CURSO DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE REDES E SISTEMAS DE TELECOMUNICAÇÕES Instituto Nacional de Telecomunicações – INATEL Professor Leonardo Luciano de Almeida Maia TL003 – Fundamentos de Antenas e Propagação Junho de 2017 1) Determinar a potência de recepção (em W, dBw e dBm) em um enlace onde a freqüência de operação é de 350MHz e a potência de transmissão é de 10 (W). Considerar o enlace completamente desobstruído com distâncias entre Tx e Rx igual a 28 Km e utilizando antenas isotrópicas ideais em ambos os lados. Explique porque é interessante trabalhar com escala logarítmica e qual é a diferença entre trabalhar com dBw e dBm.
2) Refazer o exercício anterior, com o enlace trabalhando na freqüência de 450 MHz.
3) Qual é a conclusão, comparando os resultados dos exercícios 1 e 2 ? Justifique sua resposta!
4) No enlace do exercício 1, qual é o valor da atenuação? Procedimento Procedimento 1 : calcule na escala linear e depois converta para a escala logarítmica. Procedimento Procedimento 2 : calcule na escala logarítmica diretamente.
5) No enlace do exercício 2, qual é o valor da atenuação? Procedimento Procedimento 1 : calcule na escala linear e depois converta para a escala logarítmica. Procedimento Procedimento 2 : calcule na escala logarítmica diretamente.
6) Qual é a conclusão, comparando os resultados dos exercícios 4 e 5 ? Justifique sua resposta!
7) Determinar a atenuação do enlace apresentado abaixo, considerando a freqüência de operação de 450 MHz e a distância entre os pontos de Tx e Rx igual a 28 Km. 28 Km
Tx
GTx=13[dBi]
GRx=13[dBi]
Rx
8) Qual é a conclusão, comparando os resultados dos exercícios 5 e 7? Justifique sua resposta!
9) Determinar a potência de recepção (em W, dBw e dBm) em um enlace onde a freqüência de operação é de 400 MHz e a potência de transmissão é de 10 (W). Considerar o enlace completamente desobstruído com distâncias entre Tx e Rx igual a 20 Km e utilizando antenas isotrópicas ideais em ambos os lados.
10) Refazer o exercício anterior, considerando um enlace com 40 Km entre Tx e Rx.
11) Qual é a conclusão, comparando os resultados dos exercícios 9 e 10 ? Justifique sua resposta!
12) No enlace do exercício 09, qual é o valor da atenuação? Procedimento 1 : calcule na escala linear e depois converta para a escala logarítmica. Procedimento 2 : calcule na escala logarítmica diretamente.
13) No enlace do exercício 10, qual é o valor da atenuação? Procedimento 1 : calcule na escala linear e depois converta para a escala logarítmica. Procedimento 2 : calcule na escala logarítmica diretamente.
14) Qual é a conclusão, comparando os resultados dos exercícios 12 e 13 ? Justifique sua resposta!
15) Determinar a atenuação do enlace apresentado abaixo, considerando a freqüência de operação de 400 MHz e a distância entre os pontos de Tx e Rx igual a 40 Km.
40 Km
Tx
GTx=13[dBi]
GRx=13[dBi]
Rx
16) Qual é a conclusão, comparando os resultados dos exercícios 13 e 15? Justifique sua resposta!
17) Sabendo que no enlace anterior à mínima potência admitida na recepção é de –78[dBm], determinar a potência necessária na Tx para viabilizar o link. Nessas condições, o enlace será confiável? Prove sua resposta graficamente!
18) Um enlace de 30 Km opera numa freqüência desconhecida, no entanto, a potência de transmissão é de 10 [W], que alimenta uma antena de ganho igual a 12 [dBi], no lado da recepção a antena de recepção apresenta um ganho de 10 [dBi] com amplitude de –70[dBm]. Determinar a freqüência de operação deste enlace.
30 Km
PRx = -70 [dBm] GRx=10[dBi]
PTx =10 [W] GTx=12[dBi]
19) Seja o sistema celular conforme mostrado a seguir:
GTX
PEIRP
Pout ERB
ERB derivação
Seguem-se os dados:
PEIRP (referenciado a isotrópica): 44,5 dBm. Antena da estação rádio base: G TX = 12 dBd na banda B, considerando f = 800 MHz. São utilizados 4 conectores entre a ERB (Estação Rádio Base) e a antena: A con = 0,25 dB/conector. Para a conexão é utilizado um cabo coaxial de 7/8” com perda de 4dB/100m. Altura da torre: 50 m. Derivação do cabo: 20 m.
