Sistemas Em Radiovisibilidades

PROPAGAÇÃO Prof. Cássio Gonçalves do Rego © 2003 - DELT/UFMG

Dados de propagação e métodos de prediçãopara projeto de sistemas em rádio-visibilidade

Prof. Cássio Gonçalves do Rego- Departamento de Engenharia Eletrônica

GAPTEM

GAPTEM

GAPTEM

Grupo de Antenas, Propagaçãoe Teoria Eletromagnética


Serão estudadas aqui algumas técnicas depredição de desempenho de enlaces deradiocomunicação para aplicação no projeto desistemas em rádio-visibilidade. As técnicas depredição apresentadas se baseiam naRecomendação ITU-R P.530-9.

1. Introdução


Lembrando a equação geral para adeterminação da potência do sinal recebido emum enlace:

2. Atenuação

)(. 10 dBRTTR FGGLPPdBdBdBdBmdBm++++=

Vamos considerar os seguintes termos quecompõem a função atenuação:

)(. 2dBdBdBdB rmwadB FFFFF +++=


Os termos da equação (2) são especificadosabaixo:

2. Atenuação

dBwFdBaF

dBmF

dBrF

- atenuação por gases atmosféricos;

- difração por obstáculos;

- multipercurso, espalhamento de feixe e cintilação;

- atenuação por precipitação.


A atenuação causada pela absorção deenergia eletromagnética pelo oxigênio e pelovapor d’água passa a ser significativa parafrequências de operação acima de 10 GHz.Para um enlace com dkm temos

3. Atenuação por gases atmosféricos

)(, 3kmaa dFdB

γ=

onde γa é a atenuação específica obtida pelascurvas mostradas a seguir e também pelaRecomendação ITU-R P.676.


3. Atenuação por gases atmosféricos

Curvas para a determi-nação da atenuação es-pecífica.


Variações das condições de refraçãoatmosfera causam modificações no valor dofator k a ser utilizado para a determinação daatenuação em obstáculos. Valores de kmenores do que 4/3 causam o encurvamentodos raios e a consequente obstrução da linhade visada. A estatística para este fator decorreção do raio terrestre pode ser determinadaa partir de medições.

4. Efeitos de difração


4.1. Fórmula empírica para difração

)(, 41510201

dBFhF

dBw >+−=

hR

hT

h

kmd1 km

d2

)(., 5317 211

kmGHzdfdd

F kmkm=

1Fh

- path clearance


Em frequências acima de 2 GHz, osefeitos da difração por obstáculos podem serdiminuídos instalando-se as antenas em torressuficientemente elevadas. A teoria da difraçãoindica que pelo menos 60% do raio da primeirazona de Fresnel deve estar desobstruída demaneira a se conseguir uma condição deespaço livre. Conhecendo-se a estatística dofator k é possível utilizar torres com alturas queproduzam apenas pequenas quedas de sinal.

4.2. Planejamento do path clearance


• Passo 1: Determine as alturas das antenas baseando-se no valor mediano do fator k e considerando umadesobstrução igual a F1 para o maior obstáculo;

• Passo 2: Obtenha o valor do fator de correção efetivopara 99,9% do tempo do pior mês (ke);

• Passo 3: Calcule as alturas das antenas baseando-seno valor de ke e seguindo o critério de desobstruçãoigual a 0,6 F1 (climas tropicais);

• Passo 4: Use os maiores valores de alturas deantenas encontrados nos Passos 1 e 3.

4.2.1. Configurações sem diversidade





gume de faca

terra esférica


4.2.2. Configurações com diversidade

hR1

hT

h

kmd1 km

d2

hR2

Esquemas de diversidade espacial são úteis quando hávariação abrupta do índice de refração.


• Passo 1: Determine a altura da antena superior comoindicado na seção anterior;

• Passo 2: Calcule a altura da antena inferior basendo-se no valor mediano do fator k e considerando-se asseguintes desobstruções:

• 0,6 F1 a 0,3 F1 se a obstrução se estende ao longodo percurso;• 0,3 F1 a 0,0 F1 se a obstrução se concentra em umou dois obstáculos;

• Passo 3: Verifique se o espaçamento entre as antenassatisfaz às exigências de diversidade sob efeitosmultipercurso.

4.2.2. Configurações com diversidade


Vários mecanismos gerados por camadasatmosféricas extremamente refrativas devemser levados em conta quando do planejamentode enlaces com mais de poucos quilômetros: oespalhamento de feixe (desfocalização), bemcomo multipercursos na superfície e naatmosfera. Uma forma de desvanecimentoaltamente seletivo em frequência acontecequando há a combinação da desfocalizaçãocom a reflexão no solo.

5. Efeitos multipercurso



1n12 nn <

23 nn <

34 nn <

Nas seções a seguir serão mostrados métodospara a previsão do desvanecimento considerando-se opior mês, quando ocorre a maior variação do fator k.



t

sinal recebido

desvanecimento rápido


• Passo 1: Determine o fator geoclimático k para amédia do pior mês:

5.1. Desvanecimento para pequenaspercentagens de tempo

)(,,,, 510 420003093 1 −−−= adN sk

1dN - maior gradiente da refratividade para os primeiros 65 mda atmosfera;

as - rugosidade do terreno.

