1. LINK DE TRANSMISSÃO UHF PARA TELEVISÃO DE LUANDA - CAXITO
1.INTRODUÇÃO
1.1 OBJECTIVO
Neste projecto vamos apresentar a construção de um link de transmissão em
UHF para televisão de Luanda à Caxito.
1.2 BREVE HISTORIAL SOBRE TELEVISÃO
A história e o desenvolvimento da televisão misturam-se aos grandes
descobrimentos dos séculos XIX e XX nas mais diversas áreas das ciências. Desde os
primórdios do século XIX, cientistas e pesquisadores se esforçavam para transmitir
imagens a distância. Descobertas como a do selénio em 1817 pelo químico sueco Jons
Jakob Berzelius, propiciou o estudo e desenvolvimento de transmissão de imagens por
meio de corrente eléctrica.
Pode-se dizer que o pontapé inicial para os estudos e posteriormente o invento
da televisão deu-se pelo estudante de engenharia alemão Paul Nipkow. Nipkow
estudava a ideia de enviar imagens à distância, sua ideia consistia em decompor a
imagem em pontos que seriam posteriormente transformados em impulsos eléctricos
por uma célula fotoeléctrica e enviados por um fio. Quando esses impulsos chegassem
a um receptor, ocorreria o processo inverso de composição da imagem. Nipkow então
criou um disco com furos em expirais o qual "varriam" uma imagem gerando cada furo
uma luz a qual era convertida em corrente eléctrica através de uma célula de selénio.
Esta corrente eléctrica acenderia uma lâmpada que iluminaria outro disco oposto ao
primeiro, e geraria a imagem num ecrã. Esse invento foi denominado de "Disco de
Nipkow" e serviu de pilar para o desenvolvimento da televisão. Por este invento,
Nipkow é considerado como o "pai" da TV.
Oficialmente a televisão indicou-se na Alemanha e posteriormente na França
tendo a Torre Eiffel como ponto emissor, mas já na década de 20 as primeiras
transmissões já eram realizadas em carácter de testes pelo escocês John Logie Baird.
Baird utilizou-se de um sistema mecânico baseado no invento de Nipkow. Também na
década de 20 nos Estados Unidos, dois cientistas trabalhavam numa mesma ideia:
transmitir imagens a distância. Embora não soubessem da existência um do outro, o
russo Wladimir Zworykin e o americano Philo Farnsworth são considerados os
inventores da televisão. Em 1925, Philo Farnsworth concebeu através de fórmulas o
diagrama de uma válvula transmissora de imagens.
Wladimir Zworykin foi convidado pela RCA para produzir o primeiro tubo de
televisão o qual ficou conhecido como Orticon e passou a ser produzido em escala
industrial a partir de 1945. Este tubo foi apresentado primeiramente em 1936 em
Nova York.
Nas décadas seguintes houve uma grande movimentação em torno do
desenvolvimento de novas tecnologias, como a implantação da TV em cores a qual já
havia estudos desde 1929, mas apenas em 1954 começaram as transmissões a cores
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nos Estados Unidos utilizando o padrão NTSC. Em 1967, a Alemanha coloca em
funcionamento uma variação do padrão americano o qual foi baptizado de PAL (Phase
Alternation Line), que corrige algumas deficiências do NTSC. No mesmo ano entra em
funcionamento no França o SECAM.
Para tal, vamos determinar o cumprimento de onda, fazer o estudo da
radiovisibilidade tendo em conta a distância de 53 km, de modos a garantir-mos a
transmissão que será feita com antenas que possuem linhas de vista.
Deste modo, vamos verificar as difracções e interferências que podem intervir
nesta mesma transmissão de forma a garantir-mos a zona de cobertura e de serviço.
Para tal, vamos determinar o campo electrico na recepção, apresentar como se obtém
as zonas de radiovisibilidade, cobertura e serviço, bem como definir tais zonas que
serão determinadas deste modo.
Zona de radiovisibilidade: é a zona que nos dá a percepcao do diagrama de
irradiacao da antena, permitindo-nos através dele mandar o fabricante
elaborar a antena com características adequadas para funcionar no transmissor
. A zona de radiovisibilidade e a zona mais afastada do transmissor, nesta zona
os receptores não tem sensibilidade suficiente para captar qualquer sinal.Por
este motivo é que o grafico acima demostra que é zona em relacao as outras.