O órgão regulamentador determinou que a densidade de potência de recepção não deve ultrapassar 0,5 W/cm2, considerando a região de campo distante da antena. Essa determinação visa minimizar os efeitos que a irradiação eletromagnética pode causar nos seres vivos. a) Foram realizados cálculos para verificação quanto a norma. Os cálculos foram realizados nas distâncias de 05m, 10m, 50m, 100m e 200m, contados a partir da antena da ERB. Calcule e verifique se os valores encontrados estão, ou não, atendendo o regulamento. b) A partir da análise anterior, o que pode-se concluir quanto ao efeito da propagação eletromagnética, causada por uma ERB instalada numa densa área urbana, predominantemente residencial com casas ?
20) Analise o enlace a seguir:
GTX
Cabo Coaxial LDF5 - 50A 1 5/8” 50 m
23 Km
GRX
Cabo Coaxial LDF5 - 50A 7/8” 40 m
f = 1587,75 MHz
RX
TX PTX Sejam os seguintes dados:
Estação transmissora: O cabo coaxial LDF5–50A de 1 5/8” apresenta uma atenuação de 3 dB/100m para f = 1587,75
MHz. São utilizados 2 conectores com perda de 0,5 dB/conector. O transmissor possui potência ajustável entre 1(W) e 10(W).
Estação receptora: O cabo coaxial LDF5–50A de 7/8” apresenta uma atenuação de 5 dB/100m para f = 1587,75
MHz. São utilizados 4 conectores com perda de 0,25 dB/conector. GRX = 25 dBi PL = - 95 dBm (limiar de recepção)
O órgão regulamentador fixou a P EIRP máx em 47,5 dBm (referenciado à antena isotrópica) , para essa faixa de frequência, logo, esse valor em hipótese alguma deve ser ultrapassado. Determine a potência que deverá ser ajustada no transmissor, bem como qual a antena de transmissão que deverá ser utilizada para garantir uma margem de desvanecimento de 40 dB, no mínimo, e atenda a exigência do órgão regulamentador.
Antenas disponíveis
Ganho (para f = 1587,75 MHz)
Antena A Antena B Antena C Antena D Antena E
GTX1 = 10,36 dBd GTX2 = 16,36 dBd GTX3 = 17,06 dBd GTX4 = 23,36 dBd GTX5 = 24,06 dBd
21) Considere o lóbulo principal do diagrama de irradiação da antena do sistema móvel celular conforme desenho abaixo:
C A
B
PEIRP = 55 dBm (referenciado à isotrópica) considerando o máximo do diagrama de irradiação da antena. A antena está instalada há 35 m do solo; A distância entre os pontos A e B é de 500 m; A distância entre os pontos B e C é de 1,5 m.
Calcule a densidade de potência de recepção no ponto C (Ø RX), sabendo que na direção C o ganho da antena tem uma redução de 3 dB.
22) Seja um enlace de rádio ponto-a-ponto, conforme dados fornecidos abaixo:
Transceptor utilizado na estação A: PTX = 10 [W] (potência bruta); A perda no derivador é de 2,5 dB; Valor do sistema ou ganho do sistema: V S = 150 dB; O equipamento opera com f TX = 460,00 MHz e f RX = 465,00 MHz (comunicação full-duplex). Obs.: O transceptor utilizado na estação B possui as mesmas características do transceptor utilizado na estação A. O equipamento fica dentro do abrigo e a conexão com a antena é feita através de cabo coaxial. Antenas: Na transmissão utilizamos uma antena Yagi-Uda com ganho de 10,0 dBd; Na recepção utilizamos uma antena Yagi-Uda com ganho de 12,0 dBd. Torres: Na estação A, a torre possui 30 metros; Na estação B, a torre possui 20 metros. Obs.: Em ambas estações, as antenas estão instaladas no topo da torre. Cabo Coaxial: Em ambos os lados utiliza-se cabo coaxial que apresenta perda de 8 dB/100 metros; A derivação de cabo na estação A é de 15 metros; A derivação de cabo na estação B é de 10 metros. Perfil do enlace: Esse enlace liga as estações A e B;
Outras informações podem ser extraídas do perfil anexado (perfil 1) Pede-se: a) Calcular a potência de recepção, PRX, na entrada do equipamento. b) Calcular a margem de desvanecimento instalada, M, e avalie a aplicabilidade desse valor encontrado. c) Calcular a potência efetivamente irradiada (ref.:dipolo de /2) na estação A e na estação B. d) Na região onde o enlace está instalado, há uma certa instabilidade do fator de propagação (fator K). Explique como isso afetará o desempenho do enlace, quando o valor de k for maior e quando for menor que o valor utilizado no projeto.
