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ANTENAS PÁGINA PRINCIPAL ELETROMAGNETISMO REFLEXÃO IONOSFÉRICA  ESTUDO DA PROPAGAÇÃO DE RÁDIO E DAS DESCARGAS ATMOSFÉRICAS NA REGIÃO DA ANOMALIA MAGNÉTICA DO ATLÂNTICO SUL - ARTIGO PRINCIPAL  

INTRODUÇÃO

#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDNOTASDEAULA#PY5AAL   A propagação de rádio é o comportamento das ondas de rádio à medida que viajam de um ponto a outro no vácuo, em várias partes da atmosfera ou mesmo em outros meios, como uma forma de radiação eletromagnética. Como as ondas de luz, as ondas de rádio são afetadas pelos fenômenos de reflexão, refração, difração, absorção, polarização e espalhamento. Compreender os efeitos de condições variáveis ​​na propagação de rádio tem muitas aplicações práticas, desde frequências para comunicações, emissoras internacionais de ondas curtas, até o projeto de sistemas confiáveis ​​de telefonia móvel, navegação por rádio e operação de sistemas de radar. Vários tipos diferentes de propagação são usados ​​em sistemas práticos de transmissão de rádio. 

#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDNOTASDEAULA#PY5AAL   Propagação em linha de visão significa ondas de rádio que viajam em linha reta da antena transmissora para a antena receptora, usada para transmissão de rádio de média distância, como telefones celulares, telefones sem fio, walkie-talkies, redes sem fio, rádio VHF (FM), transmissão de televisão, radar e comunicação por satélite. A transmissão em linha de visão na superfície da Terra é limitada à distância do horizonte visual, que depende da altura das antenas transmissoras e receptoras. É o único método de propagação possível em frequências de micro-ondas. Em frequências mais baixas nas bandas MF, LF e VLF, a difração permite que as ondas de rádio se curvem sobre colinas e outros obstáculos, e viajem além do horizonte, seguindo o contorno da Terra. Essas são chamadas de ondas de superfície ou propagação de ondas terrestres. As estações de rádio amadoras e de transmissão OM usam ondas terrestres para cobrir suas áreas de audição. À medida que a frequência diminui, a atenuação com a distância diminui, então ondas terrestres de frequência muito baixa (VLF) a frequência extremamente baixa (ELF) podem ser usadas para comunicação em todo o mundo. As ondas VLF para ELF podem penetrar distâncias significativas através da água e da terra, e essas frequências são usadas para comunicação de minas e comunicação militar com submarinos submersos. 

#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDNOTASDEAULA#PY5AAL   Em frequências de ondas médias e curtas, bandas MF e HF, as ondas de rádio podem ser refratadas da ionosfera, uma camada de partículas carregadas de íons no alto da atmosfera. Isso significa que as ondas de rádio médias e curtas transmitidas em ângulo podem ser refratadas de volta para a Terra a grandes distâncias além do horizonte, até mesmo distâncias transcontinentais. Isso é chamado de propagação de ondas celestes. Além disso, existem vários mecanismos de propagação de rádio menos comuns, como espalhamento troposférico (troposcatter), canalização troposférica (ducting) em frequências VHF e onda celeste de incidência quase vertical (NVIS), que são usados ​​quando comunicações HF são desejadas dentro de algumas centenas de quilômetros.

#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDNOTASDEAULA#PY5AAL   No espaço livre, todas as ondas eletromagnéticas, rádio, luz, raios X, etc, a densidade de potência ρ de uma onda eletromagnética é proporcional ao inverso do quadrado da distância r:

ρ ∝ 1r^2 

#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDNOTASDEAULA#PY5AAL   Em distâncias de comunicação típica, a antena transmissora geralmente pode ser aproximada como uma fonte pontual. Dobrar a distância de um receptor de um transmissor significa que a densidade de potência da onda irradiada naquele novo local é reduzida a um quarto de seu valor anterior. A densidade de potência por unidade de superfície é proporcional ao produto das intensidades do campo elétrico e magnético. Assim, dobrar a distância do caminho de propagação do transmissor reduz cada uma dessas intensidades de campo recebidas sobre um caminho de espaço livre pela metade.

