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Dicas

TEORIA DE RÁDIO E CÁLCULO DE ENLACE

Postado: Eng. Elet. Vanderlei Felisberti

Energia

A  energia é expressa em Watts ou nas  unidades relativas a Decibel comparadas com milliwatts (dBm).

Conversão de Watts (W) em decibéis "milliwatts" (dBm) : (dBm= 10*log10(P/1mW))


Perdas em um cabo coaxial

Os valores de perdas para cabos coaxiais mais comuns são:

  • RG 58: 0.6 dB por metro.

  • RG 213: 0.3 dB por metro.

  • RG 174: 0.9 dB por metro.

Tipo de Cabo: RG 58 - RG 213 - RG 174

Comprimento (metros): Perdas em dB (valor negativo !):


Antenas

  • O ganho da antena é normalmente dado em decibel isotrópicos [dBi]. É o ganho de energia em comparação com um antena isotrópica (antena que difunde energia em todas as direções com mesma potencia. (na pratica isto não existe)

  • Algumas antenas tem seu ganho expresso em dBd, este é o ganho comparada com uma antena dipolo. Nestes casos é preciso somar 0,9 para obter o ganho correspondente em dBi

  • Quanto maior o ganho de uma antena, mais diretiva ela vai ser (energia transmitida em uma direção).

  • O ganho da antena é o mesmo tanto para receber quanto transmitir


Energia irradiada

A energia irradiada por uma antena pode ser facilmente calculada em dBm

Energia irradiada (dBm) = Energia do transmissor (dBm) - perdas no cabo (dB) ganho da antena (dBi)

  • O limite para energia irradiada (EiRP) em sistemas de telecomando e telemetria livre de licença é 1000mW ( 29,99 dBm)


Perdas no espaço livre

São as perdas de energia no percurso uma estação ate a outra, sem obstáculos, para o calculo foi usado uma freqüência intermediária.

Corresponde em perdas no espaço livre em dB e distancia em Quilometros (Km)

Perdas em dB (valor negativo):   

(Fórmula Friis) 32.6 20.log(F [Mhz]) 20.log(D [km])


Sensibilidade do Receptor

Os receptores necessitam de um mínimo de energia recebida para que o sinal seja compreendido e excite as etapas posteriores do mesmo. Se a energia é muito baixa a performance do mesmo ficará comprometida. Abaixo temos alguns exemplos de sensibilidade dos receptores empregados nos equipamentos:


Relação Sinal Ruído

A Sensibilidade do receptor não é o único parâmetro para analise do mesmo, também temos que considerar como anda a relação sinal ruído. Isto é, a diferença de energia mínima a alcançar entre o sinal recebido desejado e o ruído (ruído industrial, máquinas indutivas, interferências, dentre outros), também é conhecida como S/N (Signal/Noise). É definido como:

Proporção Sinal/Ruído [dB] = 10 * Log10 (Potencia do Sinal [W] / Potencia do Ruído [W])

Se o sinal é mais poderoso que o ruído, a proporção sinal/ruído será positiva. Se o sinal se ocultar em meio ao ruído a proporção será negativa. Para poder trabalha em uma certa proporção de dados em um sistema, necessita-se uma mínima proporção Sinal/Ruído.

Se o nível de ruído é muito baixo, então, o sistema estará mais limitado pela sensibilidade do receptor do que pela relação Sinal/Ruído. Se o nível de ruído é alto, então, a proporção sinal/ruído que contará para alcançar uma proporção de dados. Se o nível de ruído for alto, necessitamos de mais energia recebida.


Calculo de Enlace ( Link Budget )

Link budget é um calculo de toda a cadeia de transmissão, incluindo o calculo para a perda de transmissão no espaço livre:

A condição de funcionamento do link precisa ser: Total Transmissor Total Propagação Total Receptor, deve ser maior que 0.

Atenção: Estas regras são teóricas. Representa o máximo alcançável para um sistema. Na prática teremos interferências (outros transmissores), ruído industrial (ruídos eletromagnéticos), perdas atmosféricas (unidade do ar, dispersão, refração), antena mal orientada, reflexões,... que afetaram performances. Por tanto é necessário ter uma margem de segurança (6 dB ou mais para distancias grandes).

 

Energia de Saída do Transmissor :

dBm

Transmissor

Perdas no Cabo (valor negativo) :

dB

 

Ganho da Antena :

dBi

Propagação

Perdas o espaço livre (valor negativo) :

dB

 

Ganho da Antena :

dBi

Recepção

Perdas no cabo (valor negativo):

dB

 

Sensibilidade do Receptor (valor negativo) :

dBm

Total

Margem restante:

dB

Comentários

 

 

Limite legal

 

 

 


Propagação: Elipsóide Fresnel

 

 

Uma explicação rápida e simples da propagação de rádio elipsóide Fresnel é fazer uma analogia com um "tubo" virtual aonde a maioria da energia viaja entre o transmissor e o receptor. Para evitar perdas não deverá haver obstáculos dentro desta zona (região proibida) pois um obstáculo alterará "o fluxo de energia".

  • Transmissão [dBm]: energia do transmissor [dBm] - perda no cabo [dB] ganho da antena [dBi]

  • Propagação [dB]: perdas no espaço livre [dB].

  • Receptor [dBm]: ganho da antena[dBi] - perdas no cabo [dB] - sensibilidade do receptor [dBm]

Por exemplo, se a metade da zona proibida está escondida, haverá uma perda de energia de 6 dB (perda de potencia de 75 %).

Distancia (d1 d2) entre transmissor e receptor [metros] :

Distancia d2 entre transmissor e obstáculo [metros] :

Raio r1 de zona proibida na distancia [metros] :

(O raio de região proibida aqui é 0.6 x Raio da primeira elipsóide Fresnel)


Propagação Difração

Quando um obstáculo está localizado entre o transmissor e receptor é assinalando um pouco de energia, através graças ao fenômeno de difração na aresta superior do obstáculo. Quanto maior a freqüência de transmissão maior a perda:

  • Estes cálculos são válidas no caso da D1 e D2 maiores do que h.
  • Esta perda é adicionada à perda de propagação de espaço livre.

  • A perda é o mesmo de uma transmissão no sentido oposto (substituído pelo transmissor receptor e vice-versa).


Documentação de Referencia

  • VHF/UHF/Microwave Radio Propagation: A Primer for Digital Experimenters

  • S.R. Saunders: Antennas and propagation for wireless communication systems, Wiley 1999 Mathias Coinchon


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