Dissertacao Joao Magalhaes

.

Verificação de Modelos de Propagação em Ambiente Urbano

João Francisco Martins Papoila Magalhães

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em

Engenharia Electrotécnica e Computadores

Júri Presidente: Professor Leonel Augusto Pires Seabra de Sousa Orientador: Professor António Luís Campos da Silva Topa Co-orientador: Professor Carlos António Cardoso Fernandes Vogal: Professor António José Castelo Branco Rodrigues

Abril de 2012

i

Agradecimentos

Agradeço aos Professores António Topa e Carlos Fernandes a possibilidade que me

deram em realizar este trabalho, bem como todo o apoio prestado e a disponibilidade.

À AEIST e à Radio Zero pela parceria.

Ao Sr. Carlos Brito por toda a ajuda concedida.

À Radio Renascença e à Emicom Portugal pelo material emprestado.

A todas as pessoas que, directa ou indirectamente, me ajudaram ou apoiaram durante a

realização deste trabalho.

ii

iii

Abstract

In this work will be tested some propagation models in an urban environment. This tests

will occurred near Instituto Superior Técnico, so they will be tests in real environment.

To do this work is also need install a small emitter center in IST.

The frequency used will be in the range of the FM broadcasting. Therefore we can

analyze the behavior of some models usually used in higher frequencies, in this range.

Keywords

Radiowave propagation, urban, knife-edge, diffraction, reflection

iv

Resumo

Neste trabalho irão ser testados alguns modelos de propagação em ambiente urbano.

Estes testes ocorrerão nas imediações do Instituto Superior Técnico sendo portanto um

teste em ambiente real.

Para a elaboração destes testes será também necessário a montagem de um pequeno

centro emissor sediado no IST.

A frequência utilizada será na banda da radiodifusão em FM o que nos permitirá

observar o comportamento de alguns destes modelos habitualmente utilizados para

frequências mais elevadas.

Palavras-Chave

Radiopropagação, urbano, obstáculo, difracção, reflexão

v

Índice

Agradecimentos ................................................................................................................. i

Abstract ............................................................................................................................ iii

Keywords ......................................................................................................................... iii

Resumo ............................................................................................................................ iv

Palavras-Chave ................................................................................................................ iv

Índice ................................................................................................................................ v

Lista de Símbolos ........................................................................................................... vii

Lista de Figuras ............................................................................................................... ix

Lista de tabelas ................................................................................................................ xi

1 - Introdução.................................................................................................................... 1

2 - Conceitos Teóricos ...................................................................................................... 3

2.1 -Atenuação em espaço livre .................................................................................... 3

2.2 - Interferência Raio directo/Raio Reflectido .......................................................... 5

2.3 - Difracção Causada por obstáculos ....................................................................... 8

2.4 - Elipsóide de Fresnel ......................................................................................... 9

2.5 - Modelo “Obstáculo em Lâmina”- Knife Edge ................................................. 9

2.6 - Modelos de propagação Urbana ......................................................................... 11

2.7 - Walfisch Bertoni ............................................................................................ 11

2.8 - Desfiladeiro Dieléctrico ................................................................................. 14

3 - Equipamento e Montagem ........................................................................................ 17

4 - Determinação das Zonas em estudo .......................................................................... 19

4.1 - Obstáculo em Lâmina ......................................................................................... 19

4.2 - Walfish Bertoni .................................................................................................. 22

4.3 - Desfiladeiro dieléctrico ...................................................................................... 22

5 - Arredondamentos e Considerações ........................................................................... 23

5.1 - Determinação das distâncias .............................................................................. 23

5.2 - Relação entre grau e metro ................................................................................. 23

5.3 - Distância entre os pontos de medição e os obstáculos ....................................... 24

vi

5.4 - Não omnidirecionalidade da antena ................................................................... 25

5.5 - Potência aparente radiada PAR .......................................................................... 26

6 – Aplicabilidade dos modelos nas zonas determinadas ............................................... 29


6.2 - Walfish Bertoni .................................................................................................. 29

7 - Dados de Campo e Previsões Teóricas ..................................................................... 31


7.1.1 - Caixa Geral de Depósitos ............................................................................ 31

7.1.2 - Avenida Guerra Junqueiro .......................................................................... 32

7.2 - Knife Edge e Walfish Bertoni ............................................................................ 34

7.2.1 - Rua Abade Faria (Bairro dos Actores) ........................................................ 34

7.3 - Desfiladeiro Dieléctrico ..................................................................................... 36

7.3.1 - Rua Cidade de Bucareste ............................................................................ 36

8 - Análise dos Resultados ............................................................................................. 39

8.1 - Obstáculo em Lâmina..................................................................................... 39

8.2 - Obstáculo em Lâmina vs Walfish Bertoni ..................................................... 41

8.3 - Desfiladeiro Dieléctrico ................................................................................. 43

8 - Conclusões e trabalhos futuros .................................................................................. 45

9 - Bibliografia ............................................................................................................... 47

Anexo1 ........................................................................................................................... 49

Aparelho de medida - Audemat – FM-MC4 .............................................................. 49

Anexo 2 .......................................................................................................................... 55

Antena - CTE PLS16 .................................................................................................. 55

Anexo 3 .......................................................................................................................... 57

Emissor - R.V.R PTX 20 ............................................................................................ 57

vii

Lista de Símbolos

Campo eléctrico relativo ao raio directo

Campo eléctrico relativo ao raio reflectido

Potência emitida

Ganho da antena emissora

Ganho da antena receptora

Distância entre emissor e receptor

Comprimento de onda

Distância entre o emissor e o obstáculo

Distância entre o obstáculo e o receptor

Abertura da antena

Atenuação devido ao multipercurso

Largura da rua

Ângulo de rua

Atenuação introduzida pelos múltiplos obstáculos

Altura equivalente

Campo eléctrico

Campo magnético

Raio directo

Raio reflectido

Altura da antena de recepção

Altura do emissor

Altura do receptor

Coeficiente de Fresnel

Permissividade eléctrica no vazio

Permissividade relativa

viii

Ângulo do raio relativamente à horizontal

Gradiente do índice de refracção modificado

Diferença de fase entre os raios directo e reflectido

Fluxo de potência

Raio do primeiro elipsóide de Fresnel

ix

Lista de Figuras

Fig. 1 – Propagação em Espaço Livre

Fig. 2 – Reflexão Polarização Horizontal e Polarização Vertical (imagem retirada de [2]

pág. 22)

Fig 3 – Vista aérea do Instituto Superior Técnico e área circundante

Fig 4 – Elipsóide de Fresnel –

Fig 5 – Atenuação por Obstáculo em Lâmina

Fig 6 – Perfil típico de uma macro-célula urbana.

Fig 7 – Algumas trajectórias que podem influenciar o multipercurso. Representação em

planta.

Fig 8 – Algumas trajectórias que podem influenciar o multipercurso. Representação do

alçado.

