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Propagação avançada e cálculo de ligações

Conteúdo editorial de estudo avançado, com conceitos, exemplos, exercícios e fontes para estudo autónomo.

Consultar as siglas: expressão original e significado em português.

Mapa de leitura

Constrói o orçamento da esquerda para a direita: soma os ganhos à potência transmitida e subtrai as perdas para obter a potência disponível no receptor. Declara a frequência, distância, antenas, polarização, linha e modelo de propagação; depois compara o resultado com sensibilidade, ruído e margem. O cálculo é uma referência controlada, não uma garantia de contacto.

Vocabulário mínimo

Objectivos

No final deste módulo, o estudante deve conseguir:

• montar um orçamento de ligação em dB a partir de potências, ganhos e perdas;
• usar a perda em espaço livre como modelo de referência, sem a confundir com uma previsão completa;
• distinguir linha de vista, difracção, onda terrestre e propagação ionosférica;
• reconhecer o papel de ruído, relação sinal/ruído, desvanecimento e margem;
• declarar as hipóteses de um cálculo antes de comparar o resultado com uma medição.
• relacionar comprimento de onda, dimensão de antena, polarização, ganho e directividade;
• calcular exemplos de dipolo, linha coaxial, factor de velocidade e comprimento de onda;
• distinguir D, E, E esporádica e F2, MUF, LUF, NVIS, ângulo crítico, zona de Fresnel e horizonte rádio.

O orçamento de ligação

Um orçamento de ligação organiza tudo o que aumenta ou reduz a potência disponível no receptor. Num modelo simples:

Legenda: \(P_{\mathrm{RX}}\): potência recebida (dBm); \(P_{\mathrm{TX}}\): potência transmitida (dBm); \(G_{\mathrm{TX}}\) e \(G_{\mathrm{RX}}\): ganhos das antenas emissora e receptora na direcção da ligação (dBi); \(L_{\mathrm{path}}\): perda do percurso (dB, valor positivo a subtrair). A referência do modelo de percurso é isotrópica; as potências usam a mesma referência absoluta.

Na prática, podem ainda existir perdas de cabo, conectores, filtros, polarização, desadaptação e atmosfera. O resultado só é útil quando as grandezas usam a mesma referência e as unidades são coerentes: por exemplo, potência em dBm ou dBW e ganhos/perdas em dB. Em dB somam-se ganhos e subtraem-se perdas; em unidades lineares, a operação é multiplicativa.

\(P_{\mathrm{TX}}\) e \(P_{\mathrm{RX}}\) devem ser interpretados com a referência indicada no cálculo: saída do emissor, entrada da linha, entrada do receptor ou outro ponto. \(G_{\mathrm{TX}}\) e \(G_{\mathrm{RX}}\) são ganhos efectivos nas direcções relevantes; não se deve somar simplesmente o ganho nominal de uma antena sem declarar perdas e orientação.

Perda em espaço livre

Para um primeiro limite de referência, a recomendação ITU-R P.525 usa a perda básica em espaço livre. Com frequência em MHz e distância em km, uma forma prática é:

Legenda: \(L_{\mathrm{bf}}\): perda básica em espaço livre (dB); \(f_{\mathrm{MHz}}\): valor numérico da frequência em MHz; \(d_{\mathrm{km}}\): valor numérico da distância em km; \(\log_{10}\): logaritmo de base 10. A constante 32,4 pressupõe estas unidades.

O valor constante pode aparecer arredondado de forma ligeiramente diferente conforme as convenções. O modelo supõe caminho livre, sem obstáculos nem perdas materiais relevantes. Não é uma previsão de cobertura de uma estação de amador.

Exemplo: para \(145 MHz\) e \(10 km\), \(L_{\mathrm{bf}} ≈ 32,4 + 20 \log_{10}(145) + 20 \log_{10}(10) ≈ 95,6\,\mathrm{dB}\). Este resultado é uma referência de caminho livre; não inclui ganhos de antena, cabos, obstáculos, polarização ou desvanecimento.

Se houver terreno, edifícios ou árvores, a difracção, a reflexão e a absorção podem alterar o nível. Em VHF e UHF, altura, linha de vista, relevo e obstrução costumam ser decisivos. Em HF, a onda terrestre, a ionosfera, a hora, a estação do ano e a actividade solar podem mudar o percurso e a intensidade.

Aplicações e condições a reter

Para uma fonte isotrópica ideal em espaço livre, a mesma potência distribui-se por uma área esférica que cresce com o quadrado da distância. Duplicar a distância reduz a densidade de potência para um quarto. A amplitude de campo, em contraste, reduz-se aproximadamente para metade; distinguir campo de potência por unidade de área.

Com o primeiro elipsóide de Fresnel suficientemente desobstruído, a atenuação tende a aproximar a perda em espaço livre do percurso idealizado. Não é correcto dizer que fica muito abaixo da perda em espaço livre; obstáculos, difracção, polarização e perdas reais podem acrescentar diferenças.

Na expressão de perda em espaço livre entre antenas isotrópicas, aumentar a frequência mantendo a distância aumenta a perda calculada. A comparação pressupõe ganhos de antena constantes; se se mantiver uma abertura física e o ganho mudar com a frequência, o orçamento total pode ter outro resultado.

