Melhoras na predição das características de propagação em estruturas de ranhura abertas retas

Melhoras na Predição das Características de Propagação em Estruturas de Ranhura Abertas Retas
Javier U. S. Lastra e Silvio E. Barbin

Resumo — Este artigo apresenta as características de propagação em estruturas de ranhura abertas retas em UHF através do método de guia de onda imperfeita. Consideramos e corrigimos a atenuação constante devido ao meio de absorção envolvente, inclinação dasparedes e à rugosidade das paredes. Apresentamos resultados numéricos para a atenuação constante. Estes resultados mostram que as perdas devidas às rugosidades da superfície das paredes são inversamente proporcional à freqüência, e as perdas devido à inclinação das paredes representam a causa maior da perda de potencia em altas freqüências. Assim, são desprezíveis as perdas por absorção e perdaspor rugosidade em comparação as perdas por inclinação para esta faixa de freqüência.

Palavras-Chave[1] — Método de guia de onda imperfeita, estruturas abertas.

I. Introdução

Nos últimos anos há um incremento considerável na demanda por serviços de comunicações, em diferentes lugares, como estradas em áreas montanhosas e ruas em áreas urbanas. Estes lugares poderiam ser consideradoscomo estruturas abertas retas. Para determinar a atenuação constante de este tipo de estrutura há dois modelos: modelo óptico geométrico descrito por Othaki [1] e o modelo de guia de onda guiada imperfeita descrito por Zhang [2]. A derivação da solução teórica pra o segundo modelo é um pouco complicada, mas é simples computacionalmente em comparação com o primeiro modelo. As perdas devido àrugosidade das paredes e da inclinação das paredes foram calculadas por Emslie [3] e corrigidas para a região de campos próximos por Zhang [4].

II. CONSIDERAções teoricas

A Fig. 1 apresenta a seção transversal de uma estrutura aberta , considerada neste artigo. As paredes são consideradas como um meio dielétrico com perdas, com constantes relativas dielétrica εr1 e condutividade elétrica σ1. Omeio debaixo do piso tem constantes de material εr2 e σ2.

A. Atenuação devido a Absorção
Aqui, apresentamos um pequeno resumo da teoria de onda guiada [2]. As características de uma onda guiada num sistema de coordenadas cartesianas, pode ser descrito pelo vetor de onda (Kxi, Kyi, Kzi), onde i= 0,1,2. as coordenada são associadas mediante as seguintes equações:

[pic]

Fig. 1. Seçãotransversal de uma estrutura aberta e o sistema de coordenadas.

[pic], (1)

[pic], (2)

[pic], (3)

onde[pic]=[pic],[pic][pic],e [pic]. Segundo a óptica geométrica, o raio faz ângulos rasantes pequenos com as paredes e o piso. Dado que Kx0 e Ky0 são pequenos em comparação com Kz0, nós encontramos de (1) que Kz0 é aproximadamente:

[pic] . (4)

A energia transportada pela ondaeletromagnética é concentrada na região de ranhura e as zonas próximas do meio envolvente uma vez que as antenas de transmissão e recepção são situadas próximas ao piso. Desta maneira, assumimos que

[pic], (5)

[pic], (6)

[pic], é necessário por condição de contorno. De (1), nós obtemos

[pic]. (7)

A perda de potencia em dB para uma onda eletromagnética guiada a uma distancia zé

[pic]. (8)

Para encontrar Kx0 e Ky0, nós escolhemos uma estrutura de ranhura aberta, que pode ser descomposta em uma onda guiada numa placa paralela imperfeita para a modelagem das paredes e um plano infinito, como a interface que é representada pela estrada. Conseqüentemente, para ondas polarizadas verticalmente

[pic]. (9)

Fixamos m=1, o modo dominante [pic]tem a perda deabsorção menor. Deste modo [pic]é aproximadamente expressada como

[pic] (10)

onde

[pic], (11)

e

[pic], (12)

onde [pic] é a impedância característica no espaço livre e [pic]é a impedância da superfície do piso para polarização vertical. is the ground surface impedance for vertical polarization. Similarmente, para a polarização horizontal:

[pic], (13)

[pic], (14)

onde...