O documento discute conceitos fundamentais sobre propagação de sinais de microondas e antenas, incluindo atenuação, reflexão, refração, dispersão e difração. Explica como esses fenômenos afetam a potência do sinal e como as antenas são projetadas para lidar com eles. Também fornece um exemplo numérico de como calcular a altura necessária das torres para um link sem fio de 10 km considerando a zona de Fresnel.

1. Tópicos Avançados em Redes de
Computadores
- Antenas -
Prof. André Peres
andre.peres@poa.ifrs.edu.br

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https://youtu.be/YR7g3Gp9VZE
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3. • Antenas
• Algumas características da propagação de
microondas:
• Atenuação
• Reflexão
• Refração
• Dispersão
• Difração
Antenas

4. • Atenuação
• Como qualquer sinal enviado em um meio de
propagação os sinais de microondas sofrem
atenuação
• Atenuação = perda de potência do sinal
• Interferem na atenuação:
• Distribuição do sinal no espaço na transmissão
• Capacidade da antena de recepção de capturar o
sinal
Antenas

5. • Atenuação
• Distribuição do sinal no espaço
• O sinal transmitido espalha-se no espaço conforme o
ângulo de abertura da antena
• Considera-se como referência a antena isotrópica
(irradiação em forma de esfera)
• A área de propagação é definida pela área de uma
esfera, ou seja:
Antenas

6. • Atenuação
• Uma antena isotrópica irradia em todas as direções,
formando uma esfera
• Apenas parte da energia é absorvida pela antena de
recepção
Antenas

7. • Atenuação
• A potência distribuída S na área expressa em mW por
m2 na distância d (raio da esfera) com potência de
transmissão Pt é definida por:
• Isto significa que a potência de um sinal em um ponto é
proporcional ao quadrado da distância entre este ponto e a
antena de transmissão
Antenas

8. • Atenuação
• ou seja:
Antenas

9. • Atenuação
• A abertura de recepção de sinal de uma antena
isotrópica é definida como:
• Sendo λ = comprimento da onda em metros
Antenas

10. • Atenuação
• Tendo esta abertura, pode-se concluir que o sinal S
presente nesta área será o equivalente à potência de
recepção Pr
:
Antenas

11. • Atenuação
• unindo tudo:
Antenas

12. • Atenuação
• Têm-se então que a atenuação no espaço, definida
por FSPL (Free Space Path Lost) é:
• Com d sendo a distância em metros
• λ sendo o comprimento da onda em metros
Antenas

13. • Atenuação
Antenas

14. • Atenuação em obstáculos:
Antenas

15. • Reflexão:
• Conforme o material de um obstáculo, o sinal de
microondas é refletido (metal e água)
• O ângulo de reflexão depende do ângulo de
incidência do sinal
• Sempre relativo à normal N
Antenas

16. • Reflexão:
• A reflexão é utilizada na confecção de antenas
• Objetivo de direcionar o sinal
Antenas

17. • Refração:
• Quando o sinal troca de meio de propagação com
densidades diferentes, altera sua direção
• A alteração da direção depende do material do meio
original e do material do novo meio
Antenas

18. • Disperção:
• Ao atingir um obstáculo com superfície irregular, o
sinal pode sofrer reflexões em diferentes direções
• Este efeito depende da irregularidade e profundidade
da irregularidade do obstáculo
Antenas

19. • Difração:
• O sinal de microondas contorna qualquer objeto que
possua tamanho maior que o comprimento da onda
• Isto faz com que o sinal preencha toda a área de um
ambiente
• Também permite comunicação entre dois pontos
sem visada
• Ocorre devido à forma de propagação das ondas
Antenas

20. • Difração:
Antenas

21. • Difração:
• Cada ponto de uma onda é uma fonte de energia para a formação da onda
subsequente
• Analogia: água ou som:
• Ao atirar-se uma pedra na água, criam-se ondas
• Quandos as ondas atingem um pier, por exemplo, nota-se que atrás do obstáculo
se formam ondas de menor intensidade, porém sua amplitude não é totalmente
absorvida pelo obstáculo
• Ao utilizarmos um obstáculo para uma onda sonora, nota-se que o som continua
propagando-se atrás do obstáculo em menor intensidade
Antenas

22. • Difração:
• Princípio Huygens
• Cada pondo em uma onda funciona como uma fonte para uma onda secundária
denominada wavelet
• Uma nova onda é formada a partir da união das diversas wavelets
• Esta nova onda não é irradiada igualmente em todas as direções, apesar de
possuir amplitude máxima na direção da onda original e zero em direção oposta
• Este efeito causa a difração ao encontrar-se um obstáculo
Antenas

23. • Difração:
• Princípio Huygens
Antenas

24. • Difração:
• A área mais importante para a propagação do sinal é
denominada Zona de Fresnel Primária
Antenas

25. • Difração:
• Cálculo da Zona de Fresnel:
• Elispóide
• O raio em um determinado ponto em metros é
determinado como:
• Onde d1
é a distância entre a primeira antena e o ponto em Km
• d2
é a distância entre o ponto e a segunda antena em Km
• d é a distância total em Km
• f é a frequência da onda em Mhz
• rm
é o raio da elipsóide em metros
Antenas

26. • Difração:
Antenas

27. • Difração:
• Altura das torres de comunicação
• A Zona de fresnel deve estar livre de objetos
• Até 20% da área pode estar comprometida, acima
disso não existe comunicação!
• Deve-se considerar a inclinação do planeta quando a
distância for maior de 10 Km
• ≤ 10 Km = 0m
• 10 Km → 20 Km = 6m
• 20 Km → 30 Km = 12m
• ...
Antenas

28. • Difração:
• Altura das torres de comunicação
Antenas

29. • Link sem fios -- exemplo:
• Transmissor (AP): 20 dBm
• atenuação no cabo (3m RG213) ≃ 2dB
• antena de 24 dBi de ganho
• distância de 10 Km entre as antenas
• FSPL = 20 log (4πd / λ)
• FSPL = 20 log ( 4.π.10000/0,125)
• FSPL = 20 log (1005312) = 20 x 6,0023 ≃ 120 dB
• antena de recepção = 24 dBi de ganho
• atenuação no cabo ≃ 2dB
Pr
= 20dBm - 2dB + 24dBi - 120dB + 24dBi - 2dB = -56dBm
Antenas

30. • Link sem fios -- exemplo:
• Interferências:
• Adiciona-se uma perda entre 6-9dB a cada 2 Km
• colocando 6dB x 5 ≃ 30 dB de perda
Pr
= -56dBm - 30dB = -86dBm
Antenas

31. • Link sem fios -- exemplo:
• exemplo de sensibilidade na recepção [802.11n]:
Antenas
Vazão Sinal
150 Mbps -76dBm
121.5 Mbps -78dBm
108 Mbps -80dBm
81 Mbps -84dBm
54 Mbps -87dBm
40.5 Mbps -91dBm
27 Mbps -92dBm
13.5 Mbps -95dBm

32. • Link sem fios -- exemplo:
• Altura das torres:
• ex: obstáculo mais alto entre as antenas = prédio
de 5 andares = 5 x 3m = 15m de altura a 4 Km da
primeira antena
• Zona de fresnel primária a 4 Km:
Rm
= 547 sqr ( 4 . 6 / 2400 . 10) = 547 sqr (20/24000)
Rm
= 547 sqr (0,000833333) = 547 . 0,028867513 = 15,79m
altura das antenas = 15m (prédio) + 16m (fresnel) = 31 m
Antenas