Trajectórias de propagação

O diagrama mostra duas trajectórias conceptuais:

• a linha de vista / percurso directo liga TX e RX sem uma reflexão ionosférica desenhada;
• a onda celeste sobe e regressa após interagir com regiões ionizadas da atmosfera;
• a ionosfera não é uma parede lisa nem um espelho fixo: as condições variam com frequência, hora, estação, actividade solar e geometria;
• a mesma frequência pode apresentar sinais fortes, fracos, atrasados ou desvanecidos em percursos diferentes.

O desenho não está à escala e não decide se uma ligação real será possível. É uma ajuda para separar mecanismos que depois exigem dados de propagação e medição.

Aplicações e condições a reter

A onda de superfície acompanha o solo, mas sofre perdas que dependem da frequência e da condutividade do terreno. Em geral, aumentar a frequência torna esse mecanismo menos eficaz e reduz o alcance; não significa que toda a propagação desapareça.

Em frequências de micro-ondas, particularmente acima de cerca de 10 GHz, a absorção por gases atmosféricos e a atenuação pela chuva podem tornar-se importantes. O efeito depende da frequência concreta, precipitação, distância e linhas de absorção; não é um limite abrupto que torne todas as frequências inferiores imunes.

Aumentar a altura das antenas amplia o horizonte rádio e pode desobstruir o percurso de linha de vista. Não garante uma ligação: relevo, zona de Fresnel, perdas e condições atmosféricas continuam a influenciar o resultado.

Quando chegam cópias do mesmo sinal por trajectos de durações diferentes, o receptor pode ouvir eco. É um efeito de multipercurso; descrever apenas os caminhos sem mencionar a diferença de atraso não explica a resposta.

Antenas, linhas e adaptação

O comprimento de onda é:

Legenda: \(λ\): comprimento de onda (m); \(c\): velocidade da luz no vazio, aproximadamente \(3 \times 10⁸ m/s\); \(f\): frequência (Hz).

onde c é aproximadamente \(3 \times 10^8\,\mathrm{m/s}\). Um dipolo de meia onda tem, como ponto de partida, comprimento próximo de \(λ/2\), mas os braços, a altura, o diâmetro do condutor e o ambiente fazem a frequência de ressonância deslocar-se. Para a fórmula prática \(L_{\mathrm{m}} ≈ 143 / f_{\mathrm{MHz}}\), um dipolo de 40 m para \(3,55 MHz\) começa perto de \(40,3 m\) no total; deve ser ajustado por medição.

Legenda: \(λ\): comprimento de onda no espaço livre (m); \(L_{\mathrm{m}}\): comprimento físico total aproximado do dipolo (m); \(f_{\mathrm{MHz}}\): valor numérico da frequência em MHz. O factor 143 incorpora um encurtamento prático e não substitui o ajuste por medição.

Um dipolo dobrado tem dois condutores paralelos ligados nas extremidades. Em condições ideais, a sua impedância de alimentação é aproximadamente quatro vezes a de um dipolo simples da mesma família; não se deve usar a regra sem confirmar geometria, altura e linha. Um balun ajuda a ligar uma carga equilibrada a uma linha não equilibrada e pode também reduzir corrente de modo comum; não é um transformador mágico que corrige qualquer desadaptação.

O dipolo dobrado pode ser disposto de forma compacta e oferece normalmente uma impedância nominal próxima de \(300 Ω\) em condições de referência, quatro vezes a ordem de grandeza de um dipolo simples de cerca de \(75 Ω\). “Quatro vezes” é uma aproximação de modelo: diâmetro dos condutores, espaçamento, altura e proximidade de objectos alteram o valor.

Uma antena isotrópica é uma referência ideal, não uma antena física. Ganho, directividade, largura de feixe, relação frente-costas e eficiência descrevem aspectos diferentes: uma antena pode concentrar energia numa direcção, mas perder potência em calor ou desadaptação. Uma Yagi é directiva; uma vertical depende fortemente do plano de terra e dos radiais; uma loop pequena pode ser muito selectiva e ter baixa eficiência.

As descrições são funcionais: ganho, eficiência, polarização e frequência de corte dependem do projecto real. Uma antena parabólica ou corneta não cria potência; concentra-a numa direcção.

Numa antena, a área efectiva pode ser relacionada com a directividade por \(A_{\mathrm{e}} = D \times λ²/(4π)\) quando D é linear e as hipóteses do modelo são aplicáveis. Uma Yagi na faixa dos \(14 MHz\) é útil por concentrar energia e rejeitar melhor sinais vindos dos lados ou de trás; o ganho concreto e a relação frente/costas dependem do projecto.

Legenda: \(A_{\mathrm{e}}\): área efectiva de recepção (m²); \(D\): directividade linear (sem unidade); \(λ\): comprimento de onda (m); \(π\): constante pi. Esta forma com directividade pressupõe uma antena ideal sem perdas; para incluir perdas da antena usa-se o ganho linear na mesma relação.

Num diagrama polar, se o lóbulo principal está a 0° e o lóbulo traseiro está \(40 dB\) abaixo, a relação frente/costas é aproximadamente \(40 dB\). A leitura deve ser feita pela escala radial do diagrama e pela mesma grandeza de nível.

A largura de feixe a −3 dB é a separação angular entre os dois pontos do lóbulo principal onde o nível caiu 3 dB relativamente ao máximo. É uma medida de directividade, não uma fronteira de operação: uma antena pode ter lóbulos laterais e a largura depende da frequência, do plano de corte e da convenção do diagrama. Para comparar dois padrões, usa a mesma referência e a mesma escala.

