Tutorial

Sistema de Telecomunicações

São Carlos , Agosto de 2006

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Índice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

Transponder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

Banda S . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

Segmento espacial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

Diplexer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

Receptor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

Receptor super-heteródino . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

Transmissor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

Tipos de modulação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

Híbrida . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

Antena . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

Tipos Básicos de Antenas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

Polarização de Ondas e Antenas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

Antenas Utilizadas em Satélites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

Segmento Solo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

Osciladores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

Sistemas Eletrônicos de Comunicações . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

PLL (Phase-Locked Loop) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

Importância do oscilador no transponder PCD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

Aplicações do transponder PCD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

Telemetria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

Telecomando . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

Rastreio (“Tracking”) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

Aplicação dos conceitos nos satélites sino-brasileiros CBERS 3&4 . . . . . . . . . 33

Bibliografia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

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• Transponder:

Concebidos para terem uma duração média de 10 anos, os satélites de comunicações

deverão, durante este período, ser capazes de assegurar confiabilidade e estabilidade nas

comunicações.

Uma vez no espaço, as hipóteses de reparação dos satélites são diminutas e

limitadas; como tal, além da elevada qualidade dos componentes utilizados que lhes

permite resistir às adversidades térmicas, os equipamentos que os satélites transportam

são igualmente redundantes.

Aos equipamentos compete receber os sinais vindos de estações terrestres, modificá-

los de modo que o computador de bordo possa processá-los, receber os dados do

computador e modulá-los e devolvê-los novamente aos utilizadores em Terra. As

unidades que no satélite executam esta função chamam-se transponders, sendo o seu

número dependente do número de portadoras (transportadoras de sinais com uma

determinada largura de banda).

É normal em satélites de comunicações modernos o número de transponders ir além

da dezena.

O transponder é um dispositivo sem fio que recebe e transmitem informações via

ondas de rádio. Após receber um sinal, o transponder passa a transmitir ao mesmo

tempo outro sinal numa outra freqüência. O termo transponder é uma combinação das

palavras transmitter e responder, e, em geral, são usados em comunicações de satélites e

em sistemas de localização, identificação e navegação.

O transponder recebe os sinais emitidos pelas plataformas em terra através de

antenas VHF (~ 800 MHz) e os retransmite em tempo real em banda – S (~ 2 GHz).

Cada transponder consiste de um diplexer, um receptor e um transmissor.

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• Banda S

A Banda S engloba freqüências que vão de 2,0 até 4,0 GHz, encobrindo as

freqüências de UHF e de SHF até a 3,0 GHz, elas fazem parte do grupo de ondas

denominadas de microondas do espectro eletromagnético.

Microondas (também designadas SHF - Super High Frequency) são ondas

eletromagnéticas com comprimentos de onda maiores que os dos raios infravermelhos,

mas menores que o comprimento de onda das ondas de rádio, variando consoante os

autores, de 30 cm (1 GHz de freqüência) até 1 cm (30 GHz de freqüência).

Nota: acima dos 300 GHz, a absorção da radiação eletromagnética pela atmosfera da

Terra é tão grande que a atmosfera é praticamente opaca para as freqüências mais

altas, até que se torna novamente transparente na, assim chamada, "janela" do

infravermelho até a luz visível.

A Banda S é utilizada pelos radares metereológicos e por alguns satélites de

comunicação. Os satélites CBERS-1 e CBERS-2 fazem parte do Sistema Brasileiro de

Coleta de Dados Ambientais, utilizam a Banda S, como uma das freqüências de

transmissão de dados. A sigla CBERS significa: China-Brazil Earth-Resources Satellite.

A ANATEL, Agência Nacional de Telecomunicações é a responsável pela

normalização da Banda S.

- A Faixa de rádio freqüência reservada pela ANATEL para operação

espacial em banda S é:

o Telecomando: 2025-2120 MHz

o Telemetria: 2200-2300 MHz

Figura 01 – Espectro

Eletromagnético

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HYBRID

TELEMETRIAS

TELECOMANDOS

TRANSMISSOR

RECEPTOR

DIPLEXADOR

TRANSMISSOR

RECEPTOR

DIPLEXADOR

COMPUTADORDE BORDO

DC

DC

ANTENA LCP

ANTENA RCP

• Segmento Espacial

O subsistema utiliza uma arquitetura padrão consistindo de dois transponders, uma

híbrida, cabos de interconexão e de duas antenas.

Figura 02 - Diagrama geral do subsistema embarcado.

• Diplexer

O diplexador é composto por um filtro de recepção, um filtro de transmissão e um

circulador. O filtro de recepção é do tipo passa faixa e tem como objetivo filtrar os

sinais espúrios provenientes do transmissor e captado pelas antenas, já o filtro de

transmissão é do tipo passa-faixa e tem como principal função reduzir o ruído térmico

emitido pelo transmissor na faixa do receptor.

O circulador é utilizado com o intuito de melhorar a isolação entre o receptor e o

transmissor e auxiliar a conexão dos filtros a uma única porta, para a transmissão e

recepção simultânea de sinais das antenas.

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• Receptor.

O receptor tem como função receber, amplificar e fazer a demodulação do sinal

captado pelas antenas. Lembrando que demodulação é o ato de retirar uma informação

contida em uma onda eletromagnética de alta freqüência, sendo que esta foi deformada

proporcionalmente à informação. Esta deformação pode ser na amplitude, freqüência ou

fase da onda.

O receptor utilizado nos satélites CBERS é do tipo super-heteródino com dupla

conversão de freqüência.

- Receptor super-heteródino.

A conversão de um sinal de RF de uma parte do espectro a outra é obtida

combinando se o sinal com um sinal periódico gerado localmente em um dispositivo

não-linear.

