Riflessione dal suolo - Gabriele Falciasecca

Riflessione dal suolo
Dipartimento di Elettronica
Informatica e Sistemistica
Marina Barbiroli – Propagazione M
Propagazione troposferica:
onda spaziale con modifiche rispetto allo spazio libero
•
Rifrazione e assorbimento atmosferico
•
Riflessione dal suolo
•
Diffrazione da vari ostacoli
•
Cammini multipli
Il caso della riflessione dal terreno è uno dei pochi trattabile analiticamente
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Riflessione da suolo ideale
•
La presenza del suolo genera una discontinuità tra dielettrici.
•
Il terreno si può considerare come un dielettrico con perdite o come un
conduttore non ideale, a seconda dei casi.
•
Si genera un'onda riflessa prodotta dall'incidenza dell'onda primaria,
irradiata dall'antenna, sulla superficie di discontinuità.
•
Si considera il terreno schematizzabile attraverso un conduttore ideale.
I risultati hanno validità molto più ampia.
•
L’onda riflessa si genera sfruttando il principio delle immagini
nell'ipotesi che l'antenna trasmittente sia ad una altezza h1, quella
ricevente ad h2 e che d indichi la loro distanza.
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Riflessione da suolo ideale
T
rd
R
r1
h1
ϕ
Percorso dell’onda diretta: rd =
ϕ
h2
d
r1
h1
r2
d 2 + ( h1 " h2 )
Percorso dell’onda riflessa: rr = r1 + r2 =
2
1 ( h1 " h2 )
#d+
2
d
d 2 + ( h1 + h2 )
2
2
1 ( h1 + h2 )
"d+
2
d
2
!
Approssimazioni valide per d >> (h1+h2), condizione usuale per un radiocollegamento
!
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Riflessione da suolo ideale
•
Δr, differenza di percorso tra le due onde, è pari a:
"r = rr # rd =
•
e quindi lo sfasamento Δ si può scrivere come:
!
•
2h1h2
d
2# 2h1h2
"=
$ d
Se il terreno è schematizzabile con un conduttore perfetto, l'onda riflessa
risulta avere la stessa ampiezza dell’onda incidente e il campo totale
ricevuto si può!
scrivere come:
E = E d + E r = E 0 (1" e j# )
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!
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Riflessione da suolo ideale
E
$ 2" h1h2 '
= 2 sin&
)
% # d (
E0
•
Si può ricavare:
•
Per valori crescenti di d, il campo decresce con un andamento che è
approssimabile con la:
E !
$ 2" h1h2 ' 4 "h1h2
= 2 sin&
)=
% # d (
E0
#d
•
!
*
d +,
4 "h1h2
E - E0
#d
poiché |E0| decresce linearmente con d, la presenza del suolo, come
conduttore perfetto trasforma la dipendenza lineare in dipendenza
quadratica.
Questo si può precisare con una formula simile a quella di spazio libero:
$ " ' 2 $ 4 #h1h2 ' 2 $ 1 ' 4
PR = PT GT GR & ) &
)& )
% 4# ( % " ( % d (
Si è considerato un identico guadagno nelle due direzioni dell’onda diretta e dell’onda riflessa.
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!
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Relative received signal strength (dB)
Riflessione da suolo ideale
0
1/d4
-10
-20
-30
-40
-50
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Distance
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Tendenza a grande distanza
Poiché la relazione precedente vale da un certo valore di d in poi, indicato con
d0 questo valore si ha anche:
" d0 % 4
Pr ( d ) = P ( d0 )$ '
#d&
Poiché la terra non è un conduttore perfetto, non tutta l'energia incidente viene
riflessa e di ciò si può tenere conto introducendo il coefficiente di riflessione
complesso ρ del terreno in luogo del già usato valore -1.
!
Questo è il primo esempio di termine dominante con esponente α = 4, valido a
partire da una distanza d0.
PR(d0) è funzione delle altezze della stazione radiobase e del mobile e altri
fattori che dipendono dall’ambiente.
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Attenuazione in ambiente reale
Spesso anche in ambiente reale si
considera una legge per l’attenuazione
simile a quella di spazio libero, il valore
α≠2 è ricavato a partire da curve di
regressione
di
dati
sperimentali
misurati.
→ modelli emirico-statistici.
α=3.05
In ambiente reale, dove sono presenti ostacoli, α è mediamente più grande che
in spazio libero, tipicamente 2<α<4.
Perché?
Per una serie di meccanismi di propagazione, tra cui la presenza di ostacoli e
l’interferenza da cammini multipli.
obstacle
scattering
Rx
Tx
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Questi ostacoli sono valutati
solitamente in maniera
statistica
obstruction
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Altre dipendenze dell’attenuazione
In alcuni casi non si ha solamente una modifica dell’esponente di attenuazione rispetto
allo spazio libero, ma la dipendenza dell’attenuazione da r cambia completamente.
Es: propagazione in un mezzo con perdite
Attenuazione specifica
[dB/m]
()
()
LdB r = LdB r + ! S [dB / m] " r
Tx
LdB
QuickTime™ e un
decompressore
sono necessari per visualizzare quest'immagine.
R
0
Rx
log r
Cannot simply change α !
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E non solo attenuazione…
I modelli di propagazione sono utilizzati per una grande varietà di scopi e devono
essere in grado di predire non solo le coperture, ma anche la propagazione
dovuta alla presenza dei cammini multipli.
• Statistiche del fading
• Distribuzione di power delay
• Distribuzione di power-angle
• funzione di trasferimento del canale radio
• …..
Modelli di proagazione multidimensionali
“Paths” or “rays”
studio/progettazione
Pianificazione
Ottimizzazione
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