Uma loop de recepção pode aumentar a tensão disponível com mais espiras ou maior área, respeitando a frequência de ressonância, as perdas e a tensão máxima. Uma loop de fio usada em radiogoniometria tem normalmente um padrão bidireccional, pelo que pode existir ambiguidade de 180°. Um loop de terra é uma corrente indesejada criada por mais de um caminho de ligação à terra, formando uma área que pode captar ou irradiar ruído.

Em reflexão lunar, as perdas de percurso são muito elevadas; um receptor de baixo ruído, uma antena com ganho e uma instalação com perdas reduzidas aumentam a margem disponível. Isto descreve a exigência técnica do enlace, não garante que uma estação consiga realizar o contacto.

Na reflexão lunar, a Lua não está sempre à mesma distância da Terra. Perto do perigeu a distância é menor do que perto do apogeu, pelo que a perda de espaço livre do percurso Terra–Lua–Terra tende a ser menor, mantendo as restantes hipóteses. A variação é apenas uma parte do orçamento: geometria, apontamento, polarização, ruído e perdas de equipamento continuam a dominar a decisão.

A polarização deve ser comparada entre as duas antenas: uma antena horizontal recebe melhor, em geral, uma onda com campo eléctrico horizontal; uma antena vertical favorece a componente vertical. Uma rotação de polarização pode introduzir perda, além da perda de percurso.

Numa onda plana, os campos eléctrico e magnético são perpendiculares entre si e à direcção de propagação. Por isso, a descrição “polarização horizontal/vertical” deve dizer a que campo se refere: se o campo magnético é paralelo ao solo, o campo eléctrico é vertical; se o campo magnético é perpendicular ao solo, o campo eléctrico é horizontal, assumindo propagação aproximadamente horizontal.

Em coaxial, a velocidade de propagação é inferior à velocidade da luz. Se o factor de velocidade for 0,66, um quarto de onda físico é \(0,66 \times λ/4\). A \(14,1 MHz\), \(λ ≈ 21,3 m\) e um quarto de onda no cabo seria aproximadamente \(3,51 m\); o valor exacto depende do cabo e da função do troço. A atenuação cresce com frequência e comprimento e deve ser retirada do orçamento.

Um sintonizador de antena transforma a impedância apresentada ao emissor, mas não remove necessariamente perdas, corrente elevada num componente, radiação de modo comum ou uma instalação insegura. Em guias de onda, as dimensões e a frequência de corte determinam se um modo se propaga; a regra de comprimento eléctrico de um coaxial não deve ser transferida directamente para um guia.

Uma antena com traps pode funcionar em várias bandas ao seleccionar diferentes comprimentos eléctricos, mas introduz perdas, limitações de potência e possíveis ressonâncias indesejadas. Um amplificador push-pull pode cancelar algumas harmónicas pares; a antena multibanda não deixa de exigir filtragem.

Uma trap mal dimensionada ou uma instalação não linear pode contribuir para harmónicas; por isso, “multibanda” não significa automaticamente “sem harmónicas”. A verificação deve separar o comportamento da antena da linearidade do emissor e da filtragem.

Aplicações e condições a reter

O reflector parabólico concentra a energia numa direcção e pode oferecer elevado ganho quando a sua abertura é grande relativamente ao comprimento de onda. Em SHF, os comprimentos de onda curtos permitem obter essa relação com dimensões práticas; não é uma questão de polarização.

Para uma estimativa de meia onda a 3,5 MHz, o comprimento de onda no ar é \(300/3,5\), cerca de 85,7 m, e a metade é cerca de 42,9 m. A correcção prática de extremidade leva a uma estimativa próxima de 40 m, a opção do banco. MHz significa megahertz; mHz, com m minúsculo, seria milihertz e não descreve esta banda HF.

Como aproximação inicial ideal, um dipolo de meia onda a 14,2 MHz tem comprimento total de \(300/(2 \times 14,2)\), aproximadamente 10,56 m; a opção de estudo é 10,5 m. Os efeitos de extremidade e da instalação reduzem normalmente o comprimento físico ressonante, que deve ser ajustado por medição. Comprimento total não é o comprimento de cada braço.

Um dipolo dobrado tem condutores paralelos unidos nas extremidades e pode oferecer uma construção mecanicamente conveniente. A resposta histórica destaca facilidade e espaço, mas não é uma vantagem geométrica universal sobre um dipolo simples da mesma frequência: ambos têm uma extensão de aproximadamente meia onda. A diferença clássica mais previsível é a impedância de alimentação, conforme geometria e diâmetros.

Conhecer a impedância da antena permite escolher ou pré-ajustar uma rede de adaptação. Um transformador, uma rede em π e um troço de linha podem transformar impedâncias RF quando dimensionados para a carga e frequência. Um balun interliga sistemas balanceados e não balanceados; pode também transformar impedância se essa for a sua razão, mas nem todo o balun o faz.

A eficiência de radiação é \(P_{\mathrm{radiada}}/P_{\mathrm{entregue}}\). No modelo resistivo, \(η = R_{\mathrm{rad}}/(R_{\mathrm{rad}} + R_{\mathrm{perdas}})\): a resistência total reúne radiação e perdas. Aumentar perdas não aumenta a potência radiada nem a eficiência.

