Como otimizar o alcance do radiocomando

Este artigo explica como pode otimizar o alcance do radiocomando. A Tyro Remotes tem o prazer de explicar o que pode afetar negativamente as ondas de rádio, influenciando por sua vez o alcance do nosso sistema e dá-lhe algumas sugestões para obter os melhores resultados com o seu aparelho.

  1. O que determina o alcance do sistema de radiocomando?
  2. O que influencia as ondas de rádio?
  3. Como posso otimizar o alcance?
  4. 433 MHz ou 868 MHz ou 2,4 GigaHerz? Banda estreita ou banda larga?
  5. Testes e verificação

É bom saber:

  • O alcance máximo anunciado é sempre uma indicação baseada numa medição dentro do campo de visão sem interferências. O alcance não pode ser garantido uma vez que este está sempre sujeito a vários fatores.
  • As ilustrações foram acrescentadas como uma indicação e não são uma representação exata da realidade.

1. O que determina o alcance do meu radiocomando?

O alcance dos sistemas de radiofrequência (RF) pode ser limitado por fatores tais como a proteção, reflexão e sombreamento. As fontes de interferência presentes entre o transmissor e o recetor têm uma influência imprevisível sobre o alcance. Se o transmissor e o recetor estiverem no campo de visão, há uma grande probabilidade de um alcance otimizado, mas ainda assim não é 100% garantido que os sinais sejam transmitidos com sucesso.

As ondas de rádio têm uma potência limitada, que diminui após uma curta distância. A diminuição da energia das ondas de rádio é inversamente proporcional ao quadrado da distância. Para além de factores externos, a frequência e a largura de banda também afetam o alcance do radiocomando.

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Imagem. 1 As ondas de rádio têm uma potência limitada, que diminui após uma curta distância.

Quatro fatores que influenciam o alcance

Se ignorarmos por breves instantes as absorções e reflexões, há quatro factores que determinam o alcance dos sistemas de comunicação por radiofrequência (RF).

  1. A potência do transmissor
  2. A sensibilidade do recetor
  3. O fator de ganho da antena
  4. Atenuação do sinal de rádio (por via aérea ou por obstáculos)

A potência do transmissor e a sensibilidade de receção são dois fatores que determinam o alcance. O recetor requer um sinal de nível mínimo para isolar (desmodular) o sinal da fonte do sinal a ser recebido. Para tal, uma alta potência de transmissão é, obviamente, vantajosa.

Margem de ligação

Os quatro fatores acima referidos são resumidos como a margem de ligação. A margem de ligação acrescenta potência de transmissão e ganho por antena e subtrai sensibilidade de receção e atenuação.

Margem de Ligação = + Potência transmitida
– Sensibilidade do recetor
+ Amplificação pelas antenas
– Atenuação do sinal de rádio
Margem de Ligação = + Potência transmitida
– Sensibilidade do recetor
+ Amplificação pelas antenas
– Atenuação do sinal de rádio

Se a potência do transmissor (TX) menos a sensibilidade do recetor (RX) for maior que a atenuação do sinal, isto significa uma margem de ligação positiva, o que torna possível a comunicação através de rádio.

Evitar o amortecimento (damping)

O tipo de material determina como as ondas de rádio são afetadas. O amortecimento (damping) pode variar muito consoante o material. Uma caixa de plástico ou caixa de comando quase não absorve sinais. A antena até pode ser montada no interior do quadro de comandos. Por outro lado, uma parede de betão armado de 20 centímetros de espessura não transmite quaisquer sinais de RF.

O obstáculo mais difícil para os sinais de rádio é o metal. O metal reflete os sinais e não deixa passar nada. É por isso que recomendamos que o recetor, ou pelo menos a antena, seja montados fora quadro de comandos quando se utiliza uma caixa de interruptores metálica.

Imagem 2 O amortecimento de diferentes materiais, com base na espessura mais comum por material

As fontes de interferência nem sempre são visíveis (por exemplo, humidade ou campos elétricos). Dependendo das fontes de interferência na sua área, a escolha da frequência correta e/ou modulação também pode ter um efeito sobre o alcance do seu sistema de RF. Pode encontrar mais informação sobre isto em capítulo 4. 433 MHz ou 868 MHz?.

Tenha em conta as reflexões

Para além do amortecimento, a reflexão do sinal de rádio também exige atenção. As reflexões podem contribuir de forma negativa e positiva. Quase nunca um sinal passa directamente do transmissor para o recetor sem ser refletido em qualquer lugar; nem mesmo se houver uma “ligação visual” sem quaisquer obstáculos.

