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PROE 1º Semestre 08/09PROE 1º Semestre 08/09

Do electromagnetismo à engenharia das telecomunicações.

OBJECTIVO DA DISCIPLINA

OBJECTIVO DA DISCIPLINA

Conceitos Fundamentais Linhas de transmissãoRadiaçãoGuias metálicos e Fibras Ópticas

PROGRAMAPROGRAMA

http://fenix.ist.utl.pthttp://alfa.ist.utl.pt/~proer

PÁGINAS DA DISCIPLINAPÁGINAS DA DISCIPLINA

• Maria Emília Manso – Profª. Responsável (aulas teóricas) • Mª João MArtins; Maria Hermínia Marçal

CORPO DOCENTE

CORPO DOCENTE

Aula 0 - 17 Set 08 2

AULAS PRÁTICASAULAS PRÁTICAS

4 Turmas  práticas

organizadas em grupos de 2

alunos. Inscrições no FENIX

a partir de 17 de Setembro.

INSCRIÇÃOINSCRIÇÃO

22 de Setembro de 2008INÍCIOINÍCIO

Dois grupos por aula expõem o problema

agendado.

A inscrição numa aula é vinculativa para efeitos

de avaliação e confere prioridade na frequência

das respectivas aulas práticas.

FUNCIONAMENTOFUNCIONAMENTO

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Sistema de Radiodifusão de Televisão

Espectro electromagnético É um recurso básico dos sistemas de comunicação.

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História• Ondas sonoras (voz). Comunicação à distância tambores e ondas de luz visível

(sinais de fogo, espelhos reflectores e bandeiras).

• Espectro electromagnético fora da região do visível só começou a ser utilizado fim século XIX.

• Hertz (1887) construiu sistema de transmissão de ondas de rádio. Verificou experimentalmente ondas electromagnéticas, previstas ~20 anos antes por Maxwell.

• Marconi: primeira transmissão em 1895, desenvolveu o rádio do ponto de vista comercial e patenteou primeiro sistema de telegrafia sem fios.

• Pouco antes da segunda guerra mundial surgiram os klistrões e os magnetrões, capazes de gerar frequências até 1 GHz, e os primeiros guias de onda.

• Primeiras experiências de transmissão de OE através de guias de onda (1935), foram mal sucedidas. Em 1936, uma vez estabelecida a teoria, foi feita com sucesso a primeira transmissão de OE com guias de onda.

• Desenvolvimento de geradores e guias de onda fundamental para utilização micro-ondas, em comunicações e radares.

Aula 0 - 17 Set 08 6

História (cont.)• Mais tarde estruturas planares (stripline, microstrip, slotline, guias coplanares) mais

compactas, de custo inferior e capazes de integrar dispositivos activos como díodos e transistores.

• Cabos coaxiais também usados actualmente na transmissão de sinais até ao domínio das micro-ondas. Vantagem: banda larga. Desvantagem: difíceis de integrar em circuitos complexos.

• Fibras ópticas surgiram no final dos anos 70. Sistemas de comunicação ópticos de baixas perdas e baixa dispersão, com larguras de banda muito superiores às dos cabos coaxiais ou das estruturas de ondas milimétricas.

• Frequências dos sistemas de comunicação têm vindo a aumentar, devido essencialmente às enormes larguras de banda disponíveis nas frequências mais elevadas.

• Comunicação com ligações fixas utilizada durante largos anos. Serviços telefónicos ligações terrestres fixas (anos 40), comunicação intercontinental ligações via satélite (anos 70).

• As comunicações celulares móveis constituem actualmente um vasto campo de investigação e desenvolvimento tecnológico.

Aula 0 - 17 Set 08 7PROE 1S0708 Aula1-110907

Propagação guiada • Baixas frequências e distâncias curtas. Imune a interferências. • Distâncias maiores e frequências mais elevadas atenuação considerável e custos elevados.

Excepção: fibra óptica, transmissão a grandes distâncias com muito baixas perdas.

Propagação em espaço livre • Perdas mais elevadas, única opção em muitos casos. Ex. em barcos, a bordo de aviões e

satélites, em veículos, em rádio difusão, nos rádios da polícia, bombeiros, nas comunicações pessoais (telefones móveis, "pagers").