Fig. 9 – Montagem das Fichas; Emissor R.V.R PTX-20; Montagem da Antena na Torre

Norte

Fig. 10 – FM-MC4 da Audemat-Aztec

Fig. 11 – Campanhas de Medidas

Fig. 12 – Localização CGD relativamente ao IST e zona de realização das medidas

Fig. 13 – Localização da Avenida Guerra Junqueiro relativamente ao IST

Fig. 14 – Localização Rua Abade Faria relativamente ao IST

Fig. 15 – Localização da Rua Cidade de Bucareste

Fig 16 – Latitude e Longitude

Fig. 17 – Medidas na Avenida Guerra Junqueiro

Fig. 18 – Diagrama de radiação da Antena CTE PLS16

Fig. 19 – Wattimetro igual ao utilizado

Fig 20 – Representação do Elipsoide de Fresnel relativamente ao primeiro obstáculo do

teste do modelo Walfish Bertoni

Fig. 21 – Fig 20. – Intensidade de campo na CGD medida e prevista utilizando o

modelo de Obstáculo em Lâmina

Fig. 22 – Intensidade de campo na Av. Guerra Junqueiro medida e prevista utilizando o


x

Fig. 23 – Intensidade de campo na Rua Abade Faria medida e prevista utilizando o

modelo do Obstáculo em Lâmina

Fig. 24 – Intensidade de campo na Rua Abade Faria medida e prevista utilizando o

modelo de Walfish Bertoni

Fig. 25 – Intensidade de campo na Rua Cidade de Bucareste medida e prevista

utilizando o modelo do desfiladeiro dieléctrico

Fig. 26 – Probabilidade acumulada. Relativo ao teste na CGD

Fig. 27 – Probabilidade acumulada. Relativo ao teste na Avenida Guerra Junqueiro

Fig. 28 – Probabilidade acumulada. Relativo ao teste na Rua Abade Faria

Fig 29 – Probabilidade acumulada. Relativo ao teste na Rua Cidade de Bucareste

xi

Lista de tabelas

Tab. 1 - Intervalos das distâncias aos obstáculos nos diversos testes

Tab. 2 – Intensidade de campo na CGD medida e prevista utilizando o modelo de

Obstáculo em Lâmina

Tab. 3 – Intensidade de campo na Av. Guerra Junqueiro medida e prevista utilizando o


Tab. 4 – Intensidade de campo na Rua Abade Faria medida e prevista utilizando os

modelos de Obstáculo em Lâmina e Walfish Bertoni

Tab. 5 – Intensidade de campo na Rua Cidade de Bucareste medida e prevista utilizando

os modelos de atenuação em espaço livre e desfiladeiro dieléctrico

Tab. 6 – Percentagem de desvios, entre o medido e o previsto, menor que x db’s.

Relativo ao teste na CGD


Relativo ao teste na Av. Guerra Junqueiro


Relativo ao teste na Rua Abade Faria


Relativo ao teste na Rua Cidade de Bucareste

xii

1

1 - Introdução

Quando em 1863 Maxwell apresenta a existência teórica das ondas electromagnéticas

era impensável a panóplia de utilizações que esta descoberta iria permitir. Com Hertz a

provar a existência destas em 1887 e com as experiências de Marconi, entre 1894 e

1917, caminhou-se para o infindável leque de utilizações que hoje damos às ondas

electromagnéticas: a Radio AM, a Radio FM, o DAB, a televisão, a TDT, os

telemóveis, os comandos das garagens, a internet wireless entre tantas outras

utilizações.

Porém tanta utilização do espectro electromagnético exige uma maior eficiência na

utilização do mesmo e consequentemente um maior conhecimento do funcionamento

desta tecnologia.

Com base no pressuposto anterior desenvolveu-se este trabalho no âmbito da

dissertação de mestrado do Mestrado Integrado em Engenharia Electrotécnica e

Computadores, leccionado pelo Instituto Superior Técnico da Universidade Técnica de

Lisboa.

Esta dissertação de mestrado nasceu de uma sinergia entre o autor e a Rádio Zero, a

rádio da Associação dos Estudantes do Instituto Superior Técnico (AEIST). Se por um

lado o autor pretendia a sua dissertação de mestrado estivesse relacionada com

Radiodifusão, a Rádio Zero, que emitia somente via internet, tinha o desejo de emitir

em FM. Este conjunto de vontades levou a que se contactassem dois professores do IST,

o professor Carlos Fernandes e o professor António Topa, que rapidamente acolheram a

ideia de aliar a realização desta dissertação de mestrado à dotação da Rádio Zero de

condições para emitir em FM.

Foi adquirida pela AEIST uma antena de FM, CTE PLS16, que foi instalada no terraço

da Torre Norte, reparado e instalado o emissor da Rádio Zero, possibilitando assim, que

tantos anos depois esta pudesse voltar a emitir em FM. Este objectivo da Rádio Zero foi

concretizado durante o Radial LX um festival de rádio que se realizou a 1,2 e 3 de Julho

e para o qual foi obtida uma licença temporária por parte da ANACOM.

No que se refere mais concretamente ao objecto desta dissertação, foi proposto estudar

alguns modelos de propagação urbana. Estes modelos pretendem prever o

comportamento das ondas electromagnéticas e dos campos gerados, permitindo desta

forma a previsão da cobertura.

Para os serviços associados à radiodifusão as zonas de grande densidade populacional

são extremamente interessantes devido à grande concentração de possíveis clientes. As

zonas de grande densidade populacional estão também associadas a uma elevada

densidade urbanística, como é o caso das cidades. Ao estar perante tantos prédios é

muito difícil, quando não impossível, ter uma linha directa entre o emissor e o receptor,

isto é os edifícios comportam-se como obstáculos à radiopropagação. Porém, nas

cidades conseguimos aceder a serviços suportados por sistemas de radiopropagação,

2

temos por exemplo: rádio, telemóveis ou internet wireless. Dado isto, facilmente

depreende-se que apesar de a densidade urbanística nos colocar inúmeros obstáculos no

percurso emissor receptor, a propagação é conseguida.

Esta cobertura é possível, fundamentalmente devido a processos de reflexão e difracção

das ondas nos diversos obstáculos.

Neste trabalho o autor propõe-se a estudar esses fenómenos e a testar alguns modelos de

previsão dos mesmos.

Estes testes serão feitos numa frequência da banda típica da emissão radiofónica em

FM, 88,40MHz. Teremos desta forma noção de quais os efeitos predominantes, tal

como os modelos mais eficazes em frequências desta banda.

É também factor relevante nesta dissertação o facto de alguns dos modelos que serão

estudados serem habitualmente aplicados em frequências mais elevadas, na ordem dos

GHz.

3

2 - Conceitos Teóricos

2.1 -Atenuação em espaço livre

A potência recebida, mesmo em condições de propagação ideais e sem a existência de

obstáculos de qualquer tipo, é sempre menor que a potência emitida. Este facto deve-se

a um efeito denominado de atenuação em espaço livre.

A atenuação em espaço livre é um efeito radioeléctrico que se deve a que a energia que

é emitida de um ponto se disperse, sendo a sua totalidade recebida não num único ponto

mas numa área, que é inversamente proporcional ao quadrado da distância ao emissor.

Como não podemos ter antenas com aberturas suficientemente grandes para cobrir toda

essa área, alguma da energia emitida não é aproveitada na recepção.

Fig. 1 – Propagação em Espaço Livre

A aplicação deste conceito é dada pelo modelo de propagação em espaço livre, que nos

permite prever a potência recebida ou a intensidade de campo recebida, como

explicitado de seguida.

Considerando a não existência de obstáculos entre emissor e receptor e um meio

uniforme, homogéneo e isotrópico.

Admite-se que existe uma onda esférica TEM centrada na antena emissora. Desta

forma, sendo a potência emitida isotropicamente pelo emissor, à distância o fluxo

de potência na direcção de propagação é:

(1)

4

Nestas condições a potência recebida por uma antena de abertura , orientada

para a antena de emissão é:

(2)

Como as antenas não são isotrópicas tem de se entrar com este factor no modelo.

Considera-se, então, que a antena de recepção tem ganho, , na direcção do

emissor, relativamente a uma antena isotrópica dado por:

(3)

Sendo a potência recebida:

(4)

Considerando-se, ainda, que antena emissora não é isotrópica mas tem ganho, ,

na direcção do receptor, a potência recebida será:

(5)

Denomina-se habitualmente o produto entre a potência emitida e o ganho da antena

emissora, , por potência aparente, EIRP.

Passando a expressão anterior a dB tem-se:

(6)

No que se refere à intensidade de campo recebida, tomando as condições anteriores tem-

se que:

(7)

Em que E se refere ao campo eléctrico e H ao campo magnético de uma onda TEM.

Entre E e H existe a relação:

(8)

Sendo a impedância de onda para um meio com índice de refracção

n=1.