O sinal gerado localmente é fornecido por um oscilador denominado oscilador local

(LO), e o dispositivo não-linear é parte de um circuito conhecido como misturador ou

conversor de freqüência. A não-linearidade resulta na criação de freqüências soma e

diferença dos sinais do LO e de RF. O processo é intitulado heterodinização, e a não-

linearidade é necessária para fornecer o equivalente matemático da multiplicação de

tempo entre a tensão do LO e a tensão do sinal de RF. A dedução matemática do

princípio heteródino é demasiada extensa para ser tratada com o devido cuidado neste

tópico, mas pode ser encontrada na apostila da disciplina “SEL0360-Princípios de

Comunicação” chamada Modulação em Amplitude, e em diversos livros como no

sétimo capítulo da quinta edição do livro Técnicas de Comunicação Eletrônica de Paul

H. Young pela editora Pearson Prentice Hall.

Caso se deseje a conversão a uma freqüência baixa ou intermediária, o oscilador

local geralmente é sintonizado a uma freqüência acima da portadora de RF recebida, e

então o sinal da freqüência-diferença (fLO - fRF) é selecionado enquanto os outros fLO, fRF

e fLO + fRF são rejeitados por filtragem. Praticamente todos os receptores de alta

freqüência usam a técnica heteródina pra converter pra baixo o sinal recebido a um sinal

de freqüência intermediária (FI) fFI = fLO - fRF . Esse tipo de receptor é dito receptor

super-heteródino, ou superhet, e o circuito mais utilizado em rádios modernos para

conversão de freqüência é chamado misturador. O misturador possibilita que o circuito

oscilador funcione separadamente do processo de mixagem não-linear. O diagrama de

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blocos da figura 03 ilustra um receptor super-heteródino, com um misturador e um

oscilador local (LO) separado. O filtro mostrado é sintonizado na freqüência-diferença

(FI) e seguido pela amplificação de FI antes do demodulador. Como indicado, o

princípio super-heteródino é usado em receptores AM, FM e PM.

A figura abaixo representa um receptor super-heteródino com simples conversão de

freqüências.

Figura 03 – Receptor super-heteródino.

Sendo que o receptor pode ser AM, FM ou PM, porque praticamente qualquer

receptor moderno usa o efeito de heterodinização (mistura). Na verdade, muitos usam

em segundo sistema de conversão para baixo e um segundo amplificador de FI após o

primeiro. Esse tipo de receptor super-heteródino é denominado receptor de dupla

conversão.

O receptor super-heteródino tem como principal característica a amplificação do

sinal em uma mesma freqüência, ou seja, independendo da freqüência do sinal, esta é

deslocada para uma inferior pré-determinada, a freqüência intermediária (FI), e assim,

somente nesta faixa do espectro, é feita a amplificação.

Este deslocamento de freqüência é feito com o intuito de acabar com um problema

que atingia o receptor antecessor ao super-heteródino, chamado de Receptor de Rádio

Freqüência Sintonizada (Tuned Radio Frequency - TRF). Neste receptor a largura de

faixa do circuito sintonizado aumentava quando se aumentava a freqüência, devido ao

efeito pelicular que desloca a corrente elétrica em um condutor para a superfície deste,

conforme aumentamos a freqüência.

E sendo a largura de faixa de um circuito sintonizado definida por f0 / Q, em que f0

aumenta conforme a freqüência do sinal aumenta, e Q sendo igual a XL/R, onde

XL=2.π.f.L deveria aumentar linearmente com a freqüência.

Mas devido ao efeito pelicular, a área por onde a corrente elétrica irá percorrer

diminuiu com o aumento da freqüência. E sendo R= ρ.l /A, assim temos que Q

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permanece praticamente constante e a largura de faixa aumenta com a freqüência. Além

do que o trabalho é facilitado quando utilizamos freqüências mais baixas.

• Transmissor

O transmissor tem como objetivo modular, transmitir e amplificar o sinal que se

deseja enviar.

Modulação é o processo de variação de amplitude, intensidade, freqüência,

comprimento e/ou da fase de onda numa onda de transporte, que deforma uma das

características de um sinal portador (amplitude, fase ou freqüência) que varia

proporcionalmente ao sinal modulador.

O dispositivo que realiza a modulação é chamado modulador. Basicamente, a

modulação consiste em fazer com que um parâmetro da onda portadora mude de valor

de acordo com a variação do sinal modulado, que é a informação que se deseja

transmitir.

Dependendo do parâmetro sobre o qual se atue, temos os seguintes tipos de

modulação:

Analógica

Modulação em amplitude (AM)

Modulação em fase (PM)

Modulação em freqüência (FM)

Modulação em banda lateral dupla (DSB)

Modulação em banda lateral única (SSB)

Modulação de banda lateral vestigial (VSB, ou VSB-AM)

Modulação de amplitude em quadratura (QAM)

Modulação por divisão ortogonal de freqüência (OFDM)

Digital

Modulação por pulso codificado (PCM)

Modulação por largura de pulso (PWM)

Modulação por amplitude de pulso (PAM)

Modulação por posição de pulso (PPM)

Modulação em Fase por Chaveamento (PSK)

Abaixo entraremos em detalhes em três tipos de modulação, PM, PCM e PSK.

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- PM – Phase Modulation – Modulação em fase

O transmissor utilizado nos satélites geralmente faz a modulação em fase (PM) do

sinal de telemetria puro ou combinado com sinal de localização, sendo a Modulação em

Fase um tipo de modulação analógica e se baseia na alteração da fase da portadora de

acordo com o sinal modulador (mensagem), usada para transmissão de dados.

A portadora é um sinal analógico em forma de onda (tipicamente senoidal) que será

modulado (alterado) para representar a informação a ser transmitida, a portadora é

geralmente de freqüência superior à do sinal modulador (o sinal que contém a

informação).

*Para maiores detalhes sobre modulação em fase, consultar o arquivo

“ModulaçãoPM01.pdf ”.

- PCM – Pulse Codification Modulation – Modulação por Codificação de Pulso

A modulação por codificação de pulso consiste, basicamente, em transformar um

sinal analógico em uma sucessão de pulsos que, devido ao seu comportamento de

admitir apenas dois níveis distintos, permitem sua codificação em um padrão binário.

Esse código binário deve ser capaz de representar os valores amostrados do sinal

modulante analógico.

A grande vantagem do PCM reside justamente no fato de só haver dois níveis

distintos para o sinal modulado, reduzindo-se de forma substancial o ruído que interfere

sobre o sinal modulado, pois este pode ser constantemente regenerado, reassumindo sua

forma original.

Um sistema PCM pode ser monocanal, ou seja, para a transmissão de um único sinal

modulante, ou um sistema PCM multicanais adicionam uma etapa de multiplexação por

divisão no tempo ao sistema monocanal.

O sinal analógico que vai ser modulado em PCM terá associado a si um conjunto de

bits que forma um código binário. Esse código representa uma quantidade discreta (que

só pode assumir valores determinados), em contraposição ao sinal modulante, que varia

de forma contínua, por ser de natureza analógica. Esse impasse pode ser resolvido com

a utilização da Amostragem, que retém o valor instantâneo do sinal analógico por um

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espaço de tempo suficiente para sua codificação e da quantização, que aproxima os

valores dos sinais amostrados a níveis determinados pela codificação binária.

