Tese
Uma análise vetorial de propagação UHF e de microondas em áreas urbanas e rurais usando Teoria do Traçado do Raio
A vectorial analysis of uhf and microwave propagation in urban and rural areas using ray-tracing theory
Registro en:
SILVA JÚNIOR, Edgar. Uma análise vetorial de propagação UHF e de microondas em áreas urbanas e rurais usando Teoria do Traçado do Raio. 2007. 202 f. Tese (Doutorado em Engenharias) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2007.
Autor
Silva Júnior, Edgar
Institución
Resumen
In this work we present propagation models for urban, suburban and rural areas. A
vectorial analysis of the two-ray model for elevated aerials is presented as well as vectorial
analyses of the (two-dimensional) 2D and (three-dimensional) 3D waveguide models. For all,
an ideal dipole is assumed to be the transmitting aerial.
The two-ray model describes rural areas, highways, and more desert suburban areas
and it consists of a ray that arrives at the receptor along a straight line and of a ray that arrives
at the receptor after a ground reflection. For this model parallel and perpendicular
polarizations are investigated. Parallel polarization is specifically analyzed in two ways: with
and without approximations. For the model analyzed without approximations, the field
radiation pattern of the dipole and the vectorial analysis of the field are accounted. For the
model analyzed with approximations only an algebraic sum is carried out. Comparisons
between these two models are performed as well as an analysis of the error versus r distance.
Still for the non-approximated two-ray model, comparisons between horizontal and vertical
components of the electric field, comparisons between horizontal and vertical components
themselves for several transmitter heights and comparisons with measurements, are provided.
The 2D and 3D waveguides describe street cities. The 2D waveguide model, whose
main feature is having the same transmitter and receptor aerial heights, consists of rays
arriving at the receptor along a straight line, after a ground reflection and along multiple lateral reflections. This model is analyzed in two ways: with and without slits for horizontal
and vertical polarizations and likewise the two-ray model a comparison between the
approximated and non-approximated analyses is performed. Still for the 2D waveguide, a
comparison between the total field and the field due to lateral reflections only is carried out.
The 3D waveguide model, whose main feature is having different transmitter and
receptor aerial heights, consists of rays arriving at the receptor along a straight line, after a
ground reflection, along multiple lateral reflections and along wall-road (border-ground)
reflections. This model is likewise analyzed in two ways: with and without slits for horizontal
and vertical polarizations and a comparison between the total field and the field due to lateral
reflections only is also carried out. In the slits analysis, two kinks of models are developed:
one for periodical slits and another one that takes into account the street databases, which is
loaded in the program from its respective data file. For all the 3D waveguide model stages
calculated data are compared to measured data, ratifying the applicability of the model
described.
Comparisons provided with measured data show that a vectorial and field radiation
pattern analysis can be a very useful tool toward increasing theoretical analysis in spite of
empirical analysis in the field of prediction. Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico Doutor em Ciências Este trabalho apresenta modelos de propagação para áreas urbanas, suburbanas e
rurais. É apresentada uma análise vetorial do modelo geométrico de dois raios para antenas
elevadas, bem como análises vetoriais dos modelos de guia de ondas de rua plano e
tridimensional. Para todos, um dipolo ideal é utilizado como antena transmissora.
O modelo geométrico de dois raios descreve áreas rurais, rodovias e áreas
suburbanas mais desertas e é constituído pelo raio que incide diretamente no receptor e pelo
raio que sofre uma reflexão no solo antes de atingi-lo. Para este modelo são analisadas as
polarizações paralela e perpendicular. Especificamente a polarização paralela é analisada de
duas maneiras: uma utilizando aproximações e outra sem aproximações. Para o modelo
analisado sem aproximações, as análises de padrão de radiação do campo para o dipolo e
vetorial do campo elétrico, são levadas em conta. Para o modelo analisado com aproximações,
apenas uma soma algébrica do campo é realizada. Comparações entre esses dois modelos são
realizadas bem como uma análise do erro incorrido versus distância r. Ainda para o modelo
de dois raios sem aproximações, comparações entre as componentes horizontal e vertical do
campo elétrico, comparações entre si de componentes horizontais e verticais para diversas
alturas do transmissor, além de comparações com valores medidos, são realizadas .
Os modelos de guia de ondas plano e tridimensional descrevem ruas de cidades. O modelo de guia de ondas plano, cuja principal característica é a igualdade da altura das
antenas do transmissor e do receptor, é constituído pela superposição de um raio que chega
diretamente ao receptor, de um raio que sofre uma reflexão no solo e de raios que sofrem
múltiplas reflexões nas laterais do guia de ondas antes de atingi-lo. Esse modelo é analisado
de duas formas: com e sem fendas para polarizações horizontal e vertical e, como para o
modelo de dois raios, uma comparação entre as análises aproximada e sem aproximações é
realizada. Ainda para o guia de ondas plano, uma comparação entre o campo elétrico total e o
campo elétrico devido às reflexões laterais somente, é apresentada.
O modelo de guia de ondas tridimensional, cuja principal característica é a diferença
da altura das antenas do transmissor e do receptor, é constituído pela superposição de um raio
que chega diretamente ao receptor, de um raio que sofre uma reflexão no solo, de raios que
sofrem múltiplas reflexões nas laterais do guia de ondas, e de raios que sofrem reflexões do
tipo lateral-solo, antes de atingi-lo. Esse modelo é também analisado de duas formas: com e
sem fendas para polarizações horizontal e vertical, e uma comparação entre o campo elétrico
total e o campo elétrico devido às reflexões laterais somente é também apresentada. Na
análise com fendas, dois tipos de modelos são desenvolvidos, um para fendas periódicas e
outro para a leitura de uma base de dados da rua em questão. O programa lê a base de dados
dessa rua e realiza os cálculos do sinal ao longo da mesma. Para todas as etapas do modelo de
guia de ondas tridimensional valores calculados são comparados com valores medidos,
ratificando a aplicabilidade do modelo descrito.
Comparações com valores medidos mostram que uma análise vetorial e de padrões
de radiação das antenas, pode ser uma ferramenta muito útil no que diz respeito a uma maior
utilização de análises teóricas a despeito de análises empíricas no campo da predição.