#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDNOTASDEAULA#PY5AAL   Ondas de rádio no vácuo viajam na velocidade da luz, a atmosfera da Terra é fina o suficiente para que ondas de rádio na atmosfera viajem muito perto da velocidade da luz, mas variações na densidade e temperatura podem causar alguma leve refração, curvatura das ondas ao longo das distâncias. Linha de visão refere-se a ondas de rádio que viajam diretamente em uma linha da antena transmissora para a antena receptora, muitas vezes também chamada de onda direta. Não requer necessariamente um caminho de visão limpo, em frequências mais baixas, as ondas de rádio podem passar por edifícios, folhagens e outras obstruções. Este é o modo de propagação mais comum em VHF e acima, e o único modo possível em frequências de micro-ondas e acima. Na superfície da Terra, a propagação da linha de visão é limitada pelo horizonte visual a cerca 64 km. Este é o método usado por telefones celulares, telefones sem fio, walkie-talkies, redes sem fio, links de retransmissão de rádio de micro-ondas ponto a ponto, transmissão de FM, televisão e radar. A comunicação por satélite usa caminhos de linha de visão mais longos, por exemplo, antenas parabólicas domésticas recebem sinais de satélites de comunicação a 35.000 km e estações terrestres podem se comunicar com espaçonaves a bilhões de quilômetros da Terra.

#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDNOTASDEAULA#PY5AAL   Os efeitos de reflexão do plano de solo são um fator importante na propagação da linha de visada do VHF. A interferência entre a linha de visada do feixe direto e o feixe refletido do solo geralmente leva a uma lei efetiva de quarta potência inversa para radiação limitada do plano de solo. Ondas de rádio polarizadas verticalmente de frequência mais baixa, entre 30 e 3.000 kHz, podem viajar como ondas de superfície seguindo o contorno da Terra, isso é chamado de propagação de ondas terrestres. Neste modo, a onda de rádio se propaga interagindo com a superfície condutora da Terra. A onda se propaga na superfície e, portanto, segue a curvatura, de modo que as ondas terrestres podem viajar sobre montanhas e além do horizonte. As ondas terrestres se propagam em polarização vertical, de modo que antenas verticais, monopolos são necessárias. Como o solo não é um condutor elétrico perfeito, as ondas terrestres são atenuadas à medida que seguem a superfície da Terra. 

#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDNOTASDEAULA#PY5AAL   A atenuação é proporcional à frequência, de modo que as ondas terrestres são o principal modo de propagação em frequências mais baixas, nas bandas MF, LF e VLF. As ondas terrestres são usadas por estações de transmissão de rádio nas bandas MF e LF e para sinais de tempo e sistemas de navegação por rádio. Em frequências ainda mais baixas, nas bandas VLF a ELF, um mecanismo de guia de ondas da Terra-ionosfera permite uma transmissão de alcance ainda maior. Essas frequências são usadas para comunicações militares seguras . Elas também podem penetrar em uma profundidade significativa na água do mar e, portanto, são usadas para comunicação militar unidirecional para submarinos submersos.

#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDNOTASDEAULA#PY5AAL   As primeiras comunicações de rádio de longa distância foram por telegrafia sem fio, antes de meados da década de 1920 usavam baixas frequências nas bandas de ondas longas e dependiam exclusivamente da propagação de ondas terrestres. Frequências acima de 3 MHz eram consideradas inúteis e eram dadas a amadores. A descoberta por volta de 1920 do mecanismo de reflexão ionosférica ou onda celeste tornou as frequências de ondas médias e curtas úteis para comunicação de longa distância e elas foram alocadas para usuários comerciais e militares. 