O sinal de uma antena transmissora espalha-se como um donut. É refletido no chão e chega à antena recetora. Entre os edifícios, o sinal também reflete através das fachadas. Se houver um edifício ou uma parede entre o transmissor e o recetor, o sinal irá usar estas reflexões. Através das reflexões nas estruturas circundantes, pode alcançar o recetor sem uma ligação visual. Tenha em conta que os sinais são primeiro silenciados antes de serem refletidos.

Imagem 3 O sinal também é refletido através das fachadas entre os edifícios

Função fora de alcance

Os nossos sistemas ‘Seguros’ estão equipados com uma função fora de alcance. O recetor desliga-se quando já não recebe um sinal contínuo do transmissor. Isto significa que, na prática, o alcance destes sistemas é muitas vezes inferior ao dos sistemas sem esta função.

2. O que influencia as ondas de rádio?

A intensidade com que o sinal é afetado depende de diversas variáveis ambientais. Existe um grande número de fontes de interferência que afeta negativamente o alcance dos sistemas de RF.

As fontes de interferência mais comuns são:

  • paredes
  • árvores
  • colinas
  • vedações
  • humidade
  • chuva / neve
  • campos elétricos (por exemplo transformadores, motores, postes de eletricidade)
  • outros sistemas de RF
Imagem 4: As árvores absorvem parte da força do sinal, o que reduz o alcance nas florestas.

No seu caminho do transmissor para o recetor, as ondas de rádio podem ter de lidar com várias influências. Um sinal de radiofrequência pode:

  • enfraquecer
  • dispersar
  • mudar de direção
  • aumento da potência

Enfraquecimento

Ao contrário da luz, por exemplo, é possível que as ondas de rádio penetrem em material sólido. As fontes de interferência mencionadas atenuam ou absorvem um sinal, mas na maioria dos casos não o dispersam completamente. A quantidade de energia perdida depende muito da natureza e densidade do material.

Dispersão

Um sinal de rádio pode dispersar se os sinais não tiverem sido capazes de alcançar o recetor porque a distância é demasiado grande. Os sinais podem também dispersar-se quando são absorvidos ou devido à composição do ar exterior.

Mudança de direção

As ondas de rádio também podem mudar de direção ou refletir. A reflexão ocorre com todos os produtos que contêm metais tais como espelhos, caixilhos metálicos de portas, quadros de comandos metálicos e construções em aço. O vidro isolante ou o isolamento integrado nas folhas metálicas também reflete as ondas de rádio.

O material refletor origina um “ponto morto” com apenas algumas pequenas ondas de rádio ou sem ondas de rádio. Isto também é conhecido como sombra das ondas de rádio. A potência do sinal pode, portanto, ser bastante enfraquecida ou totalmente refletida.

A superfície da água reage quase da mesma forma que o metal. É por isso que é altamente aconselhável testar previamente o alcance sobre a água, em navios ou eclusas.

É bom saber:

  • A chapa de aço tem quase sempre uma influência negativa sobre o alcance. Se a antena recetora for montada perto de chapas de aço, o alcance pode mesmo ser minimizado. Além disso, quando montada num recipiente metálico ou num guarda-corpo, pode levar a que, ao contrário das especificações, os sistemas não possam ser operados em simultâneo. Isto porque os reflexos causam interferências. Neste ambiente extremo para os sinais de RF, não é possível trabalhar lado a lado simultaneamente. O teste prévio antes da montagem final não só é aconselhável em tal ambiente, como é absolutamente essencial.

Aumento da potência

Se dois sinais (da mesma fonte ou de duas fontes diferentes) se juntarem, podem amplificar-se um ao outro. No entanto, os sinais podem também enfraquecer-se mutuamente.

Imagem 5 Obstáculos como as paredes refletem e absorvem o sinal de RF

3. Como otimizar o alcance?

Para além da seleção correta do radiocomando e da prevenção de fontes de interferência, a localização do recetor e da antena é muito importante para o alcance. Assim, tenha em atenção os seguintes pontos para otimizar o alcance do seu sistema:

