Radição

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TI- Trabalho de Investigao

AGRADECIMENTOS

Gostariamos de agradecer em primeiro lugar ao nosso Prof. Rufino Matos pela

disponibilidade e pacincia que teve com o grupo durante a realizao deste trabalho e

tambm durante as aulas.

Agradecemos tambm a monitora pala ajuda imprescidvel prestada.

Por fim agradecemos a todos os amigos e colegas que colaboraram de forma

directa ou indirecta para a realizao deste trabalho.

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RESUMO

A eficincia de qualquer meio de comunicao por meio de rdio, depende em

grande parte da antena ou conjunto de antenas que so utilizadas. por esta razo que se

deve ter o mximo cuidado na escolha da antena, caso contrrio, ela se transformar num

factor limitante.

A antena determina se a potncia disponvel ser irradiada em todas as direes

ou no, qual ngulo sobre o horizonte e qual o factor de ganho. Alm disso,

frequentemente ser ela que eliminar interferncias provenientes de alguma direo

conhecida, alm de evitar uma srie de outros inconvenientes. Por todos esses motivos

que se impe um cuidadoso estudo para a escolha correcta da antena, para obter, em cadacaso particular, a melhor recepo possvel.

Primeiramente devemos observar que no existe um sistema de radiao ideal,

mas sim diversos tipos. O melhor sistema depende da anlise de cada caso particular.

Somente depois dessa anlise possvel determinar qual o melhor tipo para a situao

que se tem pela frente. Acontece frequentemente que quando tenta-se melhorar uma

caracterstica acaba-se piorando outra. Por exemplo, aumentando o ganho de uma antena

numa determinada direo, ter-se nessa direco privilegiado um ganho bem maior,

mas com o inconveniente de que nas outras direes o ganho ser inferior. Quando o

objectivo a comunicao com uma nica estao, no h nenhum problema em

reduzir o ganho nas demais direes, pois assim as estaes indesejveis sero atenuadas,

melhorando sensivelmente o sinal recebido.

Se, porm, pretende-se contactar vrias estaes ao mesmo tempo, esse

procedimento j no ser aconselhvel. Por isso, o fundamental adequar cada sistema

de radiao a seus objetivos e necessidades especficas, bem como ao seu equipamento de

rdio.

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NDICE DE FIGURAS:

Figura 1- Regies Para a Alocao de Frequncia..........................................................8Figura 2- Provncia de Tete.............................................................................................12

Figura 3- Localizao da Estao...................................................................................12

Figura 4- Componente resistiva da impedncia da antena vertical posta ao solo.........18

Figura 5- Componente reactiva da impedncia da antena vertical posta ao solo..... ... .18

Figura 6- Sistema de terra em forma de margarida........................................................20

Figura 7- Ilustrao de um sistema de sinalizao de uma torre...................................22

Figura 8- Cabos Heliax....................................................................................................23

Figura 9- Malha T............................................................................................................25

Figura 10- Malha de adaptao para antena..................................................................25

NDICE:

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1. Introduo .......................................................................................................................5

2. Objectivos ........................................................................................................................ 6

2.1 Objectivos Gerais ............................................................................................................ ....6

2.2 Objectivos Especficos ............................................................................................... ..... ....6

3. Metodologias ................................................................................................................... 7

4. Referncial Terico ........................................................................................................ 8

4.1 Ondas Mdias ou Hectomtricas ...................................................................... ..... ..... ..... ..84.1.1 Antena Vertical Posta ao Solo Clssica ....................................................................................... ..94.1.2 Modos Possveis de Propagao em Ondas Mdias ....................................................................10

5. Desenvolvimento das Actividades ............................................................................... 12

5.1 Localizao da Estao .....................................................................................................12

5.2 Frequncia Utilizada para transmitir na Estao que se pretende montar ..................13

5.3 Tipo de Antena Seleccionado ............................................................................. ..... ..... ....13

5.4 Estudo para determinar a altura conveniente da antena para que se consiga a

cobertura nocturna pretendia ................................................................................................13

5.5 Expresso do factor direccional e o respectivo diagrama de radiao ......... ..... ..... ......14

5.6 Ganho da Antena da Antena ............................................................................................165.6.1 Ganho Relativo antena vertical curta posta ao solo ..................................................................16

5.7 Impedncia da Antena .................................................................................................... .17

5.8 Altura da Antena para que fique ressonante ..................................................................19

5.9 O Sistema de Terra ...................................................................................................... .....195.9.1 Sistema de Terra Ideal ..................................................................................................................19

5.9.2 Sistema de Terra Ulitilizado .........................................................................................................195.10 Os Sistemas de proteco contra carga esttica e descargas atmosfricas ..... ..... .... ..20

5.10.1 Cargas Estticas ........................................................................................................ ...... ...... .....205.10.2 Descargas atmosfricas ........................................................................................................... ...21

5.11 Sistema de Sinalizao ...................................................................................................215.11.1 Pintura da antena........................................................................................................................ 215.11.2 Sinalizao para populao .......................................................................................................225.11.3 Sinalizao para aeronaves ............................................................................................. ...... .....22

5.12 Tipo de Cabo Coaxial Seleccionado ..............................................................................23

5.13 Clculo da rea de cobertura .......................................................................................24

5.14 Malha de Adaptao .................................................................................................... ..255.14.1 Configurao de uma malha T para uma antena: .......................................................................25

6. Problemas Encontrados ............................................................................................... 26

7. Concluso ......................................................................................................................26

8. Referncia Bibliogrfica .............................................................................................. 27

9. ANEXOS ....................................................................................................................... 28

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O presente trabalho em grupo surge da necessidade de se aplicar conhecimentosadquiridos ao longo do ano desta cadeira.