Zona de cobertura: é a zona que nos dá garantia do sinal com calculo de
difraccao,isto e,levam em conta a existência de obstáculos ao longo do perfil.
Zona de servico: é a zona que nos dá garantia com calculo da difraccao e
interferências,nela estão reunidas todas as condicoes para que se consiga
obter boa recepcao do sinal.
Tratando-se de um projecto que constitui um link de televisão, faremos
também a apresentação sobre o estudo do diagrama de blocos do transmissor de TV
aplicando as modulações AM-VSB e FM sabendo que:
1.3 MODULAÇÃO AM-VSB (vestigial side banda)
A modulação AM-VSB é utilizada na transmissão da porção de vídeo do sistema público
de televisão. Os sinais de televisão têm modulação em frequência e amplitude
simultaneamente.
A informação de vídeo ocupa uma largura de faixa de 4.2 MHz. Para uma modulação
AM DSB seria inviável pois a banda modulada seria de 8.4 MHz.
Uma transmissão em AM SSB seria inviável na construção de filtros que produzem
distorções nas fases de baixas frequências.
A transmissão em AM VSB consiste em transmitir a banda superior (USB) por completo
e um vestígio da banda inferior (LSB) de aproximadamente 0.75 MHz.
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1.4 ESPECTRO DO SINAL AM-VSB
Já para transmitir o sinal de rádio, utiliza-mos a modulação FM. A modulação em
frequência, é o processo de modulação analógica no qual a frequência de um sinal portador de
frequência constante (Portadora pura), é variada em função do valor instantâneo da
frequência do sinal modulante (Sinal de Informação), como se pode observar no gráfico
abaixo.
Para transmissão deste sinal seguiremos a sequência da ligação apresentada no bloco
com relação ao vídeo isto é para: o amplificador, oscilador, modulador e o filtro até ao
misturador. Falaremos ainda do divisor de frequência
1.5 Modulação em Frequência (FM)
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Observamos que quando o valor instantâneo do sinal modulante é máximo positivo, a
frequência da onda FM também é máxima. Quando o valor instantâneo do sinal modulante é
máximo negativo, a frequência da onda FM é mínima. Matematicamente, esta modulação é
descrita como se segue:
Equação de uma onda não modulada ou portadora:
X(t) = A sen (ωt + ɸ)
A frequência instantânea “ f ” da onda modulada em frequência é dada por:
f (t ) = f c (1 + K f Em cos ωmt )
A sua amplitude instantânea será dada por:
eFM (t ) = Asen[ f (ωc .ω m )]
Para transmissão deste sinal seguiremos a sequência da ligação apresentada no bloco
com relação ao vídeo isto é para: o amplificador, modulador em frequência, limitador até ao
misturador.
2. DESENVOLVIMENTO
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Para construção deste projecto vamos começar por calcular o cumprimento de
onda (λ) a utilizado dentro da faixa requerida para transmissão deste sinal.
λ= c/f onde: c – Velocidade da luz e f – frequência
λ= 3*108/2,5*109 = 0.12 m
Fazendo o estudo da radiovisibilidade vamos efectuar a aplicação da elipsoide
de Freznel para verificarmos as áreas de cobertura e de serviço na qual o mesmo sinal
será transmitido. Para tal faremos esta avaliação tendo em conta a visada da antena,
medindo os eixos de interferências e difracções mediante a distância entre as duas
antenas.
