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Antenas Inteligentes
Acredita-se que as primeiras antenas foram construÃdas em 1886, por um fÃsico alemão chamado Heinrich Rudolf Hertz com o objetivo de auxiliarem no estudo e no desenvolvimento das teorias sobre o eletromagnetismo. Hoje, anos após as descobertas de Hertz, qualquer antena é definida como o elemento responsável por transformar a energia eletromagnética guiada pela sua linha de transmissão em energia eletromagnética irradiada (e vice-versa, no caso de um receptor). Embora sejam de vital importância para o processo de transmissão/recepção de dados, as antenas, por diversos motivos, geralmente constituem a parte mais negligenciada de um projeto wireless. Fato que resultará em altos Ãndices de fading, delay spread, interferência cocanal, cancelamento de fase entre outros.
Sistemas de Antenas
Basicamente, são arranjos de antenas cujo objetivo é obter performances impossÃveis de serem atingidas com uma antena simples. Os sistemas de antenas utilizados em WLANs (Wireless Local Area Network) são tecnicamente diferentes dos empregados em um sistema celular, mas ambos procuram reduzir as interferências, controlar a diretividade e o ganho combinado. São exemplos de sistemas de antenas:
Sistemas setorizados: é o modo utilizado pelo sistema celular tradicional, dividindo a área a ser atendida em setores e cobrindo cada um deles por meio de antenas direcionais. A área de cobertura total deste conjunto é muito maior do que a obtida por uma simples antena omnidirecional (tipo de antena capaz de irradiar em todas as direções no plano horizontal).
Sistemas com diversidade: estes utilizam duas antenas separadas por uma pequena distância fÃsica. Quando combinados com os métodos “diversidade comutada” ou “diversidade combinada” melhoram o nÃvel do sinal recebido, reduzindo os efeitos da recepção por múltiplos caminhos. O esquema da diversidade comutada (Switched Diversity) assume que uma das antenas conseguirá entregar/receber dados com qualidade. Já o esquema da diversidade combinada (Diversity Combining) mescla os sinais recebidos por ambas as antenas e corrige os erros de fase, obtendo assim um ganho maior.
Por último há o sistema de antenas inteligentes, foco deste artigo e detalhado a seguir.
Sistemas de Antenas Inteligentes (Smart Antenna Systems)
São sistemas também conhecidos por phased array, SDMA (Spatial Division Medium Access), processamento espacial, digital beamforming entre outros. Grosso modo, eles são capazes de combinar um arranjo de antenas simples com processamento digital de sinais, transmitido e recebendo dados de forma adaptativa. Ou seja, os sinais irão se comportar de acordo com as variações do meio. Esses sistemas empregam várias tecnologias, porém as mais utilizadas são: Switched Beam e Adaptive Array, destacando que ambas procuram aumentar o ganho do sinal recebido em função da posição espacial do usuário.
Antenas do tipo Switched Beam periodicamente verificam, detectam e escolhem o feixe de sinal mais adequado para uma determinada situação, procurando manter o cliente móvel com melhor condição de transmissão e recepção. Já as antenas tipo Adaptive Array apresentam funções mais avançadas, utilizando complexos algoritmos de processamento de sinais. Elas permitem localizar e acompanhar o sinal de interesse, saltando para outros melhores sempre que houver condições. Somente o esquema Adaptive Array permite ganho ótimo ao mesmo tempo em que identifica, acompanha e minimiza os sinais indesejados. Abaixo uma imagem comparando as capacidades de um sistema convencional, Switched Beam e Adaptive Array inseridos em ambientes com baixos e altos Ãndices de interferências. Pela imagem, torna-se claro que os sistemas Adaptive Array, independentemente das condições do meio, apresentam o melhor desempenho.
Conclusão
Com o aumento da quantidade de sistemas wireless, as condições de transmissão e recepção de RF estão cada vez mais complexas, pois sinais com potências e freqüências diferentes precisam conviver no mesmo espaço fÃsico em harmonia. Hoje os sistemas de antenas inteligentes atendem a essa necessidade, fato que justifica a sua aplicação em várias tecnologias como WiMAX, Wi-Fi, TV Digital entre outras.