O objectivo deste trabalho montar uma estao de ondas mdias nos arredoresda cidade de Tete. O projecto desta natureza so de grande importncia para o nosso pas,pois o meio de comunicao que os cidados de um pas em via de desenvolvimento maisutiliza o rdio.

Os componentes necessrios para a transmisso de informao por meio de ondasde rdio so transmissor de rdio, linha de transmisso e antena de transmisso. Nessesistema a energia electrica contendo informao gerada por um equipamento

electrnico no transmissor, enviada para antena por meio de uma linha de transmissoespecial e radiada para o espao na forma de onda electromagntica. Antenas receptoras,quando colocadas no camunho da onda electomagtica, absorvem parte da sua energia e aenviam para um equipamento receptor, onde a informao original ser recuperada.

A potncia do transmissor, a distncia entre o transmissor e o receptor e asensibilidade do receptor so alguns factores importntes para a viabilizao decomunicao por meio de ondas electomagnticas. E tambm a escolha da frequncia daonda influenciada pelas condies da atmosfera terrestre e da natureza do solo entre ospontos de transmisso e recepo.

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2.

2.1 Objectivos Gerais

Montar uma estao de Ondas Mdias nos arredores da Cidade de Tete, numterreno amplo e plano, no se prevendo nenhuma utilizao da torre para outros efeitosque no seja a radiao em Ondas Mdias.

2.2 Objectivos Especficos

Fazer algumas consideraes tericas relativas s antenas de ondas mdias e aospossveis modos de propagao em Ondas Mdias;

Verificar, no Acordo Regional resultante da Conferncia Administrativa Regionalde Radiodifuso em Ondas Quilomtricas e Hectomtricas, realizado em Genebra no1975, qual a frquncia em que pode transmitir a estao que se pretende montar;

Indicar o tipo de Antena seleccionado; Fazer o estudo para determinar a altura conveniente da antena para que se consiga

a cobertura nocturna pretendida; Indicar a expresso do factor direccional e traar o diagrama de radiao; Calcular o ganho da antena; Calcular a impedncia da antena para a altura seleccionada; Determinar a altura da antena para que fique ressonante; Dimensionar o sistema de terra; Indicar os sistemas de proteco contra carga esttica e descargas atmosfricas; Descrever o sistema de sinalizao; Seleccionar o tipo de cabo coaxial para ligar o emissor antena. Admitindo que a

antena vai ficar cerca de 300 metros de distncia do emissor; Fazer o clculo da rea de cobertura para uma intensidade de campo mnimo

utilizvela de 50 dB relativo a 1 V/m, admitindo que o terreno naquela zona do pas temuma condutibilidade de 3 mS/m;

Calcular a malha de adaptao da antena a um feeder constitudo por uma cabocoaxial de 50 ohms de impedncia caracterstica.

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Cada vez mais o trabalho em grupo vem ganhando importncia em todas asactividades da nossa vida. O ser humano, seja na famlia, na comunidade, na profisso,est sempre actuando, conflitando, convivendo em grupo.

A capacidade de produzir em grupo est sendo mais valorizada principalmente nomeio acadmico. As experincias bem sucedidas de projectos realizados em gruposresultam num valioso retorno para os membros do grupo que alm de aprender a convivercom as diferenas, passam a entender as potencialidades e fraquezas suas e dos outros,desenvolvendo um respeito e crescimento intelectual mtuo.

O grupo agendou diversos encontros com vista a organizar da melhor formapossvel o presente trabalho.

Numa primeira fase o grupo decidiu resolver alguns pontos em conjunto. Pontosestes que o grupo achou que seria fundamental a para a posteriori poder dividir o trabalho

em partes.O trabalho foi elaborado por partes, sendo que as tarefas eram divididas em

equipas de 2 ou de forma individual, onde cada membro/equipa elaborava a sua parte quepor sua vez era feita uma observao minuciosa pelos restantes membros, para que deforma unnime fosse aprovado , e por outro lado era uma forma de cada membro dogrupo ter uma noo geral do trabalho.

Para a elaborao do trabalho foram necessrias algumas ferramentasimprescindveis tais como o Computador, os Livros bem como o Intelecto Humano.

Foram necessrias algumas ajudas de pessoas amigas tambm que j esto na reade trabalho, para a concluso do trabalho.

