Categoria 2 · consolidação técnica

Propagação HF, VHF e UHF

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

Consultar as siglas: expressão original e significado em português.

Objectivos

No final deste módulo, o estudante deve conseguir:

• comparar os mecanismos de propagação que devem ser estudados em HF, VHF e UHF;
• explicar a importância de linha de vista, altura, relevo e obstrução;
• distinguir onda terrestre, onda celeste, difracção e efeitos troposféricos;
• usar os termos salto, MUF e desvanecimento sem os transformar em garantias de alcance;
• planear uma observação de campo com registos reproduzíveis.
• descrever qualitativamente as regiões D, E e F da ionosfera;
• distinguir reflexão/refracção ionosférica, espalhamento meteorítico, propagação troposférica e percurso por satélite;
• calcular a perda de espaço livre em casos simples;
• explicar zona de Fresnel, difracção e o efeito da polarização no percurso.

Mapa de leitura

Antes de dizer que “a propagação abriu” ou “a banda não funciona”, identifica cinco elementos:

1. banda e modo: HF, VHF ou UHF; largura de banda e polarização;
2. geometria: distância, altura, linha de vista, relevo e zona de Fresnel;
3. meio: ionosfera, troposfera, chuva, obstáculos, edifícios ou solo;
4. tempo: hora, estação do ano, actividade solar, meteorologia e duração do fenómeno;
5. observação: frequência, localização, intensidade, ruído, direcção e se o efeito foi repetível.

Uma boa explicação separa o mecanismo provável da certeza. O mesmo aumento de sinal pode resultar de uma mudança ionosférica, de uma reflexão local, de uma melhoria da antena ou simplesmente de menos ruído no receptor.

Vocabulário mínimo

A banda orienta a pergunta

As siglas HF, VHF e UHF identificam famílias de frequências, mas não substituem a frequência concreta, a largura de banda, o modo, a antena ou as regras aplicáveis. O diagrama resume mecanismos para estudo:

• em HF, a ionosfera pode participar no percurso, permitindo trajectórias com um ou mais saltos e também absorção;
• em VHF, a linha de vista, a altura das antenas, o relevo e a difracção são perguntas centrais;
• em UHF, obstáculos, edifícios, vegetação e perdas de alimentação podem alterar rapidamente o nível local, embora também existam fenómenos troposféricos;
• em todas as bandas, polarização, ganho, perdas, ruído e interferência continuam a contar.

“HF propaga sempre para longe” e “VHF só funciona em linha de vista perfeita” são simplificações que falham. A propagação real é uma combinação de geometria, ambiente e estado da atmosfera.

Aplicações e condições a reter

A dispersão por meteoros usa rastos temporários de ionização para dispersar ou devolver ondas rádio. Na comparação histórica das opções, 28–148 MHz é o intervalo associado ao mecanismo, cobrindo a região de HF alta e VHF. A abertura é breve e depende da geometria, actividade meteórica e frequência; esse intervalo técnico não é uma atribuição legal contínua de espectro.

O comprimento de onda é uma distância e exprime-se em metros. Relaciona-se com velocidade e frequência por \(λ = v/f\).

Linha de vista, relevo e difracção

Uma linha de vista rádio não é exactamente igual a uma linha geométrica desenhada num mapa. A altura das antenas, a curvatura aparente do percurso, o relevo e a zona de Fresnel influenciam a perda. Um obstáculo pode bloquear, reflectir ou difractar parte da energia.

Para uma primeira análise:

1. marcar a posição e altura aproximada das antenas;
2. observar o perfil do terreno e os obstáculos próximos;
3. confirmar polarização e orientação;
4. estimar perdas de cabo, conectores e desadaptação;
5. medir em mais do que um ponto e em mais do que um momento.

Uma ligação que funciona num ponto não prova que toda a área esteja coberta. Sombras locais, reflexões e multipercurso podem produzir zonas muito diferentes a poucos metros de distância.

Aplicações e condições a reter

Polarizações diferentes podem causar forte perda de acoplamento e tornar a ligação muito mais fraca. A magnitude concreta depende do ângulo de polarização, do ambiente e do multipercurso.

No espaço livre, as ondas rádio propagam-se aproximadamente à velocidade da luz, 300 000 km/s, ou \(3 \times 10⁸ m/s\).

HF, ionosfera e saltos

Na HF, regiões ionizadas da atmosfera podem refractar ou devolver energia para a Terra. A distância de um salto, a absorção e a possibilidade de a frequência atravessar ou não uma região variam com hora, estação, actividade solar, ângulo de elevação, frequência e estado ionosférico.