Propagação guiada /Propagação em espaço livre • Hoje micro-ondas e fibras ópticas: ligações telefónicas de longa distância e chamadas

internacionais via-satélite. Televisão também com sist. comunicação baseados em satélites.

Segurança • Propagação guiada intrinsecamente mais segura mas a propagação em espaço livre com

comunicação digital (com códigos) pode atingir níveis equivalentes de segurança.

Fiabilidade• Sinais em espaço livre afectados pelas condições de propagação (obstáculos, ionosfera,

condições atmosféricas adversas, interferências com outros sinais electromagnéticos). • Propagação guiada afectada por danificação acidental das estruturas de transmissão, provocada

por trabalhos de construção, tremores de Terra, etc...)

Custos Propagação guiada (em geral) custos superiores e descida de preço de equipamento com antenas. Esta situação tende a favorecer os sistemas de propagação em espaço livre.Na prática escolha ditada essencialmente pelo tipo de aplicação.

Aula 0 - 17 Set 08 8

Antenas GMS (telemóveis) Agregados

Yagi

AntenaYagi Antenas

Parabólicas(Microondas)

Monopolos(Serviços radiomóvel)

RepetidoresEstaçõesmóveis

Corneta

Parabólica

Aula 0 - 17 Set 08 9

Propagação guiada• Cabos coaxiais - até ao domínio das micro-ondas.

• Guias de onda em microondas. Poder transportar potências elevadas (ex. radares). Largura de banda limitada, dimensões apreciáveis, dispendiosos.

• Cabos coaxiais banda larga, difícil fazer circuitos complexos de micro-ondas.

• Estruturas planares: stripline, microstrip, slotline, finline, guias coplanares. Compactas, baixo custo, podem incluir componentes activos como díodos ou transistores.

• Tendência dos circuitos de micro-ondas, integrar as estruturas de transmissão, os componentes activos, e outros componentes num único substracto de semicondutor, formando um circuito monolítico de micro-ondas integrado (MMIC).

• Fibras Ópticas, capazes de transportar grandes quantidades de informação usando ondas luminosas, devido à enorme largura de banda.

– Luz emitida no infravermelho (invisível) com 0: 1.31 m ou 1.55 m.

– Transmissão sinais de audio, televisão ou dados de computador com modulação analógica (variando a intensidade do feixe de luz) ou digital (opera-se em modo on-off).

– Sistema de fibra óptica pode transmitir tipicamente 27 gigabits por segundo.

– Sistemas de fibra óptica, também em muito pequenas distâncias Ex: nos computadores, transporte de sinais entre placas de circuitos.

Aula 0 - 17 Set 08 10

Sistema de Unidades

• Sistema MKSA [Metro Kilograma Segundo Ampere]

• Metro, referenciado ao segundo e à velocidade da luz no vácuo

• Quilograma, massa de uma barra padrão feita de uma liga de Platina/Irídio (Sévres, Paris)

• Segundo, 9.192.631.770 períodos da radiação electromagnética emitida numa transição de um átomo de Césio

• Ampére, corrente constante que, percorrendo dois condutores (comprimento infinito afastados de 1m no vácuo), produziria entre os condutores uma força de 2 x 10 Newton por cada metro de condutor.

• Sistema MKSA racionalizado

17104 Hmo

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V0(t)

Zs

~

l 0y

(Z)

Linhas de Transmissão

Circuitos de Alta Frequência

Aula 0 - 17 Set 08 12

AntenasDesempenham papel fundamental: convertem ondas electromagnéticas guiadas em ondas de espaço livre.