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4.1 Ondas Mdias ou Hectomtricas

As ondas hectomtricas so ondas electromagnticas cuja frequncia se situa entreos 300 e 3.000 KHz. Estas frequncias limites correspondem aos comprimentos de onda:

==

==

Hmx

x

Hmx

x

1103000

103

1010300

103

3

8

2

3

8

1

Os comprimentos de onda esto compreendidos entre 1 e 10 Hm, da queprovm o nome Ondas Hectomtricas.

Os comprimentos de onda das Ondas Hectomtricas n so to longos como soos das ondas quilomtricas, pode-se dizer que so mdios, e por isso as ondashectomtricas tamb, so designadas por Ondas Mdias, alis, a designao maisutilizada na prtica.

So usadas em vrios servios de comunicaes, em particular nas comunicaesmartimas e aeronuticas e na radionavegao martima e aeronutica, mas onde sofundamentalmente usadas na Radiodifuso Sonora.

O servio de radiodifuso em AM regulamentado mundialmente pela ITU(International Telecommunications Union) para operar nas faixas de frequncia de 300KHz 3 MHz e de 3MHz 30 MHz.

Devido a diferentes nveis de rudo em algumas regies do planeta e tambm pormotivaes polticas, a ITU dividiu o mundo, para efeitos de administrao de espectroem trs regies, tal como ilustra a figura 1.

Figura 1- Regies Para a Alocao de Frequncia

A ITU dividiu globo em trs regies: Regio 1 (Europa, pases da antiga unio sovitica e Africa) Regio 2 (Continente Americano, Gronelndia) Regio 3 (Asia Austral e Ocenia)

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Moambique que se encontra situado no Continente Africano, que o nossoobjecto de estudo, encontra-se na regio 1.

Em Ondas Mdias, devido ao grande comprimento de onda, as antenasnormalmente utilizadas so as antenas verticais postas ao solo.

4.1.1 Antena Vertical Posta ao Solo ClssicaUma antena vertical posta ao solo, dependendo da frequncia, pode ter uma alturaque ultrapassa as duas centenas de metros.

Devido a esse factor torna-se evidente que no seria fcil montar uma antenadeste tipo estendendo na vertical um fio de cobre. Para montar este fio seria necessrioconceber uma estrutura de bastante complicada e perturbadora da radiao.

4.1.1.1 Constituio da Antena

Na prtica e na sua forma mais clssica a antena vertical posta ao solo constituda por uma torre metlica, normalmente espiada, assente no solo sobre umisolador que isola a torre do solo.

So constituidas por torres metlicas, normalmente com seco traingular e comestrutura lateral em zig-zag.

A torre de ferro, que no to bom condutor como o cobre, mas isso largamente compensado pela grande dimenso transversal da torre que diminuifortemente a resistncia, resultando perdas na torre por efeito de Joule muito pequenas.

As espias so secionadas por isoladores, para reduzir o seu acoplamento com atorre radiante.

O terminal de terra ligado a um sistema de terra constituido por fios condutoresdistribuidos de forma radial e enterrados no solo.

Frmula 1- Antena Vertical posta ao Solo Clssica

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4.1.2 Modos Possveis de Propagao em Ondas Mdias

A teoria da propagao distingue, normalmente, dois tipos de propagaoprincipais:

A Propagao por onda de superfcie; A Propagao por onda ionosfrica.

4.1.2.1 Propagao por onda de superfcie

So consideradas ondas de superfcie, as ondas que se propagam na parte baixa daatmosfera, a troposfera e estratosfera, no incluindo, portanto, qualquer componente deonda propagada por reflexo na ionosfera.

4.1.2.1.1 Propagao por onda directa

Regra geral, o modo de propagao por onda direta o que proporciona o maioralcance. Este modo no normalmente aplicvel nas bandas de ondas medias devido assuas dimenses, que fazem cm que no seja possvel sobre-elevar as antenas desta bandapara "fugir" aos obstculos podendo ser estes naturais como o caso das montanhas eartificiais os prdios.

4.1.2.1.2 Popagao por onda de terra

Devido as limitaes apresentadas pela propagao por onda directa, o modo depropagao por excelncia na banda em questo por onda de terra.

As antenas verticais postas ao solo usadas nestas bandas tm a mxima radiaona direo tangente ao solo, pelo que grande parte da radiao feita em ntimo contactocom o solo, dai o nome propagao por onda de terra.

Este tipo de propagao est condicionada a trs parmetros: A frequncia,

As caractersticas eltricas do solo; Polarizao da onda.No entanto, sabido que em Ondas Mdias a propagao por onda de terra s

efectiva com a polarizao vertical, razo pela qual se usam antenas verticais postas aosolo. A constante dielctrica no afecta a propagao por onda de terra, pelo que podepode-se concluir que a propagao por onda de terra depende somente de dois parmetrosfundamentais:

Frequncia da portadora; Condutibilidade do Terreno.

Na prtica, a frequncia e a polarizao so conhecidas, mas o mesmo no sepode afirmar quanto as caratersticas eltricas do solo, pois estas nem sempre so

conhecidas por nunca terem sido feitos estudos e medies para sua determinao.4.1.2.1.2.1 Vantagens da propagao por onda de terra

A principal vantagem da propagao por onda de terra : Consegue-se ter um sinal com melhor qualidade.

