Como funciona o telefone sem fio (ART519)

O telefone sem fio já se tornou um dos equipamentos eletrônicos mais comuns nos lares e escritórios. A vantagem de nos livrarmos das limitações que um fio traz às conversas telefônicas, temos a mobilidade total que permite falar de qualquer parte da casa, apartamento ou do quintal. Para o profissional da eletrônica, conhecer o princípio de funcionamento do telefone sem fio é de importância fundamental, pois esse é um dos equipamentos que aparece com freqüência na sua oficina para reparos. Para os leitores que não trabalham com a reparação de equipamentos eletrônicos, o conhecimento de seu princípio de funcionamento é igualmente importante. Veja neste artigo como funciona o telefone sem fio.

A idéia de se ter uma conexão telefônica sem fio vem antes mesmo do advento do telefone celular. Na verdade, podemos dizer que o telefone celular é apenas fruto do desenvolvimento das tecnologias do telefone sem fio que ampliam seu uso a uma região muito mais ampla.

Um telefone sem fio consiste basicamente na combinação de um equipamento telefônico com um sistema transceptor de rádio, ou seja, um transmissor e um receptor.

O aparelho típico é formado por duas partes: uma base e a unidade portátil, conforme mostra a foto.

 

O Telefone sem fio (aparelho e base).
O Telefone sem fio (aparelho e base).

 

A base é ligada à linha telefônica através de um plugue padronizado. A base recebe via linha telefônica os sinais e os converte em sinais de alta freqüência modulados, transmitindo esses sinais para a unidade portátil. A base também recebe os sinais transmitidos pela unidade portátil e os converte em baixas freqüências que são transferidas para a linha telefônica.

A unidade portátil recebe o sinal da base o converte em sinais de baixas freqüências para o fone. Quando você fala, o sinal de baixa freqüência captado pelo microfone modula uma portadora de alta freqüência que é transmitida para a unidade de base.

A base e a unidade portátil operam num sistema que emprega freqüências diferentes, denominado "full duplex". Dessa forma, conforme mostra a figura 1, é possível falar e ouvir ao mesmo tempo.

 

Os Primeiros Telefones Sem Fio
Os Primeiros Telefones Sem Fio

 

Os primeiros telefones sem fio apareceram nos anos 80 e operavam na faixa dos 27 MHz. As limitações principais para esses primeiros aparelhos eram:

* O alcance era muito pequeno

* A qualidade de som era pobre, com muitos ruídos e estática já que a freqüência usada era bastante sensível aos problemas de propagação.

* Segurança mínima, já que qualquer pessoa poderia interceptar e ouvir os sinais, além de só ser possível utilizar um número bastante limitado de canais.

 

Em 1986 o FCC (Federal Communications Commission) alocou a faixa de freqüências de 47 a 49 MHz para ser usada em telefones sem fio. Com isso, foi possível reduzir bastante o problema de interferências e também a potência de operação.

Mas, a má qualidade de som e o alcance reduzido ainda permaneciam como problemas desses equipamentos.

A solução foi alocar a faixa de freqüências de 900 MHz em 1990. O problema do alcance e interferência, além do maior número de canais foi resolvido. No entanto, as dificuldades técnicas para a fabricação de circuitos de altas freqüências tornavam os telefones sem fio de 900 MHz muito caros.

O sistema de modulação até então usado era o FM, o que em parte era responsável pelos diversos problemas que ainda permaneciam.

Foi em 1994 que os telefones sem fio digitais para a faixa de 900 MHz foram apresentados. Além de muito maior segurança na transmissão da mensagens, as perdas de sinal não existiam.

Em 1995 os telefones sem fio passaram a usar o sistema de transmissão DSS (Digital Spread Spectrum ou Espectro Espalhado Digital).

Com essa tecnologia, os sinais de som são convertidos para a forma digital e transmitidos da unidade de base para a unidade portátil e vice-versa, em freqüências que se deslocam continuamente dentro de uma faixa do espectro, conforme mostra a figura 2.

 

As freqüências se deslocam continuamente.
As freqüências se deslocam continuamente.

