Recepção caseira de sinal de satélite

Você sabia que é possível receber o sinal de satélites diretamente em sua casa usando uma antena, um conversor de sinal e um software gratuito? Pois é isso que faz o Evandro Batista Rodrigues Pereira, um meteorologista amador de Bom Jesus da Lapa/BA.

O Evandro começou a se interessar por meteorologia desde a adolescência. Sempre amou a natureza, cuja observação foi ficando mais apurada ao estudar a matéria de ciências na escola. Conforme foi consultando os sites de previsão de tempo, seu interesse foi crescendo. Teve contato com as imagens de satélite ainda quando usava a LAN house para consultar a internet. Então foi estudar como obter as imagens diretamente do próprio satélite, até que adquiriu seu computador, bem básico. Em 2011, viu um tutorial de um americano que ensinava fazer tudo de um modo caseiro, e então se aprofundou. Comprou um HT-VHF (comunicador na frequência utilizada nas transmissões dos satélites) e foi adquirindo experiência, conhecendo mais pessoas (como radioamadores e amantes da meteorologia). Continua se aperfeiçoando, estudando física e matemática como autodidata. Atualmente coleta imagens de satélites de órbita polar, mas tem projetos para aquisição de imagens de satélites geoestacionários.

Imagens visível e infravermelho de uma passagem do satélite NOAA 18
Imagens visível e infravermelho de uma passagem do satélite NOAA 18

Um satélite artificial é qualquer objeto feito pelo ser humano e colocado em órbita ao redor da Terra ou de qualquer outro corpo celeste. Todo satélite precisa ter um controle de posição, um corpo metálico que proteja os componentes, antenas para que ocorra a transmissão e recepção de dados, um sistema operacional que controle as funções do satélite e uma fonte de energia, que geralmente é obtida a partir do Sol.

Imagens de satélites meteorológicos

Os satélites meteorológicos têm como função principal fornecer dados e imagens que permitem monitorar e prever as condições de tempo do planeta. Existem basicamente dois tipos de satélites meteorológicos, conforme a órbita em que se encontram:

  • órbita geoestacionária – com um período orbital igual ao período de rotação da Terra, circula diretamente acima do equador da Terra e sempre observa a mesma região do planeta; como está mais distante que outros tipos de satélite, é mais usado para tirar fotografias da movimentação das nuvens, o que permite prever a direção e velocidades de tempestades, frentes frias e furacões, por exemplo.
  • órbita polar – passa sobre (ou quase sobre) ambos os pólos do planeta em cada uma de suas revoluções; se encontram bem mais perto da Terra, permitindo monitorar sistemas de nuvens e outras variáveis meteorológicas com mais detalhes.

O satélite Meteor M2 é um satélite russo de órbita polar que transmite imagens meteorológicas digitais à Terra na frequência de 137.900 mhz. Também passam sobre o Brasil os satélites de órbita polar da NOAA – National Oceanic and Atmospheric Administration (15, 18 e 19, por exemplo). Cada um emite um sinal de transmissão automática de imagem (APT), que contém uma imagem em tempo real de sua área de varredura.

Imagens RGB e termal de uma passagem do satélite Meteor
Imagens RGB e termal de uma passagem do satélite Meteor

Acompanhamento de órbita

A projeção da órbita de um satélite na superfície da Terra é chamada rota no solo. Os satélites da órbita terrestre baixa, por exemplo, atingem uma latitude máxima e mínima enquanto orbitam o planeta, e por isso a curva formada por um desses satélites lembra uma curva senoidal quando feita sobre um mapa com a projeção de Mercator.

Esse acompanhamento pode ser feito através do software Orbitron. Ele fornece várias informações sobre o posicionamento do satélite, como a elevação (orientação em graus na vertical com relação ao horizonte) e o azimute (orientação em graus na horizontal com relação ao norte), para apontamento da antena. Com base em sua velocidade e posição inicial, é possível simular o posicionamento do satélite e estimar o início e o término do período de entrada da área de sua cobertura na região de interesse.

Antena

Geralmente a comunicação entre o satélite e uma estação de transmissão/recepção em terra é feita por meio de ondas de rádio, que são enviadas/captadas por antenas. Elas podem ser de diversos tipos: a mais simples é formada somente por uma ou mais hastes metálicas compridas enquanto outras podem ter um formato parabólico ou uma montagem em forma de grade.

Uma antena é uma estrutura que faz a transição entre o espaço livre e um meio guiado, ou seja, que realizam a conversão de uma onda eletromagnética em um sinal elétrico ou vice-versa. Para entender melhor como isso ocorre, são necessários os conceitos de impedância e ressonância.