Relacionando as duas equações anteriores obtém-se:

(9)

5

Como em baixa atmosfera pode aproximar-se por:

(10)

Analogamente tem-se:

(11)

Obtendo assim as expressões que relacionam o campo eléctrico, E, e o campo

magnético, H, com a distância, d, e com a potência do emissor, , e o ganho da antena

emissora, .

2.2 - Interferência Raio directo/Raio Reflectido

Em radiodifusão, como em grande parte das aplicações da radiopropagação, a ligação

entre o emissor e o receptor não é realizada com um raio de ondas electromagnéticas

exclusivamente direccionadas ao ponto onde a recepção é desejada. Ao invés, as ondas

são propagadas para uma larga área geográfica, cobrindo assim várias zonas onde

provavelmente se encontrarão os receptores desejados, mas também onde,

assumidamente, não existirão alvos de emissão.

A vantagem de uma cobertura lata em oposição a um raio direccionado é óbvia, com

uma só antena, ou um só centro emissor, cobre-se uma vasta área geográfica e

consequentemente vários receptores, independentemente destes se encontrarem ou não

em movimento.

O problema é que nesta situação fica-se sujeito a um fenómeno radiológico conhecido

como interferência do raio reflectido, isto acontece quando o sinal chega do emissor ao

receptor por dois, ou mais, caminhos, um directo (raio directo) e um reflectido (raio

reflectido).

As interferências ocorrem quando na antena receptora são recebidos dois, ou mais,

sinais provenientes da mesma fonte de emissão, sendo o sinal resultante a soma destes.

Este fenómeno poderá ser construtivo se estiverem em fase, pois aumentam a amplitude

do sinal, ou destrutivo se estiverem em oposição de fase.

No caso da interferência raio directo com o raio reflectido, embora os dois sinais

recebidos tenham a mesma fonte, a mesma antena emissora, por percorrerem percursos

diferentes, poderão não chegar em fase, deteriorando o sinal recebido face ao original.

Para simplificar e melhor explanar o fenómeno das interferências do raio directo pelo

raio reflectido vai considerar-se a reflexão de uma onda plana num plano infinito.

6

Sabe-se à partida, que a direcção de propagação da onda reflectida está assente no

mesmo plano que a direcção da onda incidente e que o ângulo de reflexão da mesma, é

igual ao seu ângulo de incidência.

Fig. 2 – Reflexão Polarização Horizontal e Polarização Vertical (imagem retirada de [2] pág. 22)

Considerando:

n : índice de reflexão da superfície reflectora em relação ao ar

1/ 2

0( ' / )sn (12)

0 : constante dieléctrica do ar tomada igual à do vácuo

Onde:

' ss s j

(13)

constante dieléctrica complexa da superfície.

Os campos reflectidos, considerando as polarizações horizontais e verticais como

definidos na Fig.2, são dados pelos “coeficientes de Fresnel” das expressões abaixo:

PH: 2 2

2 2

( ) cos ( )

( ) cos ( )

reflectido

h

incidente

E sen n

E sen n

(14)

: ângulo de chegada da onda incidente

PV:

2 2 2

2 2 2

( ) cos ( )

( ) cos ( )

reflectido normal reflectido

v

incidente normal incidente

H E n sen n

H E n sen n

(15)

7

A interpretação dos coeficientes de Fresnel permite perceber o comportamento dos

campos na denominada “zona de interferências”.

Observações feitas, a distâncias sucessivamente crescentes, com um feixe hertziano em

frequências elevadas mostram que o campo oscila em torno de um valor médio que

corresponde à propagação em espaço livre. Este facto, deve-se à interferência entre o

raio directo e o raio reflectido no terreno.

Para estudar este efeito tem-se em consideração a diferença entre os trajectos dos dois

raios para que seja possível determinar a diferença de fase resultante entre o campo

reflectido e o campo directo.

Raio directo:

1/222

2 1dr d h h (16)

Raio reflectido:

1/222

2 1rr d h h (17)

Diferença de trajectos: r dr r r (18)

Como usualmente h d , sempre que assim seja, desenvolvendo em série a raiz

quadrada, tem-se que:

(19)

(20)

Logo,

2 2

1 2 2 1

22 1 ...

2

h h h hr

d d

(21)

Tem-se, então a diferença de fase total:

arg 2

r

(22)

O campo total no receptor será a soma entre o campo directo e o campo reflectido,

d rE E E (23)

Dado por,

8

1 | | expdE E j

(24)

Com este resultado pode-se prever facilmente os máximos e os mínimos teóricos do

campo resultante, bastante úteis nos estudos de cobertura.

2.3 - Difracção Causada por obstáculos

A existência de obstáculos entre o emissor e o receptor poderá causar grandes quebras

na potência recebida, como tal é essencial ter em conta este fenómeno para a elaboração

de um bom projecto de cobertura.

Numa zona urbana, como é o caso em estudo, visto que os dados de campo serão

recolhidos nas imediações do Instituto Superior Técnico, a existência de obstáculos é

evidente.

Fig 3 – Vista aérea do Instituto Superior Técnico e área circundante.

Um dos modelos mais utilizados quando se pretende prever o efeito de um obstáculo na

potência ou campo recebido é o modelo do Obstáculo em Lâmina, Knife Edge, porém

antes de aprofundar este modelo é essencial conhecer o conceito de elipsóide de Fresnel.

9

2.4 - Elipsóide de Fresnel

Fig 4 – Elipsóide de Fresnel.

Em radiopropagação o primeiro elipsóide de Fresnel é extremamente útil.

Este elipsóide liga o emissor ao receptor e tem raio igual a:

(25)

O bloqueio do elipsóide de Fresnel causa grandes perdas de sinal. É habitualmente

considerado aceitável um bloqueio máximo de 20%.

2.5 - Modelo “Obstáculo em Lâmina”- Knife Edge

No modelo Obstáculo em Lâmina, consideram-se os obstáculos como ecrãs planos, sem

profundidade, e opacos, não são atravessados por ondas electromagnéticas. Esta

simplificação embora possa parecer drástica, é utilizada porque os campos distantes

perto das sombras geométricas são pouco afectados pela curvatura dos obstáculos ou

pela natureza dos mesmos.

A intensidade de campo recebida num ponto após uma onda electromagnética ser

difractada num Obstáculo em Lâmina é dada por:

(26)

Sendo a chamada altura equivalente que é uma grandeza adimensional dada por:

10

(27)

Em que é a distância entre o emissor e o receptor medido ao nível do mar,

,

desde que e em que por análise geométrica da Fig. 4 pode-se

deduzir que:

(28)

Fig 5 – Atenuação por Obstáculo em Lâmina

As funções e são integrais de Fresnel, que estão tabeladas, e que

correspondem a:

(29)

(30)

Como:

(31)

Em que corresponde a um ponto de recepção suficientemente elevado

relativamente ao topo do Obstáculo em Lâmina para que o efeito deste não se faça

sentir.

Tem-se que a atenuação é dada por:

(32)

Para chegar à potência recebida basta retirar a atenuação à potência emitida.

11

Porém, no caso de zonas urbanas, com grande densidade de prédios, o receptor poderá

estar, muitas vezes, presente em zonas próximas do obstáculo o que não respeita a

limitação da região de Fresnel. Para este caso existem modelos específicos para

previsão da propagação em zonas urbanas.

2.6 - Modelos de propagação Urbana

Estudar a propagação em radiodifusão numa zona densamente urbanizada obriga-nos a

ter em conta uma série de factores habitualmente desprezáveis.

Identificam-se seguidamente alguns dos factores considerados relevantes para que o

leitor melhor possa compreender a sensibilidade do problema:

A antena receptora poderá estar muito próxima do solo, como é o caso dos automóveis.

A antena emissora não poderá ser colocada a uma altura suficientemente elevada para

cobrir toda a área pretendida com raio directo.