 

Além de tornar impossível a interceptação das mensagens, as informações são trocadas entre as duas estações sem perdas e de forma integral, não havendo nem distorção e nem ruído.

Em 1998 o FCC abriu uma nova gama de freqüências para o uso nos telefones sem fio: a faixa de 2,4 GHz. Com essa freqüência era possível aumentar ainda mais o alcance e a segurança.

 

Por Dentro do Telefone Sem Fio

Trabalhando numa oficina de reparos o profissional pode receber equipamentos das diversas gerações de que falamos. As diferenças nos circuitos serão muito grandes, assim como nas técnicas de montagens.

Os mais antigos, da faixa dos 27 MHz usavam componentes discretos e poucos circuitos integrados comuns.

Para a faixa dos 43-50 MHz encontramos já integrados dedicados e uma montagem mais complexa.

A complexidade maior dos telefones de 800 MHz e 2,4 GHz é aumentada pelo uso de circuitos especiais e montagem em superfície (SMD).

Tomemos inicialmente como exemplo o diagrama de blocos de um telefone sem fio para a faixa dos 43-50 MHz, mostrado na figura 3.

 

Diagrama de blocos de um telefone sem fio.
Diagrama de blocos de um telefone sem fio.

 

Na figura 4 temos os diagrama da unidade de base que é ligada na linha telefônica..

Analisando a placa de circuito impresso de um aparelho desse tipo, vemos que o circuito é relativamente simples, usando poucos componentes, a maioria dos quais discretos. Um exemplo de placa de aparelho deste tipo é mostrada na figura 4.

 

Uma placa do telefone sem fio e seus blocos
Uma placa do telefone sem fio e seus blocos

 

Destacamos três blocos principais nesse telefone:

 

* A interface com a linha telefônica

* A unidade de rádio que gera e amplifica os sinais a serem transmitidos e que recebe os sinais da unidade portátil e os amplifica.

* O setor de alimentação que tanto fornece as tensões para os circuitos como para a recarga da bateria da unidade portátil

Analisemos as funções dessas etapas:

 

Interface de Linha Telefônica

Os componentes desse setor do circuito têm dupla finalidade. Inicialmente eles enviam os sinais de chamada (se a unidade portátil estiver na base) ou aos componentes do sistema de rádio para a transmissão se ela estiver fora da base.

Em segundo lugar o circuito recebe e envia os sinais de áudio da linha telefônica que correspondem às conversas.

 

Sistema de Rádio

Os componentes do sistema de rádio recebem os sinais elétricos da interface de linha e dos controles (teclado) convertendo-os em sinais de rádio para transmissão à unidade portátil através de ondas eletromagnéticas.

Esses circuitos, para maior estabilidade de freqüência, fazem uso de cristais de quartzo, tanto na transmissão como na recepção. O sistema de rádio consiste num transceptor que contém um transmissor e um receptor que funcionam ao mesmo tempo, porém em freqüências diferentes já que um telefone sem fio é um sistema "full duplex".

 

Fonte de Alimentação

O primeiro elemento deste bloco é o transformador que reduz a tensão da rede de energia para um valor que possa ser usado pelos circuitos de retificação e filtragem.

Alguns tipos de telefone sem fio usam um transformador externo, na própria tomada que é plugada na rede de energia, conforme mostra a figura 5.

 

A fonte externa do telefone sem fio.
A fonte externa do telefone sem fio.

 

Na própria caixa que aloja esse transformador podemos encontrar os componentes de retificação e filtragem de modo que no cabo de conexão à unidade de base temos já uma baixa tensão contínua.

Em outros tipos, o transformador está embutido na unidade de base onde também encontramos os componentes de retificação e filtragem.

Esse circuito tanto alimenta os demais blocos do telefone como também serve para carregar a bateria da unidade portátil.

Os tipos mais sofisticados podem ter circuitos especiais para os teclados, mostrados de cristal líquido para identificação das chamadas, LEDs indicadores para o estado da carga, uso do telefone, e uma memória para armazenamento de números e chamadas.

