Rádio VHF e Linha de visada
Distância máxima de comunicação entre barcos
Danilo Chagas Ribeiro

21 Jul 2007
Velejando de P. Alegre a Florianópolis no Verão passado, em pouco tempo perdemos o contato por rádio com os barcos que subiam a costa conosco. Os barcos tinham diferentes velocidades de cruzeiro e não saíram todos no mesmo horário. Com isso, espalharam-se. A comunicação entre nós foi muito ruim.

Nova tecnologia
Os rádios utilizados nas embarcações evoluíram muito de uns anos para cá. Os modelos atuais, como o Navman da foto ao lado, vêm equipados com DSC - Digital Selective Calling ou Chamada Seletiva Digital, uma tecnologia que dispensa escuta permanente e permite enviar o nome do barco e suas coordenadas em caso de emergência. O DSC faz parte do Global Maritime Distress and Safety System, chamado no Brasil de Sistema Global de Socorro e Segurança Marítima. Veja mais a respeito no site da Anatel.
Apesar da importante evolução no equipamento de rádio, o alcance não mudou. Qual é a distância máxima de comunicação através do rádio de uma embarcação?

VHF
O tipo de rádio mais utilizado para comunicação na navegação de recreio é o VHF, abreviação de Very High Frequency (Freqüência Muito Alta). O espectro de freqüências de rádio é dividido em faixas. VHF é uma faixa utilizada na comunicação marítima de baixo alcance, dentre várias outras aplicações como TV e controle remoto sem fio. Cada aplicação utiliza um grupo de freqüências, seguindo determinação do governo de cada país (a maioria segue o rumo do Tio Sam, claro). As freqüências VHF variam de 30 a 300MHz. Destas, a comunicação marítima ocupa o espectro de 156 a 174MHz (tabela ao lado).

Freqüências x canais
As freqüências de rádio podem ser indicadas através de um canal. Assim, em vez de dizer a freqüência que se deseja utilizar, como 156.800MHz, p. ex., podemos indicar apenas Canal 16, o que simplifica muito. Este canal, aliás, é reservado internacionalmente para chamadas de emergências.

Alcance
As ondas de rádio VHF propagam-se na 'linha de visada', isto é, em linha reta até onde a visão alcança. Duas embarcações têm linha de visada, quando um tripulante junto à antena de uma delas enxerga a antena da outra. Na prática não é bem assim, porque o alcance da visada dependeria da qualidade da visão de cada um, do uso de instrumentos óticos, ou não, e da visibilidade da atmosfera que varia de uma hora para outra, mas isso ilustra o que seja Linha de Visada.

Linha de visada
O comprimento da linha de visada (LOS ou Line-of-sight), também chamado de horizonte do rádio, é dado pela equação ao lado, onde D é a distância em quilômetros, e Am é a altura do observador (ou da antena), em metros. A fórmula pode ser usada para mostrar que, para um velejador com os olhos a 2m acima da linha d'água , como no cockpit, digamos, o horizonte estará a 5km de distância (2,7mn).

Se o velejador subir no mastro e olhar a 10m acima da linha d'água, como no topo do mastro de um O'Day23, p.ex., seu horizonte estará a 11km (6mn). O aumento de 8m sobre a superfície (de 2 para 10) proporciona visibilidade de mais 6km (5 para 11). Observe-se assim a importância da altura da antena e entenda-se porque a comunicação por rádio com lanchas é tão difícil.

Para calcular o alcance máximo da comunicação entre dois barcos, soma-se as linhas de visada dos dois. Exemplos: Dois O'Days23 falam entre si em até (2x11) 22km. Dois Delta36 (alt mastro sobre linha d'água=18m) falam em até (2x15) 30km.

O Comte Jorge Lisboa, que por 34 anos lecionou disciplinas da área de telecomunicações no Dep. Eng. Elétrica da UFRGS, informa que o alcance do VHF pode passar um pouco da linha de visada. "Se houver potência suficiente é um pouco mais, pois a onda sofre algum encurvamento. Não muito, mas sofre. A grosso modo, pode-se dizer que o alcance fica em torno da linha de visada direta", diz Lisboa.

Propagação excepcional
As ondas de rádio propagam-se em linha reta. Ocorre que a propagação de ondas abaixo de certa freqüência, como as "ondas curtas", acompanha a curvatura terrestre por causa da refração na ionosfera, tendo assim alcance além do horizonte. As ondas do VHF não refratam. Em vez disso, atravessam a ionosfera, permitindo o contato com satélites.