Para a mesma frequência e eficiência, a área efectiva de uma antena cresce com o ganho e, numa antena sem perdas, com a directividade: \(A_{\mathrm{e}}=G\lambda^2/(4\pi)\). \(A_{\mathrm{e}}\) é a área efectiva (m²), \(G\) o ganho linear sem unidade, \(\lambda\) o comprimento de onda (m) e \(\pi\) a constante pi. Não comparar áreas entre frequências diferentes ignorando o termo de comprimento de onda.

Em antenas de abertura comparáveis, maior directividade tende a concentrar a resposta num feixe mais estreito. A largura do lóbulo principal diminui na comparação de estudo; a relação não define sozinha lóbulos secundários nem ganho absoluto de todas as geometrias.

Para uma antena passiva linear e recíproca nas mesmas condições, as características direccionais de emissão e recepção correspondem-se. Reciprocidade não significa radiar igualmente em todas as direcções nem ter a mesma resposta às duas polarizações.

Se um dipolo ressonante for encurtado, mantendo a frequência de operação, a entrada tende a tornar-se capacitiva. Uma carga indutiva pode compensar essa reactância, mas acrescenta perdas e não devolve automaticamente a mesma eficiência ou largura de banda do dipolo original.

Num monopolo de quarto de onda ligado à terra, um sistema de radiais adequado melhora o caminho de retorno e pode reduzir perdas de terra. Isso melhora a eficiência; é distinto do problema de um loop de terra entre equipamentos.

No diagrama original da pergunta 201, o lóbulo frontal e a direcção exactamente oposta diferem cerca de 40 dB: a frente está na referência de 0 dB e as costas perto de −40 dB. Ler a escala e a direcção, em vez de usar o raio gráfico como uma razão linear; a relação frente/costas é uma diferença de níveis em dB. Figura original: pergunta 201.

Uma antena omnidireccional tem resposta aproximadamente uniforme num plano especificado, normalmente o horizontal. O diagrama vertical pode ter nulos e lóbulos; não é uma antena isotrópica, que seria uniforme em todas as direcções tridimensionais.

Há desadaptação de polarizações quando a polarização da antena receptora não coincide com a da onda incidente. Essa diferença reduz a potência recebida, mesmo que frequência e impedância estejam correctamente ajustadas.

A polarização é definida pela orientação do campo eléctrico. Para propagação aproximadamente horizontal, se o campo magnético for paralelo ao solo, o campo eléctrico é vertical e a polarização é vertical. Os dois campos são perpendiculares; é incorrecto atribuir a polarização directamente à orientação do campo magnético.

A frequência de corte de um modo num guia de ondas é o limite abaixo do qual esse modo não se propaga e o campo é evanescente. Depende da geometria e do modo, não do comprimento total do guia. Acima do corte, respeitar a banda do modo escolhido para evitar outros modos e perdas excessivas.

O factor de velocidade é a razão entre a velocidade de propagação na linha e a velocidade da luz no vácuo. É adimensional e depende do meio e construção do cabo; não é uma medida da sua atenuação nem da velocidade de transmissão de dados.

O coaxial é uma linha não balanceada: o condutor interior é envolvido pelo exterior, usado como retorno e blindagem. Uma linha paralela equilibrada tem outra geometria e simetria; não se deve confundir blindagem com balanceamento.

Para um mesmo cabo e comprimento, a atenuação tende a aumentar com a frequência, devido às perdas nos condutores e no dieléctrico. Deve consultar-se a ficha do cabo para o valor real; factor de velocidade e atenuação são grandezas diferentes.

Para um quarto de onda de coaxial, calcular primeiro o comprimento de onda no ar e multiplicar o quarto por o factor de velocidade. Com VF de 0,66: a 14,1 MHz, \(0,66 \times 300/(4 \times 14,1) ≈ 3,51 m\); a 7,2 MHz, \(0,66 \times 300/(4 \times 7,2) ≈ 6,88 m\). As aproximações 3,5 m e 6,9 m são comprimentos físicos; o cabo real deve usar o VF declarado e ser ajustado à função.

O factor de velocidade \(VF=v/c\) é a razão, sem unidade, entre a velocidade na linha \(v\) e a velocidade da luz no vácuo \(c\), ambas em m/s. Num coaxial habitual VF é menor que 1, pelo que a onda percorre um comprimento físico menor durante o mesmo período. Distinguir metros de comprimento físico, comprimento eléctrico em graus e comprimento de onda no cabo.

A polarização vertical é habitual na propagação por onda terrestre ao longo do solo, porque as perdas e condições de contorno desfavorecem a componente horizontal. Isto não significa que todas as ligações rádio usem polarização vertical; o percurso e o modo de propagação determinam a escolha.

Os traps permitem comportamento multibanda, mas não garantem rejeição dos harmónicos produzidos pelo emissor. A antena pode radiar energia harmónica que lhe chegue; essa possibilidade não significa que uma antena passiva linear crie harmónicos por si mesma.

Um dipolo dobrado, com condutores equivalentes nas condições de referência, apresenta aproximadamente quatro vezes a impedância de um dipolo simples: tomando 75 Ω como ordem de grandeza, obtêm-se cerca de 300 Ω. Um dipolo de Hertz é um elemento balanceado. A impedância e o balanço são propriedades diferentes; geometria, altura e objectos próximos alteram os valores reais.