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4.1.2.1.2.2 Desvantagens da propagao por onda de terra

As principais desvantagens da propagao por onda de terra : O investimento monetrio a ser feito na antena tende ser elevado; Como a onda vai "agarrada" ao solo este tende a introduzir perdas a ponto desta

no conseguir atingir grandes distncias.

4.1.2.2 Propagao por onda ionosfrica

Nas ondas Mdias a propagao por onda ionosfrica determinada pelascamadas D e E da ionosfera.

Durante o perodo diurno a camada D apresenta um grau de ionizao fraco, e notem capacidade de refratar a onda ao ponto dela voltar para terra. nestas condies a ondavai penetrando nesta camada provocando uma forte vibrao das cargas eltricas.

O aumento da energia cintica das cargas eltricas e a energia consumida noscheques que acontecem entre as partculas em grande agitao, roubada a energia daonda eletromagntica. A onda vai enfraquecendo e atendendo que tem um longopercurso a percorrer nesta camada, acaba se desvanecendo por completo.

No perodo nocturno a situao altera-se, pois neste perodo no temos a camadaD para "atrapalhar", a onda vai at a camada E e ai d-se a refraco.

4.1.2.2.1.1 Vantagens da propagao por onda ionosfrica

Possibilita a comunicao a longas distncias; Apresenta um sistema econmico para cobrir zonas extensas, pouco

desenvolvidas.

4.1.2.2.1.2 Desvantagens da propagao por onda ionosfrica

O sinal recebido tem fading devido instabilidade da ionosfera, o que diminui aqualidade da receo;

A possibilidade a interferncia por outras estaes mesmo que muito distantes; A estao tem de variar a frequncia vrias vezes ao longo do dia.

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5.

5.1 Localizao da Estao

Moambique, um pas localizado na costa oriental da frica Austral, limitado anorte pela Tanznia, a noroeste pelo Malau e Zmbia, a oeste pelo Zimbbue, a lestepelo Canal de Moambique e Oceano ndico, e a sul e sudoeste pela frica do Sul eSuazilndia.

A Provncia de Tete est localizada no topo da regio centro de Moambique.

Figura 2- Provncia de Tete

A estao encontra-se localizada nos arredores da Cidade de Tete, nas seguintescoordenadas:

Latitude: 16821.145 SLongitude: 33346.26 E

Figura 3- Localizao da Estao

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http://pt.wikipedia.org/wiki/%C3%81frica_Australhttp://pt.wikipedia.org/wiki/Tanz%C3%A2niahttp://pt.wikipedia.org/wiki/Malau%C3%ADhttp://pt.wikipedia.org/wiki/Z%C3%A2mbiahttp://pt.wikipedia.org/wiki/Zimb%C3%A1buehttp://pt.wikipedia.org/wiki/Canal_de_Mo%C3%A7ambiquehttp://pt.wikipedia.org/wiki/Oceano_%C3%8Dndicohttp://pt.wikipedia.org/wiki/%C3%81frica_do_Sulhttp://pt.wikipedia.org/wiki/Suazil%C3%A2ndiahttp://pt.wikipedia.org/wiki/%C3%81frica_Australhttp://pt.wikipedia.org/wiki/Tanz%C3%A2niahttp://pt.wikipedia.org/wiki/Malau%C3%ADhttp://pt.wikipedia.org/wiki/Z%C3%A2mbiahttp://pt.wikipedia.org/wiki/Zimb%C3%A1buehttp://pt.wikipedia.org/wiki/Canal_de_Mo%C3%A7ambiquehttp://pt.wikipedia.org/wiki/Oceano_%C3%8Dndicohttp://pt.wikipedia.org/wiki/%C3%81frica_do_Sulhttp://pt.wikipedia.org/wiki/Suazil%C3%A2ndia

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5.2 Frequncia Utilizada para transmitir na Estao que sepretende montar

Tendo observado o Acordo Regional resultante da Conferncia AdministrativaRegional de Radiodifuso em Ondas Quilomtricas e Hectomtricas, que teve lugar emGenebra em 1975, a frequncia de operao da estao de:

Frequncia de Operao= 963 KHzEm anexo, encontra-se parte do acordo.

5.3 Tipo de Antena Seleccionado

Para a seleco do tipo de antena foram efectuados os seguintes passos: Foram utilizados 2 tipos de grficos que se encontram anexados ao trabalho:

Skywave Transmission Chart (Grfico 1); Grfico que apresenta o diagrama de radiao das antes (Grfico 2).

