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Document type: Tese
Access type: Acesso Aberto
Title: Uma análise vetorial de propagação UHF e de microondas em áreas urbanas e rurais usando teoria do traçado do raio
Alternate title (s): A vectorial analysis of uhf and microwave propagation in urban and rural areas using ray-tracing theory
Author: Silva Júnior, Edgar
First Advisor: Carrijo, Gilberto Arantes
First member of the Committee: Veiga, Antônio Cláudio Paschoarelli
Second member of the Committee: Guardieiro, Paulo Roberto
Third member of the Committee: Zandonadi Júnior, Durval
Fourth member of the Committee: Perrella, Waldecir João
Summary: Este trabalho apresenta modelos de propagação para áreas urbanas, suburbanas e rurais. É apresentada uma análise vetorial do modelo geométrico de dois raios para antenas elevadas, bem como análises vetoriais dos modelos de guia de ondas de rua plano e tridimensional. Para todos, um dipolo ideal é utilizado como antena transmissora. O modelo geométrico de dois raios descreve áreas rurais, rodovias e áreas suburbanas mais desertas e é constituído pelo raio que incide diretamente no receptor e pelo raio que sofre uma reflexão no solo antes de atingi-lo. Para este modelo são analisadas as polarizações paralela e perpendicular. Especificamente a polarização paralela é analisada de duas maneiras: uma utilizando aproximações e outra sem aproximações. Para o modelo analisado sem aproximações, as análises de padrão de radiação do campo para o dipolo e vetorial do campo elétrico, são levadas em conta. Para o modelo analisado com aproximações, apenas uma soma algébrica do campo é realizada. Comparações entre esses dois modelos são realizadas bem como uma análise do erro incorrido versus distância r. Ainda para o modelo de dois raios sem aproximações, comparações entre as componentes horizontal e vertical do campo elétrico, comparações entre si de componentes horizontais e verticais para diversas alturas do transmissor, além de comparações com valores medidos, são realizadas . Os modelos de guia de ondas plano e tridimensional descrevem ruas de cidades. O modelo de guia de ondas plano, cuja principal característica é a igualdade da altura das antenas do transmissor e do receptor, é constituído pela superposição de um raio que chega diretamente ao receptor, de um raio que sofre uma reflexão no solo e de raios que sofrem múltiplas reflexões nas laterais do guia de ondas antes de atingi-lo. Esse modelo é analisado de duas formas: com e sem fendas para polarizações horizontal e vertical e, como para o modelo de dois raios, uma comparação entre as análises aproximada e sem aproximações é realizada. Ainda para o guia de ondas plano, uma comparação entre o campo elétrico total e o campo elétrico devido às reflexões laterais somente, é apresentada. O modelo de guia de ondas tridimensional, cuja principal característica é a diferença da altura das antenas do transmissor e do receptor, é constituído pela superposição de um raio que chega diretamente ao receptor, de um raio que sofre uma reflexão no solo, de raios que sofrem múltiplas reflexões nas laterais do guia de ondas, e de raios que sofrem reflexões do tipo lateral-solo, antes de atingi-lo. Esse modelo é também analisado de duas formas: com e sem fendas para polarizações horizontal e vertical, e uma comparação entre o campo elétrico total e o campo elétrico devido às reflexões laterais somente é também apresentada. Na análise com fendas, dois tipos de modelos são desenvolvidos, um para fendas periódicas e outro para a leitura de uma base de dados da rua em questão. O programa lê a base de dados dessa rua e realiza os cálculos do sinal ao longo da mesma. Para todas as etapas do modelo de guia de ondas tridimensional valores calculados são comparados com valores medidos, ratificando a aplicabilidade do modelo descrito. Comparações com valores medidos mostram que uma análise vetorial e de padrões de radiação das antenas, pode ser uma ferramenta muito útil no que diz respeito a uma maior utilização de análises teóricas a despeito de análises empíricas no campo da predição.
Abstract: In this work we present propagation models for urban, suburban and rural areas. A vectorial analysis of the two-ray model for elevated aerials is presented as well as vectorial analyses of the (two-dimensional) 2D and (three-dimensional) 3D waveguide models. For all, an ideal dipole is assumed to be the transmitting aerial. The two-ray model describes rural areas, highways, and more desert suburban areas and it consists of a ray that arrives at the receptor along a straight line and of a ray that arrives at the receptor after a ground reflection. For this model parallel and perpendicular polarizations are investigated. Parallel polarization is specifically analyzed in two ways: with and without approximations. For the model analyzed without approximations, the field radiation pattern of the dipole and the vectorial analysis of the field are accounted. For the model analyzed with approximations only an algebraic sum is carried out. Comparisons between these two models are performed as well as an analysis of the error versus r distance. Still for the non-approximated two-ray model, comparisons between horizontal and vertical components of the electric field, comparisons between horizontal and vertical components themselves for several transmitter heights and comparisons with measurements, are provided. The 2D and 3D waveguides describe street cities. The 2D waveguide model, whose main feature is having the same transmitter and receptor aerial heights, consists of rays arriving at the receptor along a straight line, after a ground reflection and along multiple lateral reflections. This model is analyzed in two ways: with and without slits for horizontal and vertical polarizations and likewise the two-ray model a comparison between the approximated and non-approximated analyses is performed. Still for the 2D waveguide, a comparison between the total field and the field due to lateral reflections only is carried out. The 3D waveguide model, whose main feature is having different transmitter and receptor aerial heights, consists of rays arriving at the receptor along a straight line, after a ground reflection, along multiple lateral reflections and along wall-road (border-ground) reflections. This model is likewise analyzed in two ways: with and without slits for horizontal and vertical polarizations and a comparison between the total field and the field due to lateral reflections only is also carried out. In the slits analysis, two kinks of models are developed: one for periodical slits and another one that takes into account the street databases, which is loaded in the program from its respective data file. For all the 3D waveguide model stages calculated data are compared to measured data, ratifying the applicability of the model described. Comparisons provided with measured data show that a vectorial and field radiation pattern analysis can be a very useful tool toward increasing theoretical analysis in spite of empirical analysis in the field of prediction.
Keywords: Modelos de propagação
Análise vetorial de UHF e de microondas
Caracterização do canal
Teoria do traçado do raio
Modelo geométrico de dois raios
Guia de ondas de rua
Propagation models
Vectorial analysis of UHF and microwave
Channel characterization
Ray-tracing theory
Two-ray model
Street waveguide
Area (s) of CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA
Language: por
Country: BR
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Institution Acronym: UFU
Department: Engenharias
Program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica
Quote: SILVA JÚNIOR, Edgar. A vectorial analysis of uhf and microwave propagation in urban and rural areas using ray-tracing theory. 2007. 202 f. Tese (Doutorado em Engenharias) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2007.
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/14364
Date of defense: 11-Apr-2007
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