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UNIVERSIDADE DE PASSO FUNDO
FACULDADE DE ENGENHARIA E ARQUITETURA
CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
REDE HFC DIDÁTICA PARA ALUNOS DA ENGENHARIA
Disciplina: Projeto de Graduação
Acadêmico: Dante Correa Soares Neto
Professor: Amauri Fagundes Balotin
Passo Fundo, junho de 2013.
2
Dante Correa Soares Neto
REDE HFC DIDÁTICA
PARA ALUNOS DA ENGENHARIA
Trabalho apresentado ao curso de
Engenharia Elétrica, da Faculdade de
Engenharia e Arquitetura, da Universidade
de Passo Fundo, como requisito para
obtenção do título de Engenheiro
Eletricista, sob orientação do Prof. MSc.
Amauri Fagundes Balotin.
Passo Fundo, 2013
3
Dante Correa Soares Neto
REDE HFC DIDÁTICA PARA ALUNOS DA ENGENHARIA
Banca Examinadora:
_______________________________________________________________
Professor MSc. Amauri Fagundes Balotin - UPF - Orientador
_______________________________________________________________
Professor Dr. Paulo Sérgio Corrêa Molina – UPF - Examinador
_______________________________________________________________
Professora Dra. Blanca Rosa Maqueira Sosa – UPF - Examinadora
Passo Fundo, 2013
4
AGRADECIMENTOS
Nesta longa trajetória do curso de Engenharia Elétrica ficam as lembranças de cada
colega, cada professor, familiares e colegas de trabalho, pois todos foram importantes para as
superações das barreiras do percurso.
Agradeço aos meus pais, Luiz Carlos e Glaci, pelo incentivo e apoio desde os tempos
do vestibular. Agradeço a minha avó Amélia pelas promessas e rezas que de alguma forma
sempre ajudam. Também agradeço aos meus avalistas do crédito educativo João Diorgenes e
Marli, pois naquele momento foi fundamental para a continuidade do curso.
Agradeço aos colegas da Net, em especial a Isabel, João Bordin e ao Salvador, pela
consideração e apoio para que a minha formação acadêmica fosse concluída. Também foram
importantes neste processo toda a minha equipe técnica nas cidades de Passo Fundo e
Erechim, pois o profissionalismo da equipe me tranquilizou para que em alguns momentos eu
pudesse me focar neste objetivo.
Agradeço aos colegas do curso, em especial aos que estão mais presentes nos últimos
semestres, Heider, Jandercel, Tiago, Renato, Marcos e Darlan, pelo compartilhamento de
informações, conhecimentos e preocupações. Saibam que exercitamos um bom trabalho em
equipe e que cada um que concluí o curso é uma vitória de todos.
Agradeço aos professores, em especial ao Prof. Edson que inesquecivelmente
oportunizou um horário de aula diferenciado para que eu pudesse conciliar a disciplina de
Eletrônica as minhas atividades profissionais. Estas atitudes diferenciadas ensinam muito aos
acadêmicos, por isto, muito obrigado.
Agradeço aos colegas do núcleo de eletrônica e do almoxarifado que estão sempre a
disposição e prestam um ótimo atendimento aos acadêmicos.
Agradeço ao Prof. Adriano Toazza pela ótima indicação de orientador. Ao orientador
Amauri, agradeço por toda a contribuição e dedicação para que juntos pudéssemos chegar a
este trabalho final.
Finalmente, agradeço a Carol, pois sua dedicação familiar com a casa e com os
filhos, supriram as minhas ausências com maestria. Creio que todo o apoio que recebi só tem
uma definição, amor.
Concluo o meu agradecimento, citando que somente foi possível este feito com muita
dedicação, otimismo, fé, esperança, e com vocês.
5
RESUMO
A rede HFC é uma rede híbrida composta de cabos de fibras ópticas e cabos coaxiais.
Estas redes atualmente são amplamente utilizadas para transporte de multiserviços, tais como,
televisão por assinatura, internet banda larga e telefonia.
O grande diferencial da utilização da arquitetura HFC é a implementação dos cabos
de fibras ópticas. A fibra óptica tem uma baixa perda em comparação aos cabos metálicos
possibilitando a transmissão dos sinais a longas distâncias com qualidade.
O presente trabalho visa construir uma rede HFC didática, a qual será composta de
antena receptora VHF (Very High Frequency), para a recepção do canal UPF TV que será
retransmitido no sistema para fins de testes; transmissor e receptor óptico na janela de
1310nm; fibra óptica monomodo; cabo coaxial; opção para atenuação dos sinais
possibilitando os testes e um medidor de nível do sinal de RF e da potência óptica através de
um microcontrolador. Também é possível acoplar um televisor e assistir o canal recebido e
retransmitido no sistema de comunicação, monitorando a sua qualidade através dos testes
disponíveis.
Um dos grandes objetivos deste trabalho é disponibilizar a rede HFC didática para
demonstração nas aulas práticas de comunicações tornando mais amplo o aprendizado e a
visão global dos alunos da engenharia.
6
LISTA DE FIGURAS
FIGURA 1 - ÁREA EFETIVA DE CAPTURA DO SINAL DE UMA ANTENA. (WINDER E CARR, 2002) .......................... 14
FIGURA 2 - ONDA ELETROMAGNÉTICA PROPAGANTE E SUAS COMPONENTES. ........................................................ 15
FIGURA 3 - GRÁFICO POLAR DA ANTENA DIPOLO DE MEIO COMPRIMENTO DE ONDA. (FUSCO, 2006) ................... 16
FIGURA 4 - (A) ANTENA DIPOLO DE 1/2Λ (MEIO-COMPRIMENTO DE ONDA). (B) VARIAÇÃO DA TENSÃO E CORRENTE
AO LONGO DO DIPOLO. (C) CIRCUITO EQUIVALENTE RESSONANTE RLC SÉRIE. ............................................. 19
FIGURA 5 - ILUSTRAÇÃO DOS ÂNGULOS DA LUZ INCIDENTE, REFRATADA E REFLETIDA. (INATEL, 2000) ............. 20
FIGURA 6 - FIBRA CONSTITUÍDA DE NÚCLEO E CASCA COM ÍNDICES DE REFRAÇÃO DIFERENTES. ........................... 22
FIGURA 7 - CABO DE FIBRA ÓPTICA COM TUBOS E PROTEÇÕES. ............................................................................ 23
FIGURA 8 - DIAGRAMA DE BLOCOS DE UM OTDR. ................................................................................................ 26
FIGURA 9 - CURVA CARACTERÍSTICA DE MEDIÇÃO DE UMA FIBRA ÓPTICA NO OTDR. ......................................... 26
FIGURA 10 - DIAGRAMA DE BLOCOS DE UM TRANSMISSOR ÓPTICO. ...................................................................... 27
FIGURA 11 - COMPONENTES CONSTRUTIVOS DE UM CABO COAXIAL. .................................................................... 30
FIGURA 12 - CABO COAXIAL DE REDE EXTERNA .500. .......................................................................................... 30
FIGURA 13 - CABO COAXIAL DE REDE INTERNA RG-6. .......................................................................................... 31
FIGURA 14 - SISTEMA ÁRVORE-E-RAMO (TREE-AND-BRANCH). .............................................................................. 33
FIGURA 15 - SISTEMA HÍBRIDO FIBRA-COAXIAL (HFC). ......................................................................................... 34
FIGURA 16 - ALOCAÇÃO DE FREQUÊNCIAS DO ESPECTRO DE CATV. ..................................................................... 35
FIGURA 17 - DIAGRAMA EM BLOCO DE UM AMPLIFICADOR DE LINHA. ................................................................... 36
FIGURA 18 - DIAGRAMA EM BLOCO DO UM NÓ FIBRA/COAXIAL. ............................................................................ 36
FIGURA 19 - DIAGRAMA EM BLOCOS DA REDE HFC DIDÁTICA. ............................................................................ 37
FIGURA 20 – MISTURADOR DESBALANCEADO HOLLAND DE 3 ENTRADAS E 1 SAÍDA. ............................................. 39
FIGURA 21 - MÓDULO TRANSMISSOR ÓPTICO 1310 NM COM POTÊNCIA DE 7 DBM. ................................................ 40
FIGURA 22 - MÓDULO RECEPTOR ÓPTICO 1310 NM COM POTÊNCIA IDEAL DE RECEPÇÃO DE 0DBM. ...................... 41
FIGURA 23 - RELAÇÃO DE TENSÃO (VDC) VS POTÊNCIA ÓPTICA (DBM) DO PONTO DE TESTE DO MÓDULO. ............ 41
FIGURA 24 – DIVISOR DESBALANCEADO HOLLAND DE 1 ENTRADA E 3 SAÍDAS E ATENUADORES DE 10DB (A) E
20DB (B). ...................................................................................................................................................... 42
FIGURA 25 - DIAGRAMA DE BLOCOS DO MEDIDOR DE SINAIS. ............................................................................... 43
FIGURA 26 - PROJETO DE AMPLIFICADOR NÃO INVERSOR PARA CONDICIONAMENTO DA TENSÃO VDC PROVENIENTE
DO PONTO DE TESTE DO RECEPTOR ÓPTICO. ................................................................................................... 44
FIGURA 27 - CURVA DA RELAÇÃO DE CONVERSÃO VDC PARA DBM. ...................................................................... 45
FIGURA 28 - CURVA DA CONVERSÃO VDC PARA DBM DO DETECTOR DE RF. ......................................................... 46
FIGURA 29 - PROJETO DE AMPLIFICADOR OPERACIONAL PARA CONDICIONAMENTO DO SINAL. .............................. 46
FIGURA 30 - CONVERSÃO DA POTÊNCIA DO SINAL EM DBM PARA O NÍVEL DO SINAL EM DBMV. ........................... 47
FIGURA 31 - CURVA DE CONVERSÃO VDC PARA DBMV. ........................................................................................ 48
FIGURA 32 - REGULAÇÃO DE TENSÃO E ALIMENTAÇÃO DOS MÓDULOS DO PROTÓTIPO. ......................................... 49
FIGURA 33 - MEDIDOR DE NÍVEL DE SINAL UTILIZADO PARA MEDIDAS PRELIMINARES........................................... 51
7
FIGURA 34 - CAPTAÇÃO DOS NÍVEIS DE SINAL EM CADA ÂNGULO DE DIRETIVIDADE. ............................................. 51
FIGURA 35 – DIAGRAMA DE RADIAÇÃO DA ANTENA DIPOLO DE MEIO-COMPRIMENTO DE ONDA. ........................... 52
FIGURA 36 – NÍVEL DE SINAL CAPTADO E INSERIDO NO MISTURADOR/SISTEMA. NÍVEL DA PORTADORA DE VÍDEO
DO CH 004 +29DBMV E DA PORTADORA DE ÁUDIO +15,8DBMV. ................................................................. 53
FIGURA 37 - MEDIÇÃO DE POTÊNCIA ÓPTICA COM O POWER METER DA JDSU. ...................................................... 54
FIGURA 38 – ATENUADOR ÓPTICO MONOMODO DE 2 DB INSTALADO NO RECEPTOR. ............................................. 56
FIGURA 39 – MEDIDAS DE POTÊNCIA ÓPTICA SEM ATENUADOR, COM ATENUADOR DE 2DB E 5 DB. ....................... 56
FIGURA 40 - TESTE QUALITATIVO DO CANAL 4 SEM ATENUAÇÃO. .......................................................................... 57
FIGURA 41 - TESTE QUALITATIVO DO CANAL 4 COM ATENUAÇÃO DE 10DB. .......................................................... 57
FIGURA 42 - TESTE QUALITATIVO DO CANAL 4 COM ATENUAÇÃO DE 20DB. .......................................................... 58
FIGURA 43 - VALIDAÇÃO DA MEDIÇÃO DE RF E ÓPTICA. ....................................................................................... 59
FIGURA 44 - MEDIDA DE NÍVEL DE SINAL 9,83 DBMV RECEBIDA DO GERADOR DE SINAL HP................................. 60
FIGURA 45 - ESPECTRO DO CANAL 4 COM NÍVEIS DA PORTADORA DE VÍDEO E ÁUDIO. ........................................... 61
FIGURA 46 - MEDIÇÃO DA LARGURA DE BANDA DO GERADOR DE SINAL HP, ONDE RESULTA 1MHZ. .................... 61
8
LISTA DE TABELAS
TABELA 1 - ALGUNS ÍNDICES DE REFRAÇÃO TÍPICOS E SUA VELOCIDADE RESPECTIVA. (INATEL, 2000) .............. 21
TABELA 2 - IDENTIFICAÇÃO DOS TUBOS E FIBRAS ÓPTICAS. ................................................................................... 24
TABELA 3 - ESPECIFICAÇÕES DE CORRENTE MÁXIMA DOS COMPONENTES ATIVOS DO PROTÓTIPO. ........................ 49
TABELA 4 - LOCAIS E MEDIDAS EFETUADAS PARA TESTE PRELIMINAR. .................................................................. 50
9
LISTA DE ABREVIATURAS
Ampop – Amplificador Operacional;
A/D – Analógico para Digital;
CATV – Cable Televison (Televisão a cabo);
HFC – Híbrida Fibra/Coaxial;
LASER – Amplificação Luminosa por Emissão de Radiação Estimulada;