Admitindo que a estao se localiza na origem do grfico 1 e marca-se a distnciaque se pretende transmitir, que no caso de 380 Km;

A transmisso se faz num nico salto e, portanto, marca-se o ponto de reflexo ameio do percurso; Marca-se o ponto de reflexo na ionosfera. A relexo se faz a 110 Km nas ondas

mdias; Com um lpis afiado, traa-se o percurso da onda entre o ponto de tranmisso, o

ponto de reflexo e o ponto de recepo; Prolonga-se o percurso ascendente da onda at a escala do ngulo de fogo e

determina-se o ngulo de fogo.ngulo de Fogo= 31

Usando as curvas do parmetro = , estima-se o valor do ngulo de incidnciana ionosfera no ponto de reflexo. Fazendo a interpolao chega-se a:

= 60i

Tendo obtido o valor de ngulo de fogo, traa-se no grfico 2, uma recta que vaida origem at o valor do ngulo de fogo;

De acordo com os diversos diagramas de radiao apresentados no respectivo

grfico, escolheu-se a antena de4

, pois para o ngulo de fogo obtido, a mais indicada.

As razes que levaram a escolher a antena de4

so:

Apresenta maior fora cimomotriz;

Para zonas prximas, a intensidade de radiao mais forte.

5.4 Estudo para determinar a altura conveniente da antena paraque se consiga a cobertura nocturna pretendia

mx

x

h 78410963

103

4

3

8

==

Em anexo, encontram-se os grficos utilizados e as marcaes efectuadas.

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5.5 Expresso do factor direccional e o respectivo diagrama deradiao

A funo de directividade para a Antena Vertical posta ao Solo Clssica aseguinte:

cos

2cos.

2cos

),(

hsen

h

f=

Frmula 2- Funo de Directividade

Esta funo evidentemente simtrica em relao eixo Oz da antena., pois independente de .

No plano horizontal, ao nvel do solo, o diagrama de radiao um circulo, e porisso se diz que, nesse plano, a antena omnidireccional.

Como sabido, a altura da nossa antena :4

=h . Logo, possvel simplificar a

expresso da funo de directividade.

cos

2cos.

2cos

),(

cos

4

2cos.

4

2cos

),(

=

=

sen

f

sen

f

cos

.2

cos

),(

=

sen

f

Frmula 3- Expresso do factor direccional

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Tabela 1- Culos efectuados para obteno dos pontos para o traado do diagrama de radiao

cos

.2

cos

),(

=sen

f

0 1,000010 0,977920 0,914330 0,816540 0,694650 0,558960 0,417870 0,276680 0,137490 1,0000100 -0,1374110 -0,2766120 -0,4178130 -0,5589140 -0,6946150 -0,8165160 -0,9143170 -0,9779180 -1,0000

O diagrama de Radiao encontra-se anexado ao trabalho!

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5.6 Ganho da Antena da Antena

No existe nenhuma antena que radie de igual forma em todas as direces. Asantenas tm normalmente certas direces nas quais radiam com mais intensidade.

Existe uma forma matemtica, em que se compara a intensidade de radiao daantena, numa certa direco, de uma antena conhecida tomada como referncia e

alimentada com a mesma potncia.Esta comparao e feita atravs do Ganho da antena, que se exprime da seguinte

forma:

refI

IG =

Frmula 4- Ganho da antena

onde:I: Intensidade de radiao na direco em que se pretende determinar o ganho;Iref : Intensidade de radiao da antena de referncia, na mesma direco, quando

alimentada com a mesma potncia.O ganho uma grandeza adimensional e, portanto, no tem unidades; ele diz-nos

quantas vezes a intensidade de radiao da antena, numa certa direco, maior do que aintensidade de radiao da antena de referncia, nessa mesma direco, quandoalimentada com a mesma potncia.

Contudo, no desta forma que o ganho normalmente utilizado. Regra geral oganho expresso em decibeis, atravs da expresso:

ref

dBI

IG log10=

Frmula 5- Ganho em decibeis

So trs as antenas normalmente usadas como antenas de referncia: A Antena Isotrpica; O Dipolo de Meia Onda; A Antena Vertical Curta posta ao Solo.

A antena vertical curta a menos directiva das antenas verticais postas ao solo, epor essa razo usada como antena referncia para efeitos de clculo do ganho dasantenas de ondas mdias;

5.6.1 Ganho Relativo antena vertical curta posta ao solo

O ganho de uma antena vertical posta ao solo relativo antena vertical curta,tambm posta ao solo, dado pela expresso:

300log20 cevc

FG =

Frmula 6- Ganho relativo a antena vertical curta posta ao solo

Ganho da Antena da Estao

dBGvc 915,0300

270log20 ==

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5.7 Impedncia da Antena

Para calcular a impedncia deve-se obter o Zc1 que dada pela seguinteexpresso:

= 14

ln60d

hZc

Frmula 7- Impedncia Caracterstica

onde:h: representa a altura da torre;d: representa o dimetro da torre suposta cilndrica;

E como a impedncia depende da altura eltrica da antena e o seu dimetroequivalente ser necessrio determina-los previamente.

Para determinar a altura eltrica utiliza-se a seguinte expresso:

hh360

=

Frmula 8- Altura Elctrica

Como ja foi referido, as antenas de ondas hectomtricas so constituidas portorres metlicas, normalmente com seco triangular e com estrutura lateral zig-zag.

Na suma forma mais comum, estas torres tm trs montantes verticais de tubos oucantoneiras, interligados por um zig-zag ou outra configurao similar.