2.1 Feixe Herteziano
O sistemas por feixe hertziano, também designados de feixes de microondas,
devido ao pequeno comprimento de onda utilizado nos actuais sistemas, em que as
bandas de operação se situam acima dos 2 GHz. Este tipo de ligações suporta-se na
transmissão atmosférica de ondas de rádio, com propagação em linha de vista entre o
emissor e o receptor. Entre as estações terminais poderá ser necessário intercalar
repetidores intermédios para assegurar a linha de vista e o adequado nível de sinal. As
bandas mais utilizadas actualmente são de 2 GHz, 4 GHz, 6GHz, 11 GHz e 18 GHz. As
elevadas frequências permitem a realização de antenas de elevado ganho com
dimensões aceitáveis. Por exemplo, a 2 GHz .O comprimento de onda é 0,15m um
reflector de 10 comprimentos de onda, isto é, um parabolóide de 1,5 m, é aceitável. As
estações terminais têm de estar situadas em pontos de cota elevada para permitir
linha de vista. Por outro lado, têm de estar próximos dos centros de origem e destino
do tráfego, aos quais estão ligadas por sistemas suportados em linhas de cobre ou
fibra óptica. Ele é utilizado para:
ligação ponto-a-ponto em linha de vista
modulações em banda de canal
frequências típicas de portadora: 2-20 GHz (superiores no futuro)
Estações terminais
sistemas de emissão / recepção de sinal
antenas directivas (parabolóides) colocadas numa torre ou mastro espiado
sistemas de operação e manutenção (OAM)
Meio de transmissão
camadas baixas da atmosfera: troposfera
2.2 AS ZONAS PARA TRANSMISSÃO DO SINAL
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40
20
80
60 20 40 60 80
1
100
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Z. De Radiovisibilidade
Z. De Cobertura
Z. De serviço
As 3 zonas são :
-Zona de radiovisibilidade: é a zona que nos dá a percepção do diagrama de
irradiação da antena, permitindo-nos através dele mandar o fabricante elaborar a
antena com características adequadas para funcionar no transmissor . A zona de
radiovisibilidade é a zona mais afastada do transmissor, nesta zona os receptores não
têm sensibilidade suficiente para captar qualquer sinal. Por este motivo é que o gráfico
ácima demonstra que é zona em relação as outras.
-Zona de cobertura: é a zona que nos dá garantia do sinal com cálculo de difracção,
isto é, levam em conta a existência de obstáculos ao longo do perfil.
-Zona de servico: é a zona que nos dá garantia com cálculo da difracção e
interferências, nela estão reunidas todas as condicoes para que se consiga obter boa
recepção do sinal.
2.3 EXPLICAÇÃO DE COMO ACHAR AS ZONAS
Para acharmos as zonas graficamente necessitamos programas específicos. Mas
apartir de dados específicos ou software podemos calcular as zonas conforme as
seguintes explicações:
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Para achar a zona de radiovisibilidade necessitamos da potência de irradiacão,
e da distância. No fundo adicionamos nos dois comandos do software os seguintes
dados: potencia de irradiação, a distância, as cotas do gráfico a potência e a
frequência. A partir dai ele nos dá o diagrama de irradiação.
Para achar a zona de cobertura temos que adicionar no comando do software
os mesmos parâmetros que a zona de radiovisibilidade mais as somas das difrações. A
partir deste obtemos a zona de cobertura
Para achar a zona de serviço temos que adicionar no comando do software os
mesmos parâmetros mais as das interferências. Apartir dai ele nos da a zona da
serviço.
Carta Cartográfica Digitalizada
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Levantamento topográfico
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Representação da Elipsoide de Freznel
Rx
Raio de Direcção
C
Margem de
Tx
Desobstrução
HT
HT
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2.4 ESTUDO DA RADIOVISIBILIDADE
Dados: Resolução:
Ge = 20 dB EIRP = Pe + Ge – Ae
f = 2,5 GHz EIRP = 47 + 20 - 1
Pem = 47 dB EIRP = 66dB
Ae = 1 dB Ao = 92,4 + 20 log f(GHz) + 20 log D(Km)
D = 53 Km Ao = 92,4 + 20 log 2,5 + 20 log 53
N = 0,56 Ao = - 134,85dB
Pout = 1Kw Glinear= antilog G
Fx (O) = 1,2 G = 1020/10 = 102 = 100
Fy (O) = 0,5 Pirr = 1,64*Pout*N*G* Fx(O)* Fy(O)
n=1
∑ ∆i = 2,75
i-1
Pirr = 1,64*103*0,56*102*1,2*0,5
n=1
∑ Si = 1,75
i-1
Pirr = 55,104 Kw
10-3√30Pirr 10-3√30*55,104*103
EIRP = ? Eo = rR = 53*103
Ao = ? Eo = 24μV
n=1 n=1
Pirr = ? Er = Eo*∑∆ii -*∑Si = 24.10-6*2,5*1,75
i-1 1
Eo = ? Er = 11 mV
Er = ?
