Fundamentos de propagação de radio, Notas de estudo de Física

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ANGELO ANTONIO LEITHOLD

FUNDAMENTOS DE PROPAGAÇÃO DAS ONDAS DE RÁDIO

Curitiba, 1995

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©Py5aal © 1999 Ângelo Antônio Leithold py5aal ©Py5aal ©Py5aal

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©Py5aal Não posso omitir alguns conceitos e fórmulas matemáticas, porém omitirei o desenvolvimento destas devido à complexidade de raciocínio, elas serão apresentadas prontas e acabadas. © 1999 Ângelo Antônio Leithold py5aal ©Py5aal Sempre que medimos o ganho de uma antena, deve-se sempre levar em conta se estamos trabalhando nosso raciocínio com campos ou com potências. As expressões do campo irradiado por um dipolo excitado por uma corrente senoidal disposta uniformemente sobre este pode ser expressa como:

©Py5aal ()= Re( )= cos( = φ)

u t uejwt^ U wt © 1999 Ângelo Antônio Leithold py5aal

a variação dos campos e correntes é senoidal avança no tempo e é expressa pela representação complexa, cuja função escalar é representada por:

bandas de raio X, e ultravioleta, insere grande quantidade de elétrons livres em seu meio. Os meteoritos e raios cósmicos também são responsáveis pela presença secundária de íons na região. © 1999 Ângelo Antônio Leithold py5aal ©py5aal1999Na ionosfera a densidade de elétrons livres é variável de acordo com a hora do dia, estação do ano, e ás variações da composição química da alta atmosfera. A cada 11 anos, obedecendo ao ciclo das manchas solares, a densidade de elétrons e a composição da ionosfera sofrem mudanças radicais, podendo inclusive bloquear totalmente as comunicações em HF. A composição da atmosfera, a partir dos cem quilômetros de altitude, embora tênue, varia, já que os gases estratificam-se. Por exemplo os gases, O2, O, N2, N, absorvem radiações quantitativamente, uma vez que o nível de absorção varia conforme a densidade destes, a densidade de ionização varia proporcionalmente com a altura formando desta forma camadas de absorção distintas e variáveis , conforme a hora do dia. Nas zonas mais baixas os elétrons livres e íons desaparecem, pois sempre a recombinação prevalecerá sobre a ionização, devido à maior densidade de partículas. Nas zonas mais altas é muito baixa a densidade de gases, moléculas e átomos, a quantidade de radiação, ou seja a energia vinda do espaço é muito alta, porém, não existem gases, átomos, ou moléculas livres o suficiente para ser ionizadas, portanto só haverá ionização à medida que mergulhamos na atmosfera, até uma certa profundidade. ©py5aal1999A propagação de ondas eletromagnéticas no plasma ionosférico, se comporta analogamente como ondas sônicas dentro de fluídos de diferentes densidades. Ora refletindo, ora refratando, ora sem oferecer resistência alguma, e ora refletindo e refratando. Num plasma com N colisões elétron - partículas (íons, átomos, moléculas,elétrons, neutrinos, etc), levando-se em conta o movimento térmico dos elétrons, pode-se dizer que tem ora características fluidas, ora características sólidas, pois o plasma não é líquido, nem sólido, tampouco gasoso, portanto, comporta-se de maneira anômala aos nossos sentidos, porém fácil de ser analisado e rastreado seu comportamento matematicamente. © 1999 Ângelo Antônio Leithold py5aal ©py5aal ©py5aal1999A densidade da ionosfera se mede por N elétrons por metro cúbico, portanto, temos volume, e densidade. Despreza-se na prática (Neste caso) os efeitos térmicos, e efeitos gravitacionais por esses serem desprezíveis para o entendimento dos mecanismos de propagação e reflexão ionosférica, embora sejam de suma importância para as comunicações de rádio, principalmente nas altas freqüências. A ionosfera, dependendo da hora do dia ou da insolação, isto é da quantidade de energia eletromagnética provinda do sol, principalmente nas bandas de raios x e raios ultra-violeta separa-se em camadas, isso ocorre devido à absorção de energia, que