  • Caso tenha vários recetores, deverão estar separados a pelo menos 50 cm de distância.
  • Nunca colocar o recetor ou a antena diretamente contra ou sobre um objeto metálico, e devem estar a pelo menos 50 cm de distância do mesmo.
  • Deve montar o recetor ou antena a um máximo de 3 a 4 metros acima do nível de trabalho; a colocação acima ou abaixo do nível de trabalho reduz o alcance.
  • Colocar o recetor a pelo menos 50 cm de distância de motores ou outro equipamento capaz de gerar um campo de forças.
  • Nunca colocar o recetor com antena num quadro de comandos, cabine ou caixa (metálica) semelhante.
  • Se o recetor tiver de ser colocado numa posição desfavorável, a antena pode normalmente ser montada num local diferente com recurso a um cabo de extensão da antena.
  • Se possível, assegure-se de que existe uma ligação visual ao recetor durante a operação. (verificar a imagem 6).
  • Em aplicações onde o trabalho é realizado à mesma altura, tais como o comando de guinchos ou eixos, é melhor montar o recetor e a antena na vertical.
  • Em aplicações com grandes diferenças de altura, tais como em tecnologia de elevadores, por vezes é melhor montar o recetor com a antena posicionada horizontalmente.
Imagem 6: Se não for possível manter o campo de visão, certifique-se de que o sinal segue pelo caminho mais curto através de um obstáculo.

Posicionamento do transmissor e recetor

Posição do transmissor: Em geral, o transmissor portátil deve ser posicionado verticalmente de modo a ter um alcance o mais amplo possível. Isto também depende da posição da antena do transmissor na caixa.

Posição da antena recetora: Posicionar o recetor sempre na vertical, a menos que o recetor esteja muito acima de si, no qual poderá ser melhor posicionar a antena horizontalmente.

Exemplo: Muitos utilizadores colocam um recetor com uma antena vertical no cimo de uma área de produção, de preferência mesmo por cima da máquina a ser operada. A lógica é a seguinte: há sempre uma ligação visual com o transmissor portátil. No entanto, isto não terá um efeito positivo. Se desenhar o sinal em forma de donut à volta da antena do transmissor e do recetor, verá que o alcance nem sempre é bom. O transmissor não pode chegar ao recetor no terreno onde normalmente caminha e trabalha. O conselho é, portanto, colocar o recetor a uma altura de 2 metros ou colocar a antena horizontalmente.

Imagem 7 A colocação de uma antena demasiado alta ou demasiado baixa tem uma influência negativa no alcance. O sinal contorna a antena num ângulo limitado e não precisamente para onde o topo da antena aponta.

Dispositivos com a mesma frequência

Certifique-se de que nenhum equipamento sem fios está a funcionar na mesma frequência nas proximidades do recetor; isto pode afetar negativamente o funcionamento e o alcance do sistema..

Fontes extremas de interferência

Como os sinais de rádio são afetados por campos eletromagnéticos, recomendamos a proteção ou a colocação remota de transmissores e recetores. Exemplos disso são os conversores de frequência, inversores, transformadores, postes de eletricidade e equipamento doméstico, tal como um micro-ondas.

Antena

Existem dois tipos básicos de antenas:

  • a antena recetora que recebe a energia de radiofrequência e a converte numa corrente alternada.
  • a antena de transmissão que é fornecida com uma corrente alternada e converte-a num campo de radiofrequência.

Na sua forma mais simples, uma antena é um fio fino condutor. A antena usa o fenómeno de que as ondas eletromagnéticas nos condutores geram uma corrente alternada (ao receber) e vice-versa, essa corrente alternada gera (transmitindo) ondas eletromagnéticas.

O comprimento da antena depende da gama de frequências pretendida. Com a frequência de 433 MHz isto é de 16,5 centímetros (a partir da base) e com a frequência de 868 MHz é de 8,2 centímetros (a partir da base) ou 13,5 cm (SMA). Em princípio, não existem diferenças entre uma antena de transmissão e uma antena de receção. O comprimento da antena não determina o alcance do radiocomando.

Um bom funcionamento da antena sem interferências é essencial para o alcance do sinal de rádio. Factores como a corrosão do fio ou de um conector, rutura do cabo ou colocação incorreta da antena têm um efeito negativo imediato no alcance.

Instalação da antena em quadros de comando

Se estiver a instalar um recetor num quadro de comando, recomendamos que monte a antena no exterior através de um cabo de extensão da antena com a peça de acoplamento. Uma caixa de comando metálica funciona como uma gaiola de Faraday, pelo que nenhum sinal penetra. No entanto, um cabo de extensão também tem uma certa atenuação. É por isso que se deve sempre pensar em: tão longo quanto necessário, mas o mais curto possível.

