Um transmissor de ondas de rádio é um equipamento eletrônico de telecomunicações que, por meio de uma antena de rádio , irradia ondas eletromagnéticas para o espaço de rádio.
O sinal transmitido por essas ondas de rádio pode ser um programa de transmissão (rádio, televisão), um controle remoto, uma conversa ( radiotelefonia ), um link de dados de computador , um pulso de sensoriamento remoto por radar .
O conteúdo de um transmissor de rádio, portanto, varia enormemente em tamanho, preço e design, dependendo da aplicação, desde um simples "chaveiro" para controlar um portal, a uma estação emissora de megawatt, equipada com uma antena. De várias centenas de metros como o Transmissor Allouis .
Um " transceptor " ou "transceptor" é um dispositivo que combina transmissor e receptor para fornecer um link bidirecional.
Um repetidor ou "relé" é um dispositivo que combina um receptor e um transmissor para propagar um link por uma distância maior do que um único transmissor. O repetidor usa as mesmas bandas de freqüência para transmissão e recepção. Caso contrário, quando se utiliza bandas de frequência diferentes (no caso de satélites por exemplo), falamos de um transponder .
Um transmissor pode ser uma instalação autônoma ou, ao contrário, um equipamento integrado em um sistema, por exemplo, em um radar .
Este artigo cobre os aspectos técnicos atuais da transmissão de rádio, com links detalhados e artigos para detalhes de cada aplicação.
A técnica de transmissão de rádio evoluiu muito ao longo da história, de transmissores de faísca, depois ondas amortecidas , ao aparecimento de tubos de elétrons e, em seguida, semicondutores de potência HF.
Sendo o espaço de rádio um recurso compartilhado, as frequências, potências e modulações que podem ser utilizadas por serviço são regulamentadas e padronizadas pelas administrações:
De um modo geral, a transmissão na maioria das faixas é reservada para serviços específicos ( rádio marítimo , rádio amador , televisão , radar, etc.), outros são gratuitos dentro de limites de potência definidos ( cibiste , ISM ), d outras emissões são totalmente gratuitas, por exemplo em frequência muito baixa, ou em banda terahertz .
A função geral de um transmissor de rádio é transformar o sinal útil que contém a informação em uma onda de rádio com potência suficiente para garantir a conexão com um receptor. Portanto, garante sucessivamente:
Essas especificações principais de frequência, modulação, potência, ganhos de antena, são vinculadas pelo orçamento de link necessário para a aplicação.
A potência isotrópica equivalente irradiada, ou EIRP, é a característica essencial do alcance de um link e, portanto, da cobertura de um transmissor.
É a potência gerada pelo amplificador final, multiplicada pelo ganho da antena na direção do (s) receptor (es) (perdas de linha e outras perdas, a serem subtraídas).
Na transmissão AM, as antenas sendo geralmente omnidirecionais e com ganho próximo da unidade, as estações são frequentemente definidas apenas por sua potência de rádio.
Na televisão terrestre, as antenas são geralmente omnidirecionais, mas com radiação máxima em direção ao horizonte. O EIRP é então muito maior do que a potência radioelétrica.
Na radiodifusão por microondas, satélite ou radar, o ganho da antena, geralmente do tipo parábola, pode chegar a 40 a 60 dB.
O caso dos transmissores de radar é particular, pois são pulsos. A potência útil para a equação do radar é a potência de pico, enquanto a potência média, que define a potência de alimentação, a dissipação térmica e o risco à saúde, é muito menor (ou seja, alguns% da potência de pico).
Um transmissor pode transmitir, além do sinal útil, vários tipos de sinais indesejados:
Todas essas emissões parasitas são especificadas pelos padrões da ITU , dependendo da potência, frequência e tipo de serviço. Esses padrões são tanto mais severos quanto maior o alcance do transmissor e, portanto, sua alta potência, ou o serviço está ativo em uma área densa. Assim, um transmissor de broadcast pode ser especificado em -60 dB ou mais para qualquer transmissão fora de banda.
Potência irradiada, distância e propagação definem o nível de recepção, de acordo com a equação das telecomunicações . Por outro lado, um transmissor pode transmitir com uma qualidade aceitável em uma área, assumindo um determinado tipo de estação receptora. Esta cobertura permite definir os possíveis ouvintes em rádio ou televisão, ou o serviço em rede.
A cobertura pode ser definida com precisão se a propagação for estável e os lóbulos da antena conhecidos com precisão, como na televisão por satélite ou na telefonia móvel. Pelo contrário, a propagação flutuante MF ou HF, permite apenas cobertura estatística, ou variável de acordo com o dia e a hora.
A arquitetura de um transmissor varia muito de acordo com as aplicações, principalmente se se trata de uma única frequência, como na radiodifusão, multifrequência como na radiotelefonia, banda larga como nas comunicações militares, bem como conforme o tipo de modulação.
O transmissor modulado em amplitude de frequência única mais simples inclui:
Na transmissão, os estágios de baixo nível, ou "estágios de sinal" compreendendo um oscilador, modulador, filtros, geram o sinal modulado ou portador com uma potência de alguns watts. Eles são chamados de excitar . O amplificador de potência a seguir às vezes é chamado simplesmente de “transmissor”.
Na radiotelefonia HF, VHF ou UHF, a necessidade de escolha de um canal ou de uma frequência pode levar a uma arquitetura de mudança de frequência, semelhante à de um receptor, possibilitando modular e filtrar em uma frequência fixa.
No radar de potência, o esquema mais simples é um auto-oscilador do tipo magnetron , substituído por amplificadores para radares de processamento de sinal.