- PSK – Phase Shift Keying – Modulação em Fase por Chaveamento

O PSK é uma forma de modulação em que a informação do sinal digital é embutida

nos parâmetros de fase da portadora. Neste sistema de modulação, quando há uma

transição de um bit "0" para um bit "1" ou de um bit "1" para um bit "0", a onda

portadora sofre uma alteração de fase de 180 graus. Esta forma particular do PSK é

chamada de BPSK (Binary Phase Shift Keying). Quando não há nenhuma destas

transições, ou seja, quando bits subseqüentes são iguais, a portadora continua a ser

transmitida com a mesma fase. A modulação DPSK (Differential Phase Shift Keying –

Modulação por Desvio de Fase Diferencial) é uma variante da PSK. Neste caso, quando

o bit for "0" muda de fase, quando for "1" não muda.

*Para maiores detalhes sobre modulação digital, consultar o arquivo

“ModulaçãoDigital01.pdf ”.

• Híbrida

Proporciona bom desempenho de taxa de onda estacionária (TOE) na faixa de

operação desejada.

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• Antena

Antena é o dispositivo cuja função é transformar energia eletromagnética guiada

pela linha de transmissão em energia eletromagnética irradiada, pode-se também dizer

que esta lei serve também no sentido inverso, isto é, transformar energia

eletromagnética irradiada em energia eletromagnética guiada para a linha de

transmissão. Portanto, sua função é primordial em qualquer comunicação onde exista

radiofreqüência.

Por sua natureza, deduz-se que a antena ocupa sempre o último lugar na cadeia de

transmissão e o primeiro lugar na cadeia de recepção, daí a importância de seu estudo e

entendimento para as telecomunicações.

No estudo e projeto de antenas, pode-se dizer que não importa em que freqüência do

espectro eletromagnético seja aplicada, sempre serão usados os mesmos princípios

matemáticos, físicos e práticos da teoria eletromagnética, ela é constante, imutável e

invariável.

Quanto maior a freqüência utilizada nas antenas, maior deve ser a precisão dos

dispositivos, equipamentos e medições.

- Diagrama de Radiação

O diagrama de radiação nada mais é do que o mapeamento da distribuição de

energia irradiada, levando em conta o campo tridimensional. Este se faz de duas

maneiras, ou em campo ou através de simulações em computadores.

Para levantar-se o diagrama de radiação, deve-se tomá-lo a partir de uma distância e

localização onde não seja possível a interferência de elementos estranhos ao meio onde

se encontram a antena de prova e a antena de teste.

Elementos estranhos que interferem podem ser desde árvores, calhas, rufos, arames,

linhas de transmissão de energia ou telefônicas. Estruturas de concreto armado também

interferem no resultado de um diagrama de radiação/recepção pelo fato de existir ferro

em seu interior.

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Portanto, para executar experiências de aferição de antenas, estas devem ser em

campo aberto.

Os diagramas de radiação podem ser de três tipos: isotrópico, direcional e

omnidirecional.

O isotrópico apresenta radiação uniforme em todas as direções. O direcional nos

mostra uma radiação mais eficiente em certas direções comparadas com outras. Já o

ominidirecional não é direcional considerando-se um plano dado.

A figura abaixo nos mostra um diagrama de radiação real.

Figura04 – Diagrama de Radiação no plano E, H executado com polarização cruzada na frequência de

10,5 GHz. A antena utilizada é do tipo Cassegrain de dez Metros de diâmetro

- Tipos Básicos de Antenas

- Dipolo

As antenas Dipolo de meia onda são as mais utilizadas em um sistema de

radiocomunicação e assim são chamadas porque o seu comprimento é igual à metade do

comprimento de onda para a faixa de freqüência em que irá operar.

Em outras palavras, em cada parte da antena, o sistema irradiante (o fio que fica na

horizontal), terá um quarto (1/4) do comprimento de onda para a faixa de operação. A

fórmula empregada para o cálculo é a seguinte:

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C = [(Vluz /2) . k] / f ou C = 138,25 / f

Onde

C = comprimento total da antena (em metros);

Vluz = velocidade da luz (300.000 km/seg.);

k = fator de multiplicação (Fm = 0,92166 para fio de cobre # 4 mm2) e;

f = freqüência que se pretende utilizar (em Mhz)

A figura abaixo nos mostra uma antena dipolo de meia-onda.

Figura 05 - Antena Dipolo de Meia-Onda

- Yagi-Uda

Antena Yagi-Uda é uma antena que pertence ao tipo das antenas direcionais. Ela

consiste de um dipolo e outros elementos chamados de parasíticos, dos quais temos o

refletor, que é 5% maior de tamanho do que o dipolo, e o diretor, que é 5% menor que o

dipolo (um ou mais) do outro lado. Esse arranjo dá direcionalidade para antena, da qual

um dipolo comum carece. Os elementos parasíticos reemitem um sinal na fase pouco

diferente da do dipolo. Assim, o sinal é reforçado em uma direção e cancelado em outra,

melhorando-o. O maior ganho da antena Yagi está no plano da posição dos elementos,

perpendicular ao dipolo, na direção do refletor ao diretor. Essa antena e muito popular

na recepção de sinal da TV.

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A figura a seguir mostra uma antena Yagi-Uda.

Figura 06 - Antena Yagi-Uda

- Plano-Terra

As antenas plano-terra 1/4 de onda são as mais populares em uso atualmente. Isto se

deve à facilidade de ajustes bem como ao excelente desempenho, produzido por elas.

Uma plano-terra 1/4 pode ter três radiais espaçados a 120º, ou quatro com espaçamento

de 90º. A plano-terra 1/4 de onda poderá ser calculada usando-se fórmulas, e seu ajuste

é de certa maneira muito fácil. Sua construção deverá ser totalmente em tubos de

Alumínio anodizado, garantindo assim uma boa durabilidade.

A antena com o plano-terra a 90º em relação ao irradiante tem uma impedância de

30 a 36 Ohms, abaixando-se os radiais até formarem um ângulo de 45º em relação ao

eixo do irradiante, a impedância da antena sobe para 50 Ohms, facilitando o

acoplamento com o transmissor. Com o ajuste do comprimento do irradiante, obtém-se

uma Relação de Ondas Estacionárias (R.O.E.) na razão de 1:1,0 ou seja o acoplamento

perfeito. É preferível uma antena melhor com um transmissor modesto do que uma

péssima antena com o transmissor melhor.

Os radiais dessa antena servem como refletores, impedindo tanto que sinais que

venham num ângulo descendente sejam perdidos quanto que sinais ascendentes, que

tendem a ser interferência, sejam captados. Podemos dizer que o elemento irradiante é

"quase omnidirecional", pois ele irradia para todos os lados, menos para cima.