O sinal recebido poderá chegar por um vários trajectos diferentes, sofrendo processos de

difracção em obstáculos, reflexões ou dispersões no solo e paredes, entre outros. É até

comum, que o sinal recebido mais forte não provenha do caminho mais curto.

Tendo em conta, as especificidades descritas anteriormente, e exceptuando o caso raro

em que o receptor se encontra em ruas que estão no enfiamento do emissor, o normal é

que o receptor se encontre em zonas de sombra geométrica relativamente ao emissor.

Este facto leva a que o campo que atinge o receptor provenha, não do raio directo mas,

da propagação por entre ou pelos edifícios, por reflexões e refracções no solo ou, e

como defendiam Walfisch e Bertoni ser o mecanismo predominante, por difracções

sucessivas no topo dos prédios.

2.7 - Walfisch Bertoni

No modelo defendido por Walfish Bertoni a propagação em ambiente urbano é

conseguida, principalmente, por difracções sucessivas pelo topo dos prédios até atingir a

antena receptora.

12

Fig 6 – Perfil típico de uma macro-célula urbana.

A amplitude do campo ao nível da rua pode ser calculada do seguinte modo.

Calcula-se a atenuação causada pelos vários obstáculos interferentes no percurso

entre o emissor e o obstáculo mais próximo do receptor. A atenuação é

correspondente à atenuação no ponto correspondente ao topo do último obstáculo antes

do receptor. Se se pretender obter o valor absoluto do campo basta multiplicar a

atenuação pela amplitude da onda em espaço livre que tem origem na antena

emissora.

Seguidamente, é calculada a atenuação derivada da difracção do topo do edifício até ao

nível da rua , tendo em conta as reflexões e dispersões que possam acontecer nas

paredes e noutros obstáculos na vizinhança.

Nesta primeira parte foi quantificada a atenuação derivada do denominado efeito

sombra, temos ainda de considerar o efeito de multi-percurso.

Como já foi referido anteriormente, a existência de um raio directo entre o emissor e o

receptor em radiodifusão urbana é rara. Este facto leva a que os raios com contribuição

preponderante sejam refractados ou reflectidos nos obstáculos.

13

Fig 7 – Algumas trajectórias que podem influenciar o multipercurso. Representação em planta.

Fig 8 – Algumas trajectórias que podem influenciar o multipercurso. Representação do alçado.

Os dois raios com maior importância são: o que difracta no topo do edifício e atinge

directamente a antena receptora e o que depois de refractado reflecte na parede em

14

frente atingindo depois o alvo. Os restantes raios têm habitualmente uma relevância

menor.

A atenuação derivada da difracção entre o topo do edifício e o nível da rua está

dependente da geometria do edifício, em especial da aresta de difracção, e das

características dos objectos reflectores circundantes.

Para modelar este sistema utiliza-se um processo simplificado que consiste em:

Substituir os obstáculos, edifícios, por Obstáculos em Lâmina alinhados com a aresta de

difracção.

Assume-se que o Obstáculo em Lâmina é iluminado por uma onda plana, em cuja frente

de onda possui um ângulo α com a horizontal e considera-se que as ondas incidentes e

refractada estão contidas num plano perpendicular ao obstáculo.

A atenuação correspondente à difracção desde o topo do edifício até à rua, , é

alcançada utilizando as expressões associadas à formulação de Hirchhoff-Huygens,

deduzidas para a região de Fresnel:

(33)

Em que e representam, respectivamente, as funções co-seno e seno integral de

Fresnel. , designa uma altura equivalente, adimensional, definida por:

(34)

quando se trata da onda difractada directa e por:

(35)

no caso da onda que é reflectida no edifício em frente.

O campo total que incide na antena receptora é a soma vectorial dos campos

correspondentes às trajectórias 1 e 2 obtido pela multiplicação do campo no topo do

obstáculo pelas funções de atenuação obtidas de: . No caso da onda

reflectida tem, também, de se ter em conta as perdas por reflexão na parede.

2.8 - Desfiladeiro Dieléctrico

O “Desfiladeiro dieléctrico” é um fenómeno de propagação que também estudaremos

neste projecto. Este caso ocorre quando ruas ladeadas por edifícios se encontram numa

posição longitudinal entre o emissor e o receptor. Neste fenómeno, embora exista linha

15

de vista entre o emissor e o receptor, estaremos na presença de raios reflectidos, quer no

solo como habitualmente mas também nas paredes dos edifícios circundantes.

Este fenómeno leva a que a intensidade de campo decresça a uma taxa de muito

para além da distância de quebra habitual,

.

16

17

3 - Equipamento e Montagem

A elaboração deste trabalho obrigou a que além da pesquisa teórica e da obtenção dos

dados a serem estudados fossem ainda criadas as condições para a obtenção dos

mesmos.

Como tal foi instalado no topo da torre norte uma antena passível de transmitir nas

frequências de radiodifusão em FM adquirida pela AEIST, de marca CTE e modelo

PLS16, ligado ao emissor da Rádio Zero, marca R.V.R modelo PTX 20, o qual tive de

reparar. Foi também necessário colocar as fichas no cabo utilizado, cabo RG 213.

Fig. 9 – Montagem das Fichas; Emissor R.V.R PTX-20; Montagem da Antena na Torre Norte

18

Esta primeira fase do projecto foi realizada em parceria com a Rádio Zero, a rádio do

Instituto Superior Técnico, que pretendia emitir em FM durante um festival de rádio que

acolheu.

Com a montagem das infra-estruturas necessárias à emissão em FM criou-se, também,

as condições para obter os dados necessários para o nosso estudo.

Foram posteriormente efectuadas medidas de intensidade de campo em zonas

circundantes do Instituto Superior Técnico.

Para obtenção dos dados da intensidade de campo utilizou-se um aparelho que a mede e

a relaciona com coordenadas GPS, o FM-MC4 da Audemat-Aztec (Anexo 1). A

utilização deste aparelho é de uma grande simplicidade, coloca-se num carro, liga-se a

um computador para onde os dados obtidos são descarregados. O equipamento utilizado

é propriedade da Rádio Renascença que o emprestou.

Fig. 10 – FM-MC4 da Audemat-Aztec

19

4 - Determinação das Zonas em estudo

A campanha de medidas que foi executada para este trabalho é bastante mais vasta que

a analisada neste. Foi feita uma selecção dos locais em que a verificação ou comparação

dos modelos de previsão pareceu mais favorável. Neste capítulo são explicitadas as

razões e identificados os locais escolhidos.

Fig. 11 – Campanhas de Medidas

4.1 - Obstáculo em Lâmina

Para o estudo do modelo Obstáculo em Lâmina a metodologia adoptada foi a de

escolher um obstáculo e vários pontos nas traseiras do mesmo e desta forma comparar

os resultados obtidos com as previsões teóricas.

Foram definidos para o estudo deste modelo três localizações, a Avenida João XXI por

trás da Sede da Caixa Geral de Depósitos, a Avenida Guerra Junqueiro, e a Rua Abade

Faria.

20

Estas três localizações foram escolhidas por razões distintas. A Sede da Caixa Geral de

Depósitos foi escolhida por ser um edifício de grandes dimensões, a Avenida Guerra

Junqueiro proporcionava-nos um obstáculo grande em termos longitudinais e a rua

Abade Faria permitia, também, testar o modelo de Walfish Bertoni proporcionando,

assim, a comparação entre os dois modelos.

Fig. 12 – Localização CGD relativamente ao IST e zona de realização das medidas

21

Fig. 13 – Localização da Avenida Guerra Junqueiro relativamente ao IST

Fig. 14 – Localização Rua Abade Faria relativamente ao IST

22

4.2 - Walfish Bertoni

Para estudo deste modelo foi escolhida a Rua Abade Faria no Bairro dos Actores. Este

bairro possui várias filas de prédios com distância entre si e altura aproximadamente

constante. Os prédios deste bairro estão ainda dispostos de forma aproximadamente

perpendicular à nossa antena de emissão. Aparentando ter as condições indicadas para

este teste.

