NAVEGAÇÃO, EM RUMO AO CONHECIMENTO.

                                       MARINHA DO BRASIL

                                                                   DIRETORIA DE PORTOS E COSTAS

                                                                  ENSINO PROFISSIONAL MARÍTIMO

                                                                                          EROG

                                                                  ESPECIAL DE RADIOPERADOR GERAL

                                                                1ª.edição

                                                            Rio de Janeiro

                                                                  2009

UNIDADE 1

                                PRINCÍPIO DAS COMUNICAÇÕES MARÍTIMAS

Nesta unidade, você vai:

Todos os modos de comunicação fazem parte do nosso dia-a-dia, afinal através dela encurtamos as distâncias, rompemos barreiras, transpomos mares e interagimos com o mundo.

É importante que você se conscientize de que a comunicação a bordo é uma questão de segurança, ou seja, os meios de que se dispõe a bordo para promover a comunicação com outra embarcação ou com uma estação de terra são, primeiramente, para transmitir e receber mensagens referentes a assuntos que dizem respeito à segurança da vida humana e da navegação.

Portanto, mensagens de conteúdo operacional, comercial ou mesmo social devem ser secundárias, restringindo-se ao mínimo necessário na ocupação do tráfego das comunicações e sendo preteridas em relação a qualquer mensagem com teor de segurança.

As radiocomunicações empregadas na navegação, assim como em outros setores, utilizam-se de ondas eletromagnéticas como portadoras da mensagem; no entanto, essas ondas são geradas a bordo por um equipamento transmissor, que, por sua vez, necessita ser alimentado por corrente elétrica.

O Serviço Móvel Marítimo permite a comunicação através de rádio entre uma pessoa em terra, e outra que esteja a bordo de uma embarcação em qualquer parte do mundo, e vice-versa.

Atendendo à comunidade marítima, composta por armadores, agências de viagem, companhias marítimas, transportadores marítimos de carga, proprietários de embarcações de lazer e empresas de pesca, o serviço agiliza comunicações sociais, administração da frota, comunicações de negócio, troca de informações estratégicas e comunicações de segurança.

As letras e os números utilizados nas comunicações têm nome e pronúncia especiais, a fim de serem reconhecidos internacionalmente. Observe na tabela abaixo o nome e a pronúncia utilizados e tente memorizar cada um deles, porque daqui para frente só iremos nos referir a letras e números pelos seus nomes internacionais. No Anexo 1 são apresentadas as as bandeiras alfabéticas, os galhardetes numerais e as cornetas substitutas.

                                                                                  ALFABETO FONÉTICO

TABELA FONÉTICA DE ALGARISMOS

 A onda eletromagnética gerada por um equipamento de radiocomunicação é portadora da mensagem que transmitimos ou recebemos.

Pois bem, podemos dizer que uma onda eletromagnética é o resultado dos aumentos e diminuições rápidos de um campo magnético que, por sua vez, é produzido pela energização e desenergização alternada de um circuito que, em linguagem eletrotécnica, chama-se oscilador,que é especialmente projetado para a geração dessas ondas.

Parece meio complicado, à primeira vista, mas não é não. Veja que, na verdade, o oscilador é uma parte do equipamento de radiocomunicação responsável pela geração das ondas eletromagnéticas, que, a partir da antena, são colocadas na atmosfera.

Para você entender melhor esse fenômeno, imagine o que acontece quando jogamos uma pequena pedra sobre uma superfície de águas calmas de um lago. Certamente, vai gerar uma série de ondas que irão se propagar a partir do local onde a pedra foi jogada; nesse exemplo, a pedra faz as vezes do oscilador e a superfície do lago da atmosfera terrestre, onde as ondas eletromagnéticas se propagam.

Veremos, a seguir, um pouco sobre a terminologia da onda eletromagnética.

1.1.1 Terminologia

Uma onda é composta de uma parte positiva, que fica acima da linha média (tempo/distância), sua crista é o ponto de maior amplitude em relação a linha média, e uma parte negativa, que fica abaixo da linha média, e seu cavado  é a parte de maior amplitude em relação a linha média (é o inverso da crista). A onda eletromagnética, como portadora e transportadora da mensagem, tem características como amplitude e frequência, que irão influenciar na propagação, ou seja, alcançarão ou não os lugares desejados.

Ciclo

É a distância entre dois pontos iguais. Observando o esquema anterior, podemos dizer que o ciclo compreende a distância entre 0° e 360°.

Amplitude

É a distância vertical entre o um ponto da onda e a linha de tempo/distância. Assim, a amplitude indica a sua intensidade (força) no ponto considerado.

Frequência

É o número de oscilações ou ciclos de uma onda durante um período de tempo. A unidade com que se mede a frequência denomina-se, ciclo por segundo (c/s) ou Hertz (Hz),ou seja, um Hertz é a frequência ou uma oscilação de uma onda cujo período é um segundo.

Normalmente, devido ao uso de grandes valores para a frequência, recorremos aos seus múltiplos (KHz, MHz, GHz e THz).

Comprimento de Onda

Ao comprimento representado pela letra grega LAMBDA (λ) chama-se comprimento de onda e representa a distância a que se propaga a onda durante um período do respectivo movimento ou representa a distância medida sobre a direção de propagação da onda, que separa duas partículas consecutivas da mesma fase de vibração.

O comprimento de onda está relacionado com a frequência através da seguinte fórmula:

λ= c/fcom c  em metros/seg e f em Hz

Onde c representa a velocidade da luz, ou seja, c= 3x10⁸ m/s.

Sabendo-se que uma onda tem uma frequência de 15000 kHz, qual é o seu comprimento?

λ = c/f

λ = 3x10⁸/ 15 x 10⁶

λ = 20 m

Desta relação apresentada, podemos tirar uma conclusão muito importante:

Antes de terminar, vamos ver mais alguns conceitos importantes para a continuidade de nosso estudo a respeito de onda eletromagnética.

O comportamento das ondas eletromagnéticas é afetado pelo meio que atravessam. Os efeitos da atmosfera e da superfície da Terra que afetam a propagação e interessam diretamente às comunicações são: difração, polarização, dispersão ou difusão, interferência (não depende da atmosfera), refração, reflexão e absorção.

Difração

É a redistribuição de onda além dos limites numa região na qual a condutibilidade e constante dielétrica mudam. O efeito de difração varia com a frequência e é mais importante nas frequências baixas do que nas altas.  Nas frequências muito altas, o fenômeno de difração é ainda observado, mas não tão claramente.

Polarização

A eficiência da propagação e recepção das ondas radioelétricas é afetada pelo seu modo de polarização. Uma onda é polarizada horizontalmente, quando o vetor do seu campo elétrico é paralelo à superfície da Terra, e é polarizada verticalmente quando esse vetor é perpendicular à superfície da Terra. Nas baixas frequências, com transmissão ao longo do solo, todas as ondas são verticalmente polarizadas, porque as componentes horizontais produzem correntes no solo, que rapidamente absorvem a energia de tais componentes. Em ondas longa e média, usa-se a polarização vertical. Nas frequências mais altas, o solo desempenha pequena influência e as ondas podem ter qualquer polarização.

Dispersão ou difusão

Dispersão é a reflexão de ondas radioelétricas por massas irregulares existentes em zonas de camadas ionosféricas e troposféricas, ou ainda em superfícies irregulares da terra ou do mar.

Interferência

Se duas ou mais ondas eletromagnéticas chegam simultaneamente ao mesmo ponto do espaço, poderemos ter uma interferência. A quantidade dessas interferências dependerá da fase e da frequência das ondas envolvidas e não da atmosfera.

Refração

Na atmosfera, as ondas eletromagnéticas propagam-se em linha reta. Contudo, se estiverem deslocando-se em meio de diferentes densidades, o que é normal acontecer, essas ondas, ao atravessarem essas camadas, alterarão seu percurso para direções oblíquas, refratando-se tal como a luz ao atingir uma superfície prismática.

 Reflexão – Absorção

Uma onda eletromagnética, ao atingir um meio (B) de propagação com características diferentes do meio (A), retorna ao meio (A) com um ângulo de reflexão igual ao ângulo de incidência (medido no mesmo plano). Superfícies boas condutoras refletem, ao passo que  as más condutoras refratam. E a maioria dos materiais não reflete nem refrata completamente e, sim, reflete e absorve, simultaneamente, frações da onda eletromagnética incidente.

A propagação da onda rádio se dá, normalmente, por meio da reflexão que ocorre nas camadas da atmosfera ou na própria superfície da Terra. Portanto, podemos afirmar que uma boa propagação só ocorrerá quando houver condições favoráveis de reflexão.

Observe que esse fato é fácil de ser comprovado e, certamente, você já deve ter tido a oportunidade, quando navegando longe da costa, de não conseguir sintonizar nenhuma estação comercial de rádio, com seu radinho a pilha, durante o dia. Contudo, à noite, era possível sintonizar várias estações, inclusive algumas que estavam a muitas milhas de distância de onde você se encontrava.

Conclui-se que existem momentos e circunstâncias que propiciam maior facilidade de propagação da onda rádio (onda eletromagnética), ou seja, propiciam melhores condições de reflexão.

Então, deduzimos que:

Vejamos com mais detalhes como acontece a propagação na atmosfera.

1.2.1 Camadas da Ionosfera

A atmosfera terrestre é dividida em várias camadas, e a camada de maior importância para a reflexão das ondas rádio é a última, ou seja, é a parte superior da atmosfera, denominada de ionosfera. A ionosfera fica situada aproximadamente entre 60 e 1000 km da superfície terrestre, na qual a matéria se encontra em estado de ionização.

Sob certas condições, uma porção da energia eletromagnética de uma onda rádio pode ser refletida na ionosfera e voltar à Terra, quando, então, a chamaremos de onda refletida.               Durante o dia, a ionosfera está sujeita a um bombardeamento contínuo dos raios ultravioleta do Sol. Esses raios de alta energia fazem com que os elétrons (-) das moléculas gasosas da parte superior da atmosfera se libertem, formando camadas ionizadas, daí o nome ionosfera. Essas camadas ionizadas alcançam sua máxima intensidade quando o sol está a pino.

 Existem quatro camadas na ionosfera de importância para o estudo da propagação das ondas rádio. Observe o esquema abaixo:

PERÍODO

                                                         DIURNO                                                         

NOTURNO

CAMADAS

observe que, no período noturno, a camada D desaparece permanecendo as  camadas E, F1 e F2, devido à não-incidência de raios ultravioleta do Sol, o que propicia, também, uma condição favorável para a propagação, como veremos mais adiante.

Todas as camadas da ionosfera são variáveis de alguma forma, com seus padrões principais em função dos períodos diurnos/noturnos, das estações do ano e do ciclo solar.

As camadas F1 e F2, no período noturno, tendem a se fundirem em uma só camada, denominada simplesmente de camada F, que tem grande importância na propagação de ondas de pequeno comprimento, ou seja, de alta frequência.

Resumindo as primeiras camadas da ionosfera, camadas D e E, são importantes na reflexão de ondas de grande comprimento e, portanto, de baixa frequência.

Entretanto, são permeáveis a ondas curtas, enquanto as camadas F, que são as camadas superiores da ionosfera, são importantes barreiras de reflexão para as ondas curtas, portanto de alta frequência.

1.2.2 Qualidade da Propagação

1.2.3 Padrão de Radiação

As ondas rádio podem ser classificadas conforme sua forma de radiação. Observe os esquemas a seguir:

Continuaremos estudando alguns assuntos relativos a radiocomunicações, mais especificamente às faixas de frequência e suas implicações.

Está lembrado da fórmula?

f = c/ ג

f = 3x10⁸/ ג

Observando a fórmula, conclui-se que, quanto maior for o comprimento da onda, menor será a frequência; e, quanto maior for a frequência, menor será a onda (ondas curtas).

As ondas mecânicas compreendidas entre 20 Hz e 20.000 Hz (20 kHz) são denominadas de ondas sonoras, isto porque suas frequências estão na mesma faixa de audição do ouvido humano. Por outro lado, as ondas rádiosão aquelas geradas em circuitos de radiotransmissões por oscilações eletromagnéticas e captadas por uma antena de               radiorrecepção.

1.3.1 Faixas de Frequência

As ondas hertzianas são divididas em oito faixas de frequência. Cada uma dessas faixas tem uma aplicação nas comunicações (curta, média ou longa distâncias) ou nos sistemas da navegação (radar, radiogoniométria e outros). As siglas que identificam essas faixas de frequência correspondem às primeiras letras de sua identificação em inglês e dessa forma são conhecidas internacionalmente.

Vejamos quais são elas:

1.3.2 Frequência Máxima Utilizável (MUF)

Procura-se, por razões de atenuação, que a frequência utilizada em uma transmissão a cada momento seja a mais elevada possível, pois a absorção nas camadas ionosféricas decresce quando a frequência aumenta. Não se pode, porém, subir a frequência acima de determinados valores, sob pena de as ondas atravessarem as camadas, não se refletindo para a Terra.

A máxima frequência que é refletida na ionosfera de algum modo particular é conhecida como “frequência máxima utilizável” (MUF). A MUF depende da hora do dia, da estação do ano, da latitude e do ciclo de manchas solares. A MUF varia de acordo com qual camada é responsável pela reflexão de volta à Terra. Para cada camada, a mais alta MUF é obtida quando o caminho da onda deixa a Terra tangencialmente. Assim, ela aproxima-se da camada de modo tão oblíquo quanto possível.

Os serviços de previsão ionosférica publicam cartas, ábacos e programas que indicam, em função da estação (por exemplo, Rio Rádio), da latitude e da distância, as frequências máximas utilizáveis (MUF).

1.3.3 Frequência ótima de trabalho (FOT)

A absorção atmosférica é muito menor à noite do que durante o dia. Entretanto, a atenuação das menores frequências de HF pouco difere das maiores durante o dia. Já que a MUF, à noite, sob determinadas condições, geralmente será menor que a metade da diurna, isso significa que, para comunicações a longa distância durante a noite, é possível a utilização de frequências consideravelmente menores. A MUF, para determinada comunicação, é maior durante os meses de verão que durante os de inverno. Nas tempestades ionosféricas, a MUF pode tornar-se mais baixa para transmissões, em algumas direções, e maior para outras.

No planejamento da “frequência ótima de trabalho ou tráfego” (FOT) para determinado dia, estação do ano, distância e direção, é necessário tomar todas essas variações em consideração.

Na prática, a primeira escolha para manter boas comunicações em determinado circuito deve ser na ordem de 0,85 da MUF.

FOT = 0,85 MUF

Sob condições normais a “janela” de frequências disponíveis varia, preliminarmente, como se segue:

1.3.4 Faixas de Frequência e a Propagação

As relações entre os diferentes mecanismos de propagação e as diferentes faixas de frequência são apresentadas abaixo:

• VLF -em VLF, a onda rádio segue a curvatura da superfície da Terra e é conhecida como onda terrestre. O alcance do sinal de uma onda terrestre é em função da variação de perdas de energia no solo, que são dependentes do grau de condutividade. Os sinais de VLF são bem refletidos na camada D da ionosfera e, como a altura da camada D é da mesma ordem de grandeza dos comprimentos de onda em VLF, o efeito é que se forma um guia de ondas para os sinais de VLF entre o solo e a camada D.

               Nessas condições, a atenuação do sinal é muito pequena e as transmissões podem alcançar até 12000 milhas náuticas. Imensos arranjos de antenas são normalmente utilizados em VLF associadas a transmissores com alta potência de saída, a fim de permitir uma cobertura global. Os sinais de VLF penetram a superfície do mar em profundidades de algumas dezenas de metros, possibilitando uma efetiva comunicação com submarinos imersos.

• LF -em LF predomina a propagação de onda terrestre, como em VLF, mas por serem frequências maiores, o alcance é reduzido, particularmente sobre terra, devido ao efeito de atenuações maiores nos solos de baixa condutividade, quando o comprimento de onda é reduzido. O efeito de guias de ondas entre o solo e a camada D também se aplica em LF e, na realidade, as condições são mais estáveis que em VLF.

Alcances de mil ou duas mil milhas náuticas são possíveis em LF, mas novamente são necessárias grandes antenas e transmissores com alta potência de saída.

• MF -as comunicações em MF também dependem da propagação das ondas terrestres, mas com grande redução no alcance em função do aumento do efeito de atenuação na superfície terrestre. Entretanto a propagação em ondas celestes começa a tornar-se significativa, sobretudo à noite, aumentando significativamente o alcance.

Uma estação costeira em MF pode conseguir boas comunicações por voz, em distâncias de até 300 milhas náuticas. Estações de navio, com transmissores menos potentes e arranjos de antenas menos elaborados, podem esperar alcances de comunicações de até 150 milhas náuticas em radiotelefonia e de 300 milhas náuticas em DSC/telex.            

• HF -a considerável variação de radiocomunicações em HF é conseqüência da propagação do sinal ser predominantemente por ondas celestes, tanto à noite como durante o dia. O sinal por onda terrestre ainda está presente, mas atenua rapidamente para um valor desprezível para as comunicações comerciais. A camada D da ionosfera tem pouco efeito nas frequências acima de 4 MHz e a propagação a longa distancia é realizada pela reflexão nas camadas E e F. Em termos gerais, quanto mais a alta a frequência de HF utilizada, maior o alcance.

              A propagação a longa distancia também é possível como resultado de múltiplas reflexões entre o solo e a ionosfera ou ainda entre as próprias camadas da ionosfera. A melhor política para obtenção de comunicações em HF confiáveis é usar a mais alta frequência consistente com a distância do circuito rádio, utilizando-se de uma simples reflexão aplicando-se os conceitos de MUF e FOT vistos anteriormente. 

• VHF -acima de 50 MHz, o mecanismo de propagação predominante é o de onda espacial, direta ou refletida. Para comunicações por satélite uma visão desobstruída do satélite é necessária e a antena da estação terrena de navio deve ser instalada de maneira a obter a melhor visibilidade possível. Para comunicações terrestres, o alcance depende das alturas das antenas transmissoras e receptoras. O horizonte rádio em VHF é maior que o horizonte óptico na razão de 4/3.
• UHF e SHF -nessas faixas, a propagação é feita através de ondas troposféricas e reflexões diversas (televisão, comunicações via satélite, auxílios à navegação radar e SART).

1.3.5 Modulação

Uma série de ondas eletromagnéticas transmitida em frequência e amplitude constante é chamada de onda contínua ou abreviadamente CW (Continuous Wave). Essa onda não pode ser ouvida exceto nas baixas frequências onde elas podem produzir um forte zumbido em um receptor.

Entretanto, esse tipo de onda, sendo modificada, ou seja, modulada, poderá servir de transporte para uma outra que carregue a mensagem. Quando isso ocorre, a onda contínua passa a ser denominada de onda portadora.

Então, modulação é o mecanismo no qual a onda portadora de radiofrequência é usada para a transmissão da informação. No contexto marítimo, o tipo de informação principalmente é em voz ou em dados.

Na prática, existem três métodos pelos quais uma onda contínua pode ser modulada, transformando-se em uma onda portadora, para conduzir informações.

1.3.6 Classes de emissão

É o conjunto das características de uma emissão, designados por símbolos padronizados, isto é, tipo de modulação da portadora principal (1º símbolo), natureza do sinal que modula a portadora principal (2º símbolo), tipo de informação que se vai transmitir (3º símbolo), e se for o caso, características adicionais tais como especificações dos sinais que vão ser transmitidos (4º símbolo) e natureza da multiplexagem (5º símbolo).

A descrição completa desses símbolos encontra-se na publicação “Radio Regulations” da União Internacional de Telecomunicações (UIT).

Designações oficiais de emissões

As designações oficiais de emissões são os códigos atribuídos às diferentes classes de emissões.

Exemplos:

H3E –  banda lateral única, portadora completa;

R3E –banda lateral única, portadora reduzida;

J3E –   banda lateral única, portadora suprimida;

F1B –   telegrafia de impressão direta em banda estreita (NBDP), com correção de erros; modulação em frequência;

G2B –telegrafia de recepção automática, utilizando um só canal com informação quantificada ou digital, utilizando uma subportadora modulada; modulação em fase.

       Designações não oficiais de emissões

As designações não oficiais de emissões referem-se a códigos mais generalizados, diferentes dos códigos das classes de emissões.

Exemplos:

TLX   –    telex

TF      –    telefone

FAX   –    fac-símile

SSB   –    banda lateral única

AM     –    modulação em amplitude

FM     –    modulação em frequência

PM     –    modulação em fase

A partir da antena a onda portadora das mensagens sai e se propaga na atmosfera. É, também, por meio dela que se recebe a onda portadoraque transporta as informações. Portanto, por meio da antena é que se viabiliza a transmissão e recepção das radiocomunicações.

O funcionamento da antena é duplo, isto é, quando emissoras irradiam para o espaço ondas eletromagnéticas geradas pelo transmissor; ao passo que, quando receptoras captam essa energia distribuída, dirigindo-a ao receptor.

O que se espera de uma antena?

1.4.1 Parâmetros das antenas

Ganho da antena

É a eficiência com que uma antena transmite e/ou recebe sinais em uma frequência em relação ao seu padrão de construção, expresso em decibéis (dB).

Espera-se de uma antena ganhos elevados, pois com isso seu padrão de radiação proporcionará maiores alcances.

Diretividade

Representa a direção ou caminho de propagação dos sinais irradiados / recebidos pela antena.

Frequência de ressonância

É a frequência em que a antena apresenta seu melhor rendimento. Essa frequência dependerá das dimensões físicas da antena. Donde se conclui que quanto maior o tamanho da antena, menor será sua frequência de ressonância.

Resistência de irradiação

É a resistência necessária para dissipar a energia absorvida da fonte geradora, que alimenta a antena. Ela é basicamente a resistência do material de que se constitui a antena.

Os materiais mais usados para confecção de antenas são: aço inox, fibra de vidro e alumínio especial.

Uma antena é um elemento capaz de irradiar e interceptar ondas de rádio. A irradiação e a recepção das ondas rádio são mais eficientes quando a antena está em ressonância. Váriasconfigurações ressonantes podem ser obtidas por antenas com dimensões de ¼ de comprimento de onda (ג) ou ½ de comprimento de onda, ou seus múltiplos. É muito importante para uma antena de transmissão estar em ressonância, mais que para uma antena receptora, a não ser que o desempenho do transmissor possa estar muito degradado devido a uma antena mal planejada. Tipos mais antigos de transmissores podem ser avariados pela alimentação em uma antena fraca. Mas modernos desenhos, usualmente, incorporam um circuito de proteção automático para desligar o transmissor ou reduzir a potência a um nível de segurança, se for necessário. 

Reflexão – Absorção

Uma onda eletromagnética, ao atingir um meio (B) de propagação com características diferentes do meio (A), retorna ao meio (A) com um ângulo de reflexão igual ao ângulo de incidência (medido no mesmo plano). Superfícies boas condutoras refletem, ao passo que  as más condutoras refratam. E a maioria dos materiais não reflete nem refrata completamente e, sim, reflete e absorve, simultaneamente, frações da onda eletromagnética incidente.

A propagação da onda rádio se dá, normalmente, por meio da reflexão que ocorre nas camadas da atmosfera ou na própria superfície da Terra. Portanto, podemos afirmar que uma boa propagação só ocorrerá quando houver condições favoráveis de reflexão.

Observe que esse fato é fácil de ser comprovado e, certamente, você já deve ter tido a oportunidade, quando navegando longe da costa, de não conseguir sintonizar nenhuma estação comercial de rádio, com seu radinho a pilha, durante o dia. Contudo, à noite, era possível sintonizar várias estações, inclusive algumas que estavam a muitas milhas de distância de onde você se encontrava.

Conclui-se que existem momentos e circunstâncias que propiciam maior facilidade de propagação da onda rádio (onda eletromagnética), ou seja, propiciam melhores condições de reflexão.

Então, deduzimos que:

Vejamos com mais detalhes como acontece a propagação na atmosfera.

1.2.1 Camadas da Ionosfera

A atmosfera terrestre é dividida em várias camadas, e a camada de maior importância para a reflexão das ondas rádio é a última, ou seja, é a parte superior da atmosfera, denominada de ionosfera. A ionosfera fica situada aproximadamente entre 60 e 1000 km da superfície terrestre, na qual a matéria se encontra em estado de ionização.

Sob certas condições, uma porção da energia eletromagnética de uma onda rádio pode ser refletida na ionosfera e voltar à Terra, quando, então, a chamaremos de onda refletida.               Durante o dia, a ionosfera está sujeita a um bombardeamento contínuo dos raios ultravioleta do Sol. Esses raios de alta energia fazem com que os elétrons (-) das moléculas gasosas da parte superior da atmosfera se libertem, formando camadas ionizadas, daí o nome ionosfera. Essas camadas ionizadas alcançam sua máxima intensidade quando o sol está a pino.

 Existem quatro camadas na ionosfera de importância para o estudo da propagação das ondas rádio. Observe o esquema abaixo:

PERÍODO

DIURNO                                                         NOTURNO

CAMADAS

observe que, no período noturno, a camada D desaparece permanecendo as  camadas E, F1 e F2, devido à não-incidência de raios ultravioleta do Sol, o que propicia, também, uma condição favorável para a propagação, como veremos mais adiante.

Todas as camadas da ionosfera são variáveis de alguma forma, com seus padrões principais em função dos períodos diurnos/noturnos, das estações do ano e do ciclo solar.

As camadas F1 e F2, no período noturno, tendem a se fundirem em uma só camada, denominada simplesmente de camada F, que tem grande importância na propagação de ondas de pequeno comprimento, ou seja, de alta frequência.

Resumindo as primeiras camadas da ionosfera, camadas D e E, são importantes na reflexão de ondas de grande comprimento e, portanto, de baixa frequência.

Entretanto, são permeáveis a ondas curtas, enquanto as camadas F, que são as camadas superiores da ionosfera, são importantes barreiras de reflexão para as ondas curtas, portanto de alta frequência.

1.2.2 Qualidade da Propagação

1.2.3 Padrão de Radiação

As ondas rádio podem ser classificadas conforme sua forma de radiação. Observe os esquemas a seguir:

Continuaremos estudando alguns assuntos relativos a radiocomunicações, mais especificamente às faixas de frequência e suas implicações.

Está lembrado da fórmula?

f = c/ ג

f = 3x10⁸/ ג

Observando a fórmula, conclui-se que, quanto maior for o comprimento da onda, menor será a frequência; e, quanto maior for a frequência, menor será a onda (ondas curtas).

As ondas mecânicas compreendidas entre 20 Hz e 20.000 Hz (20 kHz) são denominadas de ondas sonoras, isto porque suas frequências estão na mesma faixa de audição do ouvido humano. Por outro lado, as ondas rádiosão aquelas geradas em circuitos de radiotransmissões por oscilações eletromagnéticas e captadas por uma antena de               radiorrecepção.

1.3.1 Faixas de Frequência

As ondas hertzianas são divididas em oito faixas de frequência. Cada uma dessas faixas tem uma aplicação nas comunicações (curta, média ou longa distâncias) ou nos sistemas da navegação (radar, radiogoniométria e outros). As siglas que identificam essas faixas de frequência correspondem às primeiras letras de sua identificação em inglês e dessa forma são conhecidas internacionalmente.

Vejamos quais são elas:

1.3.2 Frequência Máxima Utilizável (MUF)

Procura-se, por razões de atenuação, que a frequência utilizada em uma transmissão a cada momento seja a mais elevada possível, pois a absorção nas camadas ionosféricas decresce quando a frequência aumenta. Não se pode, porém, subir a frequência acima de determinados valores, sob pena de as ondas atravessarem as camadas, não se refletindo para a Terra.

A máxima frequência que é refletida na ionosfera de algum modo particular é conhecida como “frequência máxima utilizável” (MUF). A MUF depende da hora do dia, da estação do ano, da latitude e do ciclo de manchas solares. A MUF varia de acordo com qual camada é responsável pela reflexão de volta à Terra. Para cada camada, a mais alta MUF é obtida quando o caminho da onda deixa a Terra tangencialmente. Assim, ela aproxima-se da camada de modo tão oblíquo quanto possível.

Os serviços de previsão ionosférica publicam cartas, ábacos e programas que indicam, em função da estação (por exemplo, Rio Rádio), da latitude e da distância, as frequências máximas utilizáveis (MUF).

1.3.3 Frequência ótima de trabalho (FOT)

A absorção atmosférica é muito menor à noite do que durante o dia. Entretanto, a atenuação das menores frequências de HF pouco difere das maiores durante o dia. Já que a MUF, à noite, sob determinadas condições, geralmente será menor que a metade da diurna, isso significa que, para comunicações a longa distância durante a noite, é possível a utilização de frequências consideravelmente menores. A MUF, para determinada comunicação, é maior durante os meses de verão que durante os de inverno. Nas tempestades ionosféricas, a MUF pode tornar-se mais baixa para transmissões, em algumas direções, e maior para outras.

No planejamento da “frequência ótima de trabalho ou tráfego” (FOT) para determinado dia, estação do ano, distância e direção, é necessário tomar todas essas variações em consideração.

Na prática, a primeira escolha para manter boas comunicações em determinado circuito deve ser na ordem de 0,85 da MUF.

FOT = 0,85 MUF

Sob condições normais a “janela” de frequências disponíveis varia, preliminarmente, como se segue:

1.3.4 Faixas de Frequência e a Propagação

As relações entre os diferentes mecanismos de propagação e as diferentes faixas de frequência são apresentadas abaixo:

• VLF -em VLF, a onda rádio segue a curvatura da superfície da Terra e é conhecida como onda terrestre. O alcance do sinal de uma onda terrestre é em função da variação de perdas de energia no solo, que são dependentes do grau de condutividade. Os sinais de VLF são bem refletidos na camada D da ionosfera e, como a altura da camada D é da mesma ordem de grandeza dos comprimentos de onda em VLF, o efeito é que se forma um guia de ondas para os sinais de VLF entre o solo e a camada D.

               Nessas condições, a atenuação do sinal é muito pequena e as transmissões podem alcançar até 12000 milhas náuticas. Imensos arranjos de antenas são normalmente utilizados em VLF associadas a transmissores com alta potência de saída, a fim de permitir uma cobertura global. Os sinais de VLF penetram a superfície do mar em profundidades de algumas dezenas de metros, possibilitando uma efetiva comunicação com submarinos imersos.

• LF -em LF predomina a propagação de onda terrestre, como em VLF, mas por serem frequências maiores, o alcance é reduzido, particularmente sobre terra, devido ao efeito de atenuações maiores nos solos de baixa condutividade, quando o comprimento de onda é reduzido. O efeito de guias de ondas entre o solo e a camada D também se aplica em LF e, na realidade, as condições são mais estáveis que em VLF.

Alcances de mil ou duas mil milhas náuticas são possíveis em LF, mas novamente são necessárias grandes antenas e transmissores com alta potência de saída.

• MF -as comunicações em MF também dependem da propagação das ondas terrestres, mas com grande redução no alcance em função do aumento do efeito de atenuação na superfície terrestre. Entretanto a propagação em ondas celestes começa a tornar-se significativa, sobretudo à noite, aumentando significativamente o alcance.

Uma estação costeira em MF pode conseguir boas comunicações por voz, em distâncias de até 300 milhas náuticas. Estações de navio, com transmissores menos potentes e arranjos de antenas menos elaborados, podem esperar alcances de comunicações de até 150 milhas náuticas em radiotelefonia e de 300 milhas náuticas em DSC/telex.            

• HF -a considerável variação de radiocomunicações em HF é conseqüência da propagação do sinal ser predominantemente por ondas celestes, tanto à noite como durante o dia. O sinal por onda terrestre ainda está presente, mas atenua rapidamente para um valor desprezível para as comunicações comerciais. A camada D da ionosfera tem pouco efeito nas frequências acima de 4 MHz e a propagação a longa distancia é realizada pela reflexão nas camadas E e F. Em termos gerais, quanto mais a alta a frequência de HF utilizada, maior o alcance.

              A propagação a longa distancia também é possível como resultado de múltiplas reflexões entre o solo e a ionosfera ou ainda entre as próprias camadas da ionosfera. A melhor política para obtenção de comunicações em HF confiáveis é usar a mais alta frequência consistente com a distância do circuito rádio, utilizando-se de uma simples reflexão aplicando-se os conceitos de MUF e FOT vistos anteriormente. 

• VHF -acima de 50 MHz, o mecanismo de propagação predominante é o de onda espacial, direta ou refletida. Para comunicações por satélite uma visão desobstruída do satélite é necessária e a antena da estação terrena de navio deve ser instalada de maneira a obter a melhor visibilidade possível. Para comunicações terrestres, o alcance depende das alturas das antenas transmissoras e receptoras. O horizonte rádio em VHF é maior que o horizonte óptico na razão de 4/3.
• UHF e SHF -nessas faixas, a propagação é feita através de ondas troposféricas e reflexões diversas (televisão, comunicações via satélite, auxílios à navegação radar e SART).

1.3.5 Modulação

Uma série de ondas eletromagnéticas transmitida em frequência e amplitude constante é chamada de onda contínua ou abreviadamente CW (Continuous Wave). Essa onda não pode ser ouvida exceto nas baixas frequências onde elas podem produzir um forte zumbido em um receptor.

Entretanto, esse tipo de onda, sendo modificada, ou seja, modulada, poderá servir de transporte para uma outra que carregue a mensagem. Quando isso ocorre, a onda contínua passa a ser denominada de onda portadora.

Então, modulação é o mecanismo no qual a onda portadora de radiofrequência é usada para a transmissão da informação. No contexto marítimo, o tipo de informação principalmente é em voz ou em dados.

Na prática, existem três métodos pelos quais uma onda contínua pode ser modulada, transformando-se em uma onda portadora, para conduzir informações.

1.3.6 Classes de emissão

É o conjunto das características de uma emissão, designados por símbolos padronizados, isto é, tipo de modulação da portadora principal (1º símbolo), natureza do sinal que modula a portadora principal (2º símbolo), tipo de informação que se vai transmitir (3º símbolo), e se for o caso, características adicionais tais como especificações dos sinais que vão ser transmitidos (4º símbolo) e natureza da multiplexagem (5º símbolo).

A descrição completa desses símbolos encontra-se na publicação “Radio Regulations” da União Internacional de Telecomunicações (UIT).

Designações oficiais de emissões

As designações oficiais de emissões são os códigos atribuídos às diferentes classes de emissões.

Exemplos:

H3E –  banda lateral única, portadora completa;

R3E –banda lateral única, portadora reduzida;

J3E –   banda lateral única, portadora suprimida;

F1B –   telegrafia de impressão direta em banda estreita (NBDP), com correção de erros; modulação em frequência;

G2B –telegrafia de recepção automática, utilizando um só canal com informação quantificada ou digital, utilizando uma subportadora modulada; modulação em fase.

       Designações não oficiais de emissões

As designações não oficiais de emissões referem-se a códigos mais generalizados, diferentes dos códigos das classes de emissões.

Exemplos:

TLX   –    telex

TF      –    telefone

FAX   –    fac-símile

SSB   –    banda lateral única

AM     –    modulação em amplitude

FM     –    modulação em frequência

PM     –    modulação em fase

A partir da antena a onda portadora das mensagens sai e se propaga na atmosfera. É, também, por meio dela que se recebe a onda portadoraque transporta as informações. Portanto, por meio da antena é que se viabiliza a transmissão e recepção das radiocomunicações.

O funcionamento da antena é duplo, isto é, quando emissoras irradiam para o espaço ondas eletromagnéticas geradas pelo transmissor; ao passo que, quando receptoras captam essa energia distribuída, dirigindo-a ao receptor.

O que se espera de uma antena?

1.4.1 Parâmetros das antenas

Ganho da antena

É a eficiência com que uma antena transmite e/ou recebe sinais em uma frequência em relação ao seu padrão de construção, expresso em decibéis (dB).

Espera-se de uma antena ganhos elevados, pois com isso seu padrão de radiação proporcionará maiores alcances.

Diretividade

Representa a direção ou caminho de propagação dos sinais irradiados / recebidos pela antena.

Frequência de ressonância

É a frequência em que a antena apresenta seu melhor rendimento. Essa frequência dependerá das dimensões físicas da antena. Donde se conclui que quanto maior o tamanho da antena, menor será sua frequência de ressonância.

Resistência de irradiação

É a resistência necessária para dissipar a energia absorvida da fonte geradora, que alimenta a antena. Ela é basicamente a resistência do material de que se constitui a antena.

Os materiais mais usados para confecção de antenas são: aço inox, fibra de vidro e alumínio especial.

Uma antena é um elemento capaz de irradiar e interceptar ondas de rádio. A irradiação e a recepção das ondas rádio são mais eficientes quando a antena está em ressonância. Várias configurações ressonantes podem ser obtidas por antenas com dimensões de ¼ de comprimento de onda (ג) ou ½ de comprimento de onda, ou seus múltiplos. É muito importante para uma antena de transmissão estar em ressonância, mais que para uma antena receptora, a não ser que o desempenho do transmissor possa estar muito degradado devido a uma antena mal planejada. Tipos mais antigos de transmissores podem ser avariados pela alimentação em uma antena fraca. Mas modernos desenhos, usualmente, incorporam um circuito de proteção automático para desligar o transmissor ou reduzir a potência a um nível de segurança, se for necessário.