MUF significa frequência máxima utilizável num percurso e condição definidos. Não é uma fronteira universal da atmosfera nem um valor permanente para uma banda inteira. Um percurso pode ainda ser limitado por ruído, absorção ou nível mínimo necessário antes de atingir a MUF.

Actividade solar e ciclo de aproximadamente onze anos

O número de manchas solares (sunspot number) mede a actividade solar a partir da contagem de manchas individuais e de grupos de manchas solares. Não é um identificador de uma mancha nem uma medição do fluxo de rádio solar: o índice de fluxo solar, habitualmente referido a 2,8 GHz, é outra grandeza. A contagem de manchas e grupos é a base do índice publicado pelo WDC-SILSO, Observatório Real da Bélgica.

O número de manchas solares e a actividade ultravioleta variam num ciclo cuja escala típica é de aproximadamente onze anos. Essa variação altera a ionização disponível e pode favorecer percursos HF mais altos em determinadas fases. Não é um relógio que permita prever um contacto isolado: hora, estação, latitude, perturbações geomagnéticas, frequência, ângulo de elevação, antena e ruído continuam a determinar o percurso concreto. Usa o ciclo solar como contexto de uma previsão, nunca como garantia de propagação.

Regiões ionosféricas

Para estudo introdutório, a ionosfera é descrita por regiões com propriedades que variam com hora, estação, latitude, actividade solar e iluminação:

• D: aproximadamente 60–90 km; durante o dia pode absorver sobretudo frequências mais baixas de HF e enfraquecer sinais;
• E: aproximadamente 90–150 km; pode refractar HF e, em episódios de E esporádica, produzir percursos anormalmente fortes em VHF;
• F: região mais alta, aproximadamente 150–500 km; é a principal responsável por muitos percursos de longa distância em HF e pode dividir-se em F1/F2 durante o dia.

Estes intervalos são aproximações didácticas, não superfícies fixas. A energia de RF não “bate num espelho” perfeito: a refracção depende da densidade electrónica, da frequência e do ângulo de incidência. Frequências diferentes podem seguir percursos diferentes ao mesmo tempo.

Outros mecanismos de interesse

• E esporádica: camada E irregular e temporária, frequentemente associada a sinais fortes e percursos de algumas centenas a milhares de quilómetros em VHF baixo; não é previsível como uma cobertura garantida;
• espalhamento meteorítico: a ionização deixada por meteoros pode criar percursos muito curtos em VHF, normalmente intermitentes;
• auroral: irregularidades em regiões aurorais podem permitir recepção com distorção e polarização alterada;
• satélite: a ligação usa um percurso acima do horizonte e depende de visibilidade, antenas, perdas, doppler e orçamento de ligação; não é “propagação ionosférica” por definição.

VHF e UHF são comuns em ligações via satélite porque, em muitos percursos, são menos afectados pela refracção/absorção ionosférica que HF e permitem antenas direccionais de dimensões práticas. O efeito Doppler existe e cresce com a frequência e a velocidade radial; deve ser previsto, não ignorado.

Em bancos de exame aparece frequentemente o intervalo 28–148 MHz como a gama mais adequada ao espalhamento meteorítico. A ideia física é que as trilhas ionizadas duram pouco e tendem a devolver melhor frequências de HF alto e VHF baixo; acima disso, a eficiência diminui e são necessárias condições e técnicas mais exigentes. O intervalo é uma referência didáctica histórica, não uma autorização contínua para emitir em todas as frequências entre os extremos. Em Portugal só se pode operar nas faixas e condições autorizadas para o serviço de amador e para a categoria aplicável.

Aplicações e condições a reter

A camada E esporádica pode reflectir/refractar sinais VHF e abrir percursos de longa distância de forma temporária e irregular.

As condições da ionosfera mudam com hora, actividade solar e outros factores, podendo abrir ou fechar um percurso de HF.

A ionosfera, especialmente as regiões E e F, pode refractar sinais de HF e devolvê-los para a superfície, permitindo percursos de onda celeste.

A camada E fica abaixo da camada F e acima da camada D na organização didáctica habitual da ionosfera.

As camadas habitualmente consideradas são D, E e F; a região F pode ainda ser dividida em F1 e F2.

A camada F é a principal região associada a muitos percursos ionosféricos de longa distância em HF, embora a disponibilidade dependa das condições e da frequência.

A camada D é a mais próxima da superfície entre D, E, F1 e F2, embora possa absorver HF inferior durante o dia.

