Redes Wireless – Parte IV

 

2.8 – VSWR

 

VSWR (Voltage Standing Wave Radio) pode ser definido como um indicador de quantidade de sinal refletida de volta ao transmissor em um circuito RF. Para que toda potência transmitida chegue a antena, a impedância de cabos e conectores deve ser a mesma (casamento de impedância), do contrário teremos parte do sinal transmitido sendo refletido na linha no ponto onde não há esse casamento.

 

Essa parte do sinal que é refletida contribui para a variação no nível do sinal que está sendo transmitido.

 

VSWR é expresso como uma relação entre dois números. Esses dois números confrontam um situação de não casamento de impedância e uma outra situação em que há o casamento de impedância perfeito. Um valor típico de VWSR seria 1.5:1. O segundo número é sempre 1. Quanto menor o valor do primeiro número (mais próximo de 1), melhor casamento de impedância seu sistema terá e conseqüentemente menos sinal refletido na linha. Logo, um circuito RF com VSWR de 1.4:1 é melhor do que outro com 1.5:1. Um VSWR com 1.1:1 significa casamento de impedância perfeito e a garantia de que não sinal refletido de volta para o transmissor.

 

Um VSWR excessivo poderia causar sérios problemas em um circuito RF, além dos já citados. Pode haver inclusive queima de componentes eletrônicos, porque os dispositivos não tem nenhuma proteção contra esse sinal refletido que volta para o transmissor. Algumas medidas podem ser tomadas para evitar os efeitos negativos da VSWR:

 

» O uso de dispositivos de alta qualidade .

» Conexões bem apertadas entre cabos e conectores.

» Cabos, conectores e todos dispositivos do transmissor até a antena, devem possuir impedâncias mais próxima um dos outros quanto possível, ou seja nunca usar cabos de 75 ohms com dispositivos de 50 ohms.

 

O VSWR em um circuito RF pode ser medido com instrumentação adequada.

 

2.9 – Antenas

 

Antenas são um dos principais elementos presentes em um circuito RF. É através delas que os sinais de RF são transmitidos e recebidos. Existem dois pontos fundamentais que precisamos saber sobre antenas.

 

» Convertem sinais elétricos em sinais de RF e vice-versa.

» As dimensões físicas de uma antena estão diretamente relacionadas a frequência na qual a antena pode propagar e receber ondas de RF.

 

As antenas podem ser classificadas em Omni-direcionais e direcionais. As omni irradiam em todas as direções, enquanto que as direcionais apenas em uma determinada direção.

 

2.9.1 – Visada Direta

 

Para que haja comunicação entre transmissor e receptor em um circuito RF é preciso que haja visada direta entre as antenas dos dois lados. Por esse motivo, elas devem estar posicionadas nos lugares mais altos (normalmente topos dos prédios) e livres de obstáculos para que não ocorram os já citados fatores de reflexão, difração e espalhamento. Podemos fazer uma analogia com um tubo e duas pessoas, uma em cada extremidade com uma lanterna. Uma pessoa pode ver perfeitamente a luz da lanterna da outra se não há nenhum obstáculo entre elas. Porém, dependendo do tamanho do obstáculo, a quantidade de luz que pode ser vista em cada extremidade é prejudicada ou pode até ser bloqueada inteiramente. Traduzindo para o caso de ondas RF,  o link poderia ser seriamente afetado ou mesmo interrompido.

 

Figura 15 – Visada direta entre duas antenas

 

2.9.2 – Zona de Fresnel

 

A Zona de Fresnel é um aspecto de suma importância no planejamento e troubleshooting de um link RF.

 

Pode ser definida como uma série de elipses concêntricas em torno da linha de visada. Ela é importante para a integridade do link porque determina uma área em torno da linha de visada que pode introduzir interferência no sinal caso ele seja bloqueado.

 

Figura 16 – Zona de Fresnel

 

Objetos na Zona de Fresnel tais como árvores, prédios entre outros, podem produzir  reflexão, difração, absorção ou espalhamento do sinal, causando degradação ou perda completa do sinal.

 

O raio da zona de fresnel mais distante pode ser calculado pela seguinte fórmula:

 

 

Onde d é a distância do link em milhas, f é a frequência em Ghz e r expreso em pés.

 

Assim , para um link de 2 milhas na frequência de 2.4Ghz, teríamos:

 

r = 39.52 pés

 

e passando para quilômetros:

 

r = 1204.57 metros (1.2 km)

 

Levando em conta a importância de uma Zona de Fresnel desobstruída, é importante quantificar até que grau a zona de fresnel pode ser bloqueada sem que haja perda completa do sinal. Normalmente um bloqueio em torno de 20% introduz muita pouca ou nenhuma interferência no link.

 

Se a zona de fresnel do link proposto é bloqueada em mais de 20%, elevar as antenas aliviaria o problema.

 

2.9.3 – Ganho

 

Um elemento de antena, sem amplificadores e filtros associados a ela, é um dispositivo passivo. Não há nenhuma manipulação ou amplificação do sinal pelo elemento de antena. Uma antena pode criar um efeito de amplificação focando a radiação em um lóbulo estreito, da mesma forma que uma lanterna que emite luz a uma grande distância. O foco da radiação são medidos pelos lóbulos em graus horizontal e vertical. Por exemplo, uma antena omnidirecional tem um lóbulo de 360 graus. Se estreitássemos esse lóbulo para algo em torno de 30 graus, podemos levar essa mesma radiação a distância maiores. Veja as figuras 17 e 18, elas ilustram bem esse efeito, observe que há um achatamento dos lóbulos. O ganho é expresso em Db (decibéis).

 

Quanto maior for o ganho da antena mais estreito será seu lóbulo principal.

 

Figura 17 – Lóbulos de um elemento de antena, sem ganho

 

Figura 18 – Lóbulos de uma antena com ganho.

 

2.9.4 – Gerador de RF

 

Conforme definido pelo FCC, um gerador é um dispositivo de RF especificamente projetado para gerar sinais RF. Em termos de hardware, o gerador de RF incluiria o dispositivo RF e todos os conectores e cabeamento envolvidos, com exceção da antena, conforme mostrado na figura 19.

 

Figura 19 – Gerador de RF

 

2.9.5 – EIRP

 

EIRP (Equivalent Isotropic Irradiated Power), é a potência atualmente irradiada pelo elemento de antenna.

 

Este conceito é importante porque é regulado pelo FCC e porque é usado no calculo para avaliar a viabilidade de um link wireless. O ganho da antena também é levado em conta.

 

Figura 20 – Ilustrando o EIRP

 

Se uma estação de transmissão, usa uma antena de 10 Dbi, isso é amplifica o sinal de entrada em 10 vezes, e se temos um sinal de 100mw na entrada, o EIRP é de 1000mw ou 1 watt.