23) No perfil anexado (perfil 2), considere: a) Calcule as alturas onde deveremos instalar as antenas de que modo que um sistema de rádio opere em radiovisibilidade (60% do raio inferior da elipsóide de Fresnel desobstruído) na frequência de 200 MHz. b) Com as antenas instaladas conforme resultado anterior, qual será a atenuação causada por obstáculos se a frequência do enlace for de 7 GHz ?
24) Numa determinada área foi medida em campo, a densidade de potência de recepção de um sinal transmitido por uma estação rádio-base, visto que alguns assinantes estão insatisfeitos devido ao sinal de recepção muito baixo. Chegou-se na seguinte conclusão: E
A
G
A
RX = - 81,47 dBm/m RX = - 96,59 dBm/m RX = - 111,41 dBm/m RX = - 88,12 dBm/m RX = - 93,68 dBm/m 2
D F H
B
2
C
2
J
F
2
B
C D
2
E
RX = - 102,74 dBm/m RX = - 89,25 dBm/m RX = - 89,90 dBm/m RX = - 75,02 dBm/m RX = - 95,98 dBm/m G
2
2
H
2
I
2
J
I
As medidas foram realizadas utilizando a antena da ERB (estação rádio-base) referenciada a isotrópica. Sabendo que um aparelho celular comum apresenta P L = - 110 dBm e uma antena com ganho de 1,5 dBi, verifique quais são as áreas (de A J) onde haverá comunicação. Observação: utilizar a maior freqüência de down-link (ERB aparelho móvel) da banda B: 894 MHz.
25) Num enlace via satélite, deseja-se calcular a potência do transmissor , localizado na Terra; de forma que no elemento orbital seja recebida uma densidade de potência de –89 (dBW/m 2). A frequência de operação desse link é de 12.535,75 MHz. O satélite é geoestacionário e está numa distância de aproximadamente 35786 Km. A antena utilizada na transmissão tem 7,5 m de diâmetro e eficiência de irradiação de 83%. Considerando que o transmissor está conectado à antena (montagem integrada) e que as perdas nesta conexão são desprezíveis, calcule a potência efetivamente irradiada (PEIRP). Se
diminuirmos o tamanho do parabolóide, o que acontecerá com a potência de recepção ? Prove matematicamente a sua resposta.
2
Lembrete: Ganho da antena parabólica: 35.786 Km
π .D λ
2
G(dBi) 10 log η.
é a eficiência de irradiação D
é o diâmetro do parabolóide (m) comprimento de onda (m)
26) Seja um equipamento de rádio digital, MINI-LINK Ericsson, que opera na faixa de 23 GHz, para a transmissão de 2x2 Mbps. Alguns dados técnicos importantes podem ser obtidos através do anexo ( 10.12.6 MINI-LINK 23-E). 4x2/8 Mbps
FTX: 21654,50 MHz FTX: 22928,50 MHz
Estação B
Estação A
A montagem entre transmissor e antena é integrada: considerar perda desprezível nessa conexão. Considerar potência de transmissão máxima. Deseja-se utilizar antenas parabólicas com no máximo 0,6 m ( veja anexo: Table 28: Antenna gains) A distância do enlace é de 14,8 Km.
a) Qual antena deveremos utilizar para garantir uma margem mínima de 35 dB e BER = 10 -6? b) Com a antena especificada instalada, qual é o valor da margem de desvanecimento instalada? c) Freqüências acima de 10 GHz são muito influenciadas por chuvas fortes. Suponha que na área onde está instalado o sistema a chuva cause uma atenuação de 20 dB. O que ocorrerá com o link? d) O que pode ser feito para melhorar a operação do sistema? (Liste 5 fatores por ordem de prioridade levando-se em conta o fator custo/benefício).
27) Em um sistema para telefonia celular rural, a sensibilidade dos receptores é de – 116 dBm. A margem de desvanecimento necessária é de 18 dB e a atenuação na propagação é aprox. 145 dB. A PEIRP (em relