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Antena Coletiva: Projeto e Cuidados para Receber a TV
Digital
Este tutorial apresenta consideraes para projeto de sistemas de
antena coletiva para distribuir sinais de TV
digital de alta definio, HD, aberta e gratuita, bem como medir o
nvel de potncia de sinais digitais, complementando e atualizando um
tutorial publicado anteriormente pelo autor [1].
Edson Gusella Jr.
Engenheiro Eletrnico pela Unicamp e Mestre em Engenharia
Eletrnica pelo INPE.
Atou no desenvolvimento de equipamentos para satlite de coleta
de dados ambientais no INPE e no
desenvolvimento de produtos para CATV e Antena Coletiva, nas
faixas de VHF e UHF, tais como antenas,
tomadas, divisores, amplificadores de distribuio, boosters,
moduladores, conversores e filtros.
Atua como Consultor, realizando acessoria, cursos e
treinamentos, nas reas de distribuio de sinal e
instrumentao de medida de CATV e TV Digital e, tambm, como
Professor de Engenharia na
Universidade de Mogi das Cruzes (UMC) na rea de
Telecomunicaes.
Categoria: TV e Rdio
Nvel: Introdutrio Enfoque: Tcnico
Durao: 15 minutos Publicado em: 05/10/2009
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Antena Coletiva para TV Digital: Introduo
Um sistema de antena coletiva para distribuir os sinais de TV
digital de TV aberta de alta definio, HD,
essencialmente uma antena coletiva para a faixa de UHF, uma vez
que os sinais de TV digital esto nesta faixa de freqncias, porm com
algumas particularidades. As normas brasileiras prevem o uso da
banda III
da faixa de VHF, faixa de freqncias de 174 a 216 MHz, mas esta
faixa no utilizada hoje e, como ela
apresenta potenciais problemas para terminais mveis, acredito
que ela tambm no vai ser usada no futuro.
Embora o sinal de TV digital do sistema ISDB-Tb, que o sistema
utilizado no Brasil, seja bastante robusto,
no dispomos ainda de um volume de dados sobre os problemas
encontrados neste tipo de distribuio.
Como regra geral, utiliza-se amplificadores para a faixa de UHF
faixa larga, bem como tomadas e divisores
com largura de faixa de at 1 GHz.
No disponho de dados sobre os efeitos de filtros e misturadores
de canais sobre os sinais digitais, mas
preciso um cuidado especial, pois, diferente dos sinais
analgicos, os sinais de TV digital so transmitidos
em canais adjacentes. Canais adjacentes so aqueles transmitidos
um ao lado do outro, como por exemplo, canais 28, 29, 30 e 31 na
cidade de So Paulo.
Embora esta prtica seja comum em sistemas de TV a Cabo, ela no
era empregada na radiodifuso de sinais
analgicos de TV aberta. A tabela 1 mostra alguns dos canais
digitais alocados para a cidade de So Paulo.
Tabela 1: Canais de TV Digital em So Paulo
DIGITAL EMISSORA ANALGICO
15 UHF Mix TV 16 UHF
17 UHF Gazeta 11 VHF
18 UHF Globo 5 VHF
20 UHF Record 7 VHF
22 UHF Play TV 21 UHF
23 UHF Bandeirantes 13 VHF
24 UHF Cultura 2 VHF
28 UHF SBT 4 VHF
29 UHF Rede TV 9 VHF
30 UHF RIT
31 UHF MTV 32 UHF
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A figura 1 mostra uma regio do espectro onde estes canais so
transmitidos:
Figura 1: Exemplo de regio do espectro de freqncias para TV
Na figura 1 esto mostrados os canais digitais nmeros 28, 29, 30
e 31 ao lado do canal analgico nmero
32, indicado pela marca tracejada. Atravs da figura deste
espectro possvel perceber que um canal digital
tem um formato aproximadamente retangular, ao passo que num
canal analgico as portadoras de vdeo e
udio so bem definidas.
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Antena Coletiva para TV Digital: Instalaes Coletivas
Como uma antena coletiva para distribuir sinais de TV digital
essencialmente uma antena coletiva para a
faixa de UHF, alguns cuidados so necessrios para a implantao
desta instalao. Estes cuidados se fazem necessrio, pois as perdas
de sinal na faixa de UHF so maiores tanto nos cabos como nos
componentes de
distribuio, tais como tomadas e divisores. A tabela 2 abaixo
mostra a atenuao de sinal dos cabos coaxiais
mais comuns empregados para distribuio de sinais de TV.