VHF – Very High Frequency (Frequência muito alta);
SP – Estado Federativo de São Paulo;
RS – Estado Federativo do Rio Grande do Sul;
UPF TV – Canal de televisão da Universidade de Passo Fundo;
RLC – Circuito elétrico composto dos componentes de resistência, indutância e capacitância;
FRP – Fibre-reinforced plastic (Plástico reforçado com fibra, material resistente a tração);
OTDR – Optical time-domain reflectometer (Reflectômetro óptico no domínio do tempo);
CAG – Automatic Gain Control (Controle automático de ganho);
RF – Radio frequency (Radio frequência);
TEC – Thermoelectric cooler (Resfriador termo elétrico);
DFB – Distributed feedback (realimentação distribuída);
AM – Amplitude Modulation (Modulação de Amplitude);
NTSC – National Television Systems Committee (Sistema de Televisão Analógico adotado
pelos Estados Unidos);
FDM – Frequency Division Multiplexing (Multiplexação por Divisão de Frequência);
RG6 – Radio Guide if 18 AWG (Guia de rádio com 18 AWG);
10
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO ........................................................................................................................................ 12
1.1 Objetivos ......................................................................................................................................... 13
1.2 Justificativa .................................................................................................................................... 13
2. FUNDAMENÇÃO TEÓRICA ................................................................................................................ 14
2.1 Antena do Tipo Dipolo .................................................................................................................. 14
2.2 Fibra Óptica ................................................................................................................................... 19
2.2.1 Origem ............................................................................................................................ 19
2.2.2 Refração ......................................................................................................................... 20
2.2.3 Conceitos e Tipos de Fibras Ópticas .............................................................................. 22
2.2.4 Cabos Ópticos ................................................................................................................ 23
2.2.5 Medidas de Potência Óptica ........................................................................................... 24
2.2.6 Localização de Falhas em Enlaces Ópticos ................................................................... 25
2.3 Transmissor Óptico ....................................................................................................................... 27
2.4 Receptor Óptico ............................................................................................................................. 29
2.5 Cabo Coaxial .................................................................................................................................. 29
2.5.1 Características Construtivas .......................................................................................... 29
2.5.2 Impedância Característica ............................................................................................. 31
2.5.3 Perdas nos Cabos ........................................................................................................... 31
2.6 Rede HFC ....................................................................................................................................... 32
2.6.1 Histórico ......................................................................................................................... 32
3. MATERIAIS E MÉTODOS .................................................................................................................... 37
3.1 Diagrama de Blocos do Projeto .................................................................................................... 37
3.2 Antena do tipo dipolo .................................................................................................................... 37
3.2.1 Definição ........................................................................................................................ 37
3.2.2 Características ............................................................................................................... 37
3.2.3 Dimensionamento ........................................................................................................... 38
3.3 Opção de atenuação da recepção .................................................................................................. 39
3.4 Transmissor Óptico ....................................................................................................................... 39
3.5 Fibra Óptica ................................................................................................................................... 40
3.6 Receptor Óptico ............................................................................................................................. 40
3.7 Opção de atenuação do sinal ......................................................................................................... 42
11
3.8 Medidor de Sinais .......................................................................................................................... 43
3.8.1 Diagrama de Blocos do Medidor de Sinais .................................................................... 43
3.8.2 Medidor de Potência Óptica ........................................................................................... 44
3.8.3 Medidor de Nível de Sinal de RF .................................................................................... 45
4. RESULTADOS ......................................................................................................................................... 50
4.1 Antena Dipolo ................................................................................................................................ 50
4.1.1 Testes Preliminares ........................................................................................................ 50
4.1.2 Diagrama de Radiação da Antena ................................................................................. 51
4.2 Opção de Atenuação da Recepção ................................................................................................ 52
4.3 Transmissor Óptico ....................................................................................................................... 53
4.3.1 Testes Preliminares ........................................................................................................ 53
4.3.2 Testes Finais ................................................................................................................... 54
4.4 Fibra Óptica ................................................................................................................................... 55
4.5 Receptor Óptico ............................................................................................................................. 55
4.5.1 Testes Preliminares ........................................................................................................ 55
4.5.2 Testes Finais ................................................................................................................... 55
4.6 Opção de atenuação do sinal ......................................................................................................... 57
4.7 Medidor de Sinais .......................................................................................................................... 58
4.7.1 Medidor de Potência Óptica ........................................................................................... 58
4.7.2 Medidor de Nível de Sinal de RF .................................................................................... 59
5. CONSIDERAÇÕES FINAIS .................................................................................................................. 62
5.1 Considerações sobre a Recepção do Sinal ................................................................................... 62
5.2 Considerações sobre a Retransmissão do Sinal ........................................................................... 62
5.3 Considerações sobre a Medição dos Sinais .................................................................................. 62
5.4 Sugestão de Trabalhos Futuros .................................................................................................... 63
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS............................................................................................................... 64
ANEXO A – UNIDADES LOGARÍTMICAS ................................................................................................... 66
ANEXO B – FOTO DO PROTÓTIPO FINAL ................................................................................................ 68
ANEXO C – CIRCUITO DO MEDIDOR DE SINAL ..................................................................................... 69
12
1. INTRODUÇÃO
As primeiras experiências em televisão a cabo (CATV) aconteceram em novembro
de 1948 nos estados da Pensilvânia e Oregon, nos Estados Unidos. Porém, essas primeiras
transmissões tinham um caráter distinto do serviço oferecido hoje. Inicialmente, a TV via
cabo era utilizada apenas para atender pequenas comunidades do interior que não conseguiam
receber os sinais de TV ou nos lugares onde essas imagens eram ruins. (INATEL, 2000)
O Sr. Ed Parsons, após acompanhar testes de transmissão que vinham sendo feitos na
cidade de Seattle, estudou uma maneira de receber os sinais da nova emissora. Instalou uma
antena receptora em um ponto elevado, para melhor recepção de sinais, retransmitindo o sinal
em um cabo coaxial utilizando amplificadores monocanais e valvulados ao longo da linha até
sua região. Para seus vizinhos terem acesso ao sinal, o Sr Ed Parsons lhes cobrava uma taxa.
Surgia assim, a primeira operadora de televisão a cabo (CATV) do mundo. (INATEL, 2000)
No Brasil, a cidade de São José dos Campos (SP) foi à pioneira. Em 1976, foi
instalado o primeiro sistema de distribuição de sinais de televisão a cabo (CATV), que
oferecia sete canais de VHF. (INATEL, 2000)
Na cidade de Passo Fundo (RS) o sistema de televisão a cabo (CATV) foi
implantado em 1994 na tecnologia “tree and branch” onde a rede é totalmente construída com
cabos coaxiais e com uma cascata de amplificadores para compensar as perdas do trajeto entre
o cabeçal (headend) e os assinantes. Em 2007, foi construída a rede Híbrida Fibra/Coaxial
(HFC) na cidade, possibilitando a implantação de novos serviços. Na capital do estado do RS,
Porto Alegre, as redes HFC começaram a serem implantadas em 1996 através da operadora de
televisão a cabo Net Serviços.
A rede HFC é uma rede híbrida composta de cabos de fibras ópticas e cabos
coaxiais. Estas redes atualmente são amplamente utilizadas para transporte de multiserviços,
tais como, televisão por assinatura, internet banda larga e telefonia.
O grande diferencial da utilização da arquitetura HFC é a implementação dos cabos
de fibras ópticas. A fibra óptica tem uma baixa perda em comparação aos cabos metálicos
possibilitando a transmissão dos sinais a longas distâncias com qualidade.
