2.2 Comunicação de informação a longas distâncias

2.2.1 ONDAS ELETROMAGNÉTICAS E COMUNICAÇÃO

Comunicação por ondas eletromagnéticasProdução de ondas de rádioSinais analógicos e digitaisOndas portadores e modulação em amplitude e em frequência

Inicialmente, a comunicação por ondas eletromagnéticas processava-se em código Morse.

Passou-se para a fase de envio de informação sob a forma de sons, imagens ou dados.

Atualmente, as comunicações a longa distância continuam a processar-se através da produção da produção de ondas de rádio, originadas pela passagem de corrente elétrica alternada na antena transmissora e que são captadas na antena recetora, que por sua vez vão originar uma corrente alternada.

Porque será, que as ondas sonoras não são

suficientes para transmitirem

informações a longas distâncias?

Por mais intensa que seja a fonte, parte da energia é sempre absorvida pelo meio durante a sua propagação nas diferentes direções (ex. som).

Para se comunicar a longas distâncias, é necessário converter as ondas sonoras em ondas eletromagnéticas, porque:

As ondas eletromagnéticas propagam-se no vazio;A sua velocidade de propagação é maior;A absorção de energia ao longo da propagação é menor;A diminuição da intensidade da onda não é tão elevada como no casa da onda sonora .

Para comunicar à distância é necessário converter as ondas sonoras em ondas de rádio. A produção de ondas de rádio só foi possível a partir dos trabalhos, sobre eletromagnetismo, realizados por Faraday, Maxwell, Hertz, Marconi, entre outros.

Faraday mostrou que os campos magnéticos variáveis podem originar campos elétricos.

Maxwell sugeriu a hipótese que os campos elétricos variáveis originavam campos magnéticos. Através das equações que relacionam campos elétricos com campos magnéticos concluiu que tanto uns como os outros se propagavam como ondas e também que a luz era uma onda de campo eletromagnético.

Teoria do eletromagnetismo

Os campos elétricos e magnéticos, além de se propagarem como uma onda transversal com velocidade da luz, são perpendiculares entre si e perpendiculares à direção de propagação.

Assim a luz visível começou a ser vista como um fenómeno ondulatório de natureza eletromagnética.

A perturbação (onda que se propaga no espaço) é a oscilação de um campo elétrico e magnético.

Sempre que a carga elétrica é acelerada, produz-se uma onda eletromagnética.

A produção de uma onda eletromagnética tem o seguinte fundamento:

Uma carga elétrica oscilante produz um campo elétrico variável;Um campo elétrico variável produz um campo magnético variável;A propagação de um campo elétrico e magnético variáveis (campo eletromagnético) origina uma onda eletromagnética, cuja direção de propagação é perpendicular às direções dos campos elétrico e magnético (onda transversal).

Hertz realizou a experiência que confirmou a teoria de Maxwell, pois as teorias de Maxwell não podiam ser confirmadas, dado que ainda não ainda possível comprovar experimentalmente a existência dessas ondas.

Utilizando a primeira antena emissora, um «excitador», e a primeira antena recetora «ressoador», verificou que sempre que a bobina era percorrida por corrente elétrica produziam-se descargas entre as esferas. Verificou também que ocorriam outras descargas num anel metálico, colocado a uma certa distância das esferas. Hertz tinha descoberto a forma de produzir artificialmente ondas rádio.

Foi assim que Hertz mostrou que era preciso uma antena para produzir ondas eletromagnéticas e para as receber.

Tipos de antenas emissoras:Rádio, TV, telemóveis, etc.

Atenção: Todos os corpos emitem ondas eletromagnéticas, de diferentes tipos, por estarem a uma temperatura superior a 0K.

Marconi descobriu uma forma de enviar ondas sonoras através das ondas rádio, conseguindo fazer a primeira transmissão transatlântica. Ele estabeleceu a primeira ligação entre os continentes Europa e América por ondas eletromagnéticas. Inaugurou assim, a era da comunicação a muito longas distâncias.

As ondas eletromagnéticas ajudaram e ajudam os habitantes da Terra, uma vez que todos passaram a poder ouvir-se e ver-se mesmo a muito grandes distâncias.

As informações transportadas em sinais elétricos podem ser processadas imediatamente ou podem ser armazenadas em CD’s, Discos, pen’s, etc.