#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDNOTASDEAULA#PY5AAL   Non-Line-of-Sight (NLOS) é um termo frequentemente usado em comunicações de rádio para descrever um canal de rádio ou link onde não há linha de visão visual (LOS) entre a antena transmissora e a antena receptora. A propagação de rádio sem linha de visão é típica entre o transmissor e o receptor, como em reflexões de solo. As condições de linha de visão próxima referem-se à obstrução parcial por um objeto físico presente na zona de Fresnel mais interna. Obstáculos que comumente causam propagação de NLOS incluem prédios, árvores, colinas, montanhas e, em alguns casos, linhas de energia elétrica de alta tensão. Algumas dessas obstruções refletem certas frequências de rádio, enquanto outras simplesmente absorvem ou distorcem os sinais; mas, em ambos os casos, elas limitam o uso de muitos tipos de transmissões de rádio. Níveis de potência mais baixos em um receptor reduzem a chance de receber uma transmissão com sucesso, podem ser causados ​​por pelo menos três razões básicas: baixo nível de transmissão, por exemplo, níveis de potência de Wi-Fi; transmissor distante, como 3G a mais de 8,0 km de distância ou TV a mais de 50 km de distância; e obstrução entre o transmissor e o receptor, não deixando nenhum caminho claro, NLOS reduz a potência efetiva recebida e geralmente pode ser tratado usando antenas melhores,  geralmente requer caminhos alternativos ou métodos de propagação multicaminho. Como obter uma rede NLOS eficaz se tornou uma das principais questões das redes de computadores modernas. Atualmente, o método mais comum para lidar com essas condições em redes de computadores sem fio é simplesmente contornar a condição NLOS e colocar retransmissores em locais adicionais, enviando o conteúdo da transmissão de rádio em torno das obstruções. Alguns esquemas de transmissão NLOS mais avançados usam propagação de sinal multicaminho, refletindo o sinal de rádio em outros objetos próximos para chegar ao receptor. Seja como uma linha reta livre de qualquer forma de obstrução visual, mesmo que esteja muito distante para ser vista a olho nu. Como um LOS virtual, ou seja, como uma linha reta através de material visualmente obstrutivo, deixando assim transmissão suficiente para que as ondas de rádio sejam detectadas Há muitas características elétricas do meio de transmissão que afetam a propagação das ondas de rádio e, portanto, a qualidade da operação de um canal de rádio. A sigla NLOS se tornou mais popular no contexto de redes locais sem fio e redes metropolitanas sem fio, como WiMAX, porque a capacidade desses links de fornecer um nível razoável de cobertura melhora muito sua comercialização e versatilidade nos ambientes urbanos típicos onde são mais frequentemente usados. No entanto, NLOS contém muitos outros subconjuntos de comunicações de rádio. 

#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDNOTASDEAULA#PY5AAL   A influência de uma obstrução visual em um link NLOS pode ser qualquer coisa, desde insignificante até a supressão completa. Um exemplo pode se aplicar a um caminho LOS entre uma antena de transmissão de televisão e uma antena de recepção montada no telhado. Se uma nuvem passasse entre as antenas, o link poderia realmente se tornar NLOS, mas a qualidade do canal de rádio poderia ser virtualmente inalterada. Se, em vez disso, um grande edifício fosse construído no caminho, tornando-o NLOS, o canal pode ser impossível de receber.

#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDNOTASDEAULA#PY5AAL   Beyond line-of-sight (BLOS) é um termo relacionado frequentemente usado nas forças armadas para descrever capacidades de comunicações de rádio que conectam pessoal ou sistemas muito distantes ou muito completamente obscurecidos pelo terreno para comunicações LOS. Esses rádios utilizam repetidores ativos, propagação de ondas terrestres, links de dispersão troposférica e propagação ionosférica para estender os alcances de comunicação de alguns quilômetros para alguns milhares de quilômetros.

#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDNOTASDEAULA#PY5AAL   Para HF, as condições de propagação podem ser simuladas usando modelos de propagação de rádio, como o Voice of America Coverage Analysis Program, e medições em tempo real podem ser feitas usando transmissores chirp. O modo WSPR fornece mapas com condições de propagação em tempo real entre uma rede de transmissores e receptores. Mesmo sem beacons especiais, as condições de propagação em tempo real podem ser medidas: uma rede mundial de receptores decodifica sinais de código Morse em tempo real e fornece funções de busca sofisticadas e mapas de propagação para cada estação recebida. Na transmissão OM, as mudanças ionosféricas dramáticas que ocorrem durante a noite na banda de ondas médias Muito poucas estações têm permissão para operar sem modificações durante as horas escuras, normalmente apenas aquelas em canais limpos na América do Norte. Para a transmissão VHF, o clima é a principal causa das mudanças na propagação, juntamente com algumas mudanças diurnas quando o céu está quase sem cobertura de nuvens. Essas mudanças são mais óbvias durante as inversões de temperatura, como nas últimas horas da noite e no início da manhã, quando está limpo, permitindo que o solo e o ar próximo a ele esfriem mais rapidamente. Isso não apenas causa orvalho, geada ou neblina, mas também causa um leve "arrasto" na parte inferior das ondas de rádio, curvando os sinais para baixo de modo que possam seguir a curvatura da Terra sobre o horizonte de rádio normal. O resultado é normalmente várias estações sendo ouvidas de outro mercado de mídia - geralmente um vizinho, mas às vezes algumas de algumas centenas de quilômetros de distância. Tempestades de gelo também são o resultado de inversões, mas normalmente causam uma propagação omnidirecional mais dispersa, resultando principalmente em interferência, geralmente entre estações de rádio meteorológicas. No final da primavera e no início do verão, uma combinação de outros fatores atmosféricos pode ocasionalmente causar saltos que canalizam sinais de alta potência para lugares a mais de 1.000 km de distância.