vai fazer com que se separem as camadas de acordo com o nível energético que o plasma ionosférico absorveu. No plasma ionosférico encontramos condutividade e permissividade elétrica , isto é, em alguns momentos se comporta como um condutor elétrico, por exemplo, como se fosse uma placa metálica, porém sintonizada em determinadas freqüências, onde uma vez se comportando como tal, pode perfeitamente refletir determinados comprimentos de onda sem problema algum, e praticamente sem perdas, absorver outros comprimentos de onda inutilizando totalmente a propagação destas. © 1999 Ângelo Antônio Leithold py5aal ©py5aal ©py5aal1999A reflexão é exatamente uma das propriedades exploradas por mim na antena com refletor apontada para a ionosfera, daí a importância de se conhecer os fenômenos ionosféricos, e as propriedades operacionais das ionossondas (antenas direcionais apontadas diretamente para a ionosfera). ©py5aal ©py5aal ©py5aal1999O princípio da reflexão ionosférica é utilizado há muitos anos para pesquisas, porém pouco utilizado ainda nas conversas quotidianas, devido ao pouco alcance que oferece às comunicações, pois não serve para contatos de longas distâncias (chamados DX), devido ângulo de partida do lóbulo principal que está apontado diretamente para cima, e uma vez que a antena possui um refletor, além da terra diretamente abaixo, os ângulos de partida dos lóbulos secundários, também estão direcionados praticamente na vertical, fechando toda e qualquer possibilidade de reflexão tangenciando a superfície da Terra, aumentando, e muito a qualidade do sinal até distâncias medianas, pois as camadas ionosféricas, uma a uma, refletem o sinal diretamente para baixo, e a terra para cima, fazendo uma armadilha para a radiofreqüência, ampliando e muito o sinal, fazendo com que a antena se comporte como se a somatória dos lóbulos principal e secundários formasse uma semi esfera de 180 graus, deixando-a onidirecional, ficando com uma qualidade de transmissão e de recepção excepcional. Daí a importância do conhecimento e do uso das camadas que se formam durante o dia e da densidade das que restam durante a noite. © 1999 Ângelo Antônio Leithold py5aal ©py5aal1999Durante a noite as camadas “D” e “E”, conforme gráfico abaixo, perdem sua densidade em elétrons livres, devido a diminuição da ionização pelo Sol, porém, elas não deixam de existir, elas perdem a densidade e aumentam a altitude. Durante o dia o aumento de densidade é significativo, conseqüentemente, a altitude diminui, verificar gráficos abaixo. Essa elevação das camadas durante a noite, propicia um aumento da propagação a longa distância, pois a RF refletirá mais acima. Existe também, durante o dia, uma atenuação maior do sinal, conforme gráficos abaixo, Mas ao mesmo tempo que o sinal se atenua pelo aumento da densidade, também refletirá mais, justamente devido à este aumento. © 1999 Ângelo Antônio Leithold py5aal

© 1999 Ângelo Antônio Leithold py5aal Este material foi retirado na íntegra de meu site no Ig, publicado originalmente em 1995. A antena apontada para cima é base para o estudo da Anomalia Magnética do Atlântico Sul. É a partir deste sistema que são recebidos os sinais oriundos da Ionosfera, diretamente acima do observador. http://www.angeloleithold.hpg.com.br/ciencia_e_educacao/6/index_pri_1.html As referências estão nos links: =>Antenas => Básico de eletromagnetismo. => 001 Ondas Eletromagnéticas e antenas => 002 Básico Antenas => 01 Ondas Eletromagnéticas e Antenas => 02 Ondas Planas Uniformes => 03 Propagação em Dupla refração, etc => 04 Reflexão e transmissão => 05 Estruturas Multicamadas => 06 Incidência Oblícua => 07 Multicamadas => 08 Guias de Ondas => 09 Linhas de Transmissão => 10 Linhas Acoplamento => 11 Impedância => 12 Parâmetros => 13 Campos => 14 Antenas de Transmissão =>15 Antenas lineares e antenas loop => 16 Radiação Aberturas Antenas => 17 Aberturas Antenas => =>18 Antenas Múltiplas => 19 Métodos Antenas Múltiplas => 20 Distribuição Corrente Antenas => =>21 Acoplamentos de Antenas => 22 Constantes Físicas de Antenas => 23 Referências => => 25 Índice ** Artigos de acadêmicos do curso de Física - Astronomia => Linha de transmissão bifilar => Antena_Dipolo_py5aal.pdf => ** Rádio observação Radioastronomia.pdf © 1999 Ângelo Antônio Leithold py5aal