Tabela 2: Atenuao nos cabos coaxiais
Tipo de Cabo 50 MHz 210 MHz 450 MHz 600 MHz
RGC-06 0,053 dB/m 0,100 dB/m 0,144 dB/m 0,167 dB/m
RGC-59 0,064 dB/m 0,131 dB/m 0,194 dB/m 0,220 dB/m
RG-59 B/U 0,081 dB/m 0,177 dB/m 0,271 dB/m 0,318 dB/m
Por esta tabela possvel ver que a atenuao do cabo RG-59 B/U, que
era o cabo coaxial normalmente
usado nas antenas coletivas de VHF antes do surgimento dos cabos
Celulares RGC-59 e RGC-06, possui
aproximadamente o dobro da perda do cabo RGC-06 na freqncia de
600 MHz, que est no meio de faixa
de UHF. Por esta razo uma antena coletiva que foi inicialmente
projetada para distribuir sinais de VHF
dificilmente funcionar adequadamente na faixa de UHF.
Quanto s tomadas e divisores usados na distribuio de sinal,
necessrio que eles sejam de boa qualidade e tenham largura de faixa
de 1 GHz. Existe no mercado produtos de m qualidade que no so
adequados para
distribuio de sinais em UHF. Eu j encontrei divisores de baixo
custo vindos da China que internamente
no tinham nem circuito de casamento nem de isolao, a caixa era
vazia e os conectores interconectados por fios apenas. Estes
divisores causam uma perda de sinal muito grande na faixa de UHF
inviabilizando a
distribuio de sinais.
Como os sinais de TV digital esto na faixa de UHF, para
receb-los necessria uma boa antena de UHF. A
figura a seguir mostra a cabeceira de um sistema de antena
coletiva tpico de VHF + UHF para distribuio
de sinais de TV digital para a cidade de So Paulo onda os canais
de VHF tambm so recebidos. Para
informaes adicionais sobre os equipamentos, consulte o site do
fabricante [2].
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Figura 2: Sistema tpico de antena coletiva (VHF + UHF) para
distribuio de sinais de TV digital
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Antena Coletiva para TV Digital: Medidas de Sinais de TV
Digital
Ainda no existem no mercado medidores de campo de custo acessvel
para o sistema brasileiro de TV
digital aberta de alta definio, o ISDB-Tb. Existem equipamentos
profissionais para medida do sinal ISDB-Tb, mas seu custo ainda
invivel para instaladores.
Aguardamos para o inicio de 2010 a disponibilidade de um
equipamento com uma boa relao
custo/benefcio. No Congresso da SET de 2009, a empresa espanhola
Promax [3] anunciou que est
desenvolvendo um medidor para o nosso sistema de TV digital que
estar disponvel no incio do prximo
ano.
Enquanto no existem medidores especficos para o sistema ISDB-Tb
possvel usar um medidor de campo
que mea apenas o nvel de sinal. Para sinais digitais, nvel de
sinal adequado no garantia de que a imagem ser recebida sem
problemas.
De certa maneira isto tambm verdade para os sinais de TV
analgica, pois muitas vezes o nvel de sinal bom, mas existem rudos
ou fantasmas na imagem. Porm o sinal de TV digital diferente do
analgico
neste aspecto. Quando a qualidade do sinal no boa, no pega nada,
o sinal no abre, mesmo que o nvel
seja suficiente. Enquanto no houver equipamentos com custo
acessvel no mercado alguns problemas
permanecero praticamente insolveis.
Existem medidores no mercado, como o Prolink-1C da Promax,
fabricado no Brasil [4], que apresentam
leituras corrigidas de nvel de sinal tanto para sinais analgicos
como para sinais digitais.
Figura 3: Exemplo de Analisador de TV bsico
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Quando o equipamento no possui esse recurso, possvel corrigir a
medida feita com um medidor de campo
para canais analgicos para se obter o valor correto. A figura a
seguir mostra como isso feito.
