Mecanismo de irradiação

Comunicações Via Satélite

Polarização

Polarização linear (vertical e horizontal)

Polarização

• A polarização de um sinal radioelétrico é a orientação do vetor campo elétrico. • Um sinal eletromagnético é formado por dois campos que variam no tempo: um

elétrico e um magnético. O produto vetorial dos dois campos definirá a direção de propagação.

• Embora existam dois campos, o campo elétrico é aquele tomado como

referência.

• Existem dois tipos de polarização: linear (vertical ou horizontal) e circular (à

direita ou à esquerda).

• A polarização do campo elétrico ao se propagar é definida pela antena, ou, mais

Polarização

•Na polarização linear, o campo elétrico oscila definindo um único plano, de tal

forma que se olharmos o sinal do lado do receptor, teremos a impressão de ver uma “reta”, que poderá estar em um ângulo qualquer em relação a uma superfície de referência. Para sistemas terrestres, a referência é a superfície da terra. Para o satélite, a referência é o seu plano orbital.

• Na polarização circular, o vetor campo elétrico executa uma rotação (no sentido

horário ou anti-horário) à medida que o sinal se propaga, numa figura semelhante a uma hélice. Se olharmos o sinal do lado do receptor, teremos a impressão de vermos um círculo.

• Exercício: Tente fazer um desenho representando a propagação de um sinal

Antena com refletor parabólico

Foco y Vértice (O)

Concentração de um feixe paralelo para o foco de uma parábola

distância focal (f) Foco (F) y x Diâmetro (D) Eixo Abertura Refletor Υ₀ z Características básicas de um espelho parabólico x distância focal (f)

Comunicações Via Satélite

Antena parabólica - princípio de funcionamento

Antena com foco normal (focal-point)

Antena com sub-refletor

Antena com foco deslocado (off-set focus)

Antena parabólica - princípio de funcionamento

• As antenas parabólicas funcionam por um princípio da óptica geométrica.

Aquilo que costumamos chamar de antena parabólica, é, na verdade, o refletor da antena. Este refletor funciona como se fosse um espelho que reflete o sinal

originado no foco e se reflete paralelamente ao eixo da parábola.

• O tipo mais comum de antena parabólica é a que utiliza o alimentador no foco

em posição normal. É chamada por alguns de “focal-point”.

• Um outro tipo, que é o mais utilizado em antenas de grande porte, é a que utiliza

um refletor. O alimentador encontra-se no vértice. O sinal atinge um

sub-refletor instalado no foco da parábola e volta a se refletir na superfície do sub-refletor, paralelamente ao eixo.

Antena parabólica - princípio de funcionamento

• A antena com alimentador no foco, em posição deslocada (“off-set”)

vem sendo muito usada em antenas de pequeno porte e, em algumas de

médio e grande porte. Apresenta a vantagem de não ter o próprio

alimentador obstruindo parcialmente o sinal. Além disto, é uma

excelente opção para uso em regiões em que a antena é apontada com

grande inclinação, evitando acúmulo de água de chuva.

• Exercício: A partir de princípios da óptica geométrica, explique o

Refletor parabólico - Diagrama de irradiação

• A importância de se conhecer o diagrama de irradiação de uma antena

está relacionada aos problemas de interferência. Como os satélites

estão relativamente próximos, em termos de graus da circunferência, há

que se ter certeza de que a antena está irradiando na direção correta e

com a potência adequada.

• O diagrama apresentado apresenta duas curvas de ganho. Assim

sendo, qualquer emissão de sinal deve estar limitada pela curva definida

pelas duas fórmulas.

Captação do sinal do satélite

Antena com foco normal Antena com foco em off-set (a) (b)

(

Antena “focal-point”

• As antenas “focal-point” são de construção e instalação simples e são

construídas com diâmetro geralmente até 4,5 m.

• Apresentam como desvantagem o fato do próprio alimentador

(irradiador) da antena obstruir parcialmente o sinal, o que gera perda de

rendimento.

• Exercício: A partir de princípios da óptica geométrica, explique o

Antena “off-set”

Antena “off-set

Antena “off-set”

• As antenas “off-set” foram concebidas inicialmente com diâmetro

pequeno, devido ao peso que teria o braço de sustentação do

alimentador em uma antena de grande porte.

• Graças aos avanços tecnológicos, hoje já são construídas grandes

antenas “off-set”.

• Exercício: Que vantagens poderiam ser destacadas de uma antena

Antenas “off-set” com sub-refletor

• A antena “off-set” vem sendo usada com uma frequência cada vez

maior, principalmente em antenas de pequeno porte.

• Já existem antenas “off-set” com vários alimentadores e também com

sub-refletor.

• Exercício: Faça um diagrama representando o percurso do sinal na

Antena Cassegrain

• As antenas “off-set” foram concebidas inicialmente com diâmetro

pequeno, devido ao peso que teria o braço de sustentação do

alimentador em uma antena de grande porte.

• Graças aos avanços tecnológicos, hoje já são construídas grandes

antenas “off-set”.

• Exercício: Que vantagens poderiam ser destacadas de uma antena

Estrutura de uma

antena Cassegrain

Plataforma de giro manual Motor de acionamento do parafuso de elevação Eixo de elevação Eixo de azimute Carenagem Estrutura do pedestal Rastreamento do azimute

Antena Gregoriana

• A antena Gregoriana é semelhante à Cassegrain, só que a Gregoriana

utiliza um sub-refletor elíptico e côncavo em relação à superfície do

refletor.

• Sua construção é mais complexa que a Cassegrain, porém apresenta

rendimento superior.