• Passo 2: A partir das alturas das antenas em relaçãoao nível do mar e do tamanho do enlace, determine ainclinação do percurso:

)(. 6km

rtp d

hh −=ε


• Passo 3: Determine a percentagem do tempo em queo desvanecimento é maior do que o valor desejado A:

5.1. Desvanecimento para pequenaspercentagens de tempo

[ ] ( ) [ ] )(,%Prob ,,,,, 7101 10000850032097023 Ahfpkmm

GHz

dBkdAF −−−

+=> ε

( ) )(.,mín 8rt hhh =

As equações (5)-(8) foram derivadas de múltiplasregressões feitas a partir de dados de desvanecimentode 251 enlaces, para os quais:

,, 18557 ≤≤ kmd ,, 37450 ≤≤ GHzf ,37≤pε

,150860 1 ≤≤− dN .8506 ≤≤ as


• Passo 1: Determine o fator de ocorrência demultipercurso:

5.2. Desvanecimento para qualquerpercentagem de tempo

( ) [ ] )(.%,,,, 9101 0008500320970230

hfpkm

GHzkdp −−+= ε

• Passo 2: Calcule o valor da profundidade dedesvanecimento:

)(.log, 102125 0pFdBtm +=

• Passo 3: Compare o valor desejado A com aprofundidade de desvanecimento obtido em (10).


• Passo 4a: Se o valor desejado é maior ou igual do quea profundidade de desvanecimento, a percentagem dotempo em que o desvanecimento é maior do que ovalor desejado A é obtida de


[ ] [ ] )(.%Prob , 1110 100

Am pAF

dB

−=>

• Passo 4b: Se o valor desejado é menor do que aprofundidade de desvanecimento, a percentagem dotempo em que o desvanecimento é maior do que ovalor desejado A é obtida de

[ ] [ ] )(.%expProb 12101100 20

−−=>

− Aq

ma

dBAF


O parâmetro qa é determinado a partir de


( ) )(,,, , 13800

103410103012 20016020

++

×++=

−−− AqqA

tA

A

a

( ) ( ) )(,,, , 14800

103410103012 20

1

016020

+−

×+−′=

−−

−−t

A

tA

A

atAqq

tt

( )

)(.lnlog

1510010020

t

t

a A

p

q

−−

−=′




A atenuação causada por chuvas se deveà absorção de energia eletromagnética pelasgotas d’água. Esta absorção pode ser ignoradaem frequências abaixo de 5 GHz. Parafrequências superiores a este limite deve-seconsiderar estes efeitos, pois sua importânciacresce rapidamente.

6. Efeitos de precipitações


• Passo 1: Determine a o excesso de taxa deprecipitação para 0,01% do tempo (via medições), R0,01;

• Passo 2: Obtenha a taxa de atenuação específicapara a frequência de operação, polarização e taxa deprecipitação de interesse, γR (dB/km);

• Passo 3: Calcule a distância efetiva do enlace:

6.1. Estatística do desvanecimento lento

)(, 16rddef =

)(.,,

17

351

1

0100150 Rkm

edr−+

=


• Passo 4: A estimativa para o excesso de atenuaçãopara 0,01% do tempo é

6.1. Estatística do desvanecimento lento

)(.,

18010 efRr dF

dBγ=

• Passo 5: A estimativa para o excesso de atenuaçãopara p% do tempo, com 0,001< p < 1, é

( )

( ) )(contrário caso,,

que do maiores latitudes para,,log,,

log,,

19070

3012013908550

004305460

=+−

+−

p

p

r ppF

pdB


Quando os dados estatísticos relacionados àtaxa de precipitação estão disponíveis apenas parauma frequência de operação, é possível fazer uso deuma expressão empírica para se escalonar afrequência:

6.2. Escalonamento em frequência

( )( )

( ) ( )[ ])(,

,,

20121

12

1

1

2dBr

fdBfdB

FffH

rr ffFF

ΦΦ−

ΦΦ

=

( ) )(, 21101 24

2

fff −+

=Φ

( ) ( ) )(.,,, ,,

2210121 55011

50

1

23121 FFH Φ

ΦΦ

×=ΦΦ −


Quando os dados estatísticos relacionados àtaxa de precipitação estão disponíveis apenas parauma polarização, é possível fazer uso de umaexpressão empírica para se estimar a atenuação paraoutra polarização:

6.3. Escalonamento em polarização

)(. 23335300

H

HV F

FF+

=


Referências Bibliográficas

[1] Balanis, C., Antenna theory: analysis and design, 2nd edition, John Wiley & Sons, New York, 1997.

[2] Collin, R. E., Antennas and radiowave propagation, McGraw- Hill International Editions, Singapore, 1985.

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