Processos de codificação de

informação

Processo tradicional (analógico)

Processo moderno (digital)

O sinal analógico varia no tempo de uma forma contínua de diferenças de potencial:

O sinais analógicos, durante a sua propagação são mais suscetiveis de sofrer alterações na sua forma devido a:

Perdas de energia, que se traduzem na atenuação do sinal, á medida em que a distância é percorrida. É necessário haver amplificação do sinal no decorrer da transmissão e no recetor;Distorções quando o sinal é alterado por respostas imperfeitas do sistema de transmissão;

Interferências quando há sobreposição de sinais estranhos emitidos por outras fontes no mesmo domínio de frequências;Ruído quando surgem sinais ocasionais, produzidos interna ou externamente do sistema, deformando a mensagem original.

No processo digital atribui-se aos quadrados que ficarem escuros o valor 1 e aos brancos o valor 0.

O sinal digital é uma função descontínua, e é uma série de sequências formadas por apenas zeros e uns, que resultam do sinal analógico.

Vantagens da informação digital sobre a analógica:Os sinais digitais são menos sensíveis a ruídos (sinais que não correspondem à informação e que se devem a deficiente funcionamento dos aparelhos ou interferências, isto é, sobreposição de sinais);Na transmissão de um sinal digital conserva-se a forma exata do sinal analógico. Em ambos os casos há atenuação do sinal (perda em amplitude), mas os amplificadores resolvem esse problema;Na amplificação do sinal digital o ruído não é amplificado;Os sinais digitais são mais facilmente encriptados (codificados), o que é essencial quando se enviam dados confidenciais pela Internet.

Então, para que seja possível a conversão de sinais analógicos em digitais é necessário um conversor analógico/digital. Para o inverso é necessário um conversor digital/analógico, que cada vez mais se tornam comuns.

A produção de ondas eletromagnéticas para fins de comunicação terrestre só é viável se as frequências das oscilações das cargas nas antenas forem muito ALTAS.

As antenas são essenciais na emissão e receção das ondas eletromagnéticas. Mas é necessário que se «carregue» informação numa onda eletromagnética.

As tensões que representam som ou imagem precisam de um «veículo de transporte» para que a informação viaje desde o emissor até ao recetor, pois não são suficientes para serem diretamente encaminhadas para a antena emissora.

As ondas portadoras são ondas eletromagnéticas sinusoidais com alta frequência.

As ondas portadoras têm as mesmas características que qualquer outra onda: amplitude, período (ou o seu inverso, a frequência).

Exemplo:

Existem duas maneiras de «carregar» informação na onda eletromagnética portadora:

Por modulação de amplitude (AM, amplitude modulation)Por modulação de frequência (FM, frequency modulation)

Os recetores de rádio estão preparados para captar ondas eletromagnéticas moduladas em amplitude (AM) ou em frequência (FM).

O que é a modulação?É a alteração das características da onda portadora (onda eletromagnética de alta frequência) por adição de uma onda de baixa frequência que contém a informação a transmitir. Á onda obtida chama-se onda modulada.

A onda modulada em amplitude é recebida por uma antena, que a converte numa tensão elétrica com as características da onda. O aparelho recetor tem então de «filtrar» a parte do sinal correspondente à onda portadora para ficar apenas relativa à informação.

A amplitude da onda modulada em amplitude passa a ser variável, a sua frequência também muda, mas muito pouco, conservando valores muito próximos da frequência da onda portadora.

Processo de transmissão de uma onda sonora por modulação em amplitude:

A onda modulada em frequência consiste em fazer variar a frequência da onda portadora de acordo com as características da onda que contém a informação. A amplitude da onda modulada é constante e igual à da onda portadora.

Processo de transmissão de uma onda sonora por modulação em frequência:

Modulação em amplitude (AM)

A informação a transmitir está contida nas variações de amplitude de onda modulada;A amplitude da onda portadora passa a ser variável;A frequência da onda modulada tem valores muito próximos da frequência de onda portadora;A qualidade de informação que chega ao recetor é baixa;As ondas contornam obstáculos, não sendo necessários muitos transmissores, porque têm grandes comprimentos de onda.

Modulação em frequência (FM)

A informação a transmitir está contida nas variações de frequência da onda modulada;A amplitude da onda modulada é constante e igual à onda portadora;Os ruídos e as interferências que alteram a amplitude da onda não afetam a informação transmitida;As ondas têm dificuldade em encontrar obstáculos, sendo necessários retransmissores, porque têm pequenos comprimentos de onda.