Uma abertura de E esporádica pode reflectir/refractar VHF e permitir recepção a longa distância de forma temporária.

VHF e UHF são, em geral, menos afectadas pela propagação ionosférica do que HF, o que permite ligações via satélite sem depender de reflexão/refracção ionosférica como mecanismo principal.

A ionosfera é uma região da atmosfera constituída por gases parcialmente ionizados, organizados em camadas com comportamento variável. Não é uma cintura de radiação nem um conjunto de partículas magnetizadas.

O ciclo de actividade solar tem uma duração média de cerca de 11 anos e influencia a ionização e as condições de propagação HF. A duração e a intensidade variam; o ciclo não significa que todas as condições ionosféricas se repitam exactamente.

VHF e UHF: terreno e troposfera

Em VHF e UHF, a linha de vista e o perfil do terreno têm muitas vezes um peso dominante. A troposfera também pode produzir refracção, ductos e outros efeitos que prolongam ou alteram o percurso. Estes fenómenos dependem de gradientes atmosféricos e não devem ser tratados como um modo garantido de operação.

Edifícios, árvores e estruturas metálicas podem criar reflexão e multipercurso. O receptor pode alternar entre reforço e cancelamento quando uma antena ou pessoa se move ligeiramente. A polarização desalinhada também pode reduzir o sinal útil.

Em edifícios, VHF tende muitas vezes a penetrar e a difractar melhor do que UHF por ter comprimento de onda maior, embora a geometria, os materiais, as aberturas, a polarização e os multipercursos possam inverter o resultado local. Não é correcto afirmar que UHF funciona sempre melhor no interior.

Espaço livre, Fresnel e difracção

Como primeira aproximação para um percurso em espaço livre, a perda básica é:

Legenda: \(L_{\mathrm{fs}}\): perda em espaço livre (dB); \(d\): distância (m); \(λ\): comprimento de onda (m); \(π\): constante pi; \(\log_{10}\): logaritmo de base 10. Distância e comprimento de onda devem usar a mesma unidade.

ou, usando d em km e f em MHz:

Legenda: \(L_{\mathrm{fs}}\): perda em espaço livre (dB); \(d\): valor numérico da distância em km; \(f\): valor numérico da frequência em MHz; \(\log_{10}\): logaritmo de base 10. A constante 32,45 pressupõe estas unidades.

Duplicar a distância aumenta a perda de espaço livre em aproximadamente 6 dB; duplicar a frequência também aumenta a perda em aproximadamente 6 dB, mantendo a distância. Antenas com ganho, perdas de cabo e sensibilidade do receptor pertencem ao orçamento de ligação e não estão incluídos nesta perda básica.

A zona de Fresnel é uma região elipsoidal à volta do percurso directo. Um obstáculo dentro dela pode introduzir difracção e perdas adicionais mesmo quando as duas antenas parecem geometricamente visíveis. Elevar uma antena ou afastar o obstáculo pode melhorar a ligação; aumentar potência não corrige necessariamente um nulo de multipercurso.

Aplicações e condições a reter

Em UHF, reflexões e multipercurso podem criar reforços e cancelamentos a poucos metros; deslocar o portátil pode recuperar o sinal.

Um ducto é uma condição de propagação troposférica pouco comum em que gradientes atmosféricos podem guiar ou refractar as ondas para além do alcance normal.

VHF e UHF não usam normalmente a ionosfera como mecanismo estável de longa distância; dependem sobretudo de linha de vista, altura, terreno e mecanismos troposféricos, embora existam excepções como E esporádica.

VHF e UHF não se reflectem normalmente na ionosfera como HF; o seu alcance é condicionado por linha de vista, terreno, altura e outros mecanismos de propagação.

Desvanecimento e relação sinal/ruído

O nível recebido é apenas uma parte do problema. A qualidade depende da relação entre sinal, ruído e interferência dentro da largura de banda do modo. O desvanecimento pode ser lento ou rápido e pode afectar amplitude, fase ou ambos.

Ao comparar dois locais, não dizer apenas “o sinal é S9” ou “não chega”. Registar frequência, modo, largura de banda, antena, orientação, altura, potência, perdas, hora, ruído e condições meteorológicas relevantes. Uma medição repetível vale mais do que uma impressão isolada.

O SNR é a relação entre potência do sinal desejado e potência do ruído numa largura de banda definida. Um sinal pode parecer forte no S-meter e continuar ilegível devido a ruído ou interferência. O LUF é a frequência mínima utilizável quando a absorção/ruído impede um percurso satisfatório; em HF, a faixa praticável pode ser pensada entre uma LUF e uma MUF, mas o intervalo muda com o percurso e o momento.