No perigeu a Lua está mais próxima da Terra. O percurso de ida e volta é menor e a perda da ligação Terra–Lua–Terra tende a diminuir. É a opção favorável quanto à distância; ruído celeste, apontamento e polarização também influenciam a ligação.

O dipolo dobrado é formado por dois condutores paralelos unidos nas extremidades, com alimentação numa interrupção de um deles. Cada lado mede aproximadamente meia onda: o fio completo forma uma laçada estreita com cerca de um comprimento de onda, sujeita às correcções práticas.

A largura do feixe a −3 dB é o ângulo total entre as duas direcções de meia potência do lóbulo principal. Na figura original, os cruzamentos ficam aproximadamente a −10° e +10°: a largura é cerca de 20°, e não apenas 10° de um lado. Figura original: pergunta 396.

O ganho absoluto compara a intensidade radiada numa direcção com a de uma antena isotrópica alimentada com a mesma potência. A referência isotrópica identifica o ganho em dBi; a eficiência também afecta o ganho de uma antena real.

Se um dipolo de meia onda inicialmente ressonante for ligeiramente alongado, mantendo a frequência de operação, a sua impedância de entrada tende a tornar-se indutiva. Se for encurtado, tende a tornar-se capacitiva. Esta regra descreve pequenas alterações perto da primeira ressonância; não permite extrapolar para comprimentos arbitrários, outras ressonâncias ou qualquer instalação.

Ler a figura 6: padrão de radiação e utilidade

O que é e para que serve: diagrama polar da resposta direccional de uma antena, usado nas perguntas cat1-201 e cat1-396. Ajuda a escolher o apontamento, comparar a rejeição traseira e medir a largura do feixe. A figura original está reproduzida acima nesta secção; não é um esquema de componentes nem um mapa de alcance geográfico.

Limite da leitura: esta figura dá níveis relativos de um corte; não permite obter sozinha o ganho absoluto, a eficiência, a frequência de funcionamento ou o alcance da estação. Apoio técnico: Rohde & Schwarz — Antenna Basics.

Na sua banda útil de micro-ondas, um guia metálico oco pode apresentar menores perdas de condução (Joule) que um cabo coaxial: as correntes distribuem-se pelas paredes com menor densidade. Esta comparação pressupõe frequência, modo, materiais e dimensões apropriados; não é uma regra universal nem significa perdas nulas. Um guia pode ter secção rectangular ou circular, e não opera abaixo do corte do modo considerado.

Fonte técnica: Michael Steer, Microwave and RF Design II, §6.1.

Ionosfera e fenómenos de propagação

As regiões ionosféricas são uma explicação física, não camadas com comportamento constante:

• a região D absorve sobretudo frequências mais baixas durante o dia e desaparece ou enfraquece à noite;
• a região E pode reflectir ou refractar sinais em certas condições;
• a E esporádica pode abrir percursos inesperados, sobretudo em VHF, durante intervalos curtos;
• a região F, em especial a F2, é importante para percursos de HF de longa distância e varia com hora, estação, latitude e actividade solar.

As frequências críticas são indicadas como foE e foF2 para as camadas E e F2. São frequências de referência da ionização vertical e não substituem a MUF de um percurso oblíquo. A absorção pode ser pequena perto da MUF num modelo simples, mas aumenta com outras condições; não se deve tratar uma única regra como previsão universal.

Para uma ligação, a MUF é a frequência máxima utilizável sob determinadas condições e geometria. A LUF é a frequência mais baixa utilizável antes de a absorção e o ruído tornarem a ligação inadequada. A frequência de operação pode estar entre as duas, mas uma previsão real depende de camada, ângulo, potência, antena e qualidade exigida.

NVIS usa uma antena de HF baixa e uma incidência elevada para cobrir uma região próxima, em vez de procurar o salto mais distante. O ângulo crítico é a condição geométrica associada ao maior ângulo de elevação que ainda permite o retorno para uma frequência e camada específicas; a formulação deve ser acompanhada do modelo adoptado.

O índice de fluxo solar é uma indicação da actividade solar usada em previsões de propagação; o índice K descreve perturbações geomagnéticas recentes. Actividade geomagnética elevada pode favorecer aurora e alguns percursos VHF, mas também pode degradar percursos HF. Em VHF/UHF via satélite, a ionosfera afecta menos o trajecto do que em HF, embora Doppler e geometria continuem a exigir atenção.

Uma abertura curta em torno de \(50 MHz\) pode ocorrer por mecanismos como E esporádica, troposfera ou outro percurso anómalo; a frequência próxima de \(28 MHz\) também pode apresentar saltos curtos em condições especiais. Estes exemplos servem para formular hipóteses de observação, não para afirmar que existe uma distância garantida ou uma faixa legal contínua. Regista duração, direcção, polarização, nível e repetição antes de atribuir a causa.

Uma inversão troposférica pode criar um gradiente de índice de refracção que prolonga o percurso VHF/UHF ou favorece um ducto. É um fenómeno dependente da meteorologia e da altura, não uma consequência automática de uma noite quente ou húmida.