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2.5 MODULAÇÃO AM-VSB
Esta modulação emprega um filtro cujo a atenuação é suave e gradual em
função da frequência, sendo simétrico em relação à frequência da portadora. Podemos
apresentar a obtenção de uma modulação AM-VSB/SC a partir do AM-DSB/SC, para
sinais complexos no tempo e para sinal modulante cossenoidal.
et
AM-VSB/SC
W
WO
AV
FILTRO
W
WO
e
AM-VSB/SC
W
WO
Figura 1.2 Elaboração do AM/VSB/SC – sinal modulante complexo
É interessante observar que, em troca de um pequeno acréscimo de faixa
ocupada no espectro, tem-se um sistema mais barato e cujo o conteúdo de potência é
identico ao AM-SSB, pois como o filtro é simétrico, o conteúdo que se perdeu na
banda transmitida é compensado pelo conteúdo que se transmite da banda rejeitada.
et
AM-VSB/SC
W
WO
AV
FILTRO
W
WO
e
AM-VSB/SC
W
Figura 1.3 Elaboração do AM/VSB/SC – sinal modulante cossenoidal
WO
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A demodulação do sinal AM-VSB é idêntica a do AM-DSB/SC, através reinjeção
da portadora, contendo inclusive com os mesmos incovenientes quanto ao
sincronismo de fase e frequência.
Podemos citar como principal aplicação do AM-VSB seu emprego na modulação
do sinal de vídeo de televisão, como medida e economia da faixa de espectro
reservada para os canais de TV. Para facilitar a demodulação, a portadora é
transmitida integralmente, como mostra o diagrama da figura 1.4
em (t) MODULADOR FILTRO SOMADOR e (t) AM-VSB
BALANCEADO SIMETRICO
e0 (t)
Figura 1.4 Obtenção do AM-VSB com portadora integral
No caso especifico de um sinal de vídeo de televisão, o espetro do sinal
modulado em VSB é mostrado na figura abaixo.
Ev
f (MHZ)
fv – 0,75 fv fv + 0,75 fv + 4
Figura 1.5 Espectro de um sinal de vídeo
Nesse caso, a demodulação é normalmente feita por um detector de
envoltória, apesar de apenas a faixa de 0 - 0,75MHZ do sinal de vídeo ser modulada em
AM-DSB e a faixa 0,75MHZ - 4MHZ ser modulada praticamente em AM-SSB, os detalhes
mais importantes do sinal de vídeo, por serem mais visiveis ao espectador, encontra-se
na porção inferior, que será demodulada com precisão.
A demodulação que resulta distorcida corresponde aos contornos da imagem,
onde não é necessário uma precisão tão grande, pois o espectador não irá percebe-las
claramente.
2.5.1 ESTUDO DOS BLOCOS DE MODULAÇÃO AM
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O diagrama em blocos do circuito elétrico que produz a modulação em amplitude
com faixa lateral dupla e portadora suprimida (AM-DSB-SC) é composto de:
• um oscilador a cristal para gerar a onda portadora cossenoidal de alta
freqüência F,
• um misturador que realiza o produto m(t) da onda cossenoidal pelo sinal
modulador,
• um filtro passa-faixa que elimina sinais indesejáveis gerados pelo misturador, e
• um amplificador de potência que permite a transmissão do sinal modulado z(t)
por longas distâncias, seja via rádio.
O diagrama em blocos do circuito elétrico que restaura o sinal modulador a partir do
sinal AM-DSB-SC é formado por
• um amplificador de baixo ruído que amplifica o sinal modulado recebido z'(t)
sem adicionar ruído em excesso ao estágio seguinte,
• um oscilador a cristal para gerar localmente a onda portadora cossenoidal,
• um misturador que realiza o produto da onda cossenoidal pelo sinal modulado
de forma a produzir um sinal m'(t) que possui componentes de baixa
freqüência, e
• um filtro passa-baixas que elimina os sinais indesejáveis de alta freqüência
gerados pelo misturador
Como a onda portadora não é transmitida no sinal modulado, o oscilador no
circuito do demodulador faz o papel da onda portadora a fim de viabilizar a
demodulação. Deve ser notado que tanto a frequência como a fase deste oscilador
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pode não corresponder aos respectivos valores no circuito modulador, gerando
distorções de freqüência e fase no sinal demodulado.
