos ver uma tabela que resume as altitudes bem como a quantidade de
satélites para cobrir o globo terrestre.
Tabela 3 - Altitude/Nº Satélites
ÓRBITA
GEO
MEO
LEO
ALTITUDE (KM)
35.700
5.000 – 12.000
100 – 1.000
Nº SATÉLITES PARA COBRIR O GLOBO
3
10
48
16