Rádio e Micro-ondas

1. Definição

Rádio e micro-ondas são meios não-guiados que utilizam o espectro eletromagnético para transmitir sinais sem a necessidade de um condutor físico entre transmissor e receptor. A distinção clássica é:

• Ondas de rádio (RF): frequências de 3 kHz a 300 GHz (segundo a ITU-R), com comprimentos de onda de 100 km a 1 mm.
• Micro-ondas: subfaixa de RF, convencionalmente de 1 GHz a 300 GHz (comprimentos de 1 m a 1 mm), usada em radioenlaces terrestres, satélites, redes móveis e radar.

Na prática moderna, a fronteira é fluida: o 5G NR usa faixas de 0,6 GHz (banda n71) até 71 GHz (banda n261, mmWave), cobrindo tanto o espectro clássico de rádio quanto o de micro-ondas.

2. O Espectro Eletromagnético

A ITU-R divide o espectro de RF em bandas:

3. Princípios Físicos de Propagação

Propagação em Espaço Livre (FSPL)

A atenuação no espaço livre cresce com a distância e a frequência. A fórmula de Friis simplificada:

Onde d é a distância em metros e f a frequência em Hz.

Frequências mais altas têm maior atenuação, mas permitem antenas menores e maior largura de banda por canal.

Modos de Propagação

• Ondas de solo (Ground Wave): seguem a curvatura da Terra até ~2 MHz (rádio AM, navegação LF).
• Ondas de céu (Sky Wave): refletidas na ionosfera, permitem alcance intercontinental em HF (3-30 MHz).
• Linha de visada (Line-of-Sight, LOS): predominante acima de 30 MHz. Requer antenas com visada direta sem obstrução.
• Troposcatter: dispersão na troposfera, alcances de 100-500 km sem LOS, em frequências UHF/SHF.

4. Modulações Digitais

Exemplo: Wi-Fi 6 (802.11ax) usa 1024-QAM (10 bits/símbolo)

• 1024 símbolos possíveis em cada subportadora.
• Em 20 MHz de banda com 234 subportadoras úteis e 12,8 us de duração do símbolo: throughput teórico de ~143 Mbps por stream.

5. Técnicas de Acesso Múltiplo

6. Radioenlace Terrestre (Micro-ondas)

Conexões ponto-a-ponto entre duas antenas direcionais (geralmente parabólicas) com linha de visada direta. Usado em:

• Backhaul celular entre sites sem fibra.
• Conexões corporativas entre edifícios em uma cidade.
• Redes de provedores regionais com múltiplos hops.

Cálculo de Enlace Típico

Frequência: 18 GHz
Distância: 10 km
Antenas: 0,6 m cada (ganho 38 dBi)
Transmissor: +20 dBm
Receptor sensibilidade: -75 dBm (para 99,99% disponibilidade)

FSPL = 20 log(10 km) + 20 log(18 GHz) - 147,55 = 142,5 dB
Ganho das antenas: 2 x 38 = 76 dBi
Perdas em conectores + cabos: 4 dB

Sinal recebido = +20 + 76 - 142,5 - 4 = -50,5 dBm
Margem de fade = -50,5 - (-75) = 24,5 dB -> enlace robusto

Zonas de Fresnel

A primeira zona de Fresnel deve estar 60% livre de obstruções para o enlace operar com disponibilidade aceitável. O raio da primeira zona:

Onde d1, d2 são distâncias (km), D a distância total (km), f a frequência (GHz).

7. Comunicações Móveis Celulares (1G a 5G)

5G NR: Three Tiers

• Low-band (< 1 GHz): cobertura ampla, ~100 MHz.
• Mid-band (1-6 GHz, principalmente 3,5 GHz): equilíbrio cobertura/capacidade, ~100-400 MHz.
• High-band / mmWave (24-71 GHz): ultra capacity, ~400-800 MHz, alcance centenas de metros.

8. Aplicações de Radioenlace em Redes Corporativas

Ponto-a-Ponto (PtP)

• 2 antenas direcionais, alcance até 50 km em 6-11 GHz.
• Capacidade típica: 100 Mbps a 10 Gbps full-duplex.
• Vantagem: alternativa à fibra onde não há infraestrutura.
• Desvantagem: requer torres altas e LOS sem obstruções.

Ponto-Multiponto (PtMP)

• 1 antena central setorial, múltiplos clientes.
• WiMAX (802.16), LMDS, WISP rural.
• Capacidade compartilhada entre usuários.

Redes Mesh Sem Fio

• Múltiplos nós com roteamento dinâmico (AODV, OLSR, BATMAN).
• Wi-Fi mesh para smart cities, videomonitoramento.

9. Antenas e Ganho

10. Regulamentação no Brasil

A Anatel também publica o Plano de Atribuição de Faixas de Frequência (PAAF), atualizado periodicamente para acomodar novas tecnologias (6G, IoT, satélites LEO).

11. Casos de Uso Práticos

• Last-Mile Residencial: WISP rurais usam 5 GHz PtMP para entregar 50-100 Mbps em áreas sem fibra.
• Backhaul Celular: micro-ondas 11/18/23 GHz (1-3 Gbps) ou E-band 70/80 GHz (10 Gbps) em locais sem fibra.
• IoT Industrial: LoRaWAN em 915 MHz (alcance 5-15 km urbano, 15+ anos de bateria); NB-IoT em LTE 700 MHz para cobertura subterrânea.
• Comunicações de Emergência: satélite LEO (Starlink, Iridium) em bandas Ku/Ka para áreas remotas; HF para marítima/aeronáutica.

12. Resumo Técnico

13. Conclusão

Rádio e micro-ondas formam o conjunto de meios não-guiados que viabilizam a comunicação sem fio - desde o rádio AM de ondas longas até o 5G mmWave. Para o engenheiro de redes, dominar o espectro RF, as técnicas de modulação digital (OFDM, QAM), o cálculo de link budget com FSPL e zonas de Fresnel, e a regulamentação da Anatel é pré-requisito para projetar redes sem fio robustas: Wi-Fi corporativo, radioenlaces ponto-a-ponto, backhaul celular e WISP rural. A tendência de avanço para frequências cada vez mais altas (mmWave, THz) promete capacidades exponencialmente maiores, mas traz desafios de propagação que exigem modelagem cuidadosa do ambiente e técnicas avançadas como beamforming e massive MIMO.