13
1.1 Objetivos
O presente trabalho visa construir uma rede HFC didática através das seguintes
etapas:
Projetar e construir uma antena receptora dipolo VHF (Very High Frequency),
para a recepção do canal 04, UPF TV. Esta antena foi projetada para meio
comprimento de onda. É possível ajustar as hastes para comprimentos de ondas
entre ¼λ e ½λ para possibilitar testes e medições dos níveis recebidos.
Conciliar opções de atenuação do sinal recebido pela antena dipolo VHF e do
sinal obtido após a conversão óptica-elétrica do módulo receptor afim de
possibilitar testes na rede HFC didática.
Utilizar módulos, transmissor e receptor, ópticos para converter o sinal elétrico-
óptico e óptico-elétrico, respectivamente, e retransmitir o canal de televisão UPF
TV na rede Híbrida Fibra Coaxial possibilitando aos acadêmicos uma vivência
com a tecnologia da fibra óptica.
Projetar e construir um medidor de nível de sinal e potência óptica
microcontrolado para executar as medidas necessárias nos testes na rede HFC
didática. Pode-se acoplar um televisor e assistir o canal recebido e retransmitido
no sistema de comunicação, monitorando a sua qualidade através dos testes
disponíveis.
1.2 Justificativa
As redes de comunicações HFC (híbridas fibra coaxial) existem a menos de 20 anos
no Brasil. É uma tecnologia nova e com carência de mestres e profissionais. Estas redes estão
em ampla expansão e a cada dia levam mais conteúdos de vídeo, voz e dados a uma grande
parcela da população. O presente trabalho justifica-se devido à necessidade de oportunizar aos
estudantes, em especial da área de telecomunicações, o conhecimento desta tecnologia e suas
características técnicas.
Um dos grandes objetivos deste trabalho é disponibilizar a rede HFC didática para
demonstração nas aulas práticas da comunidade acadêmica do curso de Engenharia Elétrica
tornando mais amplo o aprendizado e a visão global dos alunos nesta nova tecnologia.
14
2. FUNDAMENÇÃO TEÓRICA
2.1 Antena do Tipo Dipolo
Antenas são dispositivos que visam à transmissão e a recepção de energia de
circuitos elétricos através do espaço. Desta forma, a energia recebida do circuito gerador é
irradiada através do espaço na forma de uma onda eletromagnética. Esta onda tem os campos
elétrico e magnético criados a partir do fluxo de corrente, e consequente variação de potencial
de antena, ao se ligar o gerador. Uma segunda antena, distante da primeira, poderá sentir a
presença desta onda. A principal característica da antena receptora é a sua área de eficiência,
ou seja, sua área efetiva de captação da onda eletromagnética, conforme Figura 1. A área
efetiva de captação e seu ganho podem ser quantificadas pela equação (1.1). Adaptado de
(ALVES, 1994) (WINDER e CARR, 2002)
(1.1)
Onde:
G – ganho da antena em dbi.
Ae – área efetiva de captação da antena em metros.
n - é a eficácia de abertura (n=1, sem perdas na antena; os valores típicos são entre 0,3 e 0,55).
– comprimento de onda em metros
– constante pi (valor = 3,14159265359)
Figura 1 - Área efetiva de captura do sinal de uma antena. (WINDER e CARR, 2002)
15
Em sistemas terrestres de televisão, que é uma das aplicações de sistemas difusão de
informações sem fio (wireless broadcasting), a onda eletromagnética, ilustrada na Figura 2,
contendo a informação, que pode ser modulada analogicamente ou digitalmente, é transmitida
de uma estação utilizando alta potência e antenas instaladas a grandes alturas. O sinal é
recebido nos televisores residenciais, tradicionalmente, através de antenas do tipo Yagi-Uda
ou de antenas dipolo linear. (MARTINS, 2007)
A antena Yagi-Uda possui banda larga e apresenta padrão de radiação direcional. Já
o dipolo linear é uma antena de banda estreita, com baixa perda de retorno e diagrama de
radiação omnidirecional.
Figura 2 - Onda eletromagnética propagante e suas componentes.
A antena possui dimensão equivalente a um valor múltiplo ou fração do
comprimento de onda do sinal. Este comprimento de onda nada mais é que a distância em
metros entre dois máximos do sinal (onda eletromagnética), e pode ser calculado utilizando a
equação (1.2).
(1.2)
Onde:
– comprimento de onda em metros
C – velocidade de propagação de uma onda em m/s
– frequência em Hz
16
A velocidade de propagação de uma onda eletromagnética pode ser calculada pela
equação (1.3).
√ (1.3)
Onde:
C – velocidade de propagação de uma onda em m/s
– permeabilidade do espaço livre (4π* )
– permissividade do espaço livre (1/36π* )
Resultando em:
[m/s] (1.4)
O diagrama de irradiação de uma antena ilustra a forma que o sinal irradiado ou
recebido é distribuído no espaço. O diagrama de irradiação é muito importante, pois ele nos
permite conhecer a forma de cobertura do sinal quando estamos transmitindo ou recebendo.
Desta forma, podemos prever interferências de sinais vindos de direções diferentes da que
desejamos receber o sinal principal. A Figura 3 ilustra o gráfico polar e o diagrama de
irradiação da antena de meio comprimento de onda.
Figura 3 - Gráfico polar da antena dipolo de meio comprimento de onda. (FUSCO,
2006)
17
O diagrama polar é dado em graus e quanto menor o ângulo de abertura do diagrama
de irradiação, mais diretivo é o feixe de sinal. Pelo diagrama de radiação podemos conhecer a
diretividade e a relação frente e costas da antena. A diretividade da antena determina a
capacidade que ela tem em captar com maior intensidade o sinal na direção em que está
apontada. A relação frente e costas determina o quanto o sinal enviado para a frente é maior
que o sinal irradiado para as costas da antena. Este parâmetro é válido tanto para transmissão
quanto para a recepção. Os valores de diretividade típico da antena isotrópica é igual a 1 e da
antena dipolo de meia onda é de 1,64. (FUSCO, 2006)
Ganho é a capacidade de concentração de energia de uma antena. A antena não
amplifica a energia que lhe é entregue, mas a concentra segundo direções pré-estabelecidas de
acordo com o seu projeto. Por exemplo, se acoplarmos uma antena isotrópica (antena que
irradia em todas as direções) a um receptor e medirmos 0 dbmV, e então substituirmos esta
antena por outra com ganho de 6 dBi, o sinal recebido aumentará para 6 dbmV. Isto acontece
porque a segunda antena concentra mais o seu foco de recepção recebendo maior sinal na
direção desejada que a antena isotrópica. (INATEL, 2000)
Como o ganho de potência da antena inclui perdas, por definição, o seu valor será
sempre menor que o da diretividade para a mesma antena, assim podemos escrever:
(1.5)
Onde:
G – ganho da antena em dbi
– fator de eficiência da antena em %
– diretividade da antena em dbi
(1.6)
Onde:
– fator de eficiência da antena em %
– resistência de radiação da antena em ohm
– perda ôhmica da antena em ohm
18
√
[Ω] (1.7)
Onde:
– comprimento do dipolo [m]
– secção circular do dipolo [m]
– frequência angular de operação, =2*π*f [rad/s]
– condutividade do metal utilizado na construção da antena [S/m]
Para o caso especial do dipolo de meia onda com alimentação central:
∫
(1.8)
A integral neste caso pode ser avaliada apenas pelo significado numérico. Essa
avaliação resulta no valor 1,22. Portanto, a resistência de radiação para um dipolo linear de
meia onda, com alimentação central de corrente e na ressonância (termo de reatância nulo) é:
(1.9)
O dipolo de meia onda, Figura 4A, é um tipo básico de antena, formado por 2
condutores retilíneos cada um de comprimento de ¼ de onda da radiação a ser transmitida ou
recebida. A Figura 4B representa a variação de tensão e corrente (em valores absolutos) ao
longo do dipolo. No centro a corrente é máxima e a tensão é mínima. Isso permite deduzir que
o dipolo é equivalente a um circuito ressonante RLC série (Figura 4C).
Na ressonância, as reatâncias indutiva e capacitiva se anulam e, portanto, a
impedância é puramente resistiva. Para dipolos de meia onda, a impedância na frequência de
ressonância é aproximadamente 73 ohms. Esta é uma característica que pode ser calculada.
Um dipolo de meia onda apresenta um ganho de 2,14 dBi em relação a uma antena isotrópica.
(FUSCO, 2006)
19
Figura 4 - (A) Antena dipolo de 1/2λ (meio-comprimento de onda). (B) Variação da
tensão e corrente ao longo do dipolo. (C) Circuito equivalente ressonante RLC série.
2.2 Fibra Óptica
2.2.1 Origem
Em 1870 o físico inglês John Tyndall demonstrou o princípio de guiamento da luz,
através de uma experiência que consistia em injetar luz em um jato de água a partir de um
recipiente. Desta forma, verificou-se que a luz era guiada dentro do jato de água,
comprovando a possibilidade de condução da luz por um caminho qualquer.
A partir de 1950 as pesquisas se concentraram em conseguir um guia de luz
conveniente, já que o utilizado por John Tyndall não era prático. Começaram a surgir os
primeiros bastões de vidro destinados a transmissão de imagem.
Em 1960 foi criado o primeiro (LASER), e em 1962 começaram as experiências com
os lasers de semicondutor. Inicialmente a vida útil destes lasers era de apenas algumas horas,
mas foram aperfeiçoados e hoje os lasers de semicondutores são utilizados nas comunicações
ópticas. (INATEL, 2000)
As primeiras fibras ópticas foram desenvolvidas em 1966. Estas fibras apresentavam
atenuação da ordem de 1000 dB/Km. Este valor extremamente alto de atenuação era
provocado principalmente pelas impurezas do vidro. Com a utilização de vidros cada vez
mais puros, a atenuação das fibras foi caindo de maneira bastante rápida.
20
Em 1970 as fibras já apresentavam atenuação da ordem de 20 dB/Km, em 1972 já
eram obtidas em laboratórios fibras com atenuação de 4 dB/Km e em 1975 as fibras
começaram a ser produzidas em escala comercial. Hoje em dia, já existem fibras com
atenuação da ordem de 0,2 dB/Km. (INATEL, 2000)
2.2.2 Refração
Um princípio da Física, chamado de “Lei de Snell”, requer que exista relação entre o
ângulo incidente e o refratado, na fronteira entre os dois materiais, tal efeito pode ser
observado na Figura 5.
n1 * Sen θI = n2 * Sen θR (1.10)
Onde:
n1 é o índice de refração do meio 1.
n2 é o índice de refração do meio 2.
