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Type: Dissertação de Mestrado
Title: Caracterização banda-larga do canal rádio utilizando a teoria uniforme da difração
Authors: Kleber Lopes Borges
First Advisor: Fernando Jose da Silva Moreira
Abstract: Este trabalho consiste na utilização de técnicas assintóticas para a caracterização banda larga do canal rádio. São apresentadas técnicas para o cálculo do espalhamento do campo eletromagnético nos domínios da frequência e do tempo. Para a obtenção deste campo espalhado é utilizada uma combinação entre traçado de raios, Ótica Geométrica (GO) e Teoria Uniforme da Difração (UTD). No domínio da frequência, foram estudados 3 coeficientes de difração heurísticos apresentados na literatura para o cálculo da difração em arestas com condutividade finita, a partir dos quais foi proposto um quarto coeficiente que apresentasse menores erros para o campo difratado nas regiões de sombra. Comparando com a solução de Maliuzhinets, os erros médios para o campo difratado foram de 1,24 e 1,51 dB para as polarizações TM e TE, respectivamente. Estes erros são menores do que os erros apresentados pelos demais coeficientes, sendo muito bons considerando a caracterização do canal rádio em ambientes urbanos. Foi considerado também o problema da difração dupla em arestas consecutivas, no qual foi empregado coeficientes de difração de ordem superior (slope diffraction) para o cálculo do campo. Os resultados obtidos através da UTD foram comparados com resultados de referência obtidos através de equações integrais resolvidas através do Método dos Momentos (MoM). Para considerar as perdas no MoM, foram utilizadas condições de contorno do tipo Leontovich (MoM+IBC). Para a análise no tempo, foi empregada a UTD no domínio do tempo (TD-UTD) para a avaliação do campo espalhado. Esta análise temporal é importante, pois o estudo da propagação de sinais banda larga no domínio do tempo apresenta um maior significado físico. Outro motivo é que tal análise não apresenta problemas decorrentes da aplicação de uma IFFT, como o aliasing, o qual é evitado adotando-se uma janela temporal maior, aumentando assim o número de frequências de análise. As expressões para os raios direto, refletido e difratado na TD-UTD são obtidas através da aplicação de uma Transformada Analítica Temporal (ATT) nas respectivas expressões no domínio da frequência. Devido à dificuldade em se obter a formulação da TD-UTD para obstáculos com perdas, neste trabalho considerase apenas condutores elétricos e magnéticos perfeitos. Os resultados obtidos através da TD-UTD foram comparados com os resultados obtidos através da aplicação de uma Transformada Inversa de Fourier nos resultados da UTD e do Método dos Momentos. Na caracterização do canal rádio, a consideração do solo como um condutor magnético perfeito para a TD-UTD é a que fornece a melhor aproximação para um ambiente com perdas e polarização vertical, sendo que o resultado obtido é melhor quando há visada direta entre as antenas.
Abstract: This work consists in the utilization of asymptotic techniques for the broad band radio channel characterization. Techniques for calculation of the electromagnetic field scattering in the frequency and time domains are presented. For the achievement of this scattered field, it is used a combination of ray-tracing, Geometric Optics (GO) and Uniform Theory of Diffraction (UTD). In the frequency domain, three heuristical diffraction coefficients for lossy wedges have been studied, from which a new one was proposed that presents minors errors for diffracted field in shadow regions. Comparing it with the Maliuzhinets solution, the mean errors for the diffracted field had been 1,24 and 1,51 dB for TM and TE polarizations, respectively. These errors are less than the errors presented by otherscoefficients, being acceptable in problems involving channel radio characterization in urban environments. The problem of the double diffraction in consecutive edges was also considered, in which higher order diffraction coefficients ( slope diffraction ) were used for the field calculation. The results obtained from the UTD have been comparedwith the reference ones from integral equations solved by the Method of Moments. To consider the losses in the Method of Moments, impedance boundary conditions of Leontovich type were used (MoM+IBC).For the time analysis, the Time Domain Uniform Theory of Diffraction (TDUTD) was used for the scattered field evaluation. Such analysis is important because the wideband propagation study in time domain has physical meaning. Other reason for its utilization is that using a time domain formulation does not present problems related with the application of IFFT, as aliasing, that is minimized taking a wider time window. This solution requires more frequencies to be analyzed. The TD-UTD expressions for the direct, reflected and difracted rays were obtained from the application of the Analytic Time Transform (ATT) in the respective expressions of the frequency domain. Due to the difficulty of evaluating a TD-UTD formulation for lossy obstacles, the TDUTDpresented in this work considers only electric and magnetic perfect conductors. The numerical results have been compared with those yield by the application of a Inverse Fourier Transform into the results of the UTD and the Method of Moments in frequency domain. In the channel radio characterization, the consideration of the ground as a perfect magnetic conductor for the TD-UTD is the one that supplies thebest approach for a vertical polarization in a lossy environment, and the result is better when the receiving antenna is in the line of sight of the transmitter.
Subject: Engenharia elétrica
language: Português
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
Rights: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/FJSM-5NFNKN
Issue Date: 19-Mar-2003
Appears in Collections:Dissertações de Mestrado

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