Como na recepção, a geração da frequência portadora usa várias técnicas, oscilador de cristal fixo ou comutado, multiplicador de frequência ou sintetizador . Os transmissores tendo uma função de difusão de tempo ou radionavegação como no LORAN usam um oscilador mestre de relógio atômico (césio ou rubídio).
O estágio final de um transmissor fornece à portadora a energia elétrica desejada para a antena. Seu design depende da frequência e da faixa de potência, esses dois parâmetros determinam a escolha entre semicondutor ou tecnologia de tubo de elétrons .
Assim, os amplificadores de estado sólido ( SSPA ) substituíram os tubos com uma potência de cerca de 200 W em HF e 20 W em SHF. A conexão paralela de amplificadores SSPA permite atingir potências da ordem de kW em HF. Para além destas potências, tubos electrónicos, tais como triodos e tetrodos são utilizados no LF , MF e HF frequências (AM bandas de radiodifusão), clistrões e carcinotrons são utilizadas em frequências VHF e UHF (FM e banda de televisão), tubos de ondas em SHF e EHF .
A classe de amplificador usada depende principalmente da modulação: uma classe não linear de alta eficiência pode ser usada em FM ou PM, enquanto uma classe linear é imperativa em SSB ou modulação AM-PM combinada (OQPSK), ou transmissão de multiplex (televisão).
Os transmissores AM são um caso especial, a modulação pode ser introduzida:
A variedade de antenas utilizadas de acordo com as aplicações é maior que a dos diagramas do transmissor.
Em todos os casos, a adaptação das impedâncias entre o estágio final do amplificador e a antena, bem como a possível linha de transmissão , são críticas. Um circuito adaptador de antena passiva é usado se a antena não tiver a impedância característica exigida pelo estágio de saída.
A linha de transmissão pode ser do tipo coaxial , do tipo microondas ou do tipo guia de ondas de radar, ou ainda uma linha de dois fios de alta impedância.
Tensões de vários milhares de volts (até 40 kV) estão presentes em um transmissor de energia e requerem proteção elétrica e humana, em particular para intervenções de manutenção.
Os transmissores são expostos a tempestades e centelhas são colocadas entre a antena e o transmissor para limitar os danos.
Os estágios de energia, principalmente semicondutores, são sensíveis às ondas refletidas e, possivelmente, destruídos no caso de um corte da antena. Um circuito de medição de onda estacionária entre o transmissor e a antena corta a polarização ou a excitação no caso de uma anomalia.
Todos os elementos operacionais, tensões, correntes, ondas refletidas, potência, são medidos e transmitidos, seja para um painel ou console, seja por telemetria (no caso de satélites ou relés isolados).
Este capítulo trata mais particularmente de transmissores de alta potência: radiodifusão, comunicações espaciais, radares de controle de tráfego aéreo, telecomunicações marítimas ou radionavegação. A instalação de uma estação de radiotelefonia fixa ou portátil não apresenta os mesmos problemas e as estações móveis terrestres, marítimas ou aéreas têm os seus próprios constrangimentos.
A escolha da localização de um transmissor está ligada à cobertura desejada, à proximidade humana para evitar riscos à saúde, à natureza do solo. Na verdade, as antenas verticais em LF, MF ou HF requerem um aterramento condutor. Caso contrário, as redes de cabos são enterradas para criar um plano terrestre artificial.
Um poste de antena de algumas dezenas ou centenas de metros representa um perigo para a navegação aérea e, portanto, deve ser equipado com luzes reguladoras.
A superfície necessária para uma antena equipada com seu plano de aterramento adicional pode ser considerável, particularmente em VLF . A cerca de proteção necessária pode ser mais cara do que a própria antena.
Um transmissor de 1 MW como o Allouis é alimentado por sua própria linha de 100 kV (o centro transmissor Allouis TDF tem dois transmissores de 1 MW cada). Um transmissor vinculado a funções de segurança, ou instalado em regiões mal equipadas, pode ter um grupo gerador permanente ou de emergência. Um relé isolado também pode ser alimentado por células solares.
Para um serviço totalmente contínuo independente da rede, um grupo gerador deve ser associado a uma bateria buffer com inversor, para eliminar o atraso de inicialização do grupo.
O resfriamento dos estágios de potência pode ser realizado por ar forçado até alguns kW, por condução e trocador de líquido, como em uma máquina de calor, ou por ebulição como em vapotrons .
É um problema complexo, porque é compartilhado entre a transmissão e a recepção em um sistema, em um site ou em uma área de cobertura. Deve ser tratado globalmente a montante, na definição de frequências, potências, cobertura e instalação em geral. Medidas especiais possivelmente aplicadas após a instalação podem resolver problemas específicos.
Este problema de compatibilidade eletromagnética é particularmente crítico em sistemas que compreendem muitos transmissores e receptores, por exemplo, um porta-aviões ou um aeroporto. Entre esses problemas de coabitação estão, entre outros:
Outros exemplos foram amplamente divulgados, como a interrupção mútua de redes Wi-Fi em áreas densas, faixas de imagens de televisão devido a transmissores próximos ou interferência ouvida em linhas telefônicas próximas a transmissores de transmissão.
Outros exemplos são conhecidos das proibições resultantes, como a proibição de telefones celulares em aviões.
Os transmissores de alta potência podem representar um risco à saúde, dependendo do campo elétrico experimentado pelas pessoas que vivem nas proximidades. Um perímetro desabitado pode ser necessário.
Outras restrições de instalação podem ser devido ao risco de raios, forças do vento e clima em geral (degelo, remoção de neve de radomes, etc. ).