Conceitos Básicos

Neste post será iniciada a abordagem de alguns conceitos básicos que serão fundamentais para o entendimento de sistemas e equipamentos wireless.

Frequências

Conforme foi abordado no post anterior, as ondas eletromagnéticas idealizadas por Maxwell foram comprovadas experimentalmente por Hertz e por isso foram chamadas durante muito tempo de "ondas Hertzianas".

As ondas eletromagnéticas possuem algumas características, tais como amplitude e período. A amplitude está relacionada com os valores máximo e mínimo que essa onda atinge no tempo. O período é o intervalo de tempo no qual a onda realiza um ciclo. A Figura 1 apresenta o conceito gráfico de amplitude e período em uma onda senoidal.

Figura 1 - Representação gráfica de amplitude e período.

Através do período é possível se determinar a frequência de oscilação da onda eletromagnética e esta relação é mostrada na Figura 2. A frequência é dada em Hertz em homenagem ao alemão Heinrich Hertz.

Figura 2 - Relação entre período e frequência.

As frequências são classificadas em faixas, de acordo com o seu valor, conforme mostra a Tabela 1.

Faixa	Descrição	Frequências
HF	High Frequêncy	3 a 30MHz
VHF	Very High Frequency	30 a 300MHz
UHF	Ultra High Frequency	300 a 3GHz
SHF	Super High Frequency	3 a 30 GHz
EHF	Extra High Frequency	30 a 300GHz

Tabela 1 - Classificação das frequências

Em se tratando de equipamentos para comunicação sem fios, os mesmos são projetados para operar em uma frequência ou faixa de frequências. Em cada país existe um setor do governo responsável por gerenciar o uso das faixas de frequências e no caso do Brasil, a ANATEL é o setor responsável por isso.

Comprimento de onda

O comprimento de onda é a distância percorrida por um período da onda na velocidade da luz. A Figura 3 apresenta um desenvolvimento algébrico simples, partindo da equação do movimento retilíneo uniforme (d=vxt), para se obter a equação do comprimento de onda, com base no valor da frequência dado em Megahertz (10⁶Hz).

Figura 3 - Equações para o comprimento de onda

O comprimento de onda é uma informação importante e é utilizada para o projeto de antenas e cálculos para estimativa de alcance de um sistema wireless, por exemplo.

No próximo Post serão abordadas outras definições para dB, dBm, dBi e dBd.

Até lá!

Como tudo começou

Neste post será abordada a origem e os primeiros experimentos relacionados às ondas eletromagnéticas, que são o meio utilizado para trafegar informações (imagem, som e dados) pelos sistemas wireless que conhecemos atualmente (rádio, TV, celulares, internet sem fio, etc.).

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Maxwell e o campo eletromagnético

James Clerk Maxwell (13/06/1831 – 05/11/1879) foi um físico e matemático escocês, que se destaca entre outros cientistas de sua época como o que contribuiu mais significativamente com a teoria do eletromagnetismo.

Figura 1 - James Clerk Maxwell

O conjunto de equações apresentadas por Maxell demonstram que a eletricidade, o magnetismo e até a luz, são visões de um mesmo fenônemo: o campo eletromagnético.

Seu trabalho demonstrou que campos elétricos e mangéticos transitam pelo espaço a uma velocidade constante: A velocidade da luz.

A teoria do eletromagnetismo desenvolvida por Maxwell foi publicada em 1865 e levou muitos cientistas e tentar comprovar essa teoria, através da geração e detecção de ondas eletromagnéticas.

A experiência de Hertz

Um dos cientistas levados a comprovar a teoria de Maxwell sobre os campos eletromagnéticos foi o físico alemão Heinrich Rudolf Hertz (22/02/1857 - 01/01/1894).

Figura 2 - Heirich Rudolf Hertz

Em 29 de novembro de 1888 ele realizou uma experiência no laboratório de física da Universidade Técnica Superior de Karlsruhe que comprovou a existência das ondas eletromagnéticas. Ele construiu um circuito oscilador composto por um indutor e um capacitor (circuito LC), excitado através de uma chave e uma bateria. Neste circuito havia também um centelhador (composto por esferas metálicas espaçadas de 1cm (um centímetro). Toda vez que o circuito LC era excitado, eram produzidas faíscas no centelhador.

Próximo a este circuito, Hertz montou um outro centelhador composto apenas por uma espira de fio e uma esfera. Uma das extremidades do fio de cobre estava conectado à esfera metálica e a outra extremidade era segurada por um dispositivo mecânico que possibilitava ajustar a proximidade da mesma com a esfera conectada à outra extremidade. A Figura 3 mostra um diagrama da experiência de Hertz.

Figura 3 - Diagrama da experiência de Hertz

Desta maneira, Hertz comprovou que quando produzia centelhas com o circuito oscilador (circuito LC), surgiam centelhas entre a esfera e a extremidade do fio da espira receptora (a distância entre eles era de alguns décimos de milímetro). A esse fenômeno observado, atribuiu como causa as ondas eletromagnéticas.

O primeiro telégrafo sem fios

Cerca de oito anos após os estudos e comprovações de Hertz, Guglielmo Marconi (25/04/1874 - 20/07/1937), um físico Italiano, desenvolveu em 1896 um sistema prático de telégrafo sem fios. Mudou-se para os Estados Unidos no mesmo ano devido ao fato do desinteresse da Itália por suas experiências.

Figura 4 - Guglielmo Marconi

Em 1899, conseguiu transmitir mensagens em Código Morse através do Canal da Mancha. Recebeu em 1909, juntamente com Karl Ferdinand Braun, prêmio Nobel de Física. A partir destes experimentos e de sua invenção, pode-se dizer que Marconi é o criador do rádio, embora a suprema corte dos EUA afirmou em 1943 que os trabalhos de Marconi não tinham nada que Tesla já não tivesse descoberto.

Portanto, o desenvolvimento do telégrafo sem fios, realizado por Marconi, a partir das experiências de Hertz, que por sua vez comprovam as teorias de Maxwell, abriu o caminho para as transmissões de voz, imagens e sinais digitais via rádio.

Comente este post, sugira outros temas. Nos próximos post teremos:

• Frequências e comprimentos de onda;
• Antenas;
• Dimensionamento de enlaces;
  
• Modulação analógica e digital;
• Sistemas banda estreita e banda larga (Spread Spectrum)
• Técnicas de Espalhamento espectral (FHSS-Salto em frequência, DSSS-Sequência direta com aplicações do CDMA e OFDM-Divisão ortogonal por multiplexação de frequências).
• E muito mais...