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A figura abaixo mostra a antena do tipo plano-terra.

Figura 07 - Antena do Tipo Plano-Terra

- Helicoidal

A antena helicoidal está inserida numa categoria de antenas muito utilizadas em

enlaces de rádio, chamada antenas direcionais. Estas antenas possuem características de

radiação que levam à concentração de potência radiada numa determinada direção do

espaço, estas características são: alta diretividade ou ganho, feixe de meia potência

estreito e alta relação frente-costas.

As antenas helicoidais são constituídas, na sua forma mais popular, por uma espiral

condutora e um disco refletor, como mostrado na figura ao lado. A alimentação é feita

através de cabos coaxiais, onde o condutor interno é conectado à espiral e a malha

externa ao refletor. Existem vários modos de propagação da onda eletromagnética neste

tipo de antena, porém dois são muito utilizados, os modos normal e axial.

Estes modos de propagação se relacionam com as dimensões da antena: no modo

normal o comprimento total da espira deve ser menor que o comprimento de onda da

freqüência de ressonância; no axial, o diâmetro e o passo (distância entre as espiras) da

hélice têm valores típicos de frações de comprimento de onda.

E é neste modo que a antena opera como antena direcional. Apresenta polarização

elíptica ou circular.

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Para que a antena helicoidal se comporte como uma antena direcional, é necessário

que a propagação da onda ocorra no modo axial. Neste caso os passos da hélice são

suficientemente longos para construir padrões de interferência de campo semelhante aos

produzidos pelas antenas yagis, a diferença nesse caso é que a polarização da onda é

circular ou elíptica.

Figura 08 - Antena Helicoidal

- Polarização de Ondas e Antenas

- Polarização Linear

Por definição, a polarização de uma onda eletromagnética é o plano no qual se

encontra a componente elétrica desta onda.

Toda onda eletromagnética é composta de dois campos, o elétrico e o magnético,

sempre situados em planos ortogonais (planos fisicamente a 90 graus), e variando em

fase (0 graus). Estes campos se propagam em qualquer material isolante (dielétrico)

com uma velocidade de propagação, cujo vetor está a 90 graus dos vetores campo

elétrico e magnético. No vácuo, esta velocidade é a da luz.

Um dipolo posicionado verticalmente, alimentado por um gerador de freqüência F,

gera, portanto uma onda eletromagnética polarizada verticalmente, pois o componente

campo elétrico está no plano vertical (e conseqüentemente, o componente campo

magnético está no plano horizontal). A figura seguinte ilustra uma onda com

polarização linear vertical.

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Figura 09 – Onda Eletromagnética com Polarização Linear Vertical

A combinação de duas ondas linearmente polarizadas, uma vertical e outra

horizontal, e eletricamente em fase resulta em uma onda linearmente polarizada

inclinada como mostra a figura abaixo.

Figura 10 - Onda Linearmente Polarizada Inclinada

- Polarização Circular

A combinação de duas ondas linearmente polarizadas, uma vertical e outra

horizontal, de mesma amplitude e eletricamente defasadas de 90 graus, resulta em uma

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onda circularmente polarizada, (da mesma forma que uma figura de Lissajous), como

pode ser visto na figura seguinte.

Figura 11 – Onda Circularmente Polarizada

Existem dois tipos de polarização circular. A polarização circular à direita ou RHCP

(Right-Hand Circular Polarization) tem esse nome porque o vetor gira no sentido anti-

horário (regra da mão direita) ao atravessar um plano imaginário e perpendicular ao

eixo de propagação, e visto pelo lado do plano por onde a onda sai do mesmo.

Trocando-se a fase para +90 graus, ou invertendo a polaridade (fase) de uma das

ondas, teremos uma onda com polarização circular a esquerda LHCP (Left-Hand

circular polarization). O vetor campo elétrico de uma onda circularmente polarizada gira

com uma velocidade de rotação igual à freqüência da onda, pois faz uma volta completa

por ciclo.

A figura seguinte mostra a analogia entre onda circularmente polarizada RHCP e

parafusos com rosca à direita, e mostra porque as duas antenas TX e RX de um enlace

devem ter polarizações idênticas, ou co-polarizadas. A porca está inicialmente no

parafuso TX e gira de tal modo a ir em direção ao parafuso RX até enroscar no mesmo.

A partir disso, conclui-se que as duas antenas devem ter o mesmo sentido de

polarização.

Figura 12 – Analogia entre Onda Circularmente Polarizada e Parafusos com Rosca à Direita

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Uma vantagem da polarização circular é não ser afetada pela rotação de Faraday em

ondas que atravessam a atmosfera e ou a ionosfera, principalmente em comunicações

via satélite. A rotação de Faraday é um efeito óptico-magnético no qual, o plano de

polarização de uma onda eletromagnética é rotacionado sobre a influência de um campo

magnético paralelo em relação à direção de propagação.

Uma outra vantagem é que não é necessário ajustar a polarização das antenas

(posição em torno do eixo de propagação) como acontece com antenas linearmente

polarizadas.

Uma característica da polarização circular é que muda o sentido de rotação quando

refletida por um plano condutor, como por exemplo, refletores planos ou parabólicos e

reflexão lunar. Na onda linearmente polarizada, muda somente a fase (inversão ou 180

graus), quando refletida. Outra característica da polarização circular é a razão axial que

é a relação das amplitudes dos vetores no plano X pelo plano Y. Num circulo perfeito,

esta relação é 1 ou 0 dB. Relação axial diferente de 0 dB significa que a polarização não

é perfeitamente circular, mas elíptica.

- Antenas Utilizadas em Satélites

- Hélice Quadrifilar de Meia Espira e Meio Comprimento de Onda

Uma antena comumente utilizada no sistema de telecomunicações de serviço de

satélites é do tipo hélice quadrifilar de meia espira e meio comprimento de onda, a qual

opera em banda-s, cujo modelo já foi utilizado e qualificado com sucesso nos satélites

CBERS 1&2. O modelo totalmente desenvolvido pelo INPE é apresentado na Figura 5.

A antena hélice quadrifilar pode ser descrita como duas bifilares ortogonais alimentadas

em quadratura de fase, onde a bifilar é uma antena hélice de dois elementos.

Para a alimentação de cada bifilar utiliza-se um balun do tipo infinito. A diferença

de fase de 90°, necessária para produzir a quadrifilar, é realizada através da híbrida a

qual também proporciona bom desempenho de taxa de onda estacionária (TOE) na faixa

de operação desejada.