4.3 - Desfiladeiro dieléctrico

Para o estudo deste efeito interessava encontrar uma rua na área de cobertura que se

encontrasse longitudinalmente enquadrada com a antena de emissão e que fosse ladeada

continuamente por prédios altos.

Não sendo a solução ideal, conclui-se que a melhor opção era a rua Cidade de Bucareste

que é ladeada pelo edifício da Caixa Geral de Depósitos e por outros prédios

habitacionais.

As medidas seriam feitas no centro da rua avançando ao longo da mesma de forma a

concluir se este efeito se verifica.

Fig. 15 – Localização da Rua Cidade de Bucareste

23

5 - Arredondamentos e Considerações

Quando se elabora uma previsão teórica não se podem ter em conta todos os efeitos

presentes, utiliza-se um modelo que atribui um valor aproximado ao real.

Para além das aproximações previstas no modelo foram executadas outras aproximações

que são importantes referir.

5.1 - Determinação das distâncias

A utilização dos modelos de previsão implica o conhecimento de várias distâncias:

Para o cálculo destas utilizou-se o Google Earth, de onde foram retiradas as distâncias

ao nível do mar entre os pontos pretendidos e as respectivas cotas, posteriormente

através de trigonometria simples foram calculadas as distâncias.

5.2 - Relação entre grau e metro

Nas medições obtidas temos uma correspondência entre o valor da intensidade de

campo e as coordenadas GPS. Estas coordenadas dizem que em determinado ponto

temos uma determinada intensidade de campo. Porém para utilização destes dados nos

modelos de previsão teórica tem de se utilizar as coordenadas dos pontos de emissão e

recepção e calcular a distância. Para que tal aconteça é necessário saber a quantos

metros corresponde um grau.

Como o planeta Terra é uma esfera a correspondência entre grau e metro não é

constante. À medida que se caminha do equador em direcção a um dos pólos cada grau

em termos de longitude correspondera a menos metros.

24

Fig. 16 – Latitude e Longitude

Para obter esta relação utilizámos o Google Earth, medindo na nossa zona de estudo a

correspondência entre graus e metros, chegando a:

5.3 - Distância entre os pontos de medição e os obstáculos

Este trabalho estuda efeitos radioeléctricos em ambiente urbano, como tal os obstáculos

considerados são somente prédios. Visto as medições terem sido executadas de carro

todos os pontos obtidos estão em estradas. Considerou-se, tendo em conta que as

estradas são paralelas aos edifícios que as ladeiam, que a distância entre os pontos e os

obstáculos considerados para determinado estudo é constante.

25

Fig. 17 – Medidas na Avenida Guerra Junqueiro

5.4 - Não omnidirecionalidade da antena

A antena utilizada, CTE - PLS16, para a nossa emissão não é totalmente

omnidirecional, apresenta, principalmente, em relação ao eixo vertical algumas perdas.

Porém, como os ângulos existentes entre a antena de emissão, os obstáculos e os pontos

de medida são sempre inferiores a 12º considera-se que não existem perdas devido a

esta característica da Antena.

26

Fig. 18 – Diagrama de radiação da Antena CTE PLS16

5.5 - Potência aparente radiada PAR

Uma das variáveis fundamentais para a aplicação dos modelos de previsão teórica é a

Potência aparente radiada (PAR). A PAR é a potência existente à saída do sistema de

emissão, ou seja, na antena. Para a determinação da PAR podia-se à potência fornecida

pelo emissor retirar as perdas no cabo e nas fichas e somar o ganho da antena. Porém,

esta forma de cálculo traria alguma incerteza devido a erros que poderiam provir: do

potenciómetro do emissor, que poderá conter erro; das perdas do cabo e das fichas, que

embora tabeladas sofrerão por certo de incerteza. Devido a este facto optou-se por outra

forma de determinação da PAR, instalou-se em série um wattímetro, marca BIRD, entre

a antena e o cabo proveniente do emissor e mediu-se a potência. Este valor corresponde

à potência entregue à antena, sendo somente necessário somar o ganho desta para obter

um valor da PAR com elevada fiabilidade. O valor da PAR obtido foi de 32W.

27

Fig. 19 – Wattimetro igual ao utilizado

28

29

6 – Aplicabilidade dos modelos nas zonas determinadas


Para a utilização do modelo do Obstáculo em Lâmina é aconselhado que o obstáculo se

encontre numa zona longe do emissor, tipicamente , e que o receptor se encontre

na sombra do referido obstáculo.

A frequência utilizada nas medições efectuadas foi de 88,4MHz, o que equivale a um

comprimento de onda de cerca de 3.40m, logo para utilização do modelo os obstáculos a

deverão estar a pelo menos 34m.

Distância aos obstáculos

CGD [505m:607m] Av. Guerra Junqueiro [310m:560m]

Rua Abade Faria [684m:647m] Tab. 1 - Intervalos das distâncias aos obstáculos nos diversos testes

Pela tabela anterior, verifica-se que todos os testes foram executados cumprindo

6.2 - Walfish Bertoni

Para aplicação do modelo de Walfish Bertoni além de ser novamente aconselhado que

, é ainda imperativo que os obstáculos considerados obstruam o 1º elipsóide de

Fresnel.

O primeiro obstáculo, considerado neste estudo, para aplicação do método de Walfish

Bertoni, encontra-se a cerca de 200 metros da antena receptora, , de um

caminho total de cerca de 650m, . O que por aplicação da equação (25)

se obtêm .

Por cálculo trigonométrico obtêm-se que nesse ponto o raio directo passa a cerca de 17

metros de altura, ou seja o elipsóide de Fresnel contêm qualquer obstáculo que se

encontre nesse ponto.

30

Fig 20 – Representação do Elipsoide de Fresnel relativamente ao primeiro obstáculo do teste do modelo

Walfish Bertoni

31

7 - Dados de Campo e Previsões Teóricas

Neste capítulo são apresentadas as tabelas que relacionam as medidas obtidas com as

previsões teóricas dos vários modelos e os respectivos desvios.


7.1.1 - Caixa Geral de Depósitos

Medidas executadas Knife Edge

Index Longitude Latitude dBµV Previsão Teórica Desvio

511 -9,1413 38,7423 52 47,55 4,45 516 -9,1419 38,7422 48 47,21 0,79

517 -9,1421 38,7421 54 47,09 6,91 518 -9,1422 38,7421 47 47,03 0,03

519 -9,1425 38,7421 53 46,85 6,15

520 -9,1425 38,7421 46 46,79 0,79

521 -9,1429 38,7420 56 46,59 9,41 Tab. 2 – Intensidade de campo na CGD medida e prevista utilizando o modelo de Obstáculo em Lâmina

Fig 21. – Intensidade de campo na CGD medida e prevista utilizando o modelo de Obstáculo em Lâmina

45

47

49

51

53

55

57

511 516 517 518 519 520 521

dB

µV

Medidas executadas

Previsão Teórica

Regressão (Medidas Executadas)

Intensidade de campo na CGD medida e prevista utilizando o modelo do Obstáculo em Lâmina

32

7.1.2 - Avenida Guerra Junqueiro

Medidas executadas Knife Edge

Index Longitude Latitude dBµV Previsão teórica Desvio

322 -9,1365 38,7398 55 49,41 5,59

323 -9,1365 38,7398 57 49,42 7,58

324 -9,1365 38,7398 54 49,41 4,59

325 -9,1364 38,7397 48 49,43 1,43 326 -9,1364 38,7397 44 49,46 5,46 327 -9,1363 38,7396 41 49,51 8,51 328 -9,1362 38,7395 51 49,52 1,48 329 -9,1361 38,7394 57 49,56 7,44 330 -9,1360 38,7393 48 49,58 1,58

331 -9,1359 38,7392 52 49,58 2,42 332 -9,1358 38,7391 53 49,57 3,43 333 -9,1358 38,7391 54 49,55 4,45

