Componentes da Atenuação do Sinal

Quando vamos estudar o quanto um sinal será atenuado do momento que ele sai de uma antena transmissora até chegar a uma receptora, sendo a propagação por espaço livre, é importante analisar diferentes componentes que podem causar tal atenuação.

• Atenuação por onda direta

É o componente da atenuação referente à distância percorrida. Todo sinal sofrerá atenuação numa função proporcional à sua frequência e à sua distância. Essa perda também é chamada de perda no espaço livre.

A atenuação por distância percorrida é a variável de maior impacto em um sistema de transmissão. Como o nome sugere, esse fator leva em consideração apenas a distância percorrida pelo sinal. Mesmo assim, principalmente em comunicações em longa distância, esse fator é responsável pela maior parte da alteração que o sinal sofre entre o transmissor e o receptor.

O modelo de propagação em espaço livre, considerado o mais simples, leva em consideração apenas essa atenuação. Ele é baseado na fórmula de Friis, que prevê que a potência de um sinal possui um decaimento proporcional ao quadrado da distância percorrida. Tal fórmula é apresentada na equação 3.1: [9]

Pr Pt = GtGr  λ 4πR 2 (3.1) Onde,

Pr, Pt= Potência de Recepção e Transmissão do sinal

Gr, Gt= Ganho das antenas de Recepção e Transmissão

λ = Comprimento da Onda Propagante

R = Distância entre as antenas receptora e transmissora

Como citado anteriormente, dado que a maior parte da alteração sofrida pelo sinal vem da atenuação por distância, em vários casos de propagação via espaço livre o modelo de propagação em espaço livre é capaz de prever com uma boa precisão uma situação real de propagação.

• Atenuação por onda refletida

É o componente da atenuação relacionada à reflexão da onda. A intensidade da onda refletida será uma função do coeficiente de reflexão da superfície em que ela está incidindo e o ângulo de incidência com o qual ela incide. Essa onda possui a peculiaridade de, em alguns casos, poder interferir de maneira construtiva com o sinal, resultando em um ganho em vez de atenuação.

A reflexão, como vários outros efeitos que afetam ondas propagantes, ocorrem quando uma onda propagando em um meio, como uma fibra ótica ou até mesmo o ar, encontra outro meio de índice de refração ou impedância diferente do inicial.

Ao encontrar esse novo meio, parte ou a totalidade do sinal será redirecionada para outra direção. A direção e a porcentagem de energia do sinal refletida dependerá das impedâncias dos meios envolvidos e do ângulo de incidência do sinal. A diferença entre os dois fenômenos sendo a refração quando o sinal atravessa para o segundo meio, mesmo com direção alterada, e a reflexão quando o sinal retorna para o meio inicial.

Tal efeito, porém, não necessariamente significa uma maior atenuação no sinal recebido em um receptor. Em alguns contextos, como por exemplo o interior de uma

22 fibra óptica ou outros meios de transmissão, o efeito de reflexão é usado para confinar o sinal, tornando-o mais diretivo, logo alcançando seu destino com maior potência do que um sinal não refletido trafegando pelo espaço livre.

A reflexão no espaço livre, mesmo sendo muito menos previsível dada a infinidade de meios com impedâncias distintas que o sinal pode encontrar em seu caminho, também pode representar um ganho no sinal, graças ao fenômeno de multipercurso. Esse fenômeno ocorre quando um mesmo sinal transmitido em diferentes direções alcança o receptor, traçando diferentes trajetos.

• Atenuação por onda superficial

Uma onda superficial se propaga em contato com a superfície da Terra. A propa- gação por superfície pode ser visto como um caso particular da reflexão, quando a onda é refletida de tal forma que ela passa a se propagar de forma paralela à superfície. Por estar diretamente em contato com a superfície, a onda passa a perder parte da sua energia.

Todo material possui uma determinada condutividade, o que inclui as superfícies pelos quais sinais se propagam. Dependendo do valor de tal condutividade, ao estar em contato com essa superfície, a onda eletromagnética propagante terá parte da sua energia dissipada, sendo o grau de absorção inversamente proporcional à condutividade da superfície.

A onda superficial é mais influente quando a antena efetiva está mais próxima da superfície terrestre. Além disso, a frequência do sinal deve ser maior que 100 MHz.

Figura 3.9: Diagrama das principais ondas presentes em uma transmissão em espaço livre [10]

• Atenuação por onda difratada

A perda por difração normalmente ocorre quando existem obstáculos físicos na linha de visada do transmissor e o receptor. Ao colidir com uma superfície, a onda eletromagnética irá se difratar, causando o espalhamento do sinal e assim fazê-lo perder energia.

A difração é um fenômeno ondulatório que ocorre na passagem de uma onda pela borda de uma barreira ou através de uma fenda, provocando um alargamento do compri- mento de onda e um determinado padrão de interferência determinado pelas características da barreira ou fenda. [10]

Esse fenômeno é comumente demonstrado por uma onda que incide em uma bar- reira com duas fendas que permitem sua passagem. A onda, que até então incidia homo- geneamente de forma perpendicular à barreira, ao passar pelas fendas passa a se propagar em todas as direções além da barreira. Tal fenômeno é explicado pelo Princípio de Huy- gens, que diz que cada ponto de uma frente de onda deverá funcionar como uma fonte secundária, continuando a propagação após um obstáculo. [10]

Outra peculiaridade da demonstração com o uso de fenda dupla, é a possibilidade de demonstrar também a intereferência entre ondas. Cada onda que se propaga em uma

24 das fendas possui uma determinada fase. No momento que a onda começa a se propagar pelas duas fendas diferentes, elas se comportam como duas ondas distintas que interferem entre si. Isso faz com que as ondas criem um padrão de pontos de intereferência construtiva e destrutiva bem característico, como visto na figura 3.10

Figura 3.10: Experimento de Thomas Young demonstrando a interferência entre fontes secundárias [9]

A difração, por mais que seja um efeito que contribua de forma significativa para a atenuação de sinal, é um efeito muito importante em casos de propagação sem linha de visada. Graças ao efeito da difração, o sinal passa a ter um alcance maior, dado que isso faz com que ele possa ser utilizado para alcançar áreas que não seriam facilmente alcançadas caso tal efeito fosse desconsiderado.

Figura 3.11: Diagrama de uma comunicação via onda difratada [9]