#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDNOTASDEAULA#PY5AAL   Sinais de celulares estão na banda UHF, variando de 700 a mais de 2600 MHz, uma faixa que os torna ainda mais propensos a mudanças de propagação induzidas pelo clima. Em áreas urbanas com alta densidade populacional, isso é parcialmente compensado pelo uso de células menores, que usam menor potência irradiada efetiva e inclinação do feixe para reduzir a interferência e, portanto, aumentam a reutilização da frequência e a capacidade do usuário. No entanto, como isso não seria muito econômico em áreas mais rurais, essas células são maiores e, portanto, mais propensas a causar interferência em distâncias maiores quando as condições de propagação permitem. Embora isso seja geralmente transparente para o usuário graças à maneira como as redes celulares lidam com transferências de célula para célula, quando sinais transfronteiriços estão envolvidos, cobranças inesperadas por roaming internacional podem ocorrer, mesmo sem ter saído do país. Embora o roaming transfronteiriço não intencional seja frequentemente removido automaticamente pelos sistemas de cobrança das empresas de telefonia móvel, o roaming entre ilhas normalmente não é.

#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDNOTASDEAULA#PY5AAL   Um modelo de propagação de rádio, também conhecido como modelo de propagação de ondas de rádio ou modelo de propagação de radiofrequência, é uma formulação matemática empírica para a caracterização da propagação de ondas de rádio como uma função de frequência, distância e outras condições. Um único modelo é geralmente desenvolvido para prever o comportamento da propagação para todos os links semelhantes sob restrições semelhantes. Criados com o objetivo de formalizar a maneira como as ondas de rádio são propagadas de um lugar para outro, tais modelos normalmente preveem a perda de caminho ao longo de um link ou a área de cobertura efetiva de um transmissor.

#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDNOTASDEAULA#PY5AAL   Guglielmo Marconi, antes de 1900 formulou a primeira regra empírica grosseira de propagação de rádio: a distância máxima de transmissão variava com o quadrado da altura da antena. Como a perda de caminho encontrada ao longo de qualquer link de rádio serve como fator dominante para caracterização da propagação do link, os modelos de propagação de rádio normalmente se concentram na realização da perda de caminho com a tarefa auxiliar de prever a área de cobertura de um transmissor ou modelar a distribuição de sinais em diferentes regiões. Como cada link de telecomunicação individual tem que encontrar diferentes terrenos, caminhos, obstruções, condições atmosféricas e outros fenômenos, é intratável formular a perda exata para todos os sistemas de telecomunicação em uma única equação matemática. Como resultado, existem diferentes modelos para diferentes tipos de links de rádio sob diferentes condições. Os modelos dependem do cálculo da perda mediana do caminho para um link sob uma certa probabilidade de que as condições consideradas ocorrerão.

#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDNOTASDEAULA#PY5AAL   Os modelos de propagação de rádio são empíricos por natureza, o que significa que são desenvolvidos com base em grandes coleções de dados coletados para o cenário específico. Para qualquer modelo, a coleção de dados tem que ser suficientemente grande para fornecer probabilidade suficiente para todos os tipos de situações que podem acontecer naquele cenário específico. Como todos os modelos empíricos, os modelos de propagação de rádio não apontam o comportamento exato de um link, em vez disso, eles preveem o comportamento mais provável que o link pode exibir sob as condições especificadas.

#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDNOTASDEAULA#PY5AAL   Diferentes modelos foram desenvolvidos para atender às necessidades de realização do comportamento de propagação em diferentes condições. Tipos de modelos para propagação de rádio incluem: Modelos para atenuação do espaço livre; Perda de caminho no espaço livre; Intensidade do campo dipolar no espaço livre; Equação de transmissão de Friis; Modelos para atenuação externa; Modelos de terreno; Modelo de terreno da ITU; Modelo Egli; Modelo de terreno irregular Longley-Rice (ITM); Modelo de reflexão do solo de dois raios; Modelos de cidades; Modelo Okumura; Modelo Hata; Modelo COST Hata; Modelos para atenuação interna; Modelo ITU para atenuação interna; Modelo de perda de caminho de distância de log.