334 -9,1357 38,7390 41 49,56 8,56 335 -9,1357 38,7390 54 49,54 4,46 336 -9,1356 38,7389 57 49,52 7,48 337 -9,1356 38,7389 55 49,52 5,48 338 -9,1355 38,7388 47 49,49 2,49 339 -9,1355 38,7388 55 49,44 5,56 340 -9,1354 38,7387 51 49,42 1,58 341 -9,1354 38,7386 52 49,39 2,61 342 -9,1353 38,7386 37 49,35 12,35 343 -9,1352 38,7385 51 49,31 1,69

344 -9,1352 38,7385 49 49,26 0,26 345 -9,1352 38,7384 45 49,25 4,25 346 -9,1351 38,7384 49 49,21 0,21 347 -9,1350 38,7383 48 49,15 1,15 348 -9,1350 38,7383 51 49,07 1,93 349 -9,1349 38,7382 40 49,01 9,01 350 -9,1348 38,7381 48 48,94 0,94 351 -9,1348 38,7381 38 48,88 10,88 352 -9,1347 38,7380 44 48,83 4,83 353 -9,1347 38,7379 41 48,78 7,78 354 -9,1346 38,7379 44 48,70 4,70

355 -9,1345 38,7378 42 48,65 6,65 Tab. 3 – Intensidade de campo na Av. Guerra Junqueiro medida e prevista utilizando o modelo de


33

Fig. 22 – Intensidade de campo na Av. Guerra Junqueiro medida e prevista utilizando o modelo de


35

40

45

50

55

60

322

324

326

328

330

332

334

336

338

340

342

344

346

348

350

352

354

dB

µV

Medidas Executadas

Previsão Teórica


Intensidade de campo na Av. Guerra Junqueiro medida e

prevista utilizando o modelo de Obstáculo em Lâmina

34

7.2 - Knife Edge e Walfish Bertoni

7.2.1 - Rua Abade Faria (Bairro dos Actores)

Medidas executadas Knife-Edge Walfish-Bertoni

Index Longitude Latitude dBµV Previsão Teórica Desvios Previsão Teórica Desvios

355 -9,1311 38,7394 47 47,38 0,38 44,42 2,58 356 -9,1311 38,7393 38 47,39 9,39 44,43 6,43 357 -9,1311 38,7393 37 47,40 10,40 44,44 7,44

358 -9,1311 38,7392 37 47,43 10,43 44,48 7,48 359 -9,1311 38,7391 41 47,45 6,45 44,49 3,49 360 -9,1311 38,7390 24 47,48 23,48 44,53 20,53 361 -9,1311 38,7389 44 47,49 3,49 44,54 0,54 362 -9,1312 38,7388 46 47,52 1,52 44,57 1,43 363 -9,1312 38,7387 47 47,53 0,53 44,58 2,42

364 -9,1312 38,7386 40 47,54 7,54 44,59 4,59

365 -9,1312 38,7385 46 47,55 1,55 44,60 1,40

366 -9,1312 38,7385 55 47,55 7,45 44,60 10,40

367 -9,1312 38,7385 54 47,55 6,45 44,60 9,40 368 -9,1312 38,7385 46 47,55 1,55 44,60 1,40 369 -9,1312 38,7384 47 47,56 0,56 44,61 2,39 370 -9,1312 38,7384 50 47,57 2,43 44,62 5,38

371 -9,1312 38,7383 42 47,57 5,57 44,62 2,62 372 -9,1312 38,7382 39 47,59 8,59 44,65 5,65 373 -9,1312 38,7381 47 47,60 0,60 44,66 2,34 374 -9,1312 38,7380 42 47,60 5,60 44,66 2,66 375 -9,1312 38,7379 37 47,61 10,61 44,68 7,68 376 -9,1312 38,7378 51 47,62 3,38 44,69 6,31 377 -9,1312 38,7378 39 47,62 8,62 44,69 5,69

378 -9,1312 38,7378 50 47,63 2,37 44,71 5,29 Tab. 4 – Intensidade de campo na Rua Abade Faria medida e prevista utilizando os modelos de Obstáculo

em Lâmina e Walfish Bertoni

35

Fig. 23 – Intensidade de campo na Rua Abade Faria medida e prevista utilizando o modelo do Obstáculo

em Lâmina

Fig. 24 – Intensidade de campo na Rua Abade Faria medida e prevista utilizando o modelo de Walfish

Bertoni

22

27

32

37

42

47

52

57

355 357 359 361 363 365 367 369 371 373 375 377

dB

µV

Medidas Executadas

Previsão Teórica


22

27

32

37

42

47

52

57

355 357 359 361 363 365 367 369 371 373 375 377

dB

µV

Medidas Executadas

Previsão Teórica

Regressão (Mediadas Executadas)

Intensidade de campo na Rua Abade Faria medida e

prevista utilizando o modelo do Obstáculo em Lâmina

Intensidade de campo na Rua Abade Faria medida e prevista

utilizando o modelo de Walfish-Bertoni

36


7.3.1 - Rua Cidade de Bucareste

Medidas executadas Previsão Teórica

Index Longitude Latitude dBµV Espaço livre Desvio

275 -9,1399 38,7406 70 72,97 2,97 276 -9,1399 38,7406 69 72,94 3,94 277 -9,1399 38,7406 67 72,89 5,89

278 -9,1399 38,7407 69 72,80 3,80 279 -9,1399 38,7407 70 72,74 2,74 280 -9,1399 38,7407 70 72,73 2,73

281 -9,1400 38,7408 70 72,68 2,68

282 -9,1400 38,7408 66 72,62 6,62

283 -9,1400 38,7409 66 72,54 6,54

284 -9,1400 38,7409 62 72,47 10,47 285 -9,1401 38,7410 69 72,41 3,41 286 -9,1401 38,7410 65 72,38 7,38 287 -9,1401 38,7410 70 72,33 2,33 288 -9,1401 38,7411 66 72,25 6,25 289 -9,1401 38,7412 55 72,16 17,16 290 -9,1402 38,7412 71 72,08 1,08

291 -9,1402 38,7413 74 71,98 2,02 292 -9,1403 38,7414 75 71,88 3,12

293 -9,1403 38,7415 69 71,78 2,78 294 -9,1404 38,7416 69 71,67 2,67 295 -9,1404 38,7417 72 71,56 0,44 296 -9,1405 38,7418 69 71,45 2,45 297 -9,1405 38,7419 74 71,35 2,65 298 -9,1405 38,7420 72 71,26 0,74 299 -9,1406 38,7420 65 71,20 6,20 300 -9,1406 38,7421 67 71,14 4,14 301 -9,1406 38,7421 70 71,11 1,11

302 -9,1406 38,7422 72 71,10 0,90 Tab. 5 – Intensidade de campo na Rua Cidade de Bucareste medida e prevista utilizando os modelos de

atenuação em espaço livre e desfiladeiro dieléctrico

37

Fig. 25 – Intensidade de campo na Rua Cidade de Bucareste medida e prevista utilizando o modelo do

desfiladeiro dieléctrico

54

56

58

60

62

64

66

68

70

72

74

76

275 277 279 281 283 285 287 289 291 293 295 297 299 301

dB

µV

Medidas executadas

Previsão Teórica

Intensidade de campo na Rua Cidade de Bucareste medida

e prevista utilizando o modelo do desfiladeiro dieléctrico

38

39

8 - Análise dos Resultados

A metodologia adoptada para análise dos resultados presente neste capítulo foi a de,

para as diversas localizações, calcular a percentagem de pontos com desvio do valor real

para o teórico menor que x dB’s, sendo que . Deste modo obtemos o

nível de incerteza presente. Tomou-se para referência os graus de incerteza de 50%,

incerteza elevada, e de 25%, incerteza aceitável.