Eventualmente as condições atmosféricas podem alterar as características da propagação das ondas de rádio, favorecendo ou prejudicando o alcance. Em abril de 2007 o Comte Emílio Oppitz, a bordo do veleiro Adriana, no Birú, Enseada de Tapes (Lagoa dos Patos), foi excepcionalmente escutado pelo Comte Roberto Couto, em Jaguarão, na fronteira com o Uruguai, a 150milhas náuticas de distância.

Estando no Clube dos Jangadeiros, em Porto Alegre, o Comandante Bruno Steiger já falou com o Clube Náutico Tapense, a 34mn. As duas estações de rádio utilizam torres de 20m de altura. Bruno lembra que de vez em quando, com propagação excepcional, ouvia de sua casa uma estação de VHF de Rio Grande, que não existe mais.
Morros e matos, como também chuva muito forte, interferem negativamente na propagação.

Outros fatores
O alcance de uma comunicação em VHF depende também da potência do transmissor, da qualidade das antenas, da sensibilidade do receptor e de outros fatores, incluindo a qualidade da instalação (cabos e conectores).

Potência baixa reduz o alcance do transmissor mas, por melhores que sejam a potência do equipamento, a antena e a instalação, o limite do alcance é determinado pela linha de visada. Mas há um outro aspecto lembrado pelo Comte Bruno Steiger (foto), conhecido técnico em manutenção de equipamentos de rádio em Porto Alegre: quanto maior for a potência e a qualidade da antena, tanto melhor será a qualidade da comunicação.

Bruno tem uma facilidade enorme para falar sobre rádios, antenas e afins. Durante décadas trabalhou em emissoras de Porto Alegre, e vem consertando rádios e fabricando antenas há muitos anos. Usa a linguagem técnica com a naturalidade de quem estivesse falando de coisas triviais: impedância, microvolts, onda estacionária, circuito de saída de potência, analogias mil, horas de conversa. Tudo isso é muito simples para o Comandante do Mimbora, o seu antigo veleiro Guanabara, sempre conservadíssimo.

Acendendo lâmpada só com radiofreqüência
Para mostrar a energia que sai da antena do transmissor de rádio, Bruno mantém o botão (PTT) do microfone pressionado e passa uma lâmpada fluorescente completamente desconectada, rente à antena. Quanto mais na extremidade da antena, mais forte fica a luz da lâmpada, sem estar ligada a nada. "A radiofreqüência ioniza os gases da lâmpada", explica Bruno.

A brincadeira faz Bruno lembrar-se da interferência que as luzes fluorescentes de um barco podem gerar no receptor de rádio a bordo. "O reator da fluorescente gera uma ruideira que só vendo", conta Bruno, referindo-se à interferência dos reatores nas ondas de rádio. E assim vai a conversa com esse comandante totalmente apaixonado pelo seu trabalho, sempre rica em ilustrações, exemplos e analogias, mostrando sua boa vontade em ensinar o que sabe.
Para manutenção de seu rádio em Porto Alegre, faça contato com o Comandante Bruno: (51) 9912 1372

Comentários: info@popa.com.br

Mais sobre o assunto:

O tema deste artigo foi debatido no Grupo Popa.com.br em Junho de 2007. Veja abaixo as mensagens dos Comtes Jorge Lisboa (ex-prof. Engª Elétrica UFRGS) e Rafael Britto (rádio-amador)

Jorge Lisboa
1. Para duas antenas com alturas (em metros) h1 e h2, a distância máxima de visada direta (em Km) é dada por (considerando o raio da terra 6000 Km)

D (km)=3,46.(h1^(1/2)+h2^(1/2)

2. A distância para a qual a comunicação é mantida depende essencialmente da relação sinal/ruído na entrada do receptor. Um receptor de rádio é na verdade um amplificador de altissimo ganho (~ 10^8) capaz de amplificar um pequeno intervalo de frequências (~ 10 KHz) centrado na frequencia do sinal a ser recebido. Junto com o sinal desejado é amplificado todo o ruido que existir na entrada do receptor, dentro da banda de amplificação. Para este ruido contribuem fontes naturais como ruido térmico, descargas elétricas, ruido cosmico, ruido gerado no próprio receptor e interferências que podem ser geradas por varios tipos de equipamentos elétricos. Se o ruido na entrada do receptor for maior que o sinal que se quer captar a comunicação se torna ininteligível. Portanto dois fatores devem ser levados em conta, o ruido e o sinal. O sinal dependende da potência do transmissor, do ganho das antenas, da atenuação durante a propagação e das perdas nos cabos. O ruido é um fator que varia bastante com as condições atmosféricas e local. Em centros urbanos muitas vezes a contribuição de interferências eletromagnéticas se torna importante e pode ser bem superior ao ruido natural. Na ausência destas interferências, na faixa de VHF predomina o ruido cosmico, e temos tipicamente na entrada do receptor valores da ordem décimos de uV. Portanto um sinal para ser entendido deve ter no conector do equipamento esta ordem de grandeza.