Filtro de RF ou de banda
Sabemos que o espectro de rádio freqüência está dividido em faixas, definidas por agências reguladoras e/ou convenções internacionais cujo objetivo é reservá-las para um determinado tipo de serviço. De acordo com a aplicação, essas faixas são divididas em freqüências menores e passam a ser chamadas de canais. No Brasil os equipamentos wireless que operam nos padrões IEEE 802.11b e/ou IEEE 802.11g, ambos em 2,4 GHz, dispõem de até 13 canais diferentes para se comunicarem. Mas praticamente todos os produtos encontrados em nosso paÃs são produzidos nos Estados Unidos, nação cujo FCC (Federal Communications Commission) limita a utilização aos 11 primeiros canais.
Nota-se que o espaçamento das freqüências centrais das portadoras é de 5 MHz. Porém, a largura de banda de cada canal é de 22 MHz. Isto significa que aparecerão ruÃdos e a comunicação ficará comprometida em situações onde o intervalo de 22 MHz não é respeitado. Por exemplo: duas redes próximas operantes nos canais 1 e 3. Isto justifica o conselho encontrado em qualquer livro sobre tecnologias Wi-Fi: “em um ambiente WLAN multicelular o ideal é combinar os canais 1, 6 e 11, arranjo que levará os 22 MHz em consideração e evitará as sobreposições e interferências”.
Fato é que na prática alguns não se preocupam em construir redes de acordo com este arranjo “ótimo”, utilizando os canais 1, 6 e 11, mas optam por agregar ao conjunto um aparelho chamado Filtro de RF (Rádio Freqüência) – também conhecido por Filtro de Banda. O filtro de RF é o elemento responsável por “isolar” os sinais de um sistema, fazendo com que o conjunto opere apenas no canal definido. Ou seja, sinais de outros canais são descartados, garantindo, desta forma, boa qualidade na transmissão e recepção de dados. Por exemplo: duas redes próximas operantes nos canais 1 e 3 podem coexistir sem qualquer problema desde que ambas empreguem ao conjunto filtros de RF. Vale salientar que há vários modelos de filtros para diversos fins (indoors, outdoors e operáveis em outras freqüências, como em 5 GHz para o padrão IEEE 802.11a), mas são relativamente caros e difÃceis de serem encontrados fora dos grandes centros. Abaixo um filtro de RF para uso indoor da HyperLink Technologies. Este trabalha em 2,4 GHz e escuta nos seguintes canais: 1, 3, 6, 9, 11, 13 e 14.
É isso!
FHSS Frequency Hopping Spread Spectrum Saltos
O método FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum – Espalhamento por Saltos em Frequências) faz parte da técnica Spread-Spectrum que, basicamente, consiste em espalhar a informação por uma banda muito maior do que a necessária para a sua transmissão. Para tal, FHSS divide a banda total em vários canais de pequena largura de banda. Desta forma, transmissor e receptor saltam por estes canais conforme uma sequência pseudo-aleatória conhecida por ambos.
Pode-se afirmar que o método FHSS usa a largura de banda de forma ineficaz, pois ocupa toda a banda para realizar o espalhamento. Por conta disso, sistemas que operam em FHSS geralmente apresentam velocidades inferiores em relação aos que trabalham em DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum). Porém, quando o assunto é segurança, FHSS é considerado robusto. Afinal, receptores não desejados – ou que não conhecem a sequência pseudo-aleatória em questão – enchergam sistemas FHSS como ruÃdos de curta duração.
Alguns dispositivos WLAN que operam na faixa de 2400 a 2483 MHz utilizam FHSS. Nesses casos, divide-se a banda total em 79 canais de 1 MHz cada e os saltos ocorrem no mÃnimo a cada 0,4 segundo.
É isso!
Telecontrolli modulos RT4 RR3
Este artigo é para quem já pensou em projetar um controle remoto capaz de ser utilizado em diversas situações. Por exemplo: no portão da garagem. Isto é possÃvel com o emprego de módulos hÃbridos. Aqui trataremos do RT4 e do RR3 da Telecontrolli. Eles possuem qualidade superior em relação aos que geralmente são encontrados no mercado. Afinal, são construÃdos com placas de cerâmica ao invés das placas de fenolite – presentes em módulos de menor qualidade.
