Comunicações Rádio

Sistemas de Comunicação
Eletromagnetismo

Método de Ensino: Presencial

As aulas teóricas são essencialmente expositivas, nas quais o docente apresenta os conceitos fundamentais associados aos sistemas de comunicação rádio atuais.

Nas aulas práticas é privilegiado o contacto com as tecnologias existentes. Os alunos têm de realizar em grupo, diversos trabalhos laboratoriais versando a análise, dimensionamento e/ou implementação de: antenas e sistemas radiantes; das diferentes linhas transmissão utilizadas e o desenvolvimento de uma aplicação web usando uma das tecnologias rádio mais significativas. A resolução de exercícios de aplicação sobre os assuntos estudados será também feita nas aulas práticas.

Objetivos: Adquirir conhecimentos relativos aos sistemas de comunicações rádio atuais. Assume particular relevância a compreensão e análise: dos meios de transmissão guiados e antenas; das técnicas de modulação digitais; dos sistemas e aplicações mais comuns baseados em tecnologias Wireless Personal Area Networks (WPAN) e Low Power Wide Area Networks (LPWAN).

Competências genéricas: Capacidade de análise e síntese; capacidade de desenvolver trabalho autónomo e em equipa; capacidade de aplicação dos conhecimentos técnicos para projeto e implementação dos diferentes aspetos relativos aos sistemas de comunicações rádio; capacidade de expressão oral e escrita em Português.

Competências específicas: Conhecer e compreender as características das linhas de transmissão; conhecer e compreender os diagramas de radiação e os parâmetros fundamentais das antenas; conhecer e compreender os diferentes tipos de antenas e as técnicas de modulação usados nos sistemas de comunicações rádio atuais. De entre eles refira-se os sistemas WPAN e LPWAN usados em aplicações para sistemas de energia e de automação: smart metering e smart grids; Internet of Things (IoT) e Indústria 4.0; entre outros.

Introdução

• Motivação; perspetiva histórica e impacto social das comunicações rádio;
• Espectro radioelétrico: Quadro de atribuição de frequências;
• Sistemas de comunicações rádio atuais.

Linhas de transmissão

• Linha bifilar, cabo coaxial, linha microstrip, etc;
• Equação telegrafo; impedância característica e constante de propagação;
• Linha de transmissão terminada: coeficiente de reflexão; VSWR; RL e impedância de entrada.

Conceitos fundamentais e parâmetros das antenas

• Aplicações das antenas em telecomunicações;
• Tópicos sobre mecanismo de radiação;
• Conceitos fundamentais das antenas
• vetor de Poynting, densidade de potência e intensidade de radiação;
• impedância da onda eletromagnética no vazio.
• Parâmetros fundamentais das antenas
• diagrama de radiação em coordenadas polares e cartesianas; lóbulos; largura de feixe a meia potência;
• directividade; ganho; área efetiva; eficiência; largura de banda; polarização; impedância de entrada, etc.

Antenas lineares, impressas e de abertura

• Antenas lineares: dipolos e monopólos;
• Antenas microstrip: análise e síntese;
• Antenas de abertura e refletores;
• Agregado linear de N elementos.

Comunicações digitais (transmissão passa-banda):

• Modulações digitais elementares ASK, PSK, FSK e QAM;
• Modulações digitais lineares com deteção coerente:
• Modulações binárias (ASK e PSK) e não binárias (M-PSK);
• Modulações digitais não lineares com deteção coerente:
• Modulações binárias (FSK e MSK); e não binárias (M-FSK);
• Modulação QAM;
• Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS) e Chirp Spread Spectrum (CSS);
• Probabilidade de erro e eficiência espectral das diferentes técnicas de modulação.

Sistemas Wireless Personal Area Networks (WPAN) e Low Power Wide Area Networks (LPWAN)

• IEEE 802.15.x standards;
• Bluetooth / IEEE 802.15.1;
• ZigBee versus IEEE 802.15.4;
• LoRa e LoRaWAN;
• Tópicos sobre Sigfox e outros sistemas LPWAN.

Aplicações das tecnologias rádio em sistemas de energia e de automação

• Aplicações em smart metering e smart grids;
• Aplicações para Internet of Things (IoT) e Indústria 4.0;
• Tópicos sobre interface sem fios para sensores inteligentes (IEEE 1451.5);
• Tópicos sobre aplicações de 5G Industrial;
• Outras aplicações: gestão de frotas e gestão de armazém; tecnologias de identificação por rádio – RFID; segurança e controlo de acessos, etc.

NAO

Bibliografia Recomendada

• Balanis, C. A. (2016). Antenna theory: analysis and design. John wiley & sons. [1-8-72 (ISEC) – 14986]
• Hayt Jr, W. H., Buck (2001). Engineering Electromagnetics| (SIE). McGraw-Hill Education. [1-3-161 (ISEC) – 17524]
• Carlson, A. B., Crilly, P. B., & Rutledge, J. C. (2002). Communication systems: An introduction to signals and noise in electrical communication (4^th ed.). McGraw-Hill. [1-8-56 (ISEC) – 14812]

Bibliografia Complementar

• Chaudhari, B. S., &; Zennaro, M. (2020). LPWAN Technologies for IoT and M2M applications. Academic Press. 
• Kraus, J. D. (2003). Antennas for all applications. McGraw-Hill companies Inc. New York  [1-8-71 (ISEC) – 14980]
• Sadiku, M. N. (2014). Elements of electromagnetics. Oxford university press.
• Huang, Y., & Boyle, K. (2008). Antennas: from theory to practice. John Wiley & Sons
• Haykin, S. (2016). Introduction to analog and digital communications (2^nd ed.). New York: John Wiley & Sons. [1-8-43 (ISEC) – 05482]
• Gutierrez, J. A. (2010). Low-rate wireless personal area networks: Enabling Wireless Sensors with Ieee 802.15.4. IEEE Press.
• Diversos artigos sobre os temas abordados: IEEE Communications Surveys & Tutorials e IEEE Transactions on Wireless Communications