Figura 5 - Ilustração dos ângulos da luz incidente, refratada e refletida. (INATEL, 2000)
O ângulo de incidência é igual ao ângulo de reflexão (θI). No fenômeno da reflexão o
raio incidente é o refletido estão no mesmo meio (ou plano). Quando o raio de luz atinge uma
superfície e passa de um meio para outro, como ilustrado acima, o fenômeno é chamado de
refração, e conclui-se que o material ou meio pode transmitir luz.
21
A relação entre a velocidade da luz e a velocidade do raio no meio é denominada
índice de refração e pode ser expressa como exposto na equação (1.11).
(1.11)
Onde:
n – índice de refração
c – velocidade da luz no vácuo.
v – velocidade do raio de luz no meio.
Os materiais ou meios apresentam índices de refração diferentes, e de acordo com
este índice a propagação da velocidade da luz varia, conforme apresentado na Tabela 1.
Tabela 1 - Alguns índices de refração típicos e sua velocidade respectiva. (INATEL,
2000)
Material Índice de Refração Velocidade da Luz (Km/s)
Vácuo 1,00 300.000
Ar 1,0003 300.000
Água 1,33 225.000
Fibra Óptica 1,50 200.000
Diamante 2,00 150.000
Silício 3,4 88.000
Arseneto de Gálio 3,6 83.000
22
2.2.3 Conceitos e Tipos de Fibras Ópticas
Uma fibra óptica é composta basicamente de um material dielétrico, geralmente
plástico ou vidro, transparente e flexível, de dimensões microscópicas. É formada por uma
região central, chamada de núcleo, envolta por outra camada, também de material dielétrico,
chamada de casca.
A associação dos diferentes materiais com índices de refração diferentes usados no
núcleo e na casca é que permitem a propagação da luz através de reflexões sucessivas, a
construção desta fibra pode ser visualizada na Figura 6. A casca tem um índice de refração
inferior ao índice de refração do núcleo.
O mecanismo de transmissão da luz ao longo da fibra óptica consiste, em termos de
óptica geométrica, num processo de reflexão interna total, pois o feixe de luz emerge de um
meio mais denso para um meio menos denso.
Figura 6 - Fibra constituída de núcleo e casca com índices de refração diferentes.
Nas fibras multimodo tem-se a luz se propagando em vários modos, ou seja, com
várias polarizações. Desta forma o sinal tem sua energia distribuída fazendo com que a perda
de energia seja maior e que a recepção do sinal ofereça menor eficiência.
Nas fibras monomodo o sinal se propaga com apenas uma polarização e toda a
energia é concentrada. Desta forma o sinal tem baixa atenuação tornando este tipo de fibra
ideal para transmissões em longas distâncias. (INATEL, 2000)
23
2.2.4 Cabos Ópticos
Em redes HFC é comum o emprego de fibras monomodo e cabos aéreos com tubos.
As fibras ópticas quando fabricadas são posicionadas, em conjuntos de 12 fibras, dentro dos
tubos preenchidos com geléia de petróleo. Estes tubos são reunidos ao redor de um elemento
central de tração e protegidos por uma capa interna, armação de fios de aramida e capa
externa de polietileno. A Figura 7 ilustra as características construtivas, citadas anteriormente,
de uma fibra óptica.
Figura 7 - Cabo de Fibra Óptica com Tubos e Proteções.
A quantidade de fibras ópticas nos cabos normalmente varia de 12 fibras (1 tubo) até
144 fibras (12 tubos), dependendo da necessidade e projeto de atendimento da operadora.
Tanto os tubos como as fibras, possuem identificação através de uma codificação por
cor conforme Tabela 2.
24
Tabela 2 - Identificação dos tubos e fibras ópticas.
Numeração do
Tubo ou Fibra
Código de Cor
Padrão
1 Azul
2 Laranja
3 Verde
4 Marrom
5 Cinza
6 Branco
7 Vermelho
8 Preto
9 Amarelo
10 Violeta
11 Rosa
12 Aqua
2.2.5 Medidas de Potência Óptica
A atenuação, ou perda de transmissão, pode ser definida com a diminuição da
intensidade de energia de um sinal ao se propagar através de um meio qualquer. Como a
potência óptica é medida em dBm a atenuação será dada em dB, e está representada na
equação (1.12).
(1.12)
A medida de potência de uma fonte óptica pode ser feita diretamente na saída da
fonte de luz, utilizando-se um wattímetro óptico, chamado de Power Meter.
Para realizar a medida da perda de potência no enlace óptico utilizamos uma fonte
óptica e um medidor de potência óptico. A medida da potência de saída da fonte deve ser
subtraída da potência medida na saída da fibra, obtendo-se a atenuação do enlace, conforme
descrito na equação acima.
25
Caso a medida seja feita em watts, o cálculo da atenuação deve ser feito através da
equação (1.13).
A[dB] = 10 * log ( Pout[dBm] / Pin[dBm] ) (1.13)
As perdas de potências são devido as seguintes fatores:
- Perda inerente à fibra óptica;
- Perda nas emendas (por fusão ou mecânica);
- Perda nos conectores (ligação entre a fibra e os transmissores e receptores ópticos).
Na fibra óptica do tipo monomodo, a atenuação é de 0,3 dB/km (para um
comprimento de onda de 1310 nm) e 0,2 dB/km (para um comprimento de onda de 1550 nm).
A atenuação típica de uma emenda por fusão é de 0,1 dB e de uma emenda mecânica é de
0,25 dB. Os conectores tem perda máxima de 0,5 dB.
2.2.6 Localização de Falhas em Enlaces Ópticos
Para localização de falhas em enlaces ópticos é utilizado um equipamento chamado
de reflectómetro óptico no domínio do tempo (sigla: OTDR). Este equipamento envia um
pulso laser pela fibra e a maior potência atinge o final da fibra, mas uma parcela desta energia
será perdida e ou refletida ao longo do enlace. A energia perdida é denominada
“Retroespalhamento de Rayleigh”. A energia refletida pela extremidade da fibra recebe o
nome de “Reflexão de Fresnel”. O OTDR mede o tempo que o pulso de luz leva para
percorrer a fibra óptica e retornar ao detector fazendo a conversão do tempo em distância.
Além da distância do enlace, o equipamento fornece a atenuação das emendas, conectores e
da própria fibra óptica. A Figura 8 ilustra um diagrama de blocos de um equipamento OTDR.
26
Figura 8 - Diagrama de Blocos de um OTDR.
A luz refletida por uma fronteira fibra/ar é apresentada como os picos na curva
representada na Figura 9. Um ângulo de clivagem polido de 90 graus na extremidade de uma
fibra reflete cerca de 4% da potência do pulso de volta a entrada. Este fenômeno é
denominado reflexão de Fresnel. O valor da reflexão que ocorre na fibra depende da
qualidade do polimento, da clivagem e do espaçamento entre as extremidades das fibras.
Figura 9 - Curva Característica de Medição de uma Fibra Óptica no OTDR.
27
2.3 Transmissor Óptico
Um transmissor óptico é composto principalmente por um diodo LASER que
usualmente opera na janela de 1310nm ou na de 1550nm (raramente). A intensidade de luz
emitida por esses dispositivos é praticamente linear e dependente da corrente depois de
atingido o limiar de operação.
Um raio laser é um feixe de luz colimada e monocromática. Luz colimada é um tipo
de luz em que todos os raios saem paralelos. No interior do receptáculo do diodo LASER
todas as paredes são espelhadas menos uma, sendo assim, a luz ficará refletindo até que
consiga se tornar paralela a lente e sair por ali. Durante este processo, o raio de luz bate nos
átomos do material, e com o impacto liberam mais fótons, os quais se chocam com mais
átomos, provocando um efeito cascata, resultando em um feixe de emissão estimulada
amplificada.
No transmissor óptico há vários circuitos, os quais estão ilustrados no diagrama de
blocos da Figura 10.
Figura 10 - Diagrama de Blocos de um Transmissor Óptico.
28
O equalizador, o atenuador e o controle automático de ganho (CAG) fazem parte de
um amplificador de RF. Eles servem somente para preparar o sinal de RF para excitar o
transmissor.
O circuito de controle de potência proporciona uma sequência inicial de ligação do
transmissor para garantir que o RF não vai ser ligado ao LASER antes que ele esteja
preparado para emitir o sinal modulado. Se ele não existisse, o LASER ficaria sujeito a
polarizações reversas que poderiam sobre aquecê-lo e queima-lo. (HOSS e LACY, 1993)
O circuito de retardo de início de polarização aumenta gradativamente a corrente de
polarização do laser até seu valor correto de operação servindo de proteção adicional contra
surtos.
O circuito de controle térmico atua sobre o transistor, o TEC (resfriador termo
elétrico) e o termistor que monitoram a temperatura e a mantém constante, aquecendo ou
resfriando o módulo para que o laser se mantenha estável.
O circuito monitorador do fotodiodo monitora a potência óptica de saída e informa se
ela está no nível correto.
O circuito de passagem de RF libera a passagem do sinal somente se o nível estiver
adequado ao funcionamento do laser, evitando a queima do diodo.
Os tipos de transmissores laser usados em modulação em amplitude são:
- Laser Fabri-Perot: que oscilam em vários comprimentos de onda e apresentam
baixa estabilidade diante de variações térmicas: usualmente 0,5 nm / °C.
- Laser DFB: produzem luz em um único comprimento de onda e possuem grande
estabilidade diante das variações térmicas: usualmente 0,09 nm / °C.
Os transmissores laser são encontrados com potências ópticas entre 0,25 e 5 mW e
operam com velocidade de transmissão de até 1 Tbps (Tera bit por segundo), na atualidade.
(HOSS e LACY, 1993)
29
2.4 Receptor Óptico
O receptor óptico é constituído pelo detector e por um pré-amplificador de RF. O
detector pode ser de dois tipos:
- Diodo Avalanche, é um tipo de detector que apresenta baixa estabilidade à
variações térmicas, necessitando de circuitos de controle para sua estabilização. Precisa de
uma alta corrente de polarização, mas não fornece nenhum ganho de corrente.