2.6 MODULAÇÃO FM
Um sinal modulado em FM tem a largura de faixa(B) calculada em função do
número de bandas laterais, que se concentram ao redor da portadora, resultando de uma
maneira geral:
B = 2 . n . fm
Onde:
n - é o número de bandas laterais para cada lado da portadora (por isso também o factor 2)
fm – é a frequência do sinal modulante.
Para limitar a largura de faixa, fazemos n = β + 1 Então:
B = 2 . (β + 1) . fm
O índice de modulação FM é, por definição dado por:
∆w Wm 2π . ∆f 2π . ∆f fm
β= = =
fm
Assim:
∆f fm
B=2. + 1 . fm
B = 2 . (∆f + fm)
A equação acima relaciona, portanto, a largura de faixa ocupada por um sinal
modulado FM com frequência do sinal mod ulante e o desvio por ele provocado na frequência
da portadora.
Os valores limites para os parâmetros de uma transmissão FM são designados pela FCC
(Federal Communication Comission – Comissão Federal de Comunicação) dos Estados Unidos,
tendo sido estipulado que a máxima frequência do sinal modulante seria de 15 KHz e o desvio
de frequência máximo para radiofusão comercial de FM seria de 75 KHz. Na verdade, convém
esclarecer que o som das transmissões de televisão é modulado em FM (a imagem, como já foi
citado, é modulado em AM-VSB) e que nesse caso, o desvio máximo de frequência é de apenas
25 KHz.
Em vista dessas considerações, podemos calcular a largura de faixa máxima a ser
ocupada por um sinal modulado em FM, tanto para o caso de radiodifusão como para o som
de televisão:
- Radiofusão comercial:
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B = 2 . (∆f + fm) = 2 . (75 + 15) = 2 * 90 = 180 KHz
B = 2 . (∆f + fm) = 2 . (25 + 15 = 2 * 40 = 80 KHz
2.7 PREÊNFASE
A transmissão de sinais por meio de ondas eectromagnéticas sofre ação de vários
tipos de ruido, tendo sido constatado que a maior incidência se dá na região das frequências
mais altas de áudio, como simboliza a figura abaixo mencionada.
eN
eN= Noise (RUÍDO)
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f
f mMáx
Figura 2. Ruido na comunicação em função da frequência.
Com o intuito de manter uma boa relação sinal/ruído ao longo de toda faixa
audível, foi desenvolvida a técnica de preênfase que, sendo usada na transmissão do
sinal, consiste em reforçar o ganho da amplificação do sinal modulante na região de
mais alta frequência.
O circuito tipico usado na preênfase é visto na figura abaixo.
C
Vi R1 R2 Vo
(a)
Go
f1 f2
- 3dB
(b)
Go +3dB
Go
(a) Circuito de Preênfase
(b) Resposta em frequência do circuito.
2.7.1 ESTUDO DOS BLOCOS DE MODULAÇÃO FM
O demodulador FM por discriminação em frequência é formado por dois estágios:
• estágio limitador
• e estágio diferenciador.
O estágio limitador é formado por
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• um amplificador de baixo ruído,
• um circuito limitador que ceifa os valores máximo e mínimo do sinal FM a fim
de manter a amplitude constante
• e um filtro passa-faixa para eliminar as frequências indesejáveis geradas pelo
circuito limitador.
Através do circuito acima garante-se que não há vairação de amplitude no sinal w'(t), a
menos que a amplitude do sinal recebido seja tão baixa que o circuito limitador não
realiza o ceifamento do sinal. Nota-se que este primeiro estágio no demodulador FM
dispensa o circuito de controle automático de ganho existente nos demoduladores
AM.
O estágio diferenciador poderia ser formado por
• um circuito diferenciador com função de transferência H(f) = j.2.p.(f - F).KDIF que
realiza a derivada do sinal w'(t) em relação ao tempo de forma a produzir uma
variação de amplitude do sinal modulado proporcional ao sinal modulador,
resultando numa conversão de FM para AM,
• um circuito retificador para gerar um sinal de baixa frequência proporcional à
variação da amplitude do sinal
• e um filtro passa-baixas para eliminar as altas frequências indesejáveis geradas
no detetor.
A função de um divisor de frequência é separar o sinal em seções ou bandas de sinal,
antes de enviá-lo aos alto falantes.