Este tipo de hélice quadrifilar possui diagrama do tipo cardióide de forma que uma

cobertura quase-omnidirecional pode ser conseguida montando duas antenas deste tipo

em faces opostas do satélite de modo a assegurar uma ligação de RF permanente no

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modo rotineiro de funcionamento e quase permanente nos modos de aquisição e de

emergência.

Abaixo, os diagramas de radiação de uma antena quadrifilar operando na freqüência

de 137,56MHz.

Figura 13 - Diagrama de Radiação Azimutal da Antena Quadrifilar na Frequência de 137,56MHz

Figura 14 - Diagrama de Radiação de Elevação da Antena Quadrifilar na Frequência de 137,56MHz

21

Figura 15 - Diagrama Polar de Radiação da Antena Quadrifilar na Frequência de 137,56MHz

As antenas possuem polarização circular à direita e a esquerda de acordo com a sua

posição no satélite. As principais características da antena são: largura de feixe

(3dB)=114°; razão axial ≤ 2 dB para Θ±30° e ≤ 5 dB para Θ±60°; Ganho=4 dB.

Figura 16 - Antena do Tipo Hélice Quadrifilar de Meia Espira e Meio Comprimento de Onda

- “Eggbeater”

A antena “eggbeater” é uma antena omnidirecional que usa polarização circular para

maximizar a captura do sinal. Esta versão utiliza uma linha de faseamento de 90 graus

para fornecer uma polarização circular fixa.

Ela utiliza também um par de elementos refletores parasitas para se ter uma maior

focalização do padrão de radiação.

A figura abaixo mostra esse tipo de antena.

22

Figura 17 - Antena "Eggbeater"

• Segmento Solo

Refere-se à infra-estrutura de solo, incluindo pessoal para atender aos requisitos da

missão e viabilizar a operação da missão.

Arquitetura do Segmento Solo:

- Segmento Solo de Rastreio e Controle, também conhecido como TT&C

- Segmento Solo de Aplicações ou Carga Útil.

Infra-Estrutura Física do Segmento Solo:

- Centro de Controle de Satélites (CCS)

- Estação Terrena

- Centro de Missão

- Rede de Comunicação de Dados

Infra-Estrutura de Software do Segmento Solo:

- Software em Tempo Real

- Software de Dinâmica Orbital

- Simuladores de Satélites

- Redes de Computadores conectados em Rede Local

A figura abaixo mostra de forma ilustrativa as funções do Segmento Solo e sua

importância para a comunicação com o satélite.

23

Figura 18 - Segmento Solo

• Osciladores

Na natureza e na técnica existem muitos sistemas que podem ser chamados de

osciladores. São sistemas não-conservativos cujo comportamento é pelo menos

aproximadamente periódico no tempo, mas que recebem energia de fontes não-

periódicas. Assim, por exemplo, o coração dos vertebrados pulsa periodicamente

impulsionando a circulação sanguínea e recebe continuamente energia química

proveniente dos alimentos; uma perfuratriz pneumática transforma em pancadas

sucessivas a energia contida em ar comprimido; num relógio a energia armazenada na

corda se transfere para o pêndulo para depois mover todo o mecanismo.

Um oscilador eletrônico produz uma tensão (ou corrente) periódica recebendo

energia de uma fonte contínua, tendo como característica mais importante a frequência

(ou o período) que pode extender-se de frações de hertz a muitos gigahertz."

- Sistemas Eletrônicos de Comunicações

O transponder do satélite possui o oscilador local do receptor preso a um oscilador

VCO, baseado em cristal de quartzo, através de um PLL de faixa estreita durante o

período de espera (ou ausência de sinal). Na presença de sinal, utiliza-se o PLL de faixa

24

larga. A faixa de variação máxima da freqüência é de mais ou menos 1 MHz dentro da

faixa de temperatura entre –30 ºC e 60 ºC.

O oscilador local é um circuito eletrônico que gera uma freqüência destinada a fazer

a conversão do sinal recebido do satélite para uma outra freqüência mais baixa (F.I.), de

modo a ser mais facilmente trabalhada pelos receptores.

- PLL (Phase-Locked Loop)

O PLL é um dispositivo muito usado em telecomunicação e outros campos, com as

mais diversas finalidades, como recuperação de portadora em PSK e QAM, recuperação

de relógio (sincronismo) em transmissões digitais, demodulação de sinais FM ou FSK e

muitas outras.

Usado com um divisor de freqüência após o VCO e um oscilador a cristal gerando

Ve, atua como sintetizador de freqüência para geração de portadoras e sinais de

sincronismo.

O PLL é um caso particular de servo mecanismo ou sistema retroalimentado.

De acordo com a aplicação, pode ser implementado de forma analógica ou digital ou

por software em DSP.

Basicamente, o PLL é um elo fechado com três componentes:

- O detetor de fase, que fornece uma tensão de saída Vd cuja componente

contínua Vc é proporcional a diferença de fase entre os sinais Ve (sinal de entrada) e Vv

(sinal do VCO). Pode ser implementado de diversas formas conforme a aplicação: um

simples circuito lógico ou-exclusivo, um multiplicador de quatro quadrantes ou um

circuito seqüencial sensível a borda ou outros mais. Vd costuma também ser chamada

de tensão de erro.

- O filtro passa-baixa, cuja função básica é eliminar a componente de alta

freqüência (fv ou 2fv) na saída do detector de fase, e extrair somente a componente

continua que serve de tensão de controle Vc do VCO, ou seja, age como integrador. O

projeto do filtro é a parte mais crítica do PLL, pois define o seu comportamento

transiente ou dinâmico, ou seja, tempo de resposta, estabilidade, faixa de captura, fator

de amortecimento, freqüência natural, ruído de fase e outros.

- O VCO, oscilador controlado por tensão, gera um sinal cuja freqüência fv

depende da tensão de controle Vc.

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Como o circuito forma um elo fechado, para ser estável tem de ser realimentado

negativamente, o que se consegue projetando-se corretamente o sinal de Gd, Gf e Gv. O

produto dos três é o ganho do elo aberto Gea = Gd.Gf.Gv [1/s].

O ganho em elo fechado do PLL é : Gef = Gea/(1+Gea).

Figura 19 – Comportamento do PLL

Na ausência de sinal de entrada Ve, a tensão Vc é zero e o VCO oscila na freqüência

central fo.