Figura 4: Correo de leitura com um medidor de campo para sinais
analgicos
Idealmente o espectro de um canal digital plano dentro da banda
do canal. Neste caso, suficiente efetuar a
media de potncia do sinal no meio do canal. Para corrigir o
valor da medida preciso ainda conhecer a largura de faixa do canal,
que no caso do sistema ISDB-Tb de BW1= 5,7 MHz, e a largura de
faixa do
filtro do medidor de campo BW2. Para o medidor Prolink-1C da
Promax, BW2 = 270 kHz.
O valor do nvel do sinal calculado da seguinte forma:
Vcorrigido[dbmV] = Vlido[dbmV] + 10 log (BW1/BW2)
Para o sinal do ISDB-Tb e o medidor Prolink-1C, o fator de
correo FC tem o seguinte valor:
FC = 10 log (5,7MHz / 0,27MHz) = 13,2 dB.
Portanto, a medida pode ser corrigida usando os valores
abaixo:
Vcorrigido[dBmV] = Vlido[dBmV] + 13,2dB
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Antena Coletiva para TV Digital: Ajuste do Nvel de Sinal
Em sistemas de Antena Coletiva para sinais analgicos, os nveis
de sinal que devem ser entregues ao
usurio so bem conhecidos. Os nveis devem ficar na faixa de 65
dBuV a 80 dBuV ou 5 dBmV a 20 dBmV para canais na faixa de VHF e de
60 dBuV a 80 dBuV ou 0 dBmV a 20 dBmV na faixa de UHF. E para
os
canais digitais, quanto de sinal deve ser entregue ao usurio
para que ele consiga receber uma boa imagem?
A Norma ABNT NBR15604:2007, Televiso digital terrestre
Receptores [5], na pg. 50 traz as seguintes
recomendaes para a sensibilidade de um receptor de TV
digital:
1. Nvel mnimo de entrada: menor ou igual a - 77 dBm = 32 dBuV =
-28 dBmV
2. Nvel mximo de entrada: maior ou igual a - 20 dBm = 89 dBuV =
29 dBmV
Embora alguns receptores de TV digital funcionem numa faixa de
sinal maior, recomendado que a antena
coletiva entregue o sinal dentro da faixa especificada pela
norma. Isso garantir que a antena coletiva
funcionar com qualquer equipamento que obedea a norma.
Porm quando se fala de TV digital, apenas nvel de sinal no
garantia de que a imagem vai abrir. Outro
parmetro que a Norma ABNT NBR15604:2007 tambm especifica na pg.
66 o limiar da relao
portadora/rudo C/N , do ingls Carrier to Noise, que de 19dB.
Isso quer dizer que no basta ter um nvel adequado de sinal,
preciso que a qualidade do sinal tambm seja
boa. A relao C/N uma das medidas da qualidade do sinal, e para
que a qualidade seja adequada para TV
digital preciso que a relao C/N seja maior do que 19dB. Este
valor bem menor do que o valor de C/N
mnima para sinais analgicos, que de aproximadamente 46dB.
O que que degrada a qualidade do sinal?
O que degrada a qualidade do sinal o rudo. A relao C/N a relao
da potncia do sinal pela potncia do
rudo. Quanto maior a potncia do rudo, menor ser a relao C/N.
De onde, ento, vem o rudo que degrada a qualidade do sinal?
O rudo vem de vrias fontes, mas convm separ-las em duas
categorias: aquelas que contaminam o sinal
antes dele ser recebido pela antena e as que contaminam o sinal
depois dele ser convertido num sinal eltrico.
Como, geralmente, no se tem controle sobre as fontes de rudo
externas, a forma de melhorar a relao C/N do sinal recebido na
antena melhorando o nvel do sinal recebido. Isso pode ser feito
utilizando uma antena
com maior ganho ou ento alterando a localizao da antena,
elevando mais sua altura, por exemplo.
Adicionar um amplificador tipo booster no melhora a relao C/N
recebida pela antena, pois o booster
amplifica tanto o sinal como o rudo. Da a necessidade de uma boa
antena para a recepo do sinal de TV
digital.
Uma vez que o sinal foi recebido pela antena e convertido de
onda eletromagntica para sinal eltrico, no
mais possvel melhorar a relao C/N. A partir deste ponto a relao
C/N s degrada, pois os amplificadores
no so dispositivos ideais e adicionam mais rudo ao sinal. O que
possvel fazer neste caso minimizar a degradao da relao C/N,
utilizando amplificadores com figura de rudo baixa. A figura de
rudo uma
medida da quantidade de rudo introduzida pelo amplificador.