8.1.2 - Caixa Geral de Depósitos

< 1 dB < 2 dB < 3 dB < 4 dB < 5 dB < 6 dB < 7 dB < 8 dB < 9 dB < 10 dB

Knife Edge 42,9 42,9 42,9 42,9 57,1 57,1 85,7 85,7 85,7 100,0 Tab. 6 – Percentagem de desvios, entre o medido e o previsto, menor que x db’s. Relativo ao teste na

CGD

Fig. 26 – Probabilidade acumulada. Relativo ao teste na CGD

00

20

40

60

80

100

120

Pro

bab

ilid

ad

e d

e s

er

me

no

r q

ue

ab

scis

sa (

%)

Probabilidade Acumulada

Obstáculo em Lâmina - Dados CGD

40

A aplicação isolada do modelo do Obstáculo em Lâmina tendo como obstáculo o

edifício da Caixa Geral de Depósitos apresenta erros significativos. Obtendo-se somente

taxas de incerteza menores que 50%, para desvios superiores a 4 dB’s. Incertezas

menores que 25%, só existem para desvios superiores a 6 dB’s.

É de notar que a amostra utilizada é muito pequena.

8.1.2 - Avenida Guerra Junqueiro


Knife Edge 8,8 29,4 38,2 41,2 58,8 70,6 73,5 85,3 91,2 94,1 Tab. 7 – Percentagem de desvios, entre o medido e o previsto, menor que x db’s. Relativo ao teste na Av.

Guerra Junqueiro

Fig. 27 – Probabilidade acumulada. Relativo ao teste na Avenida Guerra Junqueiro

Da análise dos resultados obtidos, para verificação do modelo do Obstáculo em Lâmina,

na Av. Guerra Junqueiro podemos verificar que a incerteza obtida é muito similar à do

teste na Caixa Geral de Depósitos. Desvios superiores a 4dB’s para incertezas menores

que 50% e superiores a 7dB’s para menores que 25%.

Com base nos testes efectuados ao modelo de Obstáculo em Lâmina verificam-se

desvios elevados entre os valores medidos e os previstos. Graus de certeza da ordem dos

00

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Pro

bab

ilid

ad

e d

e s

er

me

no

r q

ue

ab

scis

sa (

%)


Obstáculo em Lâmina - Dados Avenida Guerra

Junqueiro

41

80% obrigam a tolerar desvios superiores a 7 dB’s. Um desvio de 7dB’s corresponde

aproximadamente a 5W que para uma PAR de 32W é muito significativo, 15%.

Como os testes que elaborámos foram executados em ambiente urbano é impossível

escolher um local de teste em que só tenhamos presente o efeito de um Obstáculo em

Lâmina, as reflexões em edifícios que se encontrem perto ou difracções múltiplas são

fenómenos que não conseguimos evitar.

O Obstáculo em Lâmina é um modelo testado e reconhecidamente aplicável à gama de

frequências atribuída à radiodifusão em FM, a falta de precisão obtida no nosso teste

não será consequência deste modelo não ser aplicável nesta gama. Porém, deverá ter-se

em conta que por definição um Obstáculo em Lâmina é um obstáculo

electromagneticamente opaco. As frequências da radiodifusão em FM correspondem a

comprimentos de onda da ordem dos 3m, o que significa que a dimensão dos edifícios

possa não ser suficiente para impedir o atravessamento destes pelas ondas emitidas, o

que provocaria campo electromagnético gerado por raio directo.

8.2 - Obstáculo em Lâmina vs Walfish Bertoni

8.2.1 - Rua Abade Faria (Bairro dos Actores)


Obstáculo em Lâmina 16,7 29,2 37,5 45,8 45,8 54,2 62,5 70,8 79,2 83,3 Walfish Bertoni 4,2 16,7 41,7 45,8 50,0 66,7 75,0 87,5 87,5 91,7 Tab. 8 – Percentagem de desvios, entre o medido e o previsto, menor que x db’s. Relativo ao teste na Rua

Abade Faria

42

Fig 28 – Probabilidade acumulada. Relativo ao teste na Rua Abade Faria

Analisando os resultados obtidos para o modelo de Obstáculo em Lâmina na Rua Abade

Faria notamos uma deterioração do grau de certeza atribuído pelo modelo. Neste caso

incertezas menores que 50% são conseguidas com desvios superiores a 5 dB’s e

menores que 80% a partir dos 9dB’s.

No que se refere ao modelo Walfish Bertoni aplicado a esta rua, foram obtidas para

incertezas de 50% e 25%, desvios correspondentes de 5 dB’s e 7dB’s respectivamente.

Estes dados demonstram que neste teste o modelo Walfish Bertoni foi mais eficaz que o

modelo Obstáculo em Lâmina.

O teste efectuado ao modelo Walfish Bertoni carece de ser analisado de dois prismas

distintos.

A primeira análise que se poderá fazer aos resultados obtidos é a de comparar a eficácia

deste modelo com a do modelo Obstáculo em Lâmina. O teste da rua Abade Faria

atribui um resultado comparativo positivo ao modelo de Walfish Bertoni. A inclusão

neste modelo de vários obstáculos e não só de um deverá ser a causa deste resultado.

Porém ao analisar isoladamente os resultados do teste ao modelo de Walfish Bertoni

estes também não poderão ser considerados satisfatórios. Voltamos a obter desvios

superiores a 7dB’s para confiança superior a 80%.

Causa provável para estes resultados pouco satisfatórios será a de o modelo de Walfish

Bertoni ser habitualmente utilizado em frequências mais elevadas, da ordem dos GHz.

O que deverá proporcionar maior influência de raios reflectidos e difractados, ou a não

obstrução total dos obstáculos.

00

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Pro

babili

dade

de s

er

menor

que a

bscis

sa

(%)

Probabilidade Acumulada - Knife Edge

Probabilidade Acumulada - Walfish Bertoni

Obstáculo em Lâmina vs Walfish-Bertoni - Dados Rua

Abade Faria

43


8.3.1 - Rua Cidade de Bucareste


Espaço Livre 10,7 17,9 53,6 67,9 71,4 75,0 89,3 92,9 92,9 92,9 Tab. 9 – Percentagem de desvios, entre o medido e o previsto, menor que x db’s. Relativo ao teste na Rua

Cidade de Bucareste

Fig 29 – Probabilidade acumulada. Relativo ao teste na Rua Cidade de Bucareste

A distância de quebra no caso da Rua Cidade de Bucareste seria aproximadamente a 60

metros do emissor. Porém, todas as medições foram executadas a mais de 290 metros

do emissor.

Ao aplicar o modelo do Desfiladeiro Dieléctrico na rua Cidade de Bucareste obtivemos

para desvios menores que 3 dB’s e 6 dB’s incertezas menores que 50% e 25%

respectivamente.

Não são perceptíveis neste teste quebras bruscas com a distância, provavelmente por a

Rua Cidade de Bucareste funcionar como um Desfiladeiro Dieléctrico

00

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

< 1 dB

< 2 dB

< 3 dB

< 4 dB

< 5 dB

< 6 dB

< 7 dB

< 8 dB

< 9 dB

< 10 dB

%

Probabilidade Acumulada - Dados Rua Cidade de Bucareste


44

45

8 - Conclusões e trabalhos futuros

A realização deste trabalho teve duas componentes com especial interesse. Por um lado

dotou-se a Rádio Zero de meios para emitir em FM a partir do Instituto Superior

Técnico, por outro estudaram-se alguns modelos de radiopropagação em ambiente real.

Uma das questões colocada ao inicio deste trabalho era, como se iriam comportar estes

modelos na frequência de 88.4MHz quando habitualmente são utilizados para

frequências mais elevadas, da ordem dos GHz.

Foram efectuadas medidas de intensidade de campo, definidos locais de teste para os

modelos e feitas previsões teóricas com base nestes.

No que se refere aos resultados, verificou-se uma grande variação entre os valores reais

da intensidade de campo e os valores previstos. A impossibilidade de isolamento dos

fenómenos e a frequência utilizada serão as principais causas deste facto.