Com sinal de entrada Ve, e freqüência fe dentro da faixa de captura ou aquisição Fa,

aparece uma tensão Vd na saída do detetor de fase, tal que a freqüência do VCO seja

alterada até ser igual a freqüência do sinal de entrada, porém mantendo um erro ou

diferença de fase constante e tal que gere um Vc que sustente esta nova freqüência do

VCO. Por exemplo, se o detetor de fase for um ou-exclusivo, o erro de fase será 90

graus quando fe=fo (veja figura acima). Nesta condição estável, o PLL está

sincronizado ou travado, as custas de uma diferença de fase entre Ve e Vv, (donde o

nome de Elo Travado em Fase), mantendo a freqüência fv do VCO exatamente igual a

freqüência fe do sinal de entrada. Se fe variar dentro da faixa de sincronismo Fs, a

freqüência do VCO acompanha fe. (obs.: para cada valor de fe dentro da faixa de

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sincronismo Fs existe um valor único de diferença de fase e de Vc, constantes. Como a

freqüência é proporcional a derivada da fase e a derivada de uma constante é zero, a

diferença entre fe e fv é zero e portanto as duas freqüências são exatamente iguais, não

importando o valor do erro de fase, desde de que fique constante).

Um exemplo típico de uso do PLL é demodular sinais em FM. O sinal FM é

aplicado na entrada do PLL, com desvio de pico a pico dentro da faixa Fs. Se houver

uma relação linear entre fv e Vc do VCO, então Vc terá uma componente alternada

igual ao sinal modulante, pois Vc e fv do VCO irão acompanhar as variações de

freqüência de entrada , desde que o filtro passa baixo esteja corretamente projetado.

- Faixa de captura ou aquisição Fa e faixa de sincronismo ou travamento Fs (lock

range).

Na figura 15 podemos observar o comportamento do PLL em função da freqüência

fe do sinal de entrada. Injetando por exemplo uma freqüência fx menor que f4, o PLL

não consegue se travar, ou seja, o VCO não acompanha a freqüência de entrada, ficando

em fo, a freqüência central.

Aumentando fe (seta azul) lentamente, o PLL continua não travado até fe atingir f1

onde o PLL se trava, ou seja, fv do VCO é igual a fe. Aumentando mais fe (reta

inclinada azul), o PLL continua travado, fv acompanhando fe e Vd aumentando junto

com fe, até chagar a fe=f2, onde o PLL perde o sincronismo ou não está mais travado.

Mesmo voltando com fe para traz, o PLL continua sem sincronismo (ou ainda subindo

mais até fy). Baixando mais ainda a freqüência fe (seta vermelha) até atingir fe=f3, o

PLL volta a se travar. Se agora fe subir de novo, o PLL continua travado até fe=f2, e se

fe continuar diminuindo, o PLL se mantém travado até fe=f4 abaixo da qual perde o

sincronismo. (obs.: na figura do comportamento do PLL acima, na verdade as retas

inclinadas azul e vermelha estão uma em cima da outra, sendo destacadas lado a lado

apenas para melhor vizualização)

Assim temos que para o PLL poder sincronizar-se (travar) a partir da condição não

travada, é preciso que fe esteja acima de f1 ou abaixo de f3, ou seja, dentro da faixa de

aquisição Fa=f3-f1. E uma vez sincronizado, o PLL se mantém sincronizado desde que

fe não passe acima de f2 e nem abaixo de f4, ou seja, fe não saia da faixa de

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sincronismo Fs=f2-f4. Obs.: Fa=<Fs, ou seja, Fa é menor ou no máximo igual a Fs,

dependendo do projeto do PLL.

Até agora, vimos o comportamento do PLL em regime estático ou para variações

lentas da freqüência do sinal de entrada. Veremos agora os princípios básicos do

comportamento dinâmico ou transiente do PLL, ou seja, como Vc acompanha variações

rápidas ou bruscas da freqüência do sinal de entrada como por exemplo uma mudança

de freqüência de entrada em forma de degrau (curva vermelha na figura seguinte) :

Figura 20 - Freqüência de Entrada

Se o PLL fosse perfeito, a freqüência fv do VCO ou a tensão de controle Vc também

teriam a mesma forma do degrau de entrada. Acontece que o filtro passa-baixa

principalmente, e o VCO também, introduzem atrasos e defasamentos variáveis,

fazendo com que a resposta do PPL não seja instantânea. As curvas em preto mostram

como se comporta um PLL com resposta de segunda ordem. Podemos observar que

além do atraso no tempo, podem ocorrer oscilações amortecidas até que seja atingido o

valor final. Estas oscilações provocam a ultrapassagem momentânea do valor final, para

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mais ou menos. O comportamento do PLL depende do fator de amortecimento z, que

depende essencialmente do filtro e do ganho do elo.

Na figura acima, valores do fator de amortecimento inferiores a 1 (sub-amortecido)

tem resposta mais rápida porém as custas de oscilações. Valores maiores que 1 (super

amortecido) não tem oscilações mas um tempo de resposta mais lento. O valor

adequado do fator de amortecimento depende muito da aplicação na qual o PLL é

empregado: por exemplo, para extrair uma portadora no meio do ruído usa-se fator de

amortecimento alto, mas para extrair o sinal modulante em FM ou PSK, o fator de

amortecimento deve ser mais baixo para que o PLL consiga acompanhar as variações

rápidas de freqüência.

Considerando apenas o funcionamento estático, não existe muita vantagem no uso

do PLL, pois ele apenas gera uma réplica do sinal de entrada, desde que a sua

freqüência esteja dentro das faixas Fa e Fs, a não ser que permite demodular um sinal

FM, o que pode ser feito com outros circuitos mais simples como discriminadores.

Considerando o seu comportamento dinâmico ou transiente, o grande mérito do PLL

é que ele consegue gerar uma réplica limpa e quase sem ruído de um sinal misturado

com ruído, interferências, com tremor de fase e até mesmo com cortes de curta duração.

Portanto o PLL permite reconstituir ou recondicionar sinais deteriorados pelo ruído,

ou ainda, separar um determinado sinal no meio de muitos outros.

- Importância do oscilador no transponder PCD.

Para exemplificar a importância das características do oscilador no transponder,

seguem abaixo trechos do relatório de uma pesquisa referente à localização geográfica

de transmissores determinada via satélite.

"Para a obtenção dos resultados, foram utilizados o Satélite de Coleta de Dados

(SCD-2), o Satélite Sino Brasileiro de Recursos Terrestres (CBERS-1) e os da série

‘National Oceanic and Atmospheric Administration’ (NOAA). Além disso, considerou-

se a estação receptora de dados de satélites em Cuiabá e a estação portátil de coleta de

dados na Estação Antártica Comandante Ferraz (EACF) na Ilha Rei George, Antártica.