Isto assegura que cada alto falante receba somente as frequências para as quais foi
designado.
Existem dois tipos de divisores, o passivo e o ativo. O passivo é composto de
capacitores e bobinas, já o ativo através de um circuito eletrônico.
Os divisores de freqüências são utilizados para separar as freqüências que interessam
a um determinado tipo de alto-falante, ou seja, um médio-grave deve receber apenas
freqüências compreendidas na faixa de 80 a 5.000 Hz, neste caso temos de utilizar um
divisor de freqüências que limite em 80 e 5.000 Hz a resposta em freqüência.
Para isto são utilizados os filtros. Os filtros podem ser ativos ou passivos.
• Ativos - são compostos de circuitos eletrônicos
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• Passivos - são compostos de capacitores e indutores
A vantagem do divisor ativo é que ele não acarreta perdas. Isto ocorre pelo simples
fato de que o corte é sempre feito antes do amplificador, ou seja, não existe nenhum
componente que faz com que a tensão de saída do amplificador seja dividida.
Já no caso do passivo existem perdas. Isto se deve ao fato de o capacitor e o indutor
possuírem reatâncias e, como são utilizados após a saída do amplificador e antes do
alto-falante, eles acabam fazendo com que a tensão de saída do amplificador seja
dividida entre capacitor, indutor e alto-falante.
3. CONCLUSÃO
Após os estudos efectuados para este link de transmissão de 53 Km de luanda-
Caxito. Vericamos que utilizando a elipsoide de Freznel conseguimos ter conhecimento
sobre a zona de cobertura e serviço, e ainda, com auxilio da carta cartográfica
podemos verificar o percurso de tal modos a facilitar-nos os cálculos de difrações e
interferências ao longo do percurso, o que nos levou a concluir que nesta rota não
existem difrações, mas sim interferências, o que nos leva a dizer que podemos fazer o
link em linha de vista, tendo em conta os efeitos de atenuação que podemos encontrar
ao longo do percurso.
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Calculados tais dados, podemos medir a potência a ser transmitida e
estabelecer se será necessário utilizarmos um regenerador para dar a forma original
do sinal na recepção por causa das atenuações calculadas ao longo do trajecto.
Definidas as zonas de cobertura e serviço, podemos verficar que utilizarmos um
demodulador feito por um detector de envoltória, apesar de apenas a faixa de 0 -
0,75MHZ do sinal de vídeo ser modulada em AM-DSB e a faixa 0,75MHZ - 4MHZ ser
modulada praticamente em AM-SSB, os detalhes mais importantes do sinal de vídeo,
por serem mais visiveis ao espectador, encontra-se na porção inferior, que será
demodulada com precisão. E poderemos ter um bom sinal na recepção. Quanto ao
sinal de áudio de deverá chegar simultâneamente utilizaremos o processo de
preênfase com o intuito de manter uma boa relação sinal/ruído ao longo de toda faixa
audível, foi desenvolvida esta técnica de preênfase para que, sendo usada na
transmissão do sinal, possa reforçar o ganho da amplificaçãodo sinal modulante na
região de mais alta frequência.
O sinal de vídeo é produzido a partir de um esquema que obedece um processo
que passa por um corrector de fase, oscilador, modulador em amplitude e um filtro
que irá permitir a passagem de apenas a faixa necessária para mesma transmissão.
E o sinal de áudio obedece também um esquema que passa pelo processo de
amplificação, modulação em frequência limitação para suprimir os efeitos idesejavéis
até a transmissão do dito sinal.
Ao enviar-mos tal sinal, que deve chegar em simultâneo usaremos um
misturador que permitir que os sinai de vídeo e áudio sejam transmitidos em sincronia
utilizando uma portadora com o auxilio de um divisor de frequência que trabalha em
ligação com um oscilador de frequência de modos a utilizar-mos o canal desejado para
a transmissão do dado link utilizando a frequência intermédia.
4. BIBLIOGRÁFIA
Telecomunicações -Transmissão e Recepção (Eng.Alcide T. Gomes)
Manual de Telecomunicações – WJR/99
www.Google Earth.com
CNEC – Angola Telecom
Divisor de Frequência - Autor: RPSOMEIMAGEM (11092)
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20. LINK DE TRANSMISSÃO UHF PARA TELEVISÃO DE LUANDA - CAXITO
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