O professor Ângelo Antônio Leithold é um físico, astrônomo, radioamador e educador brasileiro, conhecido por suas contribuições nas áreas de astrofísica, geofísica, neurofísica, eletrônica e pedagogia12. Ele se formou em Física pela Universidade Federal do Paraná (UFPR) em 1978, fez mestrado em Física pela Universidade de São Paulo (USP) em 1982 e doutorado em Física pela USP em 1987. Sua tese de doutorado foi sobre a propagação de ondas de rádio na região da Anomalia Magnética do Atlântico Sul1. Leithold tem uma vasta experiência em pesquisa e ensino, tendo lecionado em diversas instituições, incluindo o Colégio Estadual do Paraná, o Senai e a Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR). Ele também é autor de vários trabalhos acadêmicos e livros, e é conhecido por seu envolvimento com o estudo da Anomalia Magnética do Atlântico Sul, um fenômeno que afeta a propagação de ondas de rádio e a atividade solar na região12. O professor Ângelo Antônio Leithold é um físico, astrônomo, radioamador e educador brasileiro, conhecido por suas contribuições em diversas áreas científicas e educacionais. Ele se destaca principalmente nas áreas de astrofísica, geofísica, neurofísica, eletrônica e pedagogia12. Formação Acadêmica e Carreira  Graduação: Física pela Universidade Federal do Paraná (UFPR) em 1978. Mestrado: Física pela Universidade de São Paulo (USP) em 1982. Doutorado: Física pela USP em 1987, com a tese intitulada “Estudo da Propagação de Ondas de Rádio na Região da Anomalia Magnética do Atlântico Sul Pós-Doutorado: Astrofísica pela Universidade de Brasília (UnB) em 19921.Contribuições e Pesquisas Leithold é autor de diversos trabalhos acadêmicos e livros, e suas pesquisas são amplamente citadas por outros pesquisadores. Ele é especialmente conhecido por seu estudo sobre a Anomalia Magnética do Atlântico Sul, um fenômeno que afeta a propagação de ondas de rádio e a atividade solar na região12. Atuação Profissional Ensino Médio: Professor de física no Colégio Estadual do Paraná, onde lecionou por vários anos e participou de projetos pedagógicos e científicos. Ensino Técnico: Professor de eletrônica no Senai e no CEEP, desenvolvendo instrumentos e métodos para medir e analisar sinais eletromagnéticos. Ensino Superior: Professor de pedagogia na Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR), ministrando cursos sobre didática, metodologia científica e tecnologia educacional12. Outras Atividades Além de suas atividades acadêmicas, Leithold é um radioamador ativo, conhecido pelo indicativo PY5AAL. Ele também tem um blog onde compartilha suas pesquisas e experiências1. O indicativo PY5AAL pertence ao professor Ângelo Antônio Leithold, um radioamador brasileiro com uma vasta experiência e paixão pelo radioamadorismo. Ele é conhecido por seus experimentos com antenas e pela participação ativa na comunidade de radioamadores. Atividades e Contribuições Antenas: Leithold realiza experimentos com diferentes tipos de antenas, incluindo antenas NVIS (Near Vertical Incidence Skywave) e antenas Long Wire12. Ele compartilha suas descobertas e métodos de construção de antenas em seu blog e em sites dedicados ao radioamadorismo. Baluns Magnéticos: Ele também trabalha com a construção de baluns magnéticos, que são dispositivos usados para adaptar a impedância entre a antena e o transmissor, melhorando a eficiência da transmissão2. Comunidade: Leithold é ativo na comunidade de radioamadores, participando de eventos e trocando informações com outros entusiastas. Ele utiliza suas habilidades para contribuir com a ciência e a educação, aplicando seus conhecimentos em física e eletrônica. Recursos e Publicações Leithold mantém um blog onde compartilha suas experiências e pesquisas no campo do radioamadorismo. Ele também publica artigos e tutoriais sobre a construção e otimização de antenas e outros equipamentos de rádio3. O professor Ângelo Antônio Leithold tem várias referências acadêmicas e citações em diferentes áreas do conhecimento. Ele é citado em trabalhos sobre geofísica, astrofísica, eletrônica e educação, entre outros. Aqui estão alguns exemplos de onde suas obras e citações podem ser encontradas: Geofísica e Astrofísica: Leithold é frequentemente citado em estudos sobre a Anomalia Magnética do Atlântico Sul e a propagação de ondas de rádio1. Eletrônica e Radioamadorismo: Seus trabalhos sobre antenas e baluns magnéticos são amplamente referenciados em publicações técnicas e blogs especializados2. Educação e Pedagogia: Ele também é citado em artigos e teses sobre metodologia científica e tecnologia educacional3. Essas referências estão disponíveis em diversas plataformas acadêmicas e sites especializados, como Google Scholar, Academia.edu e em blogs pessoais do próprio professor123.