Suggested DBS mounting configurations

Gable end mounting

Flat roof mount

Ground mount Roof peak mount

Corner-sidewall mount Chimney

Antena do Brasilsat A1 e A2(“off-set”)

• O Brasilsat (A e B) possuem dois conjuntos de antenas.

• Um deles é formado por 2 antenas omni-direcionais utilizadas na órbita de transferência

durante o lançamento. Transmitem sinais de telemetria e recebem sinais de telecomando.

• O outro conjunto é formado por duas antenas parabólicas com cerca de 2 metros de

diâmetro e são utilizadas para as comunicações normais. À primeira vista parece ser apenas uma antena. Na verdade são dois refletores justapostos, cada um gradeado segundo a

polarização do sinal que deve refletir. A perda é mínima (da ordem de 0,1 dB).

• Podem ser vistos na figura dois conjuntos de alimentadores que definirão a área de

cobertura. Os alimentadores (ou cornetas) são feitas de fibra de alumínio e coladas com uma mistura adesiva de epóxi e prata.

• Os refletores são feitos de fibra de carbono e pesam cerca de 10 kg. São revestidos com

isoladores térmicos sobre os quais é depositada uma camada semi-condutora de óxido de irídio.

• Exercício: Porque as antenas parabólicas não são utilizadas na órbita de transferência

Antena do satélite com

dupla polarização

Antenas bicônicas p/ T&C

Posição em repouso Matriz de alimentadores Braço de sustentação _Bandeja do “Despun” Ponto de apoio do refletor Refletor em posição

Antenas bicônicas p/ T&C Anel de 1,32cm

(9,52 pol)

D=183cm (72,0 pol.) Refletor frontal com grade de polarização horizontal

Refletor traseiro com grade de

polarização vertical

Alimentador de dupla polarização

Alimentador

Casador de impedância Junção

OMT (Transdutor em modo ortogonal)

Rx V FPF Rx Junção T FPF Tx Tx V Rx H Tx H Tx/Rx V Tx/Rx H Duplexador

Transição LNB-Alimentador

Adaptação do alimentador à entrada LNB Exemplo de alimentador com anéis concêntricos

Ponto de orientação

Alimentador

Borracha vedante

Transição de circular para retangular

Lâmina à prova d’água

LNB

Painel de alimentadores do Brasilsat A1

• Os diagramas das áreas de cobertura são definidos pelas disposições

dos alimentadores das antenas.

• Pode-se observar pelas figuras que os formatos dos painéis lembram o

mapa do Brasil.

• Exercício: O que se pode deduzir pela forma dos painéis de

Ângulo de meia potência (HPBW)

(f em GHz; d em metros)

Lóbulo principal Lóbulos laterais

Ângulo de meia potência (HPBW)

• Uma antena não gera um padrão de irradiação com forma cilíndrica. A

forma está indicada na figura (representação plana). Uma representação

espacial seria ligeiramente semelhante a um taco de beisebol.

• Um parâmetro importante dentro do diagrama de irradiação é o ângulo

de meia potência (HPBW = Half Power Beam Width).

• HPBW é definido como sendo o ângulo formado entre o eixo do lóbulo

principal da antena e a direção definida pela metade da potência (3 dB)

irradiada pelo lóbulo principal.

• Exercício: Descrever a forma de obter o ângulo de meia potência de

Direcionamento de uma

antena parabólica

direcionamento de uma antena parabólica. Abaixo: ganho teórico e direciona-mento de uma antena

para-bólica a 12 GHz.

Φ(m) 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 Ganho (dB) 34,0 35,9 37,5 38,9 40,0 41,1 41,9

Princípio da recepção de dois

satélites pela mesma antena

ASTRA 19,2O

EUTELSAT 13O

Exemplo de fixação de dois LNB na

mesma antena

LNB 1

Braço de sustentação

MTBA - Comsat

A nova MTBA (Multiple Beam Torus Array) pode operar com vários satélites simultaneamente

Arco geoestacionário visto do hemisfério sul

Elevação máxima = 90o _{- latitude}

Oeste Leste

Arco geoestacionário visto do hemisfério sul

• Durante cerca de cinco dias nas duas épocas de eclipse, com vista da terra, o

sol passa por trás do satélite em certo horário do dia, conforme a localização da estação.

• Apesar do satélite estar funcionando normalmente, a energia irradiada pelo sol

atinge a antena juntamente com o sinal do satélite, provocando interferência por ruído.

• Tal ruído faz com que a relação C/N atinja valores muito baixos, inviabilizando

as comunicações durante cerca de 10 minutos.

• A interferência ocorrerá antes do meio-dia se o satélite estiver a leste da

longitude de referência, e após o meio-dia, se estiver a oeste.

• Exercício: Que soluções poderiam ser utilizadas para evitar o problema da

Ábaco para azimute e elevação de uma antena

Diferença de longitudes Elevação: 20o

Dif. Longitude: 55o

Latitude: 38o

Azimute: 248o

Curvas de elevação Azimutes relativos a 180o

Ábaco para azimute e elevação de uma antena

• O ábaco mostrado na figura representa uma forma de calcular os valores

aproximados de azimute e elevação de uma antena, a partir da latitude da estação e da diferença entre a longitude da estação e a longitude do satélite.

• O azimute obtido no ábaco é tomado a partir do polo sul, ou seja, 180 graus.

Assim, no exemplo mostrado, o azimute seria 68 graus (obtido no ábaco) + 180 graus, o que equivale a 248 graus.

• A elevação é tomada a partir da linha do horizonte.

• Exercício: Determinar o azimute e a elevação para uma estação em Salvador,

apontada para um satélite localizado na longitude 84o_{W. Considerar Salvador} com latitude aproximada de 13 graus e longitude aproximada de 38 graus.