O horizonte rádio pode exceder o horizonte geométrico devido à refracção atmosférica. A zona de Fresnel é um volume em torno do trajecto directo: obstáculos dentro dela podem causar difracção e perda mesmo quando a linha desenhada entre as antenas parece livre. A greyline é a faixa de transição dia-noite, frequentemente útil para certas bandas e percursos. Auroral, meteor scatter e reflexão lunar são mecanismos específicos, com perdas e requisitos próprios.

Quando o primeiro elipsoide de Fresnel está suficientemente desobstruído, a perda tende a aproximar o modelo de espaço livre; não fica automaticamente muito abaixo dele. A atmosfera também absorve e refracta de forma mais relevante em frequências muito elevadas, incluindo efeitos de gases e chuva acima de aproximadamente \(10 GHz\).

No meteor scatter podem ocorrer sinais breves e com grandes flutuações, porque a ionização produzida por meteoros cria trajectos transitórios. A propagação auroral está associada a partículas carregadas do Sol e pode produzir distorção e sinais com som oscilante. Um eco de longa duração pode resultar da recepção de um mesmo sinal por mais do que um percurso, com atrasos diferentes.

Aplicações e condições a reter

A ionosfera pode impedir que certas frequências atravessem para o espaço ao refractá-las de volta à Terra. É selectiva em frequência e depende da ionização e do ângulo; a descrição escolar «blindagem à volta da Terra» não representa uma gaiola metálica nem uma barreira a todas as ondas electromagnéticas.

Esporádica E (Es) designa regiões de ionização intensa que surgem ocasionalmente na região E e podem permitir propagação invulgar. A região D provoca absorção importante de HF baixa durante o dia, particularmente abaixo de cerca de 10 MHz. foE e foF2 são as frequências críticas das regiões E e F2 medidas para incidência vertical; não são automaticamente a MUF de qualquer percurso oblíquo.

O índice de fluxo solar F10,7 mede o fluxo rádio solar na vizinhança de 2,8 GHz, correspondente a 10,7 cm. É um indicador da actividade solar utilizado em contexto de propagação; não mede directamente a MUF de uma ligação nem a velocidade de propagação do sinal.

Um distúrbio geomagnético é uma alteração significativa do campo magnético terrestre num período curto, ligada à interacção do ambiente solar com a magnetosfera. Pode modificar condições ionosféricas e absorção; não corresponde apenas a uma mudança da potência da estação ou a uma rotação da polarização da antena.

VHF e UHF atravessam geralmente a ionosfera com menor influência do que HF nas condições das ligações de amador por satélite. Por isso não dependem do retorno ionosférico para chegar ao satélite. Ainda podem ocorrer rotação de polarização, cintilação e outras perturbações; não afirmar que a ionosfera nunca afecta estas bandas.

A actividade geomagnética elevada pode produzir ou favorecer propagação auroral e espalhamento de sinais VHF. Não constitui, em geral, uma vantagem para todos os percursos HF: pode degradar a propagação polar e aumentar a absorção ou a instabilidade. A opção 1 é a conclusão técnica mais defensável; a opção histórica 3 fica registada na fonte.

Uma frequência abaixo da MUF e acima da LUF pode favorecer uma ligação ionosférica. Se a MUF do percurso for 22 MHz, a opção de 21 MHz fica abaixo desse limite e é a escolha do exemplo. Operar imediatamente junto da MUF não garante disponibilidade, pois a previsão e a ionosfera variam; deixa-se margem e considera-se a absorção, ruído e qualidade necessária.

MUF é a máxima frequência utilizável de um percurso nas condições consideradas; LUF significa Lowest Usable Frequency, a mínima frequência utilizável com qualidade suficiente. A operação ionosférica requer uma faixa útil entre ambas: se LUF ultrapassa MUF, o percurso não oferece essa faixa HF. Com MUF de 16 MHz, 14 MHz é uma escolha de estudo abaixo dela. Perto da MUF a absorção pode ser menor do que em frequências inferiores, mas não é nula nem garante a ligação; hora, camadas, ruído, ângulo e potência também contam.

NVIS significa Near Vertical Incidence Skywave: emissão de onda celeste a ângulos elevados para cobertura regional, usando frequência compatível com o retorno ionosférico. O ângulo crítico, na convenção de partida acima do horizonte adoptada pela pergunta, é o maior ângulo que ainda permite retorno nas condições indicadas. Não confundir esse ângulo com o ângulo medido a partir da vertical.

A propagação pela greyline ocorre junto da faixa de transição entre o dia e a noite. Pode favorecer determinadas bandas e percursos de HF, sem garantir uma ligação.

No HF scatter, componentes espalhadas podem chegar por vários percursos, com atrasos e fases diferentes. A sua combinação pode dar som oscilante e distorção; não é o mesmo que uma recepção por um único percurso ionosférico estável.

A actividade auroral está associada a partículas carregadas provenientes do Sol e à sua interacção com o campo geomagnético e a atmosfera. Pode favorecer espalhamento auroral de sinais, sem garantir melhores condições gerais de HF.

A MUF é a frequência máxima utilizável para um trajecto ionosférico especificado. Depende do percurso, da variação diária e sazonal da ionosfera e da actividade solar; todas as condições propostas podem alterá-la.

Um salto ionosférico excepcionalmente curto em 28 MHz pode indicar ionização suficientemente elevada para tornar uma abertura em 50 MHz mais provável. É um indício para observar essa banda, não uma garantia de contacto nem de que a abertura exista em todos os trajectos.