De modo geral, a impedância elétrica é a medida da capacidade de um determinado circuito (ou objeto) em resistir ao fluxo de uma determinada correte elétrica. Ela também pode ser entendida então como o acúmulo dos efeitos da resistência, onde a energia é transformada em calor e da reatância, quando a energia é gasta formando um campo magnético (reatância indutiva) ou elétrico (reatância capacitiva), em um circuito.

A ressonância é a tendência de um sistema em oscilar com maior amplitude em frequências específicas. No caso das antenas, a frequência ressonante é aquela onde a impedância da antena é puramente resistiva. Assim, de modo geral, o tamanho da antena está relacionada com o comprimento da onda eletromagnética a ser capturada.

Uma antena tipicamente utilizada em ondas de rádio é a antena linear, que consiste de um fio retilíneo. Na configuração dipolo, corresponde aos dois condutores de uma linha de transmissão, com alimentação central – o elemento irradiante na parte superior e o refletor na parte inferior. Uma variante dessa configuração é a antena monopolo, que corresponde a apenas um fio retilíneo sobre um plano de terra. Quando o monopolo vertical se situar bem próximo do solo, fica praticamente unida à sua imagem e o conjunto funciona como se fosse uma antena com o dobro do tamanho. Isso porque são utilizadas as propriedades de reflexão no solo pelas ondas eletromagnéticas.

Antena montada vista de dois ângulos diferentes, utilizada para recepção dos sinais de satélites. Fotos: Evandro Batista Rodrigues Pereira
Antena montada vista de dois ângulos diferentes, utilizada para recepção dos sinais de satélites. Fotos: Evandro Batista Rodrigues Pereira

A antena de recepção de sinal utilizada em terra nesse caso foi feita com um cabo de energia (descartado pela concessionária de energia) enrolado ao redor de um cano de PVC fixado em um ponto alto da casa do Evandro. É uma antena monopolo de formato helicoidal, que consiste basicamente de um condutor em forma de hélice, tendo uma placa metálica em sua base servindo como plano de terra.

Esse tipo de estrutura é alimentada por meio de uma linha de transmissão coaxial, sendo a malha do cabo coaxial conectada ao plano de terra e o condutor central conectado a antena. O sinal recebido pela antena é enviado para um conversor de sinal, plugado em um computador através de um conector SMA.

Conversão de sinal

A recepção do sinal analógico enviado pela antena é feita por um dispositivo “dongle” RTL-SDR (Register Transfer Level – Software Defined Radio), que converte os sinais para o domínio digital.

O software SDRSharp (ou SDR#) é responsável por receber o sinal de rádio e demodular – ou seja, extrair o áudio. Ele deve ser configurado para a frequência do sinal do satélite a ser recebido. Outras configurações importantes são o ganho do sinal recebido, geralmente ajustado na hora da recepção, e squelch.

O Squelch é um ruído randômico, gerado dentro do próprio equipamento, e que serve de referencial para que o rádio passe a captar sinais acima dele, ou seja, sinais que possuam melhor qualidade de áudio. Quanto mais baixo for o seu valor, maior é a capacidade do software em captar sinais com nível bem baixo – e também maior a quantidade de ruído.

Além disso, o software WXTOIMG recebe o áudio, decodifica e transforma em imagem. Conforme vai recebendo o sinal, o programa vai imprimindo na tela a imagem recebida. Posteriormente, a imagem é processada e transformada em um arquivo. Cada arquivo corresponde a um canal ou composição deles: visível, infravermelho, RGB, etc.

Quando o satélite está mais próximo do ponto de recepção, o espectrograma mostra um sinal mais forte. Devido à frequência, o sinal pode ser convertido em um sinal sonoro audível pelo ser humano, o que consta como áudio de fundo em alguns dos vídeos do canal. Quanto mais próximo, mais alto é o som e mais pro vermelho o sinal fica no espectrograma dinâmico. O vídeo a seguir foi feito pelo Evando, sendo que o canal dele possui outros vídeos, como um tour básico sobre o sistema.

Com relação ao local de instalação da antena, quanto mais distante de edificações, melhor. Isso porque a fiação elétrica e qualquer dispositivo ligado à rede emite ruído, que prejudica o sinal. No gráfico de amplitude em função da frequência no software, é possível observar picos em diferentes frequências, e se um pico de ruído for na frequência de interesse de recepção, a recepção será negativamente afetada.

Fontes

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