- Diodo Pin, é um componente que altera sua impedância e consequentemente a
queda de tensão entre os seus terminais, quando ocorre a variação de luminosidade. Ou seja,
vária eletricamente sua característica com variação de potência óptica.
As características mais importantes dos diodos Pin são:
- Responsividade, é a relação entre sua corrente de saída e a potência óptica em sua
entrada. Ela determina sua habilidade em recuperar sinais baixos sem ruído e o valor típico é
em torno de 0,8 a 0,9 A / W.
- Capacitância, é um fator indesejado que reduz a banda passante do sistema e deve
ser a menor possível.
- Corrente reversa residual, é a corrente que flui por ele quando não há nenhuma luz
incidindo. Deve ser a menor possível para que os menores sinais ópticos sejam detectados.
O receptor óptico, assim como o transmissor óptico, deve ter uma boa linearidade, ou
seja, a variação da corrente proporcionada pela variação de luz deverá ser na mesma
proporção que a variação da luminosidade. (HENTSHEL, 1998)
2.5 Cabo Coaxial
2.5.1 Características Construtivas
O condutor utilizado na distribuição dos sinais de CATV, nas frequências de RF, é o
cabo coaxial. É uma eficiente linha de transmissão de banda larga, com a vantagem adicional
da blindagem. Existem vários tipos de linha coaxial, mas todas elas são confeccionadas
conforme ilustrado na Figura 11.
30
Figura 11 - Componentes construtivos de um Cabo Coaxial.
Um fio central é circundado por um condutor tubular ou cilíndrico e ambos ficam
separados por um isolante. O tipo de cabo coaxial .500 normalmente usado em uma rota
principal de sinais, denominada rede externa ou linha-tronco e ilustrado na Figura 12.
Figura 12 - Cabo Coaxial de Rede Externa .500.
Ele é composto por um condutor espesso central de alumínio, revestido de cobre. O
condutor externo, também conhecido como blindagem, é igualmente feito de alumínio, com o
formato de um tubo sólido. Uma espuma de polietileno preenche o espaço interno e sustenta o
condutor interno exatamente no ponto central. O diâmetro do cabo é de aproximadamente
19,1 mm.
A linha que vai de uma ramificação até o assinante é chamada de linha de descida ou
derivação. Na prática, ela é normalmente um cabo coaxial RG-6, ilustrado na Figura 13. Esse
cabo é flexível porque utiliza uma trança de cobre como blindagem externa. Seu diâmetro é
de 6,35 mm, incluindo o revestimento externo de polietileno que o torna à prova de
intempéries.
31
Figura 13 - Cabo Coaxial de Rede Interna RG-6.
2.5.2 Impedância Característica
O cabo coaxial é uma linha de transmissão e toda linha de transmissão tem uma
impedância característica, devido ao espaçamento constante entre os condutores. O símbolo
dessa impedância é Zo, e é expresso pela equação (1.14). Os cabos coaxiais utilizados em
CATV apresentam uma impedância característica de 72 a 75Ω. O valor nominal é de 75Ω.
√
(1.14)
Onde:
Zo – Impedância característica dada em Ω (ohm).
L – Indutância dada em H (Henry).
C – Capacitância dada em F (Farad).
2.5.3 Perdas nos Cabos
Nas linhas reais, uma parte da energia é acaba sendo dissipada, resultando uma
atenuação do sinal. As causas para essa atenuação são:
Perdas por I-R, produzidas pela corrente nos condutores.
Perdas de dielétrico no isolante no isolante existente entre os condutores.
Efeito peculiar, pois a corrente de RF flui mais pela superfície do condutor do
que em seu “miolo”. O cabo de alumínio possui um revestimento de cobre ao
redor do condutor interno, para reduzir as perdas ocasionadas pelo efeito
peculiar.
32
Nos cabos coaxiais, as perdas aumentam em proporção à raiz quadrada da
frequência. Por exemplo, o canal 13, esta situado entre 210-216 MHz e tem uma frequência 4
vezes maior que o canal 2, que esta entre 54-60 MHz, portanto, a atenuação de sinal no canal
13, em relação ao canal 2, será o dobro.
2.6 Rede HFC
2.6.1 Histórico
As clássicas redes de CATV se caracterizam pelo grande número de amplificadores
ligados em cascata, utilizados nas redes-troncos do sistema de distribuição dos sinais
transmitidos pelo cabeçal (headend). Esses amplificadores são necessários para atingir os
usuários mais distantes, porém estes trazem consequências negativas.
O cascateamento de amplificadores é o principal fator de degradação do sistema de
TV a Cabo na tecnologia “tree and branch”, constituído puramente por redes coaxiais. Essa
degradação atinge particularmente os sinais de vídeo que chegam aos televisores dos
assinantes. Contudo, com o advento das redes HFC, a tecnologia de sistemas de faixa larga
evoluiu bastante, devido à diminuição substancial dos trechos de cabos coaxiais por cabos
ópticos, determinando, dessa forma, um grande impulso no desenvolvimento de componentes
e arquiteturas que diminuirão gradativamente as dificuldades operacionais encontradas pelas
operadoras de CATV. Tradicionalmente essas redes foram constituídas por sistemas coaxiais
unidirecionais, operando apenas pelo canal direto na faixa de frequências de 54 a 550 MHz.
Um grande impulso foi dado a partir do final dos anos 80 com a introdução gradual
das redes de fibras ópticas operando com a modulação analógica. Isso foi motivado
principalmente pelas limitações apresentadas pelas redes coaxiais, tais como, elevadas perdas
de potência do sinal nos cabos e distorções causadas por ruídos nos amplificadores de RF. O
acréscimo cada vez maior no número de canais ofertados, somados ao aumento da quantidade
e da distância dos assinantes em relação ao equipamento central, exigiam uma compensação
das perdas que advinham dessa expansão. Com isso, as operadoras de CATV começaram a
introduzir gradualmente segmentos de fibras ópticas diminuindo o percentual de cabos
coaxiais e, consequentemente, o número de amplificadores de linha.
Essa condição, além de diminuir as perdas de transmissão, também diminui a
distorção e a presença de ruído no sinal de RF. Inicialmente as fibras ópticas substituíram os
33
troncos coaxiais, eliminando os amplificadores e os cabos coaxiais troncos que eram as
principais fontes dos problemas que aconteciam nessa rede. Esse procedimento aumentou a
confiabilidade e a qualidade da rede de CATV que passou a ser denominada de rede híbrida
fibra/coaxial – HFC. (MAKING, 1995)
Figura 14 - Sistema árvore-e-ramo (tree-and-branch).
A Figura 14 ilustra a arquitetura “tree-and-branch”. Essa arquitetura tem como
característica essencial à conexão e reunião de todos os assinantes da rede num único grande
grupo.
Os principais componentes limitantes no desempenho das redes de CATV puramente
coaxiais são os cabos coaxiais e os amplificadores de RF. Os sinais de RF contendo os canais
de vídeo sofrem elevadas perdas nos cabos coaxiais. Portanto, esses sinais necessitam ser
amplificados periodicamente ao longo do percurso. O uso de amplificadores de RF em cascata
introduz ruído que degrada a relação sinal-ruído do sinal de vídeo. Contudo, o maior
problema em se usar amplificadores de RF é a degradação sofrida pelo sinal devido às
distorções introduzidas pelos cascateamento desses amplificadores, com consequente
limitação no número máximo de canais que podem trafegar pelas redes coaxiais. Esses são os
principais fatores que motivaram a introdução da fibra óptica nas redes de CATV.
Na arquitetura HFC, existe um sistema de agrupamento menor, onde cada ramo está
diretamente voltado para o equipamento central, conforme observado na Figura 15.
34
Figura 15 - Sistema híbrido fibra-coaxial (HFC).
Para permitir que determinados serviços especiais possam trafegar pela rede HFC,
existe a possibilidade da diminuição no número médio de dispositivos ativos empregados
desde o equipamento central até o equipamento de assinante. Isso proporciona uma expansão
na qualidade da rede devido à diminuição no número de componentes utilizados, reduzindo,
dessa maneira, a possibilidade de falhas.
Um benefício adicional da rede HFC é a grande facilidade que apresenta para
subdividir a rede sem maiores re-investimentos, incrementando dessa forma a largura de
banda disponível para a transmissão de sinais de faixa larga. Para ilustrar a ideia do que
representa essa largura de banda disponível, a Figura 16 apresenta a alocação de frequências
previstas para o canal direto e para o canal de retorno. (RASKIN e STONEBACK, 1998)
35
Figura 16 - Alocação de frequências do espectro de CATV.
Os sinais de RF, no segmento coaxial, são transportados por meio de uma frequência
portadora escolhida para cada canal de comunicação utilizado. Para a transmissão dos sinais
de vídeo analógico, a amplitude da portadora varia em função da informação a ser transmitida
pelo processo chamado “modulação de amplitude”(AM). A grande vantagem desse método é
a sua compatibilidade com os receptores comerciais de televisão utilizados pelos assinantes.
Através do Sistema NTSC (National Television Systems Committee) todos os canais
de vídeo individuais são combinados através da Multiplexação por Divisão de Frequência
(FDM), empregando portadoras separadas na largura de faixa de 6 MHz. Os sinais do canal
direto são colocados em frequências acima de 52 MHz, enquanto as frequências entre 5 e 42
MHz estão destinadas ao canal de retorno.
Em vários pontos da rota coaxial do Sistema HFC, são inseridas unidades
amplificadoras utilizadas para recuperarem a potência dos sinais: direto e de retorno.
Como os circuitos amplificadores são inerentemente unidirecionais, a separação dos
sinais em duas direções distintas é a melhor maneira para amplificar esses sinais bidirecionais.
Essa divisão é realizada pelos circuitos conhecidos como diplexadores. A Figura 17 ilustra o
diagrama simplificado de um amplificador de linha e a Figura 18 ilustra o diagrama
simplificado de um receptor óptico de nó (node).
36
Figura 17 - Diagrama em bloco de um amplificador de linha.
Figura 18 - Diagrama em bloco do um nó fibra/coaxial.
37
3. MATERIAIS E MÉTODOS
3.1 Diagrama de Blocos do Projeto
O diagrama de blocos do protótipo desenvolvido está ilustrado na Figura 19.
Figura 19 - Diagrama em Blocos da Rede HFC Didática.