Uma inversão de temperatura pode alterar o gradiente de refractividade na troposfera e favorecer propagação troposférica para além do horizonte habitual. Não é, por si só, uma alteração da ionosfera.

Absorção, retorno e desvanecimento

A absorção ionosférica e a MUF descrevem fenómenos diferentes. A primeira é perda de energia; a segunda limita a frequência que ainda permite o retorno no percurso considerado. Em HF, subir a frequência dentro da janela utilizável pode reduzir a absorção, mas aproximar-se da MUF também reduz a margem perante variações da ionosfera. A expressão histórica «absorção mínima» não garante um mínimo universal, ausência de perdas ou disponibilidade. Usar os dois limites MUF/LUF e as condições do percurso. Ver ITU-R P.533 — previsão do desempenho de circuitos HF.

O desvanecimento é a variação temporal do nível recebido. Cópias do sinal com amplitudes e fases diferentes podem somar-se ou cancelar-se à medida que os percursos variam, mesmo sem alteração da potência emitida. Não se deve confundir desvanecimento com uma perda fixa de cabo.

Um dipolo dobrado mantém uma extensão de aproximadamente meia onda: não é, por definição, uma antena com metade do espaço de um dipolo simples. Os dois condutores paralelos podem transformar a impedância, aproximadamente por quatro quando são equivalentes. A vantagem depende da linha a adaptar. Referência: ARRL — construção de dipolos e dipolos dobrados.

Ruído, sensibilidade e margem

Receber uma potência calculada não garante comunicação. É preciso comparar o nível recebido com o ruído e com o limiar ou sensibilidade do receptor. A diferença disponível é uma margem:

Legenda: margem: diferença disponível acima do limiar (dB); nível recebido e nível mínimo necessário: potências expressas na mesma referência, por exemplo dBm, e para as mesmas condições de largura de banda e qualidade.

Uma margem positiva pode ser consumida por desvanecimento, movimento, chuva, perdas não contabilizadas, polarização ou interferência. Se o cálculo não inclui uma margem declarada, deve ser tratado como cenário nominal.

Aplicações e condições a reter

A reflexão lunar tem perdas de percurso elevadas e produz sinais fracos. Um receptor de baixo ruído preserva melhor a relação sinal/ruído; ganhos de antena e perdas da instalação continuam a entrar no orçamento da ligação.

O ruído interno do receptor, o ruído atmosférico e o ruído cósmico podem contribuir para a relação sinal/ruído. A pergunta usa uma classificação introdutória; a contribuição concreta depende da frequência, largura de banda, local e receptor.

Exemplo de método

Considere um cenário puramente didáctico, com \(P_{\mathrm{TX}} = 10\,\mathrm{dBm}\), \(G_{\mathrm{TX}} = 6\,\mathrm{dBi}\), \(L_{\mathrm{path}} = 120\,\mathrm{dB}\) e \(G_{\mathrm{RX}} = 3\,\mathrm{dBi}\):

Legenda: \(P_{\mathrm{RX}}\): potência recebida (dBm); \(P_{\mathrm{TX}}\): potência transmitida (dBm); \(G_{\mathrm{TX}}\) e \(G_{\mathrm{RX}}\): ganhos das antenas emissora e receptora na direcção da ligação (dBi); \(L_{\mathrm{path}}\): perda do percurso (dB, valor positivo a subtrair). A referência do modelo de percurso é isotrópica; as potências usam a mesma referência absoluta.

Se o receptor precisar de −110 dBm para a qualidade pretendida, a margem nominal seria \(9 dB\). Isto não prova cobertura: ainda faltam perdas de alimentação, polarização, ruído, desvanecimento e a validade do modelo para o caminho real.

Comparar cálculo e campo

Ao comparar um orçamento com uma medição, registar pelo menos frequência, distância, alturas, polarização, antenas, cabos, potência, largura de banda, hora, local, ruído e instrumento. Uma diferença entre cálculo e campo é informação: pode revelar uma hipótese errada, uma perda esquecida, uma obstrução ou uma condição de propagação diferente.

Não se deve aumentar a potência automaticamente para compensar uma ligação inesperada. Primeiro confirmar a instalação, o modo, a largura de banda, a interferência, a segurança e as regras aplicáveis.

Diagnóstico guiado: o cálculo prevê ligação, mas ela falha

Situação: o orçamento de ligação fica acima da sensibilidade, mas a comunicação é instável.

1. confirma unidades e referências: dB não é dBm e ganhos não são potência criada;
2. revê distância, frequência, polarização, cabos, conectores e perdas não incluídas;
3. compara margem, ruído, desvanecimento, obstáculos e linha de vista com o momento em que a ligação falha;
4. repete a observação e actualiza o modelo apenas com uma hipótese de cada vez.

Conclusão: um resultado ideal pode ser correcto e ainda insuficiente para descrever o campo. A margem e as hipóteses dizem quanto confiar no cálculo.

Exercícios

Tenta responder antes de abrir a resposta.