3. Para visada direta, a potência captada pela antena receptora cai com o inverso do quadrado da distância, pois, conforme a onda se propaga, a energia tem que se distribuir por uma área que aumenta com D^2 (pode se pensar a onda se propagando como um balão inflando).

4. A onda que se propaga próximo à superfiçie sofre algum encurvamento, por dois fatores: a) difração devido à curvatura da terra, b) refração devido à variação do índice de refração da atmosfera com a altitude. Portanto, o alcance de um elo de comunicação em VHF é em geral um pouco maior do que a linha de visada direta (desde que a potência irradiada seja suficiente para vencer as perdas de percurso)

5. Em condições especiais as ondas em VHF podem sofrer reflexões em descontinuidades que podem aparecer na atmosfera e seu alcance pode ser bem maior que a linha de visada. Isto pode ser observado com relativa frequencia nestes meses de inverno. De um a dois dias antes da entrada das frentes frias pode se perceber facilmente uma melhora de propagação para o sul, escutando se frequentemente comunicações no 16 de embarcações em Rio Grande e mesmo no Uruguai. Isto se deve à reflexão das ondas nos cristais de gelo que precedem na alta atmosfera a chegada das frentes. Em uma ocasião tive oportunidade de manter contato em VHF com Mar del Plata, 400 Km ao sul de B. Aires.

6. Muito raramente pode ocorrer reflexões de VHF na ionosfera, quando a densidade de ions desta se torna exepcionalmente alta. Nestas condições equipamentos com alguns Watts podem alcançar vários milhares de Km, mas é realmente esporádico.

7. Muito interessante em VHF é o uso de repetidoras colocadas em locais elevados, o que aumenta bastante e de forma confiável a comunicação. Radioamadores mantém de forma voluntária equipamentos destes tipo operando pelo mundo todo. Uma destas está instalada em Camaquã (156730 KHz) e permite uma cobertura praticamente de toda a Lagoa dos Patos. Vários canais marítimos (26,27,24 por exemplo) operam em duplex (o equipamento transmite em uma frequencia e recebe em outra), e são assim justamente para operação com repetidora. A Rede Nacional de Estações Costeiras (RENEC) (POA Rádio, Osório Rádio, etc...) são na verdade repetidoras espalhads pela costa e operados do Rio de Janeiro. Seria interessante termos uma repetidora destas operando em um ponto estratégico que permitisse comunicação em toda a lagoa. Acho que os clubes poderiam se organizar para mantê-la em funcionamento.

8. O uso de SSB em HF esta sendo abandonado devido ao aparecimento de sistemas que operam via satélite, em principio mais confiáveis, pois as condições de propagação em HF são muito variáveis. Atualmente é raro ouvir alguma comunicação nos canais marítimos de HF. Entretanto é um sistema que, embora tenha um custo inicial relativamente elevado, e necessite um certo treinamento para operação, permite comunicação a longa distância sem depender de terceiros.

Jorge Lisbôa
Juti

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Rafael Britto
São inúmeros os fatores que podem alterar o alcance de um rádio. Muitos desses fatores são totalmente desprezados por leigos no assunto, e afetam significativamente a qualidade e o alcance da transmissão. Só pra começar, o rádio com antena a 40m da água transmitindo a 10w, com certeza irá ter maior alcance do que o carinha no caiaque que está fritando seu neurônios transmitindo a 20w na altura da água se estiverem utilizando antenas iguais.

O VHF, devido ao seu comprimento de onda e forma de propagação, tem grande dificuldade em contornar obstáculos, por exemplo, quando falo com o JP (Tethys), que mora próximo ao CDJ, da minha casa no Mont Serrat onde tem um morro bloqueando o sinal para a zona sul, preciso utilizar 50w de potência tendo uma antena de 6db de ganho e instalada com cabos de excelente qualidade, e ainda assim a qualidade do sinal fica ruim. Já o JP, com instalações semelhantes, consegue falar com Tapes.