Foram considerados transmissores (ou Plataformas de Coleta de Dados - PCDs) fixos

em diversas situações de geometria, ruídos, escassez de medidas, e erros de

efemérides. A precisão dos resultados obtida foi satisfatória, variando de 0.5 a 9.5km.

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Os resultados obtidos mostram que o procedimento desenvolvido se encontra apto a ser

utilizado no país, para aplicações no monitoramento de bóias oceanográficas, e no

rastreamento de animais selvagens. Uma precisão de até 10km é o suficiente.”

"Muito provavelmente o oscilador a bordo do satélite NOAA deve ser de qualidade

superior ao do oscilador dos satélites SCD-2 e CBERS-1. Observando a coluna das

medidas, verifica-se cobertura equilibrada para obtenção da curva Doppler, estando

presentes medidas de sinal positivo e negativo. Mesmo a recepção estando em

geometria ótima e havendo cobertura freqüente da região devido ao maior número de

passagens, a amostragem por passagem foi baixa, ou seja, de menos de 5 medidas por

passagem. Isto se deve provavelmente às taxas de amostragem dos MTR's terem sido

altas: uma medida a cada 88 segundos para o MTR 23840 e uma a cada 87 segundos

para o MTR 23837, o que pode implicar em somente até 7 medidas por passagem.

Outras causas envolvem falhas na recepção das antenas, que provocam perdas de sinais.

Uma recepção pouco otimizada, ou seja, quando o transmissor e o receptor se

encontram em posições desfavoráveis, nem sempre se obtêm amostragens ótimas.

Portanto a posição geométrica do transmissor e da estação de recepção é um fator

importante a ser considerado.

É fundamental minimizar erros nas efemérides, já que eles produzem impacto direto

na precisão da localização. Além disso, os valores precisos no horário das medidas são

imprescindíveis no cálculo da localização geográfica.

Os osciladores de bordo dos satélites SCD-2 e CBERS-1 comprometem a

estabilidade das suas freqüências, pois não foram desenvolvidas com a precisão

necessária. No caso do NOAA, o oscilador foi projetado visando este propósito, e as

medidas de freqüências geradas são mais precisas e menos ruidosas. Os desvios-padrão

utilizando os satélites SCD-2 e CBERS-1 (seções 3.1 e 3.2) foram, em geral, menores

que 1Hz (entre 1 e 10Hz), enquanto que para os satélites NOAA (seção 3.3), esses

valores foram, em geral, menores que 1Hz.

Por fim, pode-se concluir que os resultados obtidos mostram que o procedimento

desenvolvido se encontra apto a ser utilizado no país, para aplicações no monitoramento

de bóias oceanográficas, e no rastreamento de animais selvagens. Uma precisão de até

10km é o suficiente. A precisão dos resultados, nas mais diversas situações, foi

satisfatória variando de 0.5 a 9.5 km."

30

• Aplicações do transponder PCD

• Telemetria:

Telemetria é o ato de coletar, codificar e transmitir dados do satélite para a base

receptora terrestre através do elo de descida (downlink), por uma onda eletromagnética

portadora, de rádio-freqüência (RF).

Sendo que os tipos de dados que são enviados pela telemetria, se dividem

basicamente em dois tipos:

1º-) Dados da missão:- real finalidade para a qual o satélite foi lançado, finalidade

esta que tem como exemplos:

- Observação terrestre, realizada, por exemplo, pelo satélite sino-brasileiro CBERS.

Seus dados de missão consistem, basicamente, de imagens feitas da superfície terrestre,

estas muito úteis para previsões do tempo, previsões de safras, planejamento urbano,

levantamento de áreas desmatadas, cartografia, etc;

- Comunicações, estas vitais para todo o planeta. Serviços como telefonia fixa a

longas distâncias, telefonia celular mundial, transmissões de dados, GPS, estão

fortemente ligados ao uso de satélites.

- Observações astronômicas feitas, por exemplo, pelo telescópio Hubble.

2º-) Dados acerca do satélite: estes fundamentais para o acompanhamento e possível

intervenção em seu funcionamento a partir de uma base terrestre, por telecomando.

Exemplos de dados acerca do satélite são: temperatura, pressão, tensão, corrente,

freqüências, etc.

O esquema abaixo apresenta o sistema de telemetria de um satélite.

31

Figura 21 – Telemetria de um satélite.

Observando a figura 17 a telemetria de um satélite funciona da seguinte maneira:

Primeiramente os dados são periodicamente coletados através de instrumentos de

medição e sensores de monitoração e são transmitidos até o sistema de telemetria.

Neste sistema os sinais analógicos, provindos dos sensores e instrumentos, são

convertidos em seqüências binárias (ou dados digitais) e enviados para as portas de um

multiplexador, componente que seleciona qual dos dados será enviado para a

modulação.

Sendo que os dados da missão têm uma prioridade maior de envio, a não ser que

ocorra algo incomum com o satélite e isto precisa ser comunicado com urgência para a

base terrestre.

Como já dito na introdução, modulação é o ato de modificar algum parâmetro de

uma onda portadora de alta freqüência, proporcionalmente a uma informação qualquer.

Depois de modulado o sinal é amplificado e transmitido. O sinal também pode ser

codificado antes de ser transmitido.

Observação: Rádio-Ciência estuda a refração, atenuação, efeito Doppler, como um

sinal é ocultado pela atmosfera de um planeta, por luas, por estruturas, etc.

• Telecomando do Satélite

Definição: Recebe, verifica e executa comandos para o controle remoto das funções

do satélite, bem como de sua configuração e movimento.

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O sistema de telecomando do satélite tem por função permitir o controle integral do

satélite em termos dos sistemas (e da própria aeronave), de forma a tornar efetiva as

medidas de segurança e controle de cada um dos sistemas de rádio e energia, como

seletores de antenas ou interruptores de baterias, incluindo outras tarefas mais

elaboradas, como novas versões de software para o computado de bordo, destinadas a

diversificadas funções de gestão.

As tarefas de Comando normalmente demandam baixa taxa de transmissão de dados

(10 bps a 20 kbps), mas com alta confiabilidade.

A cadeia dos equipamentos de processamento de comandos é cuidadosamente

projetada. Redundâncias são configuradas de modo a evitar que pontos únicos de falha

impeçam sua recepção. O software de solo é projetado de forma a dificultar o envio

inadvertido de comandos, e comandos críticos são colocados em categorias restritas -

necessitam duplicidade de autorizações antes do envio.

