Predição de cobertura radioelétrica em terrenos irregulares iluminados por fonte de onda esférica: uma abordagem via equações integrais e CBFM

• Main Author: Marcos Pacheco
• Other Authors: Cassio Goncalves do Rego
• Format: Others
• Language: Portuguese
• Published: Universidade Federal de Minas Gerais 2011
• Online Access: http://hdl.handle.net/1843/BUOS-8WHMH7

=== This work deals with the forward and backward propagation prediction of electromagnetic fields over irregular terrains in the VHF-UHF bands (30 MHz to 3 GHz) that is necessary in wireless planning. The terrain is modeled as an imperfect electrical conductor with invariant height at the perpendicular direction of propagation and with a punctual source. The scattering fields are determined by solving the Magnetic Field Integral Equation (MFIE) using the Method of Moments. The formulation used to generate the MoM matrix is valid for terrains with smooth profile and far fields. The CBFM - Characteristic Basis Function Method based on macro basis functions is employed to solve the complete linear system arising from the Method of Moments and, as it considers mutual interactions among all segments it can also be used in rough terrains. Here it is used only in smooth terrains since the MoM formulation is for terrains with this characteristic. Theoretical and real situations are analyzed and at regions with significant shadow area the CBFM parameters are chosen with the aim to achieve a more accurate solution. The triangular matrix method (that provides an approximated solution) is compared with the CBFM and the differences in CPU time and accuracy of the results are showed. The use of integral equations in scattering problems over electrically large terrains demands a high computational cost (CPU time and memory requirement). In order to speed up the calculations and to render the model more practical, the acceleration technique called phase extrapolation is implemented and tested. === Este trabalho trata da predição da propagação direta e reversa de campos eletromagnéticos sobre terrenos irregulares para a faixa de VHF-UHF (30 MHz a 3 GHz), necessária para o planejamento de comunicações sem fio. O terreno é modelado como sendo um condutor elétrico imperfeito com altura invariante na direção perpendicular de propagação e com fonte pontual. Para a determinação dos campos espalhados utiliza-se aqui a equação integral do campo magnético (MFIE) resolvida através da aplicação do Método dos Momentos (MoM). A formulação utilizada para gerar a matriz MoM é válida para terrenos com perfis suaves e campo distante. O CBFM - Characteristic Basis Function Method, baseado em macro funções de base é empregado para resolver o sistema linear cheio gerado pelo Método dos Momentos e, por considerar a interação mútua entre todos os segmentos, pode ser usado também em terrenos rugosos. Aqui ele é usado apenas em terrenos suaves uma vez que a formulação MoM é para terrenos com esta característica. Casos teóricos e práticos são analisados e para as regiões com presença de área de sombra acentuada os parâmetros do CBFM são escolhidos de forma a permitir a convergência para uma solução mais precisa. O método via matriz triangular (que produz uma solução aproximada) é comparado com o CBFM e as diferenças de tempo de CPU e de precisão dos resultados são apresentadas. O uso de equações integrais em problemas de espalhamento eletromagnético sobre terrenos eletricamente grandes demanda um custo computacional elevado (tempo de CPU e disponibilidade de memória). Visando agilizar os cálculos e tornar o modelo mais prático, a técnica de aceleração chamada extrapolação de fase é implementada e avaliada.