Algumas coisas importantes:

Antena: podem ser direcionais ou omnidirecionis. Nos barcos, sempre serão omnidirecionais (transmitem em todas as direções) e dificilmente encontrará uma antena de mais de 4 ou 5db de ganho que possa ser utilizada no topo de um mastro. Devido ao porte das antenas com maior ganho ficam restritas a serem utilizadas por lanchas e outras embarcações. Uma antena de 9db próximo a água tem alcance equivalente a uma de 3db a 15m de altura. Quanto às direcionais, só podem ser utilizadas em terra pois necessitam ser direcionadas para o seu alvo. Essas podem ter 20db ou mais de ganho, que quanto maior mais restrito será a área de propagação podendo ser de até, apenas, alguns graus (isso é só nas direcionais).

Potência: Quanto maior, mais longe irá o sinal e mais rápido irão tuas baterias! Nos rádios VHF marítimos, é limitada a 25W. Quem usa mais que isso é a marinha, e qualquer outro transmitindo acima de 25w está fora da lei. Por favor, procurem sempre utilizar a menor potência disponível que permita uma comunicação adequada. Não utilize 25W para falar com o clube ou o barco que está a vista pois 1w será mais do que o suficiente, e quem está em itapuâ ou sei lá onde não precisa ouvir e não fica com o canal ocupado. Se todos utilizassem 1w para comunicações onde há visada do contato, muito mais pessoas poderiam utilizar os mesmos canais sem interferirem umas nas outras.

Cabos e conectores: Desprezados pela maioria, são componentes fundamentais para uma boa transmissão. Um cabo de má qualidade, pode perder até 20db a cada 10 metros!!!!!!!!!! Como, em geral, são utilizados pelo menos 15m de cabo em veleiros, essa perda é extremamente significativa. Um bom cabo pode ter perda de apenas 1,5db em 15 metros ou até menos, claro que cabos de boa qualidade são mais caros, mas pela durabilidade e a quantidade utilizada, vale a pena gastar 10 ou 12,00 R$ por metro ao invés de 2 ou 3,00 R$. O mesmo vale para conectores. Jamais, emende cabos diretamente, se for necessário cortar e emendar, utilize conectores adequados na emenda.

Altura da antena: Quanto mais alta melhor.

Condições de propagação: Podem variar bastante. As ondas de radio sofrem muitas interferências atmosféricas que são imprevisíveis. Em um dia excepcional, pode ter alcance de 40mn e no dia seguinte apenas 15mn. Essas interferências, inclusive, são as responsáveis por não termos precisão milimétrica nos GPSs. O erro atual do GPS entre 3 e 15 metros é conseqüência exclusiva das interferências atmosféricas.

Curiosidade: Com o rádio VHF, algum conhecimento, uma excelente antena direcional e pouquíssima potência (menos do que temos disponível em nossos barcos) é possível fazer reflexão lunar! Isso mesmo! Reflete-se a onda na lua e consegue-se transmitir para outros continentes! Isso é, inclusive, uma modalidade do radioamadorismo. E mais, hoje em dia há diversos satélites sendo utilizados por radioamadores nas freqüências de VHF e UHF onde utiliza-se não mais que 5w de potência.

Rádios HF: Obrigatórios para navegação oceânica. Transmitem na faixa dos 80m (contra 2m do VHF), por isso é possível fazer reflexão ionosférica e ter alcance intercontinental, porém existe uma faixa de distância onde a comunicação não ocorre. Comunica-se com o que está muito longe, ou muito perto.

Ondas estacionárias (ROE ou SWR) e o Comprimento do cabo
Ondas estacionárias são as ondas refletidas pela antena, ou seja, aquelas que quando se transmite vão até a antena e retornam para o rádio, em outras palavras, potência desperdiçada. Quanto menor a estacionária, melhor. Se o ROE estiver alto, poderá estar transmitindo com 25w mas a potência efetiva será de 10w, e estiver muito alto, pode inclusive queimar o rádio. Quando se conclui a instalação de uma antena, deve-se, com um medidor de ROE, verificar e fazer os ajustes necessários para deixá-lo no menor nível possível. Para cada freqüência existe um comprimento de cabo ideal para diminuir o ROE. O ajuste, normalmente, é feito diminuindo-se o comprimento do cabo. Existe uma fórmula para calcular o comprimento do cabo de acordo com a freqüência. No caso da navegação, tudo deve ser ajustado para a freqüência do canal 16. As antenas “marítimas” de VHF, são assim chamadas pois vem de fábrica calibradas para o canal 16.

Há muito mais para se falar a respeito dos nossos rádios, mas espero que essas informações ajudem um pouco.

Abraços,

Rafael
Tethys

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Mais sobre o assunto (em inglês):
Marine VHF Radio Communications