Montagem de antenas numa superfície de aço

Se for colocada uma superfície de aço por baixo da antena, isto irá beneficiar o desempenho da antena. Está provado que uma antena monopolo colocada verticalmente no solo, funciona como uma superfície refletora das ondas de rádio. Para funcionar corretamente, a placa terrestre da antena (superfície condutora) deve ter pelo menos o tamanho de um quarto de comprimento de onda (calculado a partir da base da antena).

4. 433 MHz, 868 MHz ou 2,4 GigaHerz? Banda Estreita ou Banda Larga??

433 MHz vs 868 MHz

Como são permitidos muitos diferentes tipos de equipamento na banda de frequência de 433 MHz, esta frequência é mais sensível às interferências do que a banda de frequência de 868 MHz.

Quanto à transmissão de sinais com comprimentos de onda mais longos, cobrem geralmente uma distância maior e têm melhor permeabilidade do que os sinais com comprimentos de onda mais curtos. As frequências mais altas resultam em comprimentos de onda mais curtos. Tecnicamente, 433 MHz pode cobrir uma distância maior do que 868 MHz. No entanto, 433 MHz e 868 MHz podem ter o mesmo desempenho de transmissão por radiofrequência (RF), porque há muitos outros factores que determinam este desempenho.

Numa “área livre”, não há tecnicamente diferença de alcance entre a banda de frequência de 433 MHz e 868 MHz. No entanto, a banda de frequência de 433 MHz sofre menos reflexões e tem uma maior permeabilidade.

Largura de banda – banda estreita vs banda larga

Nas comunicações e3 rádio, a banda é referida como a gama de frequências (largura de banda) utilizada no canal em questão. Dependendo do tamanho da banda (em termos de kHz, MHz ou Ghz) e outras propriedades, podem ser categorizadas como banda estreita ou banda larga.

Comunicação em banda larga

A comunicação em banda larga utiliza – como o nome indica – uma parte mais ampla do espectro. Isto tem algumas vantagens e desvantagens
: a comunicação em banda larga proporciona uma maior largura de banda e, portanto, uma comunicação mais rápida. Esta comunicação torna possível filtrar fontes de ruído estreitas no espectro. É mais difícil transmitir e detetar sinais de banda larga; requer uma elevada relação sinal-ruído. A energia do sinal é distribuída pela largura do espectro, tornando o sinal mais fraco à medida que se alarga (assumindo um certo nível de potência).

Comunicação em banda estreita

A comunicação em banda estreita utiliza uma largura de banda estreita. Estes sinais são frequentemente utilizados numa forma de comunicação mais lenta, onde é necessário transmitir principalmente voz ou fluxos de dados lentos. Os sinais de banda estreita têm normalmente um alcance de receção muito maior, porque podem ser utilizados filtros mais estreitos e, portanto, eliminar os ruídos indesejados de banda larga. A energia transmitida concentra-se também numa parte mais pequena do espectro. A tecnologia de banda estreita é utilizada para uma boa ligação a uma distância maior ou em condições prejudiciais (por exemplo, um ambiente rico em metais).

2,4 GigaHertz

O mundo está cheio de equipamento controlado à distância a funcionar a 2,4 GHz. Isto parece conveniente, porque os 2,4 GHz podem ser utilizados em qualquer parte do mundo. Além disso, é a única largura de banda livre de rádio que pode ser utilizada em todos os países do mundo. No entanto, há uma grande desvantagem para esta frequência: O alcance é limitado e as distâncias mais longas são quase impossíveis de alcançar.

Esta largura de banda é muito popular e é utilizada em muitas aplicações (na sua maioria não profissionais), tais como a modelação para barcos, carros e aviões, bem como para drones e routers WiFi.
A Tyro Remotes não aplica esta largura de banda porque a estabilidade e o alcance não podem ser garantidos em condições normais.

LBT e AFA

Vários sistemas de banda estreita utilizam a tecnologia LBT / AFA (“Listen Before Talk” / “Adaptive Frequency Agility”). Com estas técnicas, verificamos primeiro se o canal está livre. Se este for o caso, a ligação é estabelecida neste canal. Se este não for o caso, é selecionado o canal seguinte.

5. Teste e verificação

Todos os nossos sistemas foram desenvolvidos para terem um alcance otimizado em circunstâncias normais.
Como foi salientado, existem bastantes fatores externos que podem influenciar este alcance tanto positiva como negativamente. Portanto, em situações em que estão presentes reflexões, amortecimento ou fontes externas de interferência, recomendamos que teste primeiro se o alcance é suficiente ou não para a sua aplicação nestes casos.