Podemos ainda encontrar incorporado no sistema uma secretária eletrônica que grava chamadas e emite mensagens para seu uso. Esse circuito tanto pode ser de estado sólido (gravação digital) nos modelos mais novos, como um pequeno gravador de fita nos tipos mais antigos.

 

A Unidade Portátil (Handset)

Na figura 6 temos o diagrama de blocos de uma unidade portátil típica.

 

Diagrama de blocos da unidade móvel.
Diagrama de blocos da unidade móvel.

 

As diversas funções que encontramos nessa unidade são analisadas a seguir:

 

Fone de ouvido

A finalidade do fone de ouvido é converter os sinais elétricos em som para que possamos ouvi-los.

O fone de ouvido nada mais é do que um pequeno alto-falante de bobina móvel com o mesmo princípio de funcionamento dos alto-falantes comuns.

Uma bobina é instalada em torno de um imã e fixada a uma membrana plástica. Quando o sinal elétrico é aplicado à bobina, o campo criado interage com o campo do imã produzindo uma força que movimenta a membrana.

Com o movimento da membrana, ondas de compressão e descompressão do ar são produzidas, sendo percebidas pelos nossos ouvidos na forma de sons.

 

Microfone

O microfone converte nossa voz em sinais elétricos quando falamos.

Nos telefones sem fio comuns são usados microfones de eletreto. Nesses microfones temos um material (eletreto) que gera cargas estáticas quando deformados.

Este material forma a membrana do microfone e é ligado a um transistor de efeito de campo que amplifica as suas deformações.

Essas deformações são justamente provocadas pelos sons que incidem no microfone, sendo gerado então o sinal elétrico que correspondem a esses sons.

 

Teclado

Fornece a entrada para os números discados ou ativação das diversas funções disponíveis no telefone.

Na figura 7 temos um teclado típico de telefone sem fio comum.

 

Membrana de contato do teclado.
Membrana de contato do teclado.

 

Os teclados mais usados são que fazem contacto com membranas flexíveis. Ao serem pressionados, eles tocam simultaneamente em duas áreas da placa de circuito impresso de modo a permitir que os sinais passem de uma para outra.

O maior problema desses teclados é a sujeira que se acumula com o tempo provocando falhas de contactos. Desmontando-o e limpando-o podemos resolver esses problemas.

 

Buzzer

É o transdutor que emite o sinal de chamada.

Nos tipos comuns podemos ter duas soluções para o transdutor: usar o próprio fone de ouvido ou usar um transdutor separado.

O transdutor separado consiste num "" buzzer" piezoelétrico, formado por uma pastilha de materiais piezoelétricos como o titanato de bário que ao serem submetidos a sinais elétricos sofrem deformações mecânicas.

Essas deformações se transferem para o ar ambiente criando assim as ondas sonoras.

Os transdutores desse tipo normalmente tem seu rendimento máximo numa faixa estreita de freqüências, não sendo por esse motivo indicados para a reprodução da voz mas tão somente do sinal de chamada. Daí o motivo de usarmos um transdutor separado para o fone de ouvido.

 

Componentes de Rádio

É o setor do circuito que contém os elementos de recepção dos sinais enviados pela estação de base e o transmissor que envia para a estação de base os sinais da unidade portátil. Lembramos que o receptor dessa unidade trabalha na freqüência do transmissor da unidade de base e que o transmissor dessa unidade trabalha na freqüência do receptor da unidade de base.

 

Sistema Indicador

Nesse sistema incluímos o painel de cristal líquido (ou mesmo emissor de luz) que fornece informações sobre as chamadas e demais funções, além de LEDs que podem indicar funções simples como "ligado", "chamada", etc.

 

Bateria

Essa é a fonte de energia da unidade portátil. Normalmente são usadas baterias de Nicad (3 unidades, fornecendo 3,6 V) as quais são mantidas em recarga quando a unidade portátil se apoia na unidade de base.

Na figura 8 temos um exemplo de unidade portátil aberta com a identificação dos componentes.

 

Todos os componentes do telefone sem fio.
Todos os componentes do telefone sem fio.

