dissertacao joao magalhaes
Post on 28-Oct-2015
17 Views
Preview:
TRANSCRIPT
.
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
6.1 - Obstáculo em Lâmina ......................................................................................... 29
6.2 - Walfish Bertoni .................................................................................................. 29
7 - Dados de Campo e Previsões Teóricas ..................................................................... 31
7.1 - Obstáculo em Lâmina ......................................................................................... 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
modelo de Obstáculo em Lâmina
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
modelo de Obstáculo em Lâmina
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
Tab. 7 – Percentagem de desvios, entre o medido e o previsto, menor que x db’s.
Relativo ao teste na Av. Guerra Junqueiro
Tab. 8 – Percentagem de desvios, entre o medido e o previsto, menor que x db’s.
Relativo ao teste na Rua Abade Faria
Tab. 9 – Percentagem de desvios, entre o medido e o previsto, menor que x db’s.
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
6.1 - Obstáculo em Lâmina
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 - Obstáculo em Lâmina
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
Obstáculo em Lâmina
33
Fig. 22 – Intensidade de campo na Av. Guerra Junqueiro medida e prevista utilizando o modelo de
Obstáculo em Lâmina
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
Regressão (Medidas Executadas)
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
Regressão (Medidas Executadas)
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 - Desfiladeiro Dieléctrico
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 - Obstáculo em Lâmina
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
< 1 dB < 2 dB < 3 dB < 4 dB < 5 dB < 6 dB < 7 dB < 8 dB < 9 dB < 10 dB
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 (
%)
Probabilidade Acumulada
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)
< 1 dB < 2 dB < 3 dB < 4 dB < 5 dB < 6 dB < 7 dB < 8 dB < 9 dB < 10 dB
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 - Desfiladeiro Dieléctrico
8.3.1 - Rua Cidade de Bucareste
< 1 dB < 2 dB < 3 dB < 4 dB < 5 dB < 6 dB < 7 dB < 8 dB < 9 dB < 10 dB
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
Probabilidade Acumulada
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
top related