Num sistema de recepo de sinal como uma antena coletiva, a
figura de rudo do sistema depende
principalmente da figura de rudo do primeiro amplificador do
sistema. Portanto quando o sinal de TV digital
chega fraco, ele deve ser amplificado inicialmente por um
amplificador com baixa figura de rudo para que a figura de rudo
total permanea baixa e, consequentemente, que a relao C/N degrade o
mnimo possvel.
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Isso o que e feito na recepo de sinais via satlite, onde o LNB,
que um amplificador de baixa figura de
rudo e conversor, fica no alimentador da antena parablica.
O booster de UHF um amplificador de baixo rudo projetado para
recepo de sinais de TV que minimiza a degradao da relao C/N. Como a
figura de rudo do booster menor do que a do amplificador de
potncia, e a figura de rudo total do sistema depende
principalmente do primeiro amplificador, consegue-se
melhorar a qualidade de sinais fracos utilizando-se um
booster.
Porm se o sinal forte, o ganho de qualidade pequeno, podendo-se
dispensar seu uso. Da decorre a
necessidade de bons equipamentos para a amplificao e distribuio
de sinal de TV digital. Eles minimizam
a degradao do sinal.
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Antena Coletiva para TV Digital: Consideraes finais
Um sistema de antena coletiva para TV digital essencialmente uma
antena coletiva que opera na faixa de
UHF com alguns cuidados adicionais.
A ampla faixa dinmica de recepo de sinais, de -77dBm a -20dBm,
permitem que os sinais de TV digital
sejam distribudos sem equalizao. Isso particularmente
interessante enquanto no existir no mercado
equipamentos para equalizao de canais de TV digital, porm
deve-se tomar cuidado para que os nveis dos
sinais de todos os canais fiquem dentro da faixa
especificada.
Como a transmisso de sinais de TV digital de alta definio aberta
no Brasil recente, iniciou-se em So
Paulo em 2 de dezembro de 2007, o autor no tem relato dos
problemas encontrados com este tipo de
instalao. Como os casos reportados por instaladores so de xito,
isso nos leva a crer que no existam grandes dificuldades na execuo
destes projetos e instalaes. Contudo o sucesso das instalaes
deve-se
aos cuidados tomados na escolha do cabo coaxial e dos
equipamentos.
Vale ressaltar que nvel de sinal e relao C/N adequados somente
no garantem que o sinal seja recebido
corretamente. Outros problemas, tais como multipercurso e
interferrncias, podem degradar o sinal a tal
ponto que ele no seja mais recupervel. Na TV analgica o
multipercurso provoca fantasmas. Na TV digital ele pode degradar
totalmente a qualidade do sinal.
Por isso imprescindvel, antes de fazer um oramento, fazer uma
pesquisa do sinal no local da instalao utilizando uma pequena
antena e um receptor de TV digital. Esta uma prtica que os
instaladores
experientes j fazem para antenas coletivas para sinais analgicos
e deve ser realizada tambm para sinais
digitais.
Referncias
[1] Sistemas de Distribuio de CATV e Antenas Coletivas
[2] www.proeletronic.com.br
[3] www.promax.es
[4] www.proatec.com.br
[5] http://www.forumsbtvd.org.br/materias.asp?id=112
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Antena Coletiva para TV Digital: Teste seu entendimento
1. Os sinais de TV digital aberta de alta definio no Brasil so
transmitidos hoje em qual faixa de freqncias?
VHF
UHF
Microondas
Satlite
2. Por que importante escolher um bom cabo coaxial para
distribuir os sinais de TV Digital?
Por que as perdas de cabos coaxiais so maiores em freqncias
maiores.
Cabos coaxiais de m qualidade introduzem uma excessiva atenuao
de sinal.
Cabos coaxiais com malha com cobertura mnima so mais suscetveis
a interferncias.
Todas as alternativas anteriores.
3. Qual o efeito de componentes de pssima qualidade na
distribuio do sinal?
Todas as alternativas abaixo.
Introduzem uma excessiva atenuao de sinal.
Aumenta o custo da instalao pois o profissional tem que
retrabalhar e substituir vrios componentes.
No chega sinal de TV digital nos pontos mais distantes da
instalao.