Aplicações e condições a reter

As mudanças do nível recebido numa ligação ionosférica chamam-se desvanecimento, ou fading.

Exemplo de observação VHF

Uma estação em \(145 MHz\) é ouvida a \(80 km\) por uma antena elevada, mas desaparece quando a antena é baixada alguns metros. A explicação inicial deve considerar linha de vista, relevo, zona de Fresnel, polarização e multipercurso; não se deve concluir automaticamente que houve reflexão ionosférica. Regista a hora, a frequência, o nível, o local, a altura e as condições antes de comparar com outro dia. Se um meteoro produzir uma abertura breve, o percurso pode ser intermitente e não reproduzível.

Diagnóstico guiado: uma ligação VHF desapareceu

Começa por separar uma falha da estação de uma alteração de propagação:

1. confirma frequência, modo, potência, antena, cabo e alimentação;
2. escuta uma estação ou sinal conhecido para perceber se o receptor continua funcional;
3. verifica linha de vista, altura, obstáculos recentes e polarização;
4. compara hora, localização, nível e ruído com observações anteriores;
5. só então considera difracção, troposfera, multipercurso ou desvanecimento.

Em HF acrescenta a frequência crítica do percurso, a possibilidade de saltos, a absorção e a actividade ionosférica. Não uses “ionosfera” como explicação automática para qualquer contacto distante: a banda, a geometria e a repetição do efeito têm de ser compatíveis.

Exercícios

Tenta responder antes de abrir a resposta.

Erros frequentes

• usar nomes de bandas como se fossem faixas legais ou previsões de alcance;
• confundir MUF com a frequência máxima possível em qualquer percurso;
• ignorar zona de Fresnel, obstáculos e perdas de alimentação;
• atribuir todo o desvanecimento à ionosfera;
• tratar o ciclo solar de onze anos como previsão exacta de uma ligação;
• comparar estações com antenas, modos e larguras de banda diferentes;
• aumentar potência antes de verificar instalação, ruído, polarização e segurança.

Resumo e glossário

Propagação é o conjunto de efeitos que determina como a energia chega da antena emissora à receptora. Em HF, a ionosfera pode permitir percursos por saltos; em VHF/UHF, a geometria, o relevo, a troposfera e os obstáculos tendem a dominar, embora existam outros mecanismos. Linha de vista, Fresnel, difracção, perdas, ruído e desvanecimento devem ser analisados em conjunto.

Siglas e abreviaturas usadas neste módulo

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

• ANACOM — Autoridade Nacional de Comunicações (português): regulador português das comunicações.
• ARRL — American Radio Relay League (inglês): associação norte-americana de radioamadores.
• 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.
• NOAA — National Oceanic and Atmospheric Administration (inglês): administração oceânica e atmosférica dos Estados Unidos.
• QNAF — Quadro Nacional de Atribuição de Frequências (português): quadro nacional de atribuição de frequências.
• RF — Radio Frequency (inglês): radiofrequência.
• SNR — Signal-to-Noise Ratio (inglês): relação sinal/ruído.
• UHF — Ultra High Frequency (inglês): frequência ultra-alta.
• 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, HF/VHF/UHF, ruído, antenas e medições;
• ARRL — propagação, antenas e linhas, para mecanismos e observação de propagação;
• ITU-R — fundamentos de propagação e link budget, para modelos, percurso e perdas;
• OpenStax — espectro electromagnético, para o enquadramento físico das frequências.
• ITU-R P.533 — previsão de circuitos HF, para MUF, LUF, ionosfera, modos de percurso, força de campo e SNR.
• ITU-R P.525 — atenuação no espaço livre, para a fórmula de perda básica de espaço livre.
• ITU-R P.1812 — propagação terrestre ponto-área, para percursos terrestres entre 30 MHz e 6 GHz.
• ITU — Emergency Telecommunications Handbook, parte III, para regiões D/E/F, saltos HF, perdas de cabos e sistemas de antena.
• NOAA Space Weather Prediction Center — ciclo solar, para a escala aproximada da variação da actividade solar; a previsão de um percurso continua a exigir condições locais e do circuito.

Estado: explicação didáctica técnica. Verificado em: 11.08.2026. O intervalo técnico referido para meteor scatter não substitui as faixas, potências nem as condições legais de operação; esses elementos devem ser confirmados nas publicações vigentes da ANACOM e no QNAF aplicável.