3.2 Antena do tipo dipolo
3.2.1 Definição
A antena do tipo dipolo foi projetada para captar o canal de televisão UPF TV, na
frequência no canal 4 - VHF (66 a 72 MHz). A recepção deste canal analógico tem por
objetivo retransmiti-lo no sistema de comunicação e possibilitar testes e medições.
3.2.2 Características
A antena foi construída com dimensões de ½ comprimento de onda, situação ótima
de recepção, podendo ser alterado este parâmetro até ¼ de comprimento de onda, situação
onde a transferência de potência recebida será inferior tendo em vista a redução no ganho da
antena e o descasamento da impedância entre a antena e a linha de transmissão coaxial.
38
Com o intuito de possibilitar a modificação do comprimento de onda da antena foram
construídas hastes retráteis. O material utilizado na constituição das hastes do dipolo foi de
inox, tendo em vista a indisponibilidade de tubos de alumínio de dois diâmetros próximos.
3.2.3 Dimensionamento
A frequência da portadora de vídeo do canal 4 encontra-se em 67,25 MHz.
A velocidade de uma onda eletromagnética no espaço livre é .
Portanto, utilizando a equação (1.2) temos:
Como a antena será construída para ½ comprimento de onda, a sua dimensão
principal resultará em:
O ganho teórico desta antena será definido de acordo com sua área efetiva de
captação, conforme equação (1.1):
Ae * x * * x x 8
Ae
8
Considerando que a eficácia de abertura (n) tem valor típico entre 0,3 e 0,55, o ganho
real da antena variará entre G1 e G2:
39
Ae
8
Ae
8
3.3 Opção de atenuação da recepção
Para atenuação da recepção será adotado um misturador desbalanceado de fabricação
da Holland, modelo GHS3, conforme na Figura 20. Sua faixa de frequências de operação é de
5 a 1.000 MHz, e tem atenuação de 3,5dB em 1 porta de entrada e 7,0dB nas demais. Esta
opção é interessante pois teremos no protótipo 2 portas extras caso seja necessário no futuro,
combinar outros canais na retransmissão. Poderá também ser acrescido atenuador FAM-10dB
ou FAM-20dB para fins de testes na atenuação da recepção. Desta forma, teremos as
seguintes opções de atenuações de recepção no protótipo: 3,5dB; 7,0dB; 13,5dB; 17dB;
23,5dB; 27dB; 33,5dB e 37dB.
Figura 20 – Misturador desbalanceado Holland de 3 entradas e 1 saída.
3.4 Transmissor Óptico
O transmissor óptico selecionado e apresentado na Figura 21, é de fabricação da
empresa Antec e transmite na janela de 1310 nm com uma potência de 7 dBm. A
especificação do transmissor é EIFPT (enhanced, isolated Fabry-Perot). A entrada de RF tem
40
impedância de 75 ohms e nível de sinal ótimo de entrada é de 22 dBmv. A faixa de frequência
transmitida é de 5 a 200 MHz.
Figura 21 - Módulo transmissor óptico 1310 nm com potência de 7 dBm.
3.5 Fibra Óptica
Usualmente em redes HFC é utilizado um cabo de fibra óptica de 12, 24, 48, 72, 96,
120 ou 144 fibras ópticas do tipo monomodo, atendendo desta forma diversas regiões da
cidade com a mesma infraestrutura.
Na rede HFC didática será utilizada 1 fibra óptica do tipo monomodo para interligar
os módulos transmissor e receptor. Esta fibra óptica estará protegida por uma capa e
conectorizada nas suas pontas com conectores do tipo SC/APC.
3.6 Receptor Óptico
O receptor óptico selecionado recebe na janela de 1310 nm com uma potência ideal
de recepção 0 dBm, e com range ótimo entre -3 dBm a +2 dBm. A saída de RF tem
impedância de 75 ohms. O módulo selecionado para o projeto é o modelo SG4-R fabricado
pela Motorola e está ilustrado na Figura 22. A faixa de frequência recebida é de 54MHz a
1GHz. No módulo consta um ponto de teste de tensão que esta relacionado com a potência
óptica recebida. A relação de conversão de Vdc para dBm esta apresentado na Figura 23.
41
Figura 22 - Módulo receptor óptico 1310 nm com potência ideal de recepção de 0dBm.
Figura 23 - Relação de tensão (Vdc) vs potência óptica (dBm) do ponto de teste do
módulo.
42
3.7 Opção de atenuação do sinal
Para atenuação do sinal após o receptor óptico adotou-se um divisor desbalanceado
de fabricação da Holland, modelo GHS3, conforme ilustra a Figura 24. Sua faixa de
frequências de operação é de 5 a 1.000 MHz, e tem atenuação de 3,5dB em 1 porta de saída e
7,0dB nas demais saídas.
O medidor de sinal esta conectado na saída de atenuação de 3,5dB do divisor. Um
cabo coaxial RG-6 esta conectado em uma saída com atenuação de 7dB e tem a finalidade de
ser uma opção para conectar uma televisão para análise qualitativa do sinal.
Poderá também ser acrescido um atenuador FAM-10dB ou FAM-20dB para fins de
testes qualitativos e quantitativos da retransmissão. Desta forma, teremos as seguintes opções
de atenuações da retransmissão no protótipo: 3,5dB; 7,0dB; 13,5dB; 17dB; 23,5dB; 27dB;
33,5dB e 37dB.
Figura 24 – Divisor desbalanceado Holland de 1 entrada e 3 saídas e atenuadores de
10dB (A) e 20dB (B).
43
3.8 Medidor de Sinais
O medidor de sinais óptico e de RF é composto por um circuito de condicionamento
de sinal projetado com o circuito integrado TL072 e por um microcontrolador PIC16F877A
que possibilita a conversão do sinal analógico em digital através das entradas AN0 e AN1. O
tempo de conversão, sample and hold, será de 18,47 μs para cada canal considerando uma
temperatura de 25°C. O sinal digitalizado é convertido em 10 bits de resolução, sendo
utilizado 8 bits. A frequência de oscilação do microcontrolador é de 4 MHz. O clock de
conversão do A/D selecionado é o oscilador RC interno com tempo típico de conversão de 4
μs para cada bit. Após a conversão as medidas dos sinais são apresentadas em um display de
LCD com 2 linhas e 16 colunas. O detector LTC5507 presente no medidor de RF será
detalhado no item 3.8.3.
3.8.1 Diagrama de Blocos do Medidor de Sinais
O diagrama de blocos do medidor de sinais desenvolvido está ilustrado na Figura 25.
Figura 25 - Diagrama de Blocos do Medidor de Sinais.
44
3.8.2 Medidor de Potência Óptica
O ponto de teste disponível no receptor óptico fornece uma tensão em Vdc de acordo
com a potência óptica recebida. A relação da conversão de Vdc para dBm pode ser observada
na figura 23. A especificação do medidor de potência óptica é de -5 a 0 dBm, portanto o nível
máximo em Vdc recebido será de 1 Vdc, pois 1 Vdc representa 0 dBm.
Foi projetado um amplificador não inversor, utilizando o amplificador operacional
TL072 com ganho de 5 vezes devido ao valor máximo de Vdc especificado. Este ganho foi
aplicado, afim de condicionar o sinal recebido do receptor óptico ao nível de excursão de 0 a
5V, para realizar melhor proveito da faixa de conversão do A/D do microcontrolador. A
Figura 26 ilustra o circuito projetado.
Figura 26 - Projeto de amplificador não inversor para condicionamento da tensão Vdc
proveniente do ponto de teste do receptor óptico.
A relação Vdc/dBm foi transformada em uma equação para realização dos cálculos
no microcontrolador. Esta equação foi obtida através dos seguintes passos executados no
software Microsoft Excel: 1° seleção das 2 colunas com os dados em Vdc e dBm; 2° no menu
inserir foi selecionado o gráfico de dispersão; 3° clicar com o botão direito do mouse sobre o
gráfico e adicionar linha de tendência; 4° selecionada a tendência logarítmica e exibir a
45
equação no gráfico. Na Figura 27 consta a relação do eixo x que corresponde a tensão em Vdc
e do eixo y que corresponde a potência óptica em dBm.
Figura 27 - Curva da relação de conversão Vdc para dBm.
Portanto, após a conversão do sinal (Vdc) analógico para o digital no
microcontrolador, realiza-se o cálculo da expressão que consta na Figura 27 resultando no
valor em dBm compatível. Esta informação é então disponibilizada no display com 2 casas
decimais.
3.8.3 Medidor de Nível de Sinal de RF
O sinal de RF é detectado pelo circuito integrado LTC5507 de fabricação da Linear
Technology. Este componente é um RF power detector de 100KHz a 1GHz. Os níveis de
potência do sinal detectado devem estar na faixa especificada de -34dBm a 14dBm,
correspondendo respectivamente a faixa de níveis de sinal de -25dBmV a 23 dBmV. A faixa
especificada de potência esta de acordo com a Figura 28, onde resulta em uma tensão Vdc
correspondente na saída do circuito. A alimentação do componente esta especificada entre 2,7
a 6 Vdc. No protótipo existe alimentação de 5 Vdc disponível para este circuito.
y = 4,1981ln(x) - 0,0347
-5
-4,5
-4
-3,5
-3
-2,5
-2
-1,5
-1
-0,5
0
0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
Potê
nci
a Ó
pti
ca (
dB
m)
Tensão (Vdc)
46
Figura 28 - Curva da conversão Vdc para dBm do detector de RF.
Foi projetado um amplificador não inversor, utilizando o amplificador operacional
TL072 com ganho de 2 vezes. Como no caso anterior, este ganho foi aplicado afim de
condicionar o sinal recebido do detector de RF ao nível de excursão de 0 a 5V do
microcontrolador. A Figura 29 ilustra o circuito projetado.
Figura 29 - Projeto de amplificador operacional para condicionamento do sinal.
Para a conversão de dBm para dBmV foi utilizado o gerador de sinais HP em
conjunto com um medidor de sinal JDSU, conforme a Figura 30. Desta forma, relacionou-se o
47
nível de sinal em dBmV em relação a tensão de saída do detector de RF. Ou seja, configurou-
se o gerador para 0 dBm em 67,25 MHz e no medidor foi lido 8,8 dBmv em 67,25 MHz.
Desta forma, variou-se o range necessário do gerador e foram medidos os demais níveis de
sinais, de acordo com a excursão de -14 a 34 dBm.
Figura 30 - Conversão da potência do sinal em dBm para o nível do sinal em dBmV.