Como existe uma grande densidade urbanística não é possível dizer com absoluta

certeza que o campo obtido é causado unicamente por uma difracção ou uma reflexão e

que para ele não contribuem outras.

A frequência utilizada, que corresponde a um comprimento de onda de cerca de 3

metros, poderá fazer com que os edifícios não tenham dimensão para se comportem

como obstáculos completamente opacos em termos radioeléctricos. Esta possibilidade

leva a que existam contributos, para o campo eléctrico, gerados por ondas que

atravessam os edifícios.

Este trabalho poderia ser completado com um estudo similar, com os mesmos pontos

de medida e modelos, executado em frequências da ordem dos GHz. Desta forma

poderia perceber-se qual a influência do comprimento de onda na disparidade de

resultados deste trabalho.

46

47

9 - Bibliografia

[1] WALFISH, J. and BERTONI, H. L., “A theoretical model of UHF propagation in

urban environments”, IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol.36, NO.12,

1988

[2] FIGANIER, J e FERNANDES, C. A., “Aspectos de Propagação na Atmosfera”,

IST-DEEC, 2002

[3] IKEGAMI, F. et. Al., “Propagation Factors Controlling Mean Field Strength on

Urban Streets”, IEEE Trans. On Ant. Prop., Vol 32, No. 8, Aug. 1984, 822-829

[4] SALEMA C. “Feixes Hertzianos”, IST Press, 1998

[5] CHENG, D.K., “Field and Wave Electromagnetics”, Addison-Wesley Publishing

Company, Inc, 1989

[6] RAPPAPORT, T. S. and MCGILLEM, C. D., “UHF Fading in Factories”, IEEE

Journal on Selected Areas in Communications, vol.7, NO.1, January 1989

[7] WANG, S and RAPPAPORT, S., “Signal-to-Interference Calculations for Corner-

Excited Cellular Communications Systems”, IEEE Transactions on Communications,

vol.39, NO.12, December 1991

[8] RAPPAPORT, T. S., “Characterization of UHF Multipath Radio Channels in

Factory Buildings”, IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol.37, NO.8,

August 1989

[9] RUSSELL, T .A., RAPPAPORT, T.S. and BOSTIAN, C.W., “Use of a Building

Database in Prediction of Three- Dimensional Diffraction”, IEEE 1992

[10] RUSSEL, T. A., BOSTIAN, C. W. and RAPPAPORT, T. S., “A Deterministic

Approach to Predicting Microwave Diffraction Bu Buildings for Microcellular

Systems”, IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol.41, NO.12, December

1993

[11] VALENZUELA, R. A. and GREENSTEIN, L. J., “Performance Evaluations for

Urban Line-of-Sight Microcells at 900 MHz Using a Multy-Ray Propagation Model”,

IEEE 1991

48

49

Anexo1

Aparelho de medida - Audemat – FM-MC4

TECHNICAL SPECIFICATIONS

MAIN CHARACTERISTICS

Low voltage power supply + 11 V DC…+ 15 V DC

Consumed energy Around 30 W

Mains power supply; frequency 110 VAC/230 VAC; 50/60 Hz

Consumed energy (AC) Around 50 VA

Temperature:

Operating

Storage

+5°C- +45 °C

-20°C - +70°C

Dimensions (L x H x D) 360 x 155 x 405 mm

Weight Around 12 kg

50

Humidity 10-95% non-condensing relative humidity

PC CONNECTION

Connection type RS232C

Connector 9-pin female SUB-

IF FILTERS

Band width at - 3 dB of IF filter wide

band

+/-100 kHz

Band width at - 3 dB of IF filter

medium band

+/-75 kHz

Band width at - 3 dB of IF filter

narrow ban

+/-35 kHz

MEASURING DYNAMICS

RF level -100 to +23 dBm ( +7 to +130 dBµV)

MPX level 0 to +/-150 kHz

Pilot level 0 to +/-15 kHz

RDS level 0 to +/-8 kHz

DARC level 0 to +/-8 kHz

AUX level (60 kHz – 90 kHz) 0 to +/-8 kHz

AF level L, R, L+R, L-R -40 to +6 dBr

MPX POWER

Level measurement dynamics -150 kHz to +150 kHz

Elementary cycle duration 1 to 60 seconds

Maximum instantaneous measuring

cumulation duration

1 hour

51

Maximum power recording duration

in slide mode

72 hours

Maximum peak recording capacity in

one sequence

72 hours

PEAK RECORDING

Recording one path MPX, Pilot, RDS, DARC or AUX.

Recording two paths G, D, G+D, G-D.

OTHER FUNCTIONS

Pilot/RDS synchronization indicator.

Pilot/DARC synchronization

indicator.

Evaluation of phase between Pilot and

RDS sub-carriers

between 0° and 180°

Programmable de-emphasis of L and

R paths

0, 50 µs and 75 µs

Programmable pre-emphasis of L and

R path

0, 50 µs and 75 µs

GPS SECTION

Connector BNC

Number of satellites 8

Geographical positio +/-100 m

ACCURACY

The accuracy values given below are obtained with the reference signals used at the

time of adjusting the equipment

RF level measurement accuracy +/-2 dB (from 30 to 90 dBµV)

52

MPX level measurement accuracy +/-2.5 kHz (to +/-75 kHz swing)

Pilot level measurement accuracy +/-200 Hz (to +/-7.1 kHz swing)

RDS level measurement accuracy +/-200 Hz (to +/-4 kHz swing)

DARC level measurement accuracy +/-200 Hz (to +/-4 kHz swing)

AUX (60-80 kHz) level measurement

accuracy

+/-200 Hz (to +/-4 kHz swing)

L, R, L + R, L – R level measurement

accuracy

+/-0.2 dB (to 0 dB WITHOUT pre-emp/de-

emp)

MPX power measurement accuracy +/-0.3 dB (from -6 to +12 dB with ref. IUT

19 kHz)

RF INPUT

Frequency range 87.5 MHz to 108 MHz

Frequency synthesiser step 10 kHz

Input impedance 50 Ω

Connector BNC

Programmable RF attenuator 0, 20 dB and 40 dB

AF INPUT (L, R)

Impedance 20 kΩ

Input type Balanced or unbalanced (FM-MC4)

Balanced input connectors 3-pin female XLR

Unbalanced input connectors (FM-

MC4)

BNC

Input level -18 dBu to +18 dBu (adjustable by 0.1 dB

steps)

53

Maximum admissible input level +22 dBu

MPX INPUT

Input impedance 20 kΩ

Connector BNC

Input level -18 dBu to +18 dBu (adjustable by 0.1dB

steps)

Maximum admissible input level +22 dBu

MPX OUTPUT

Output impedance < 10 Ω

Connector BNC

Nominal output level +12 dBu (+8.72 V peak-peak for a

modulating signal from 500 Hz)

L, R, L+R OUTPUTS

Output impedance < 10 Ω

Connector BNC

Nominal output level +12 dBu (+8.72 V peak-peak for a

modulating signal from 500 Hz in stereo

(L=R)

54

55

Anexo 2

Antena - CTE PLS16

Descrição:

Dipolo de Alumínio

1500W

Ficha 7/16

Ganho:

2dB

Tamanho:

1.4metros

Peso:

4Kg

Potência de entrada RF :

1500 W

Ficha entrada:

7/16

Polarização Vertical

56

Ganho (Dipolo de Meia onda):

2 dB

Plano H - Plane V:

180 ° - 78 °

Velocidade maxima do vento:

150 Km/h

Banda de Frequências:

87,5 ÷ 108 MHz

Impedância de entrada

50 Ohm

57

Anexo 3

Emissor - R.V.R PTX 20

Banda de funcionamento:

87.5 – 108 MHz

Potência máxima:

30W

Ficha de saída:

Tipo N

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Dissertacao Joao Magalhaes