 

Recursos Adicionais e Especificações

Um dos problemas dos equipamentos mais antigos que operam na faixa de VHF é que a modulação analógica, normalmente FM, permite que "scanners" interceptem seus sinais.

Os scanners são receptores que varrem toda a faixa do espectro, normalmente indo das ondas longas até UHF, num sistema de cobertura contínua. Esses aparelhos são relativamente comuns em outros países, podendo ser adquiridos nas lojas por qualquer pessoa.

Quando se fala então num telefone sem fio, o comprador e o profissional que vai recomendar sua compra, devem estar atentos para as seguintes características

 

Alcance

O alcance de um telefone sem fio é a máxima distância que pode haver entre a estação de base e a unidade de móvel e que ele ainda opere.

Se bem que os fabricantes dos aparelhos indiquem nas folhas de especificações um alcance, ele pode ser afetado por diversos fatores.

Assim, a existência de muitas paredes para o sinal atravessar, estruturas metálicas no percurso dos sinais e o nível de interferências e ruídos do local podem afetar sensivelmente o alcance reduzindo-o bastante.

 

Qualidade de Som

Muitos telefones sem fio possuem ajustes que permitem melhorar a qualidade de som, aumentar o volume facilitando o uso por parte de pessoas que tenham deficiência auditiva e até mesmo para compensar o ruído ambiente.

No entanto, por melhor que seja o aparelho a qualidade do som é a determinada pela qualidade do sinal de áudio com que operam as linhas telefônicas.

 

Segurança

Os sinais com que operam os telefones sem fio não ficam restritos apenas ao âmbito domiciliar, ou seja, às "fronteiras" da sua habitação ou do local em que ele se encontra.

Dependendo do alcance do aparelho, seu sinal poderá ser captado em casas das vizinhanças, em veículos que passam pelas ruas e até mais longe.

Isso significa que, se por coincidência, um vizinho seu tiver um telefone sem fio que tenha sido fabricado com o mesmo par de freqüências de operação ele pode ouvir suas conversas e vice versa.

Mais do que isso: pode ser feita a "clonagem" de seu telefone, o que já ocorreu em alguns casos.

Alguém que acesse seu telefone sem fio com uma unidade móvel que tenha a mesma freqüência pode usar sua estação base e, portanto sua linha para fazer chamadas à longa distância e os valores caem na sua conta!

Para os tipos digitais que operam na faixa de 900 e 2,4 GHz esse problema praticamente não existe.

 

Outras especificações

Além das especificações acima, temos outras que são mais técnicas e que interessam principalmente aos profissionais de reparação, venda e instalação.

 

Faixa de Freqüências

As faixas de freqüências de operação dos telefones sem fio são determinadas pelo FCC , já que se trata de sistema que opera usando o espectro eletromagnético.

Atualmente são quatro as faixas alocadas para esse tipo de uso:

* 43 - 50 MHz

* 900 MHz

* 2,4 GHz

* 5,8 GHz

 

A faixa de 43-50 MHz é mais comum nos tipos antigos de baixo custo ainda disponíveis. O alcance desses aparelhos é relativamente pequeno, não passando dos 300 metros em média (dependendo de fatores externos, como explicamos)

Como a modulação é analógica temos baixa qualidade de som e maior sensibilidade à ruídos e interferências. Seus sinais podem ser captados com facilidade por scanners.

A faixa mais comum hoje em dia para os telefones sem fio é a que vai de 900 a 928 MHz. O alcance obtido com alguns tipos pode chegar aos 2 km. A qualidade de som é melhor, mas a modulação analógica ainda permite que os sinais sejam interceptados por scanners.

As faixas de 2,8 MHz e 5,8 MHz foram abertas em 1998 sendo pouco comuns os equipamentos que as usam. No entanto, os aparelhos que usam a modulação analógica para essa faixa devem ser evitados pois seus sinais podem ser interceptados com mais facilidade por scanners.

 

Modulação

Existem dois processos de modulação que podem ser encontrados nos telefones sem fio.