Uma das grandes dificuldades em projetos que envolvem controles remotos sem fio (usando sinais de rádio – RF) está no processo de fabricar as bobinas e ajustá-las conforme as necessidades. Ao utilizar módulos hÃbridos, temos um circuito completo transmissor/receptor casados. Fato que simplifica uma possÃvel montagem. Além disso, neste caso, transmissor e receptor são pré-ajustados na fábrica. Isto certamente poupa o desenvolvedor de algumas dores de cabeça.
O transmissor/receptor pode ser obtido nas freqüências 315, 418 e 433 MHz. A freqüência é indicada pelo número que vem depois do tipo do módulo. Por exemplo: RT4-315 indica um transmissor de 315 MHz. Na seqüência alguns detalhes dos módulos:
RT4-XXX
Este pode ser alimentado com tensões entre 2 e 14 V e a corrente drenada tÃpica é de 4 mA. Isto resulta numa potência de saÃda de 50 ohms da ordem de -30 dBm. O alcance é de 20 a 30 metros, variáveis conforme as condições locais (nÃvel de ruÃdo, obstáculos, etc).
RR3-XXX
A tensão de operação deste módulo deve ficar entre 4,5 a 5,5 V e seu consumo tÃpico é de 2,5 mA. A taxa máxima de transmissão de dados é de 2 kHz. A saÃda no nÃvel alto tem um mÃnimo de 3,6 V. Isto é suficiente para excitar tecnologias TTL e CMOS.
Ótimo! Já sabemos algo sobre algumas peças essenciais para a montagem de um controle remoto. Agora, basta fazer duas ou três pesquisas no Google para obter os detalhes dum projeto final usando o RT4-XXX e o RR3-XXX.
É isso!
Espectro radio Microondas Microwave UHF SHF EHF
Espectro de rádio: visão básica geral
O espectro de rádio freqüência é subdividido em diversas regiões conhecidas como bandas ou faixas de ondas. Estas faixas são nomeadas conforme as freqüências de operação. Por exemplo: ondas que possuem freqüência inferior a 3 kHz são chamadas de ELF (Extra Low Frequency). Já ondas que trabalham entre 3 e 30 kHz são conhecidas por ULF (Very Low Frequency) e assim por diante.
As bandas de alta freqüência são empregadas em serviços cuja taxa de transferência deve ser elevada. As de baixa freqüência, por outro lado, são aplicadas em situações que não exigem grandes velocidades.
Observação: a degradação de sinal cresce de acordo com o aumento de freqüência. Ou seja: quanto mais baixa for a freqüência menor é a atenuação. Isto explica porque a luz (alta freqüência) não é capaz de atravessar paredes e o rádio (baixa freqüência) consegue sem qualquer problema. Eis outro exemplo interessante quando falamos de rádio. Aqueles que operam na banda LF ou LW (Low Frequency – Long Wave) fazem transmissões AM. Sua abrangência é bem maior em relação aos que operam em VHF (Very High Frequency) – banda utilizada em transmissões FM.
Microondas: visão básica geral
As ondas que operam em UHF (Ultra High Frequency), SHF (Super High Frequency) e EHF (Extremely High Frequency) são conhecidas por microondas. Sem muito esforço, conclui-se que este nome se deve ao pequeno comprimento de onda utilizado nessas bandas. Elas são comumente utilizadas em telefones celulares, redes wireless, satélites, radares (RAdio Detection And Ranging), etc.
A banda UHF compreende o intervalo de 300 MHz a 3 GHz. Já o intervalo da banda SHF vai de 3 GHz a 30 GHz e suas ondas são conhecidas por “centimétricas”. Para fechar, EHF trabalha na faixa de 30 GHz a 300 GHz e suas ondas são chamadas de “milimétricas”.
O comprimento de onda da banda UHF é de 0,1 a 1 metro. As ondas que trabalham em SHF variam de 10 a 100 mm e as que operam em EHF vão de 1 a 10 mm.
O espectro eletromagnético abaixo de 30 GHz é muito explorado, principalmente por sistemas de telecomunicações. Por outro lado, a banda EHF se encontra relativamente inexplorada. Isto ocorre porque as técnicas de geração, detecção, transmissão e amplificação nesta banda ainda não são tão desenvolvidas quanto em SHF e bandas inferiores. Alias, os componentes (guias de onda, antenas, válvulas osciladoras, etc) possuem dimensões bastante diferentes em SHF e EHF.
É isso!
