Cartilha sobre Propagação de Ondas.

1. propagação
de ondas
Projeto Um Computador por Aluno
3 Ministério da Educação

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Cartilhas Projeto UCA: Propagação de ondas
Copyright © 2010, Escola Superior de Redes RNP
Autor
Equipe do Laboratório de Pesquisas
MídiaCom, vinculado ao Departamento
de Engenharia de Telecomunicações
e ao Instituto de Computação da
Universidade Federal Fluminense (UFF)
Produção Editorial
Versão
1.0.1
Esta obra é distribuída sob a licença
Creative Commons: Atribuição e Uso Não-Comercial 2.5 Brasil

3. Propagação de ondas
Esta cartilha descreve os principais conceitos de
ondas e propagação de ondas eletromagnéticas,
possibilitando a compreensão do funcionamento
de redes sem fio Wi-Fi.
O que são ondas?
Uma onda é uma vibração periódica que se propaga no
espaço. Por exemplo: em uma onda causada pelo arre-
messo de uma pedra em um lago, a altura da crista da
onda variará com o tempo de forma periódica, alternan-
do altos e baixos, conforme ilustrado na figura 1. Alguns
tipos de onda são bem conhecidos, como as formadas
no lago ou a onda sonora gerada quando alguém toca a
corda de um violão.
Figura 1
Onda mecânica se
propagando na água
Propagação de ondas

4. A velocidade de uma onda é função do meio em que ela
se propaga. No caso da onda do lago, a velocidade de
propagação pode ser obtida observando a velocidade com
que a primeira “crista” (subida da água) se afasta do pon-
to onde a pedra afundou.
No exemplo da corda do violão, as ondas sonoras pos-
suem velocidades superiores às do lago, e para o caso das
ondas eletromagnéticas a velocidade de propagação é a
Forma de velocidade da luz.
propagação de
energia capaz Além da velocidade de propagação, uma onda também
de conduzir pode ser descrita pela sua frequência e pelo seu compri-
informação pelo mento (figura 2). Essas três grandezas — velocidade (ν),
espaço livre frequência (ƒ) e comprimento de onda (λ) — se relacio-
nam através da equação abaixo:
ν
λ = —
= —
ƒ
Figura 2
Comprimento
de onda
2 Projeto Um Computador por Aluno

5. Ondas mecânicas x ondas
eletromagnéticas
Os exemplos da pedra arremessada no lago e da corda do
violão descrevem ondas mecânicas. No entanto, o tipo de
onda que nos interessa particularmente é a eletromagné-
tica, sendo a luz seu exemplo mais conhecido.
O uso de ondas para comunicação é antigo: a fala huma-
na cria uma onda mecânica (o som) que se propaga em
um meio (o ar) e é recebida pelos nossos ouvidos. Mas
as ondas mecânicas apresentam limitações para a comu-
nicação a distância. O som, por exemplo, levaria quase
uma hora para ir do Rio de Janeiro a Brasília. Apenas a
partir do século XIX, quando foram descobertas, as ondas
eletromagnéticas passaram a ser utilizadas como forma
de comunicação.
Uma vantagem da onda eletromagnética é o fato de que
ela pode ser gerada ou captada por circuitos eletrônicos
simples. Outra vantagem é o fato de que ela não precisa
necessariamente de um meio para se propagar, como a
água de um lago, a corda de um violão ou o próprio ar.
As ondas eletromagnéticas se propagam até no vácuo, o
que permite a comunicação entre antenas terrestres com
satélites no espaço, entre os próprios satélites e entre dois
pontos localizados em qualquer parte do mundo, na ve-
locidade da luz.
Propagação de ondas 3

6. Faixa de frequência
Equipamentos de comunicação que usam ondas eletro-
magnéticas operam em faixas de frequência distintas. Por
Intervalo exemplo, cada estação de rádio ou TV opera em uma faixa
compreendido de frequência única na sua região (figura 3). Isso quer
entre duas dizer que somente os aparelhos sintonizados nesta faixa
frequências de frequência conseguirão reproduzir o sinal enviado pela
estação.
Figura 3
Distribuição das
faixas de frequência
(Hertz)
Todos os serviços de telecomunicações (rádio, TV, telefone
celular) têm suas faixas de frequência determinadas pela
Anatel (Agência Nacional de Telecomunicações). O uso
destas frequências é regulamentado por leis que coíbem
Para saber mais, infratores como rádios e TVs piratas que usam as faixas
leia a cartilha Redes sem permissão.
sem fio
As redes sem fio Wi-Fi utilizam as faixas de 2,4 GHz ou
5 GHz, dependendo do padrão utilizado. São frequências
não licenciadas, isto é, isentas de autorização prévia e
custos para a obtenção de licenças de operação.
4 Projeto Um Computador por Aluno

7. Propagação de ondas
A propagação é um modo de transmissão de energia vi-
bratória, como a luz, o som, o calor e as ondas eletromag-
néticas, através do espaço (ar, água, vácuo) ou ao longo
de uma trajetória.
À medida que se propagam, as ondas eletromagnéticas
enfraquecem, fenômeno conhecido como atenuação. A
atenuação de uma onda depende da sua frequência, do
meio de propagação e da presença de obstáculos. A faixa
de 2,4 GHz, usada em redes sem fio Wi-Fi, sofre uma
grande atenuação na presença de água. Encanamentos,
aquários, pessoas e animais, por exemplo, são obstáculos
prejudiciais para o sinal de Wi-Fi. Uma árvore absorve
quantidade considerável da energia oriunda de um ponto
de acesso Wi-Fi, impedindo a propagação do sinal. Ob-
jetos metálicos também costumam bloquear as ondas
eletromagnéticas.
É importante compreender o efeito dos obstáculos sobre
uma onda eletromagnética, como o sinal de Wi-Fi. Em
primeiro lugar, temos a chamada reflexão. Ao atingir um
obstáculo, a onda pode se refletir, como quando a luz en-
contra um espelho (figura 4).
Figura 4
Reflexão
Propagação de ondas 5

8. Outro fenômeno importante é a refração, que ocorre
quando uma onda passa de um meio para outro. A refra-
ção ocorre porque as ondas possuem velocidades dife-
rentes para meios diferentes e, por conta disso, mudam
de direção quando mudam de meio. Um exemplo é a
distorção que um objeto parece sofrer quando mergulha-
do parcialmente na água, que ocorre porque a luz deste
objeto foi refratada (figura 5).
Figura 5
Refração e reflexão
Finalmente, temos ainda o fenômeno da difração, que
explica como as ondas “contornam” obstáculos. O som,
por exemplo, pode contornar uma parede e “entrar” numa
sala se a porta estiver aberta. Uma luz acesa no corredor
iluminará muito bem a parte da sala que estiver na dire-
ção da porta e parcialmente o restante da sala (figura 6).
Figura 6
Difração
6 Projeto Um Computador por Aluno

9. Na prática, quando uma onda se propaga, ela está sujeita
aos fenômenos de reflexão, refração e difração, o que pode
dificultar a previsão de seu comportamento.
O entendimento destes fenômenos auxilia no planejamen-
to das redes sem fio. Lugares fechados como escolas, por
exemplo, são apropriados para o uso de rede sem fio Wi-
Fi, pois o fenômeno da reflexão das ondas nas paredes
ajuda a confinar o sinal, aumentando a energia recebida.
Lugares abertos, como pátios e praças, fazem o sinal se
dispersar em todas as direções, diminuindo a energia re-
cebida. A figura 7 ilustra um caso em que a comunicação
entre dispositivos está sujeita aos fenômenos de propaga-
ção (reflexão, difração e refração).
Figura 7
Fenômenos de
propagação
Propagação de ondas 7

10. 8 Projeto Um Computador por Aluno

11. Projeto Um Computador
por Aluno
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12. Projeto UCA
Propagação de ondas
Esta cartilha descreve os princi-
pais conceitos de ondas e propa-
gação de ondas eletromagnéticas,
possibilitando a compreensão do
funcionamento de redes sem fio
Wi-Fi.