A relação Vdc/dBmV foi transformada em uma equação para o cálculo no
microcontrolador. Esta equação foi obtida através dos seguintes passos executados no
software Microsoft Excel: 1° seleção das 2 colunas com os dados em Vdc e dBmV; 2° no
menu inserir foi selecionado o gráfico de dispersão; 3° clicar com o botão direito do mouse
sobre o gráfico e adicionar linha de tendência; 4° selecionada a tendência polinomial ordem 3
e exibir a equação no gráfico. Na figura 31 consta a relação do eixo x que corresponde a
tensão em Vdc e do eixo y que corresponde ao nível de sinal em dBmV.
48
Portanto, após a conversão do sinal (Vdc) analógico para o digital no
microcontrolador, realiza-se o cálculo da expressão que consta na Figura 31 resultando no
valor em dBmV compatível. Esta informação também é mostrada no display com 2 casas
decimais.
3.8.4 Fonte de Alimentação
Afim de alimentar o sistema, foi utilizada uma fonte de tensão comercial com
entrada automática 127/220V e com saída de 24Vdc/2A. O protótipo requer 1,3A de acordo
com as correntes de cada componente ativo que estão apresentados na Tabela 3. Os módulos
foram alimentados de acordo com suas especificações.
y = 14,238x3 - 67,969x2 + 110,64x - 43,925
-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
25
0,2 0,7 1,2 1,7 2,2
Nív
el d
e Si
nal
(d
Bm
V)
Tensão (Vdc)
Figura 31 - Curva de conversão Vdc para dBmV.
49
Tabela 3 - Especificações de corrente máxima dos componentes ativos do protótipo.
Componentes Ativos Corrente Máxima
Transmissor Óptico Antec 0,33 A @ 24 V
Receptor Óptico Motorola 0,53 A @ 24 V
Ampop TL072 2,5 mA @ 9 V
Detector de RF LTC5507 550 µA @ 5 V
Microcontrolador PIC16F877A 0,3 A @ 5 V
Display LCD LM016L 125 mA @ 5 V
Conversor de tensão ICL7660 500 µA @ 5 V
Regulador de tensão 7805 0,5 mA @ 5 V
Regulador de tensão 7809 1 mA @ 5 V
Corrente Total Requerida 1,3 A
Capacidade da Fonte 2,0 A
Percentual de utilização 65%
Os circuitos utilizados para regulação das tensões e os módulos ativos estão
ilustrados na Figura 32. Não utilizou-se dissipador no regulador de tensão 7809 tendo em
vista a corrente máxima de 0,43A. Através de um termômetro de infravermelho constatou-se
27°C no encapsulamento externo do regulador.
Figura 32 - Regulação de tensão e alimentação dos módulos do protótipo.
50
4. RESULTADOS
Para o melhor entendimento os resultados obtidos são apresentados separadamente.
4.1 Antena Dipolo
4.1.1 Testes Preliminares
Utilizando uma antena dipolo de ¼ de comprimento de onda foi realizada a medição
da portadora analógica do canal 04, frequência 67,25MHz. Foram obtidos os níveis
apresentados na Tabela 4. O medidor de nível de sinal utilizado esta ilustrado na Figura 33.
Tabela 4 - Locais e medidas efetuadas para teste preliminar.
Local Endereço Nível Medido
1 Rua Fagundes dos Reis, 654 – fora do prédio 5 dBmv
2 Rua Fagundes dos Reis, 654 – dentro do prédio -18 dBmv
3 UPF (no estacionamento do prédio G1) 10 dBmv
4 UPF (no lado do prédio G1 – com visada) 30 dBmv
No local 2, o sinal captado foi inserido no transmissor óptico e após o receptor
óptico verificou-se a imagem utilizando uma televisão, resultando em uma imagem de
péssima qualidade, mas com possibilidade de identificação da emissora geradora.
O sinal captado foi inserido diretamente na televisão, e obteve-se a mesma péssima
qualidade e possibilidade de identificação da emissora geradora.
51
Figura 33 - Medidor de nível de sinal utilizado para medidas preliminares.
4.1.2 Diagrama de Radiação da Antena
O diagrama de radiação da antena construída foi levantado em um local sem
obstáculos conforme ilustrado na Figura 34 e com visada para a antena transmissora. Foram
levantadas as medições de níveis de sinal captado de acordo com o ângulo de diretividade.
Também observou-se que o nível de sinal reduz 8dB com a antena dipolo configurada para
1/4λ (retraída), em relação a situação ótima, a antena dipolo configurada para 1/2λ
(estendida).
Figura 34 - Captação dos níveis de sinal em cada ângulo de diretividade.
52
Com base nestas medições, foi possível construir o diagrama de radiação da antena
dipolo de meio-comprimento de onda, apresentado na Figura 35.
Figura 35 – Diagrama de radiação da antena dipolo de meio-comprimento de onda.
4.2 Opção de Atenuação da Recepção
Inserindo o sinal captado na antena dipolo no misturador confirmou-se a atenuação
especificada, com diferença menor que 0,3 dB.
O nível captado e inserido no sistema é mostrado na Figura 36, onde lê-se: 29 dBmV
na portadora de vídeo do canal 4 e 15,8 dBmV na portadora de áudio do canal 4.
O nível de saída do misturador utilizando a porta de atenuação 7.0 dB resultou em
22,3 dBmV. O nível típico na entrada do transmissor óptico de acordo com o fabricante é 22
dBmV, portanto grandes variações neste nível de saída do misturador acarretarão perda
significativa da qualidade, ou até mesmo a perda total do sinal do sistema.
53
Figura 36 – Nível de sinal captado e inserido no misturador/sistema. Nível da portadora
de vídeo do CH 004 +29dBmV e da portadora de áudio +15,8dBmV.
4.3 Transmissor Óptico
O transmissor óptico recebe o sinal de RF e o transforma em sinais ópticos, afim de
serem injetados e transmitidos por meio da fibra óptica.
4.3.1 Testes Preliminares
A potência óptica do transmissor foi medida com um multímetro no ponto de teste
resultando em 0,98 Vdc e, para conferência, a medida com o power meter resultou em -0,22
dBm. Portanto, de acordo com a relação 1 Vdc = 0 dBm, as medidas estão corretas.
54
4.3.2 Testes Finais
O nível de sinal de RF na entrada no transmissor foi de 22,3 dBmV. Este sinal
provém da antena projetada, e é medido no ponto de teste de saída do misturador.
Devido a alteração de transmissor óptico, a potência óptica do transmissor foi medida
novamente com o power meter e resultou em 7dBm no comprimento de onda 1.310nm, de
acordo com o procedimento demonstrado na Figura 37.
Figura 37 - Medição de potência óptica com o power meter da JDSU.
55
4.4 Fibra Óptica
A medida de potência óptica na saída do transmissor é de 7,02 dBm e na saída do
cordão óptico de 3 metros é de 3,58 dBm. Portanto, a atenuação no conjunto fibra óptica e
conectores resultou em uma perda de 3,44 dB. Esta perda é significativa para uma pequena
distância. O padrão seria no máximo 1 dB devido ao conjunto de 2 alinhadores que conectam
os 4 conectores. Esta diferença de 2,44 dB se dá devido ao desalinhamento do conector do
transmissor pois o seu polimento é do tipo PC (sem ângulo – cor azul no conector), e os
demais tem polimento do tipo APC (com ângulo – cor verde no conector).
4.5 Receptor Óptico
O papel do receptor óptico é o de receber o sinal óptico, converte-lo novamente para
RF e disponibilizar este sinal em sua saída.
4.5.1 Testes Preliminares
A potência óptica do receptor foi medida com um multímetro no ponto de teste
resultando em 0,8 Vdc e novamente, para sua conferência, a medida com o power meter
resultou em -0,67 dBm. Portanto, de acordo com a relação 1 Vdc = 0 dBm, as medidas estão
corretas.
4.5.2 Testes Finais
Devido ao aumento da potência do transmissor óptico fez-se necessária a utilização
contínua do atenuador óptico visualizado na Figura 38. O atenuador deve ser inserido em série
no sistema entre o conector da fibra e o conector do módulo receptor. A potência ideal de
entrada é 0 dBm, podendo variar entre -3 a 2 dBm. Abaixo de -3 dBm o sinal começará a ser
degradado. Acima de 2 dBm o fotodetector ficará sob risco de queima, caso o nível alto
permaneça continuamente.
56
Figura 38 – Atenuador óptico monomodo de 2 dB instalado no receptor.
Para identificar o atenuador mais indicado para o protótipo, foram executadas
medidas de potência óptica sem atenuador, com atenuador de 2dB e com atenuador de 5 dB,
conforme comprovado na Figura 39. Nota-se que a atenuação especificada no atenuador
diverge das medidas práticas. Com o atenuador de 2 dB esperava-se medir 1,58 dBm e foi
medido 1,82 dBm, resultando em 0,24 dBm a mais de potência óptica. Com o atenuador de 5
dB esperava-se medir -1,42 dBm e foi medido -1,28 dBm, resultando em 0,14 dBm a mais de
potência óptica. Os 2 atenuadores ópticos, de 2 ou de 5 dB podem ser utilizados tendo em
vista que as potências ópticas resultantes estão dentro do range especificado pelo fabricante
do receptor, porém o atenuador de 2dB esta no limiar máximo, sendo assim foi adotado para
utilização contínua o atenuador de 5dB.
Figura 39 – Medidas de potência óptica sem atenuador, com atenuador de 2dB e 5 dB.
57
4.6 Opção de atenuação do sinal
O sinal convertido no receptor óptico foi inserido no divisor e confirmou-se a
atenuação especificada.
Na saída de atenuação 3,5dB do divisor foi medido o nível de sinal, 18,1dBmV na
portadora de vídeo do canal 4 e 12,7 dBmV na portadora de áudio do canal 4.
Acoplando o sinal de saída a uma televisão foi possível executar os testes
qualitativos de atenuação do sinal. Na Figura 40 o sinal sem atenuação apresentou uma
imagem boa. Na Figura 41 o sinal atenuado em 10dB apresentou uma imagem pouco
degradada. Na Figura 42 o sinal atenuado em 20dB apresentou uma imagem muito degradada.
Portanto grandes variações no nível de sinal acarretam perda significativa da qualidade.
Figura 40 - Teste qualitativo do canal 4 sem atenuação.
Figura 41 - Teste qualitativo do canal 4 com atenuação de 10dB.
58
Figura 42 - Teste qualitativo do canal 4 com atenuação de 20dB.
4.7 Medidor de Sinais
O medidor de sinais construído possui os módulos de pré-aquisição dos sinais óptico
e de RF, microcontrolador e display LCD, integrados.
4.7.1 Medidor de Potência Óptica
Com intuito de testar o medidor de potência óptica, foi aplicada uma tensão de 1 Vdc
na entrada do amplificador operacional responsável por condicionar o sinal referente a
potência óptica. O resultado apresentado no display de LCD foi -0,03 dBm. Apresentando
apenas uma pequena variação. Na relação de conversão do receptor óptico 1Vdc é 0 dBm,
portanto a medição foi validada.
Posteriormente, foi ligado o ponto de teste do receptor óptico no medidor. O
resultado apresentado no display LCD foi -0,7 dBm. Para comparação foi medida a potência
óptica com o power meter e obtido -1 dBm. Apresentando apenas uma pequena variação entre
as 2 medidas, a medição do medidor de potência óptica do protótipo foi validada.
59
4.7.2 Medidor de Nível de Sinal de RF
Para realização dos testes no medidor de RF foi aplicada uma potência de sinal de RF
de 0 dBm através do gerador de sinal HP modelo 8647A demonstrado na Figura 43. O
circuito de detecção LTC5507 funcionou dentro da faixa especificada e o resultado
apresentado no display de LCD foi 9,83 dBmv, demonstrado na Figura 44.
Figura 43 - Validação da medição de RF e Óptica.
60
Figura 44 - Medida de nível de sinal 9,83 dBmV recebida do gerador de sinal HP.
Quando inserido o sinal proveniente da antena dipolo o detector de RF não executou
a detecção do pico e a tensão de saída não ultrapassou 265mA. Como houve êxito com a
utilização do gerador de sinal HP, foi analisado a largura de banda dos sinais.
O canal 4 possui 6 MHz de largura de banda, sua portadora de vídeo esta centrada
em 67,25 MHz e a sua portadora de áudio esta centrada em 71,75 MHz, como ilustrado na
Figura 45.
61
Figura 45 - Espectro do canal 4 com níveis da portadora de vídeo e áudio.
A largura de banda do sinal do gerador HP foi medida na função espectro do medidor
JDSU modelo DSAM6000, ilustrado na Figura 46. O cursor A está na frequência de 66,75
MHz e o cursor B está na frequência de 67,75 MHz totalizando 1 MHz de largura de banda.
Figura 46 - Medição da largura de banda do gerador de sinal HP, onde resulta 1MHz.
62
5. CONSIDERAÇÕES FINAIS
O presente trabalho nos permite realizar algumas considerações importantes, as quais
serão discutidas separadamente.
5.1 Considerações sobre a Recepção do Sinal
A antena dipolo de 1/2λ comprimento de onda captou o canal como desejado para
possibilitar os testes na rede. O inconveniente é que seu tamanho nesta especificação ocupa
2,23 metros, sendo complicado ajusta-la na direção de maior captação de sinal. Constatou-se
que o canal 4 devido a sua baixa frequência no espectro de VHF é constantemente interferido
e pequenas barreiras próximas a antena receptora causam variação no nível de sinal.
5.2 Considerações sobre a Retransmissão do Sinal
Houve dificuldade na alimentação definitiva dos módulos ópticos devido à falta de
informações no manual relacionadas aos pinos de alimentação. O conector de alimentação é
de 20 pinos, onde 2 pinos são conectados em 24 Vdc, 5 pinos são conectados em 5Vdc, 8
pinos são conectados ao terra e 5 pinos ficam abertos.
Constatou-se 2,44dB de perda de sinal óptico no alinhamento dos conectores devido
ao seu polimento divergente. Esta perda não prejudicou o sistema devido a sua curta distância.
Em transmissões de longas distâncias recomenda-se a troca do conector para eliminação de
perdas de tal magnitude.
5.3 Considerações sobre a Medição dos Sinais
Trabalhar com altas frequências e circuitos integrados SMD requerem cuidados
adicionais. Evitar o manuseio com as mãos dos circuitos integrados notou-se fundamental
para manter a integridade do componente. Portanto, utilizar luvas ou pulseira anti-eletrostática
são soluções para a correta manipulação dos componentes. O plano de terra na placa de RF
63
também é fundamental tendo em vista a frequência de trabalho e possíveis ingressos de ruídos
e batimentos provenientes do meio de transmissão do ar.
É importante ressaltar que o sistema de medição tem um limite devido ao detector de
RF, portanto potências maiores que 14 dBm ou menores que -34 dBm não serão devidamente
convertidas.
Na programação do microcontrolador foram utilizadas as curvas apresentadas nas
Figuras 27 e 31. Portanto, medidas que extrapolem os limites programados não serão
devidamente apresentadas no display.
Constatou-se que o detector de RF LTC5507 tem um limite de detecção em relação a
largura de banda do sinal aplicado. Conforme medidas e testes demonstrados em 1MHz de
largura de banda o componente detecta o sinal e em 6MHz o componente não detecta. Esta
especificação não esta presente no datasheet do componente.
5.4 Sugestão de Trabalhos Futuros
Projetar e construir uma antena na faixa de UHF, canal 34, para recepção de um canal
digital;
Implementar através do kit DSP, processamento digital dos sinais, um medidor de
nível do sinal digital e de modulação QAM.;
Adicionar ao medidor do protótipo um sistema para 24hs de coleta de dados captados
com a possibilidade de descarregar através de dispositivo USB. Programar um
ambiente para análise dos dados.
Implementar um filtro passa banda de largura de 1 MHz centrado na frequência de
67,25 MHz para integrar-se ao protótipo.
64
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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Biblioteca UPF: 004.7 A474c, 1994.
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Fundo. 2010.
BAILEY, D. Practical Radio Engineering and Telemetry for Industry. 5. ed. Perth
(Australia): British Library Cataloguing in Publication Data, 2003.
DESCONHECIDO. In: DESCONHECIDO Linhas de Transmissão e Tv a Cabo. [S.l.]:
[s.n.], Cap. 15, p. 303 a 331.
FUSCO, V. F. Teoria e Técnicas de Antenas. Porto Alegre: Bookman, 2006.
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Practical Guide. 1ª. ed. [S.l.]: IEEE Press, 1996.
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Library, 1998.
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HOSS, R. J.; LACY, E. A. Fiber Optics. 2ª. ed. Cave Creek, AZ e Phoenix, AZ
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INATEL. Treinamento Fibras Ópticas. Santa Rita do Sapucaí: Cedetec Inatel, 2000.
INATEL. Treinamento Introdução à CATV. Santa Rita do Sapucaí: Cedetec Inatel, 2000.
INATEL. Treinamento Medidas em CATV/Ruídos e Distorções. Santa Rita do Sapucaí:
Cedetec Inatel, 2000.
MACHADO, A. F. Manual das Antenas. 1. ed. Dourados (Mato Grosso do Sul): [s.n.],
2010.
MAKING, T. J. Return Systems. CED Communications Engineering & Design. [S.l.]. 1995.
65
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Sistemas UWB. PPGEE/UFPA. Belém/PA. 2007.
RASKIN, D.; STONEBACK, D. Broadband Return Systems for Hybrid Fiber/Coax
Cable Tv Networks. [S.l.]: Prentice Hall, 1998.
WINDER, S.; CARR, J. Radio and RF Engineering. 3. ed. Woburn, Massachusetts, EUA:
Pocket Book, 2002.
66
ANEXO A – UNIDADES LOGARÍTMICAS
Devido as grandes variações de potências, nas redes de telecomunicações, torna-se
inviável, medidores com escalas decimais. Se tomarmos a variação numérica de 0,000001 até
1.000.000 veremos que é bastante extensa. O correspondente logaritmo dessa variação é de -6
até +6. Conclui-se, portanto, que o uso do logaritmo como unidade comprime a escala. Se
quisermos saber ser um componente ou um sistema oferece ganho ou perda de sinal, podemos
usar a relação de potências, mostrada na equação abaixo:
Caso seja necessário trabalhar com estes dados em [dB], para facilidade de manuseio
ou compactação de escala, podemos usar a equação a seguir:
Quando Pout for maior que Pin, o resultado numérico da relação será positivo
indicando que houve ganho (amplificação). Quando Pin for maior que Pout, o resultado
numérico da relação será negativo indicando que houve uma atenuação. O uso de medidas
logarítmicas é baseado na relação de potências. Por este motivo para medirmos nível de sinal
temos que trabalhar com um valor de referência.
Com o valor de referência de tensão de 1 mV a escala será chamada de
dBmV. Esta escala é amplamente utilizada para medições de níveis de sinais de RF.
[ ] (
)
Caso se queira achar a tensão após medido um nível de sinal é necessário
apenas manipular a fórmula do Nível em dBmV.
67
(
) [ ]
Com o valor de referência de potência de 1 mW a escala será chamada de dBm. Esta
escala é amplamente utilizada para medições de níveis de sinais ópticos.
[ ] (
)
Caso se queira achar a potência em Watts após medido um nível de sinal óptico é
necessário apenas manipular a fórmula do Nível em dBm.
(
) [ ]
Quando o sinal se propaga no ar, este processo ocorre através de ondas
eletromagnéticas. A onda eletromagnética possui duas componentes, como o próprio nome
sugere: componente de campo elétrico e componente campo magnético. A onda que se
propaga no ar fica disponível para qualquer antena que esteja ao longo do seu trajeto. A
intensidade captada pela antena dependerá da intensidade do campo elétrico e da área efetiva
da antena. O campo elétrico é medido em V/m, mas como as intensidades normalmente são
pequenas, o mais comum é termos um sinal medido em µV/m. (INATEL, 2000)
68
ANEXO B – FOTO DO PROTÓTIPO FINAL
69
ANEXO C – CIRCUITO DO MEDIDOR DE SINAL
![PASSO A PASSO DO FUNDO (2) [Somente leitura]189.28.128.100/dab/docs/sistemas/pmaq/orientacoes_fms.pdfPASSO A PASSO DO FUNDO (2) [Somente leitura] Author gerson.ferreira Created Date](https://img.document.onl/doc/110x75/60fd3683e2b50334b0268353/passo-a-passo-do-fundo-2-somente-leitura18928128100dabdocssistemaspmaqorientacoesfmspdf.jpg)