• Rastreio (“Tracking”)

A localização e movimento do satélite são determinados por:

- Direção (“Direction”):

Determinada pelos ângulos de azimute e elevação das antenas de rastreio e pela

posição que possui um sinal de maior intensidade proveniente do satélite (sistema

Autotrack), seguindo automaticamente a movimentação do satélite.

- Distância (“Range”):

Obtida através do tempo “delay” de um sinal. A estação terrestre envia

continuamente um sinal ao satélite. O mesmo extrai o sinal da portadora, remodula e

envia de volta para o solo. A estação terrestre compara os tempos de envio e

recebimento e determina o atraso.

- Taxa de Variação de Distância (“Range Rate”):

Medida através de técnicas Doppler, a aproximação ou afastamento do satélite em

relação à antena solo provoca mudanças na freqüência vista por ele. Essa variação na

33

freqüência possibilita a medida da taxa de afastamento ou aproximação do satélite em

relação à estação solo.

• Aplicação dos conceitos nos satélites sino-brasileiros CBERS 3&4

Como sabemos, o subsistema é composto de antenas, transponders e híbrida. Tem

função de prover a comunicação de RF entre o satélite e as estações terrenas

assegurando a monitoração e controle do satélite.

As funções essenciais de Telemetria, Telecomando e Rastreio fazem parte do

módulo “serviço”, que contém os equipamentos que asseguram o suprimento de

energia, os controles, as telecomunicações e demais funções necessárias à operação do

satélite.

As informações de telemetria, geradas a bordo e transmitidas para terra, referem-se

ao estado dos diversos subsistemas do satélite. As mensagens de telecomando são

transmitidas no sentido contrário, da terra para o satélite. O rastreamento é feito com

sinais transmitidos em ambos os sentidos. Estas funções são realizadas dentro do padrão

ESA para estes serviços [1, 2].

O subsistema opera com portadoras moduladas em fase nas freqüências nominais de

2029,885 MHz para telecomando (enlace de subida) e 2204,4 MHz para telemetria

(enlace de descida).

- Exemplos do uso de Telecomando

A escolha do modo de operação é decidida por telecomando. Para possibilitar as

medidas de distância entre o satélite e a estação terrena, o transponder pode operar em

modo coerente, através do oscilador do receptor, ou não coerente, no qual a conversão

de freqüência é realizada através de um oscilador independente.

O sinal de localização deve estar selecionado por telecomando, no caso do

transmissor fazer a modulação PM do sinal de telemetria combinado com sinal de

localização. A seleção do modo coerente é feita automaticamente sob a indicação de

condição de lock do receptor e a aplicação do telecomando de habilitação do modo

coerente. O telecomando “Inibe modo coerente” sobrepõe a condição “em lock” do

receptor e força a freqüência do transmissor ser derivada do oscilador auxiliar (TCXO).

34

- Características das funções:

Os receptores são conectados em redundância quente para manter a capacidade

ininterrupta de receber sinal de telecomando. Os transmissores são conectados em

redundância fria. Além disso, estas configurações de redundância visam o aumento da

confiabilidade do subsistema, evitando-se ao máximo os modos de falha simples.

O subsistema de telecomunicações de serviço fornece informações de telecomando

ao computador de bordo, e recebe informações de telemetria (de serviço, e, se

necessário de carga útil) provenientes do próprio computador de bordo. Em ambos os

casos, as informações estão sob a forma de um sinal do tipo DPSK (NRZ-M/PSK). A

modulação e demodulação das subportadoras PSK de telemetria e de telecomando são

feitas pelo subsistema de telecomunicações de serviço.

As características de telecomando, telemetria e localização são apresentadas na

Tabela 01.

Para calcular os enlaces e dimensionar os equipamentos de telecomunicações de

bordo, adotamos as características mínimas apresentadas na Tabela 02.

Tabela 02 - valores mínimos para dimensionar os equipamentos

ENLACE DE SUBIDA: ENLACE DE DESCIDA:

Freqüência: 2029,885 MHz Freqüência: 2029,885 MHz

EIRP Estação Terrena: 51,00 dBW EIRP satélite: -15,00 dBW

Perda espaço livre: 167 dB Perda espaço livre: 168 dB

Perda polarização/apontamento: 1,5 dB Perda polarização/apontamento: 1,0 dB

Perda atmosférica: 0,5 dB Perda atmosférica: 0,5 dB

Boltzmann constant: -228,60 dBJ/K Boltzmann constant: -228,60 dBJ/K

G/T satellite: -43 dB/K G/T estação terrena: -21 dB/K

S/No (relação Sinal-Ruído): 67 dBHz S/No (relação Sinal-Ruído): 65 dBHz

Cálculo para subportadora de Telecomando: Cálculo para subportadora de Telemetria:

Eb/ No requerido : 16 dB Eb/ No requerido : 9,5 dB

Perdas tecnológicas: não fornecido Perdas tecnológicas: 4,5 dB

Tabela 01 - Características de Telecomando, Telemetria e Localização.

Telecomando Telemetria Localização Modulação PCM/PSK/PM PCM/PSK/PM

Codificação NRZ-L NRZ-M

Taxa 2000 bps 4096 bps Freq.

subportadora PSK

8 kHz

65,536 kHz

Padrão ESA

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Taxa de bits: 2000 bps Taxa de bits: 4096 bps

S/No requerido: 49 dBHz S/No (relação Sinal-Ruído) requerida: 50 dBHz

Margem Telecomando: 12 dB Margem Telemetria: 10 dB

Cálculo para tons de localização:

S/No requerido (tom menor): 23 dBHz

Margem: 20 dB

S/No requerido (tom maior): 26 dBHz

Margem: 24 dB

- Observações gerais

O diferencial deste projeto está na utilização de circuitos integrados de RF que

realizam funções que antes eram feitas com componentes discretos, como no caso do

sintetizador que substitui uma cadeia de multiplicadores (cadeia x120) os quais eram

utilizados nos equipamentos antecessores. O mesmo acontece no primeiro oscilador

local do receptor. Outra vantagem desta configuração está na simplificação dos

procedimentos fabricação e ajustes dos circuitos, além da redução de volume e massa

que são requisitos importantes de um satélite.

• Bibliografia

Osciladores Eletrônicos, Yaro Burian Jr., Editora Almeida Neves, Rio de Janeiro,

1972

Tele-Satélite, http://www.telesatelite.net/

LOCALIZAÇÃO GEOGRÁFICA DE TRANSMISSORES, Cristina Tobler de

Sousa, INPE

Wikipédia, http://pt.wikipedia.org

NASA http://www.nasa.gov