Erros frequentes

• misturar dBm, dBW, watts e dBi sem converter ou declarar referências;
• usar ganho de antena sem subtrair cabos, conectores ou desadaptação;
• tratar a perda em espaço livre como o pior caso universal ou como uma previsão exacta;
• desenhar a ionosfera como um espelho permanente;
• confundir potência recebida com qualidade de áudio ou fiabilidade;
• ocultar hipóteses para fazer coincidir cálculo e medição.
• tratar o comprimento calculado do dipolo como definitivo;
• confundir ganho, directividade e eficiência;
• assumir que um balun elimina sempre correntes de modo comum ou perdas;
• desenhar a ionosfera como um reflector fixo e ignorar hora, estação e actividade solar;
• usar MUF como garantia de comunicação ou ignorar a LUF e o ruído;
• esquecer a zona de Fresnel numa ligação VHF/UHF de linha de vista.
• tratar largura de feixe a −3 dB como o alcance da antena;
• assumir que uma abertura perto de 50 MHz tem uma causa única;
• confundir perigeu lunar com ganho de antena ou com uma redução garantida da perda;
• chamar inversão troposférica a qualquer recepção distante sem registar a meteorologia.

Aplicações e condições a reter

Para a mesma abertura parabólica e eficiência, duplicar a frequência reduz o comprimento de onda para metade e quadruplica o ganho linear, aproximadamente mais 6 dB. A comparação depende de manter abertura, eficiência e apontamento; não se justifica apenas por dizer que qualquer fio maior ganha mais.

Resumo e glossário

• O orçamento soma ganhos e subtrai perdas numa referência consistente.
• A perda em espaço livre é um modelo de comparação, não uma previsão completa.
• Sensibilidade, ruído e margem ligam o cálculo à capacidade real de recepção.
• Polarização, obstáculos, desvanecimento e perdas de instalação podem reduzir o resultado observado.
• Uma antena com ganho concentra energia relativamente a uma referência; não cria potência no transmissor.

Aplicações e condições a reter

Desvanecimento, ou fading, é a variação do nível recebido com o tempo, mesmo quando a potência emitida permanece constante. Pode resultar de mudanças de percurso, interferência entre trajectos e variação ionosférica. Distinguir o fading de uma redução deliberada de potência no emissor.

Siglas e abreviaturas usadas neste módulo

Cada entrada apresenta a expressão original, a língua e o significado em português neste contexto.

• ARRL — American Radio Relay League (inglês): associação norte-americana de radioamadores.
• EME — Earth–Moon–Earth (inglês): ligação Terra–Lua–Terra por reflexão na Lua.
• FSPL — Free-Space Path Loss (inglês): perda de percurso em espaço livre.
• HF — High Frequency (inglês): alta frequência.
• ITU — International Telecommunication Union (inglês): União Internacional das Telecomunicações.
• LUF — Lowest Usable Frequency (inglês): frequência mínima utilizável.
• MUF — Maximum Usable Frequency (inglês): frequência máxima utilizável.
• NVIS — Near Vertical Incidence Skywave (inglês): propagação ionosférica com incidência quase vertical.
• RF — Radio Frequency (inglês): radiofrequência.
• RX — Receive / Receiver (inglês): recepção / receptor; abreviatura de uso técnico.
• SHF — Super High Frequency (inglês): frequência superalta.
• TX — Transmit / Transmitter (inglês): transmissão / emissor; abreviatura de uso técnico.
• UHF — Ultra High Frequency (inglês): frequência ultra-alta.
• VF — Velocity Factor (inglês): factor de velocidade.
• VHF — Very High Frequency (inglês): frequência muito alta.

Os códigos Q são grupos convencionais com significados definidos, não iniciais de palavras. As letras de componentes (R, L, C) representam resistência, indutância e capacidade; números como R1 ou C2 identificam componentes.

Referências terminológicas: abreviaturas da ARRL e glossário de electrónica da Analog Devices. Para os organismos e certificados: CEPT na União Postal Universal, HAREC — T/R 61-02, ITU e definições publicadas pela ANACOM. As expansões dos nomes não estabelecem regras de operação.

Fontes e versão

• Programa de exame — Anexo 1, para propagação, antenas, perdas, potência, ruído e medições;
• ITU-R P.525 — cálculo da atenuação em espaço livre, para o modelo de perda básica em espaço livre;
• ITU-R — fundamentos de propagação e link budget, para a organização de ganhos, perdas e potência recebida;
• OpenStax — espectro electromagnético, para a interacção de diferentes frequências com a atmosfera;
• ARRL — propagação, antenas e linhas, para contexto de propagação de rádio.

Estado: explicação didáctica avançada. Verificado em: 08.08.2026. Os cálculos são modelos com hipóteses declaradas; a cobertura, o nível de serviço e a conformidade dependem do sistema e das condições reais.

Perguntas do exame de 29 de outubro de 2026

A propagação auroral pode produzir um tom oscilante e áspero em CW devido à dispersão e às variações do trajecto. Não torna o tom mais puro nem se define por um eco de grande atraso. Para a identificação por camadas pedida no exame, a actividade auroral relevante para a propagação rádio associa-se à camada E, não à banda equatorial ou às camadas D e F das restantes opções.

Abaixo da frequência mínima utilizável (LUF), a absorção ionosférica e o ruído podem tornar o sinal insuficiente para a comunicação no percurso considerado. O gabarito do exame escolhe «São totalmente absorvidas pela ionosfera». Esta é uma simplificação do exame: LUF é um limiar de utilização dependente do enlace, não uma fronteira física onde toda a energia de qualquer onda desaparece. Não confundir esta pergunta com a variante relativa à frequência máxima utilizável (MUF).