Camadas da Atmosfera, Propagação de Ondas e Telecomunicações

Camadas da Atmosfera e Propagação de Ondas

1. Estrutura da Atmosfera Terrestre

• Troposfera: De 0 a 17 km nos trópicos; de 0 a 7 km nos polos. Contém 80% da massa atmosférica. A temperatura decai com a altitude (até aproximadamente -50ºC).
• Estratosfera: Movimentos de ar predominantemente horizontais (voos a jato). A temperatura aumenta com a altitude (até 0ºC).
• Mesosfera: Estende-se até 85 km. A temperatura reduz com a altitude (atingindo até -90ºC). Ocorre a combustão de meteoritos.
• Termosfera: Estende-se até 690 km. A temperatura aumenta drasticamente com a altitude (chegando a 1500ºC), mas não é sentida devido à baixíssima densidade. Ocorrência das auroras e órbita da ISS.
• Exosfera: Estende-se até 100.000 km. Caracterizada pela baixíssima densidade, onde partículas podem viajar vários quilômetros sem colidir, podendo escapar do campo gravitacional.

2. Ionosfera e Subcamadas

A Ionosfera é uma região da atmosfera (sobrepondo-se à Mesosfera e Termosfera, de 50 a 500 km) formada pela intensa atividade solar. É crucial para a comunicação, pois refrata ondas eletromagnéticas.

Subcamadas da Ionosfera

• Subcamada D (50 a 90 km): Não refrata a onda eletromagnética, mas a absorve e atenua.
• Subcamada E (90 a 140 km): Inexiste ou é reduzida no período noturno devido à baixa ionização.
• Subcamada F (140 a 500 km): Sempre presente. Refrata frequências mais altas, permitindo maior alcance devido à altitude. A ionização é melhor nos trópicos e no verão.

3. Tipos de Propagação de Ondas

• Ondas Terrestres (Ground Waves): Alcance típico de até 100 km (podendo chegar a 300 km), dependendo da altura da antena, potência, solo, vegetação e frequência.
• Onda Direta: Propagação em linha de visada.
• Ondas Celestes (Sky Waves): Propagação que utiliza a refração na Ionosfera.

Fundamentos de Telecomunicações e Processamento de Sinais

4. Faixas de Frequência (Espectro Eletromagnético)

A relação entre comprimento de onda (λ), velocidade da luz (c) e frequência (f) é dada por: λ = c / f. (Onde c ≈ 3 × 10⁸ m/s).

Exemplo de cálculo: Para f = 3 × 10³ Hz (3 kHz), λ = (3 × 10⁸) / (3 × 10³) = 10⁵ metros (100 km).

Classificação das Faixas de Rádio

• VLF (Very Low Frequency): 3 kHz a 30 kHz (λ: 100 km a 10 km)
• LF (Low Frequency): 30 kHz a 300 kHz (λ: 10 km a 1 km)
• MF (Medium Frequency): 300 kHz a 3 MHz (λ: 1 km a 100 m)
• HF (High Frequency): 3 MHz a 30 MHz (λ: 100 m a 10 m)
• VHF (Very High Frequency): 30 MHz a 300 MHz (λ: 10 m a 1 m)
• UHF (Ultra High Frequency): 300 MHz a 3 GHz (λ: 1 m a 10 cm)
• SHF (Super High Frequency): 3 GHz a 30 GHz (λ: 10 cm a 1 cm)
• EHF (Extremely High Frequency): 30 GHz a 300 GHz (λ: 1 cm a 1 mm)

Outras Faixas

• Infravermelho: Até 300 THz.
• Luz Visível: 300 THz a 800 THz (Vermelho, Amarelo, Verde, Azul, Violeta).

5. Processamento de Sinais Digitais

Taxa de Amostragem (Sampling Rate)

É o número de amostras coletadas por segundo (dada em Hz ou kHz). O Critério de Nyquist estabelece que a taxa de amostragem (f_s) deve ser, no mínimo, o dobro da frequência máxima (f_max) do sinal original (f_s ≥ 2 f_max).

Exemplo: O sistema telefônico padrão amostra a 8 kHz.

Quantização

É o processo de atribuir um valor discreto (nível) a cada amostra. O número de bits (B) necessários para representar N níveis é dado por B = log₂(N).

Exemplo: Se a voz é quantizada em 256 níveis, cada amostra é representada por log₂(256) = 8 Bits.

A Taxa de Bits (RB) do canal digital é calculada por:

RB = Taxa de Amostragem × Número de Bits por Amostra

Para o sistema telefônico (8 kHz e 8 bits): RB = 8000 amostras/s × 8 bits/amostra = 64.000 Bit/s (64 kbps).

Modulação

É o processo de alterar uma ou mais características (amplitude, fase ou frequência) de um sinal senoidal de alta frequência (chamado portadora) com as informações contidas no sinal modulante, permitindo o transporte eficiente da informação.