Dispositivos de comunicação

Para poderem se comunicar sem fios, os dispositivos têm que ter componentes especiais que transformam os sinais vindos do computador, microcontrolador ou do que quer que esteja querendo se comunicar em ondas de rádio (ou outro meio, como som ou luz). Basicamente esses componentes são um transmissor e uma antena (no caso de ser rádio). Já existem no mercado pequenos módulos que já vêm com um transmissor e uma antena (ou até mesmo com um LED infravermelho, se o meio de comunicação for a luz).

• potência x distância

Como comentamos ainda há pouco, quando transmitimos algo via rádio, o sinal vai ficando fraco à medida que a distância entre o transmissor e o receptor aumenta. Essa perda é possível de ser calculada e a fórmula é esta:

$$ Φ_D = \frac{P_{transmissor}}{4 \times \pi \times D^{2}} $$

$P_{transmissor}$ é a potência que o transmissor envia,

$Φ_D$ é a densidade da potência radiada à distância $D$,

$D$ é a distância.

Utilizando a analogia com você falando com seu amigo, essa densidade é a quantidade de energia sonora que chega até o seu amigo a essa distância D. Mas o que seu amigo realmente escuta depende de outro fator, o ouvido dele. O ouvido é seu órgão que recebe o sinal sonoro. Se ele tiver algum problema, você terá dificuldades em ouvir.

No caso da radio frequência, o "orgão" receptor também é a antena e ela entra no cálculo para determinar a potência recebida pelo receptor.

A potência recebida pode ser expressão como:

$$ P_{recebida}= Φ_D \times A $$

Onde:

$P_{recebida}$ é a potência recebida,

$Φ_D$ é a densidade da potência radiada à distância $D$,

$A$ é seção reta de absorção do sinal.

Para longas distâncias, a antena assume a forma pontual (como se fosse um pontinho de recepção), assim essa seção reta de absorção pode ser definida como:

$$ A = \frac{λ^2}{4 \times π} $$

Onde:

$A$ é a seção reta de absorção do sinal,

$λ$ é o comprimento de onda do sinal.

O comprimento de onda entra na equação pois para frequências diferentes, é necessário antenas de tamanhos diferentes para que o sinal possa ser captado. O comprimento de onda pode ser obtido pela seguinte fórmula:

$$ λ = \frac{c}{f} $$

Onde:

$λ$ é o comprimento de onda do sinal,

$c$ é a velocidade da luz no vácuo (aproximadamente 300.000 km/s ou 300.000.000 m/s),

$f$ é a frequência da onda.

Realizando as substituições temos que a potência recebida é:

$$ P_{recebida} = \frac{P_{transmissor}}{4 \times π \times D^2} \times \frac{λ^2}{4 \times π} $$ $$ P_{recebida} = P_{transmissor} \times \left( \frac{λ}{4 \times π \times D} \right)^2 $$ $$ P_{recebida} = \frac{P_{transmissor}}{ \left( \frac{ 4 \ \times \ π \ \times \ D }{ λ } \right)^2} $$

O denominador é chamado de perda no espaço livre (L) deixando a equação:

$$ P_{recebida} = \frac{P_{transmissor}}{L} $$

Mas essas equações são simplificadas pois na prática, ainda se considera o ganho das antenas nesses cálculos. O ganho seria o quanto uma antena melhora o sinal, aumentando sua potência. Seria o mesmo que, na analogia da conversa com seu amigo, você utilizar as mãos em forma de cone próximo ao ouvido. Isso não melhora o que se deseja ouvir? A antena pode melhorar o sinal recebido (ou transmitido), mas vamos parar por aqui, pois já foi coisa demais né? Vamos ficar com essa simplificação, mas ao menos você agora já sabe o que está envolvido numa transmissão e recepção de um sinal de radio frequência. Existem muitas outras coisas a serem abordadas, como obstruções, reflexões, mas isso fica para um curso ainda mais avançado.

Como exemplo, se transmitirmos um sinal de frequência 450 MHz com uma potência de 1W e o receptor estiver a 10 m, a potência recebida será de:

$$ λ = \frac{300.000.000}{450.000.000} ≅ 0,667 \ m $$ $$ P_{recebida} = \frac{1}{ \left( \frac{ 4 \ \times \ π \ \times \ 10 }{ 0,667 } \right)^2} $$ $$ P_{recebida} ≅ 0,00003 \ W $$

Ou seja, a potência recebida pelo receptor seria de aproximadamente 0,03 mW. Perceba que a perda no espaço livre é adimensional, pois gera uma relação direta entre a potência transmitida e a recebida.