Na modulação analógica, normalmente utiliza-se o FM, quando então o sinal de voz modifica a portadora de alta freqüência usada para a comunicação, alterando sua freqüência, conforme mostra a figura 9

 

O sinal modulado em freqüência.
O sinal modulado em freqüência.

 

No entanto, com essa tecnologia de modulação os sinais interceptados podem ser facilmente demodulados por aparelhos comuns como scanners além do que existe sua sensibilidade à interferências e a qualidade do som não é das melhores.

A outra forma de modulação é a digital sendo utilizada a tecnologia denominada DSS ou Digital Spread Spectrum, da qual já falamos no início deste artigo. Essa tecnologia foi introduzida nos telefones sem fio em 1995.

Com essa tecnologia os sons são transformados em informações digitais. Essas informações são subdivididas em "pacotes" e transmitidas em freqüências que estão constantemente mudando dentro de uma faixa de freqüências. A figura 10 mostra como isso é feito.

 

Modulando o sinal antes de transmiti-lo .
Modulando o sinal antes de transmiti-lo .

 

O receptor acompanha os "saltos" (hop) de freqüências de modo a estar sempre recebendo os sinais do transmissor.

Além de se obter muito melhor comunicação entre as estações, sem perdas ou distorções, é praticamente impossível fazer sua intercepção por meios comuns.

 

Número de Canais

Existe uma limitação para o número de canais que podem ser usados dentro de uma faixa de freqüências, os leitores que trabalham com eletrônica sabem disso.

Assim, dentro de uma faixa, por exemplo 43 a 50 MHz, como cada canal tem uma determinada largura de faixa, existe um número finito de canais que podem ser usados.

Isso significa que, depois de certo número de aparelhos fabricados, as freqüência dos canais começam a ser repetidas. Isso é ruim para a segurança pois existe a possibilidade de alguém perto de sua casa comprar um telefone sem fio que opere no mesmo par de freqüências (vimos que existe uma para o transmissor de unidade móvel e outra para o transmissor da estação de base).

Para as diferentes faixas são os seguintes os números de canais usados:

 

* 43 - 50 MHz e 900 MHz de baixo custo - 10 a 25 canais

* 900 MHz de boa qualidade - 20 a 60 canais

* Alta tecnologia de 900 MHz e tipos de 2,4/5,8 MHz - 5 a 100 canais

 

Cuidados ao Comprar

Comprar ou indicar a compra de um telefone sem fio para um cliente é algo que deve ser feito com muito cuidado.

Os seguintes são os principais itens que devem ser levados em conta:

 

a) segurança

Sem dúvida dependendo do uso, a segurança é algo que deve ser analisado em primeiro lugar.

Se o usuário mora em local isolado, sem vizinhos ou ninguém nas proximidades que possa tentar uma interceptação, os tipos comuns de modulação analógica servem perfeitamente e até mesmo os de baixo custo.

No entanto, para uma utilização em local sensível, dentro de um condomínio, prédio de apartamentos, local densamente povoado, será interessante pensar em telefones de tecnologia digital.

De qualquer maneira, usando um, telefone que não tenha modulação DSS, recomenda-se que assuntos privados não sejam tratados numa ligação com esse aparelho.

 

b) Tipo de Bateria

Um ponto importante que deve ser analisado na compra de um telefone sem fio é o tipo de bateria que ele usa.

Os telefones sem fio fazem uso de baterias de NiCad que, muitas vezes, se forem de tipos menos avançados estão sujeitas ao chamado "problema de memória".

O que ocorre é que essas baterias tendo sido uma vez carregadas até certa proporção de sua carga máxima, quando recarregadas, não conseguem mais ultrapassar esse ponto. Elas "lembram" desse ponto e impedem uma carga completa.

As baterias modernas não têm esse problema, mas de qualquer maneira é sempre importante deixar que a bateria se descarregue completamente antes de uma recarga quando isso ocorrer.

 

Marcas de Telefone sem Fio

Dentre os fabricantes mais populares de telefones sem fio com seus:

Motorola

Panasonic

Radio Shack

Siemens

Sony

Uniden

VTech

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