A torre da antena da nossa estao tem uma seco transversal tringular com osmontantes em tubo de 2 polegadas afastados de 0,62 metros.

E o dimetro equivalente determina-se com o auxlio da expresso:

n

D

ndD=eqd

onde:D: Representa o dimetro do circulo circunscrito da torre;n: Representa o nmero de condutores de cada gaiola;d: Representa o dimetro de cada condutor;

+=

=

=

==

===

=

=

=

)2338(

395143.0

784ln60

905,311

78360

5,31110963

103

43,072,0

0508.0372,0

72,030cos

62.0

3

8

jZ

xZc

xh

mx

x

f

c

mx

d

mD

eq

1 Impedncia Caracterstica

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Figura 4- Componente resistiva da impedncia da antena vertical posta ao solo

Figura 5- Componente reactiva da impedncia da antena vertical posta ao solo

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A impedncia medida na prtica pode diferir sensivelmente dos valoresdeterminados atravs das curvas das figuras.

Isto deve-se a: Impreciso da teoria, particularmente no que se refere impedncia

carqacterstica;

Presena de elementos que no foram tidos em conta como sejam a capacidadeentre a base da torre e o solo, e a influncia das espias que esto de uma certa formaacopladas torre;

Pouco rigor na determinao do dimetro equivalente da torre; Influncia do Sistema de terra.

De qualquer forma as curvas referidas do informaes bastantes preciosas para adeterminao da ordem de grandezas das tenses e correntes no ponto de alimentao epara o dimensionamento da malha de adaptao.

5.8 Altura da Antena para que fique ressonante

Para que a antena fique ressonante a componente reativa da antena deve-se anular,

para tal lendo o grfico das componentes reativas da impedncia vertical posta ao solochega-se a seguinte concluso:

m

x

h

h

h

3,75

5,311360

87

360

87

87

87

=

=

=

=

=

5.9 O Sistema de Terra

5.9.1 Sistema de Terra Ideal

Um sistema de terra ideal constitudo por 120 radiais de2

de comprimento, 3 a

4 mm de dimetro, enterrados no solo a uma profundidade de 30 a 80 cm.Um sistema de terra deste tipo num terreno bom (em termos de condutibilidade)

conduzir a perdas reduzidas inferiores a 10%. Em terrenos maus, as perdas podem

atingir 10 a 30 % ou mais para frequncias mais elevadas.

5.9.2 Sistema de Terra Ulitilizado

O Sistema de terra implementado na estao consituido por 120 radiais de 158metros de comprimento, 3 mm de dimetro.

O Sistema de terra foi construido em forma de margarida, de forma a evitar oincoveniente que de tempos a tempos ter que verificar o Sistema de terra, pois h fiosque podem ser cortados pela corroso ou aquando da execuo de qualquer trabalho no

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terreno. Para inspeccionar o sistema de terra, tem que se cavar e expor o sistema de terraem vrios pontos.

Como o sistema de terra implementado na estao, evita-se todo este trabalho,pois a alguns metros da torre os fios so revestidos por tubo de plstico que saem da terra,e, junto torre, so ligados a um anel de barra de cobre. Desligando um fio em cada par

possvel testar a continuidade do par.

Figura 6- Sistema de terra em forma de margarida

5.10 Os Sistemas de proteco contra carga esttica edescargas atmosfricas

5.10.1 Cargas Estticas

O fenmeno das cargas estticas no tem origem exacta. De acordo com osespecialistas, ela pode ter vrias causas: Frico do ar seco; Deposio de partculas ionizadas existentes no ar e transportadas pelo vento; Electrizao por influncia de uma nuvem carregada de electricidade; Etc.

A carga elctrica esttica aumenta gradualmente o potencial elctrico at aoponto de saltar arcos sobre os isoladores das espias ou pelo isolador de base.

Embora os emissores estejam protegidos contra estes problemas, em particularcortando de imediato a emisso, h preocupaes que so tomadas ao nvel da antena.

Para tal, aplicaram-se os clssicos disruptores de bolas aos terminais dos

isoladores. Estes disruptores no impedem o fenmeno, mas garantem um caminho parao arco que evita a destruio de peas importantes.

A carga esttica na torre pode tambm ser facilmente eliminada ligando, entre abase da torre e a terra, uma indutncia de valor elevado de modo a no modificardesfavoravelmente o valor da impedncia da antena.

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5.10.2 Descargas atmosfricas

O fenmeno das descargas atmosfricas muito bem conhecido pelo pblico emgeral, mas no suficientemente bem conhecido pelos tcnicos. Trata-se de descargaselctricas entre duas nuvens ou entre uma nuvem e a terra.

Naturalmente que as descargas atmosfricas procuram o percurso de menor

resistncia e, portanto, os pontos mais elevados e melhores condutores so alvospreferenciados.

No h dvida que os fenmenos de descarga atmosfrica e de carga esttica soda mesma natureza, mas no caso das descargas atmosfricas a energia muito maiselevada, e o fenmeno tem uma durao mais curta.

Os meios de proteger o equipamento contra descargas atmosfricas assentamfundamentalmente nos disruptores na base da torre, e no corte automtico do emissorpara que este no alimente o arco.

A antena propriamente dita no sofre com o efeito das descargas atmosfricas,quem pode sofrer a malha de adaptao e mesmo o andar final do emissor se a linha detransmisso for curta e o emissor no estiver devidamente protegido. Nas malhas de

adaptao, os condensadores so os componentes mais vulnerveis mesmo comdispositivos de proteco.

5.11 Sistema de Sinalizao

Sistema de sinalizao o mecanismo visual empregado com o propsito deproteger o homem do perigo de choque elctrico, de colises, etc. A sinalizao fundamental para navegao aeronutica, evitando possveis embates, proteco dapopulao mitigando deste modo risco de acidentes por electrocuo.

5.11.1 Pintura da antena.

Durante o dia de modo a tornar mais visvel a torre implica utilizar

equipamento luminoso com uma iluminao mais forte (com muitas candelas), emrelao ao perodo nocturno para deste modo avistar a torre a distancias mais longas.

Esta prtica apenas utilizada em casos extremos onde vital a iluminaodiurna. Geralmente de dia aproveita-se a radiao solar que ilumina as antenas revelandosuas cores. De modo que esta iluminao seja aproveitada para a sinalizao da antena,pinta-se de forma alternada com tinta vermelha e branca a torre de suporte.

Vermelho porque facilmente detectado pelo ser humano, branco porque difcila sua deteco. Esta alternncia produz uma iluso de um objecto suspenso no ar, o que altamente improvvel.

Nas torres, recomendvel que se faa uma pintura de proteco anticorrosiva abase de zarco ou de cromato de zinco e sobre esta tinta do tipo esmalte sinttico. Estas

pinturas devem ser antes da montagem, de maneira a facilitar o servio e melhorar aqualidade. Aps a montagem, eventuais retoques na pintura sero necessrios.

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5.11.2 Sinalizao para populao

As estruturas que as suportam e os respectivos locais de instalao devem serdevidamente sinalizados com informao relativa aos nveis de emisso de radiaes e aograu de perigosidade para a populao. obrigatria a existncia de vedaes adequadas que impossibilitem o contacto pela

populao com quaisquer antenas, sempre que estas se encontrem em local acessvel.Alm disso obrigatrio afixar em local visvel a identificao da entidade responsvelpela antena.

Figura 7- Ilustrao de um sistema de sinalizao de uma torre

5.11.3 Sinalizao para aeronavesDe modo que as antenas escolhidas no representem perigo para aeronaves,

necessrio indicar devidamente a presena destas. A sinalizao ser feita por meio depintura em cores, balizas e luzes de baixa, mdia e alta intensidades mas semprerespeitando os decretos estipulados pelo Ministrio do Interior.Cores como azul, verde ou vermelho, so captadas mais facilmente que amarelo oubranco. Cores como o azul e o verde so recomendadas para locais sujeitos a neblina.

5.11.3.1 Artigo estipulado pelo Ministrio do Interior para sinalizao

de aeronaves em relao a altura da nossa torre

Devem-se utilizar luzes de obstculo de mdia intensidade, isoladas ou emcombinao com luzes de obstculo de baixa intensidade, se o objecto for extenso ou suaaltura exceder a 45m (quarenta e cinco metros) - (art.33)... e inferior a 150m

As luzes de obstculos de mdia intensidade, em nenhum caso, podero ter

intensidade menor que (art.31-parag.2) :1.600 (mil e seiscentas) candelas de luzvermelha, com frequncia de lampejos entre 20 (vinte) e 60 (sessenta) por minuto.

Quando usadas em combinaes com luzes de obstculos de alta intensidade, a

sua cor dever ser branca.

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5.12 Tipo de Cabo Coaxial Seleccionado

Normalmente em comunicao so utilizados cabos coaxiais constitudos por doisou mais condutores cilndricos concntricos com raios a e b separados por um dieltricocom uma constante dieltrica.

A anlise do comportamento dos cabos coaxiais a nvel dos campos elctrico e

magntico induzido por estes cabos definem as suas limitaes funcionais. Permitindoassim uma comparao do desempenho entre a utilizao dos cabos coaxiais e dos cabosguias de onda.

Para o projecto em curso usou-se cabos coaxiais da Heliax devido: ao seu baixo preo; a grande durabilidade; ao seu uso extensivo em diversos sistemas de comunicao existentes

actualmente.Os cabos Heliax so caracterizados por possuir condutores externos que utilizam

materiais como tiras de cobre slidas, soldadas longitudinalmente, corrugadas, econdutores internos que utilizam materiais como alumnio slido revestidos de cobre,

tubos de cobre liso ou tubos de cobre corrugados, dependendo da dimenso do cabo.So fabricados utilizando dielctricos a ar ou espuma de polietileno e possuem

uma capa de polietileno rgido.Os cabos coaxiais e conectores Heliax com dieltricos a ar, so amplamente

utilizados como meio de interligao de antenas que operam em diversas faixas. A fcilinstalao e a alta resistncia bem como, excelentes propriedades elctricas, tornam oscondutores Heliax os mais recomendados em todo o mundo.