Fig. 4 - Linhas de força do campo eléctrico associadas a um dipolo

Aula 0 - 17 Set 08 13

LP17,16

(perfil constante)

LP28,5

(perfil variável)

FIBRAS ÓPTICAS

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ELEMENTOS DE ESTUDOELEMENTOS DE ESTUDO

• Propagação e Radiação de Ondas Electromagnéticas (PROE) - Sebenta - AEIST, IST

• Introdução às Fibras Ópticas – A. Brinca, AEIST

• Problemas das aulas práticas de PROE - Problemas - AEIST, IST

• Field and Wave Electromagnetics, D. Cheng, Wesley - Biblioteca DEEC

• Optical Fiber Communication, G. Keiser, McGraw-Hill - Biblioteca DEEC

• PROE, 1. Ondas e Meios Materiais, Abreu Faro, Técnica - AEIST

• PROE, 2. Radiação, Abreu Faro, Técnica - AEIST

• PROE, 3. Propagação Guiada, Abreu Faro, Técnica - AEIST

BIBLIOGRAFIABIBLIOGRAFIA

Aula 0 - 17 Set 08 16PROE 1S0708 Aula1-110907

Outros Elementos de EstudoOutros Elementos de Estudo

• Carta de Smith

• Utilização de um monopolo eléctrico de Hertz ( 60 kHz)

• Introdução às fibras ópticas

• O espectro electromagnético

• Fundamentos de Electromagnetismo

• Cursos na Web relacionados com a disciplina

• Uma Introdução à Compatibilidade Electromagnética

• Comunicações por Fibra Óptica

OUTROS ELEMENTOS

OUTROS ELEMENTOS

VISUALIZAÇÕESVISUALIZAÇÕESPEQUENOS

VIDEOSPEQUENOS

VIDEOS

Avaliação

Há 2 sistemas de avaliação:

a)

2 Testes

Avaliação Contínua

1 Exame Final de recurso

b)

Exame Final

Avaliação Contínua

Exame Final de recurso

Os alunos podem optar, em qualquer altura, por um dos 2 sistemas de avaliação

a) ou b).

Histogram

0

1

2

3

4

5

6

0.5

3.5

6.5

9.5

12.5

15.5

18.5

Bin

Fre

qu

ency

Frequency

Histogram

02468

10121416

0.5

3.5

6.5

9.5

12.5

15.5

18.5

Bin

Fre

qu

ency

Frequency

PROE - Avaliação 1º Semestre 0708

Total alunos inscritos 137 Alunos avaliados 100Testes 94 alunos Desistências 0 Aprovados 72Exame 35 alunos Desistências 10 Aprovados 8

Total alunos inscritos 137 Alunos avaliados 100Testes 94 alunos Desistências 0 Aprovados 72Exame 35 alunos Desistências 10 Aprovados 8

18Aula 0 - 17 Set 08

Aula 0 - 17 Set 08 19

Avaliação Contínua

Baseia-se em problemas resolvidos em casa e na aula.

a) Problemas apresentados/resolvidos na aula

Em cada aula prática, dois grupos de alunos (de 2 alunos), sorteados na aula

anterior, são convidados a apresentar os problemas previamente agendados para

a aula.

b) Problemas resolvidos em casa

Dois grupos de alunos (de 2 alunos), sorteados na aula anterior, entregam na aula

os problemas previamente agendados para resolver em casa.

Cotação da avaliação contínua: (a)1 valor; (b) 1 valor

Cada aluno é avaliado em cada semestre: 2 vezes (a) + 2 vezes (b).

A nota da avaliação contínua é válida nos 2 semestres seguintes.

Testes

Os testes cobrem os seguintes temas:

•Teste 1:

Conceitos Fundamentais I

Radiação e Linhas de Transmissão;

•Teste 2:

Conceitos Fundamentais II

Guias de Onda Metálicos e Fibras Ópticas

Cotação :

Teste 1: 9 valores;

Teste 2: 9 valores

Duração de cada teste: 2 horas

Exames

Os exames são com consulta exclusiva de formulário, previamente

disponível no sistema FENIX.

Cotação de cada exame: 18 valores

Duração de cada exame: 3 horas

Provas orais

São obrigatórias, quando a nota de avaliação for superior a

17 valores ou o corpo docente não se encontrar

suficientemente esclarecido em relação à classificação do aluno.

Inscrições

Os Testes e os Exames têm inscrição prévia obrigatória.

Calendário de avaliação (sujeito a confirmação)

1º Teste – 14 de Novembro

2º Teste /1º Exame – 23 de Janeiro

Exame de Recurso– 12 de Fevereiro