Figura 8- Cabos Heliax

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5.13 Clculo da rea de cobertura

O mtodo mais largamente utilizado o mtodo do Comit ConsultivoInternacional de Rdio (C.C.I.R.) da Unio Internacional de Telecomunicaes (U.I.T.),que utiliza um jogo de curvas de propagao para diferentes caractersticas elctricas dasuperfcie terrestre.

Estas curvas permitem calcular o valor da intensidade do campo elctrico, emfuno da frequncia e da distncia, para um emissor que alimenta uma antena verticalcurta com uma potncia de 1KW. Isto equivale a dizer que essas curvas de propagaoso vlidas para a potncia aparente radiada relativa antena vertical curta, cujo valor emdB parv =0 dB.

Os resultados obtidos com as curvas de propagao referidas so, portanto,somente vlidos para a potncia do emissor de 1 KW que alimenta uma antena verticalcurta.

Quando as condies de potncia e de ganho da antena so diferentes das queesto estabelecidas para as curvas de propagao, ento tem que se introduzir asnecessrias correces. A intensidade do campo elctrico no ponto de recepo calcular-

se ento pela seguinte expresso:)()()()( 1 dBGdBPdBEdBE Va ++=

Frmula 9- Intensidade do Campo Elctrico

onde:E(dB): valor do campo elctrico da onda de terra em dBs em relao a 1 V/m;E1(dB): valor do campo dado pelas curvas de propagao;Pa(dB): Potncia do emissor em dBs em relao a 1 KW;Gv(dB): Ganho da anetna em relao antena vertical curta.

Pretende-se ento determinar area de cobertura para uma intensidade de campomnimo utilizvel de 50 dB relativo a 1 V/m, admitindo que o terreno tem uma

condutibilidade de 3 mS/m.

dBdBE

dBGdBPdBEdBE

dBGdBPdBEdBE

Va

Va

915,30915,02050)(

)()()()(

)()()()(

1

1

1

=+==++=

Entrando com este valor no grfico das curvas obtm-se:D = 130Km

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5.14 Malha de Adaptao

Se houver uma alimentao perfeita, a energia transmitida atravs do cabo emforma de onda progressiva, e no haver ondas estacionrias provocadas pela ondareflectida, o que acontece quando no h adaptao. O problema da adaptao pe-se aonvel da ligao do cabo antena, porque as antenas postas ao solo tm normalmente uma

impednciamuito diferente, da impedncia caractersticas do cabo.Existem dois tipos de malha de adaptacao que so malha de adaptao do tipo e malhade adaptao do tipo T.

Para calcular a malha de adaptao da antena a um feeder contitudo por umcabo coaxial de 50 ohms de impedncia caracterstica recorreu-se ao mtode de malha deadaptao do tipo T, sabendo que a impedncia da antena de 38+j23, ohms.

5.14.1 Configurao de uma malha T para uma antena:

Como s temos uma antena entao a fase no interessa, isto , =90. E a expresso dasreactncia ser:

X1 ; X2 ;X3

Figura 9- Malha T

Substitundo os valores das resistncias nas expresses obtm-se:

eComo a impedncia da antena (38+j23), pode-se observar que x=j23, ento na

adaptao ter-se uma bobina em srie com a resistncia.Assim, o valor de 2x igual:

A malha de adaptao resultante ser:

Figura 10- Malha de adaptao para antena

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O grupo durante a realizao do presente trabalho, no encontrou algum tipo deproblema assinalvel, muito pelo contrrio, encontrmos grandes benefcios na realizaodo mesmo, pois foi uma forma de colocar em prtica os fundamentos, conhecimentostericos adquiridas durante as aulas.

O grupo concluiu o seu papel de pesquisa, onde cada elemento constitunte dogrupo apreendeu de maneira inquestionvel a teoria proposta, estando o trabalho dentrodo seu cronograma proposto. Criou-se oportunidade de intercmbio com outrospesquisadores na rea pesquisada atravs do uso da Internet, manuais de engenharia,pesquisas de software para o auxlio. Sendo assim, conseguimos encontrar respostas paraos nossos questionamentos. Neste perodo foi muito importante o apoio dado pelosprofessores tanto na teoria quanto na prtica, atravs dos equipamentos usados para oestudo.

O Grupo acredita que conseguiu cumprir na totalidade os objectivos propostospara o presente trabalho.

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EDUARDO A. Rufino Matos, Teoria da Radiao e Antenas, Volume I,

editado pelo Instituto Superior de Transportes e Comunicaes (ISUTC), Maputo;

EDUARDO A. Rufino Matos, Teoria da Radiao e Antenas, Volume II,

editado pelo Instituto Superior de Transportes e Comunicaes (ISUTC), Maputo;

EDUARDO A. Rufino Matos, Ficha N.7: Propagao das ondas

electromagnticas no espao lire;

EDUARDO A. Rufino Matos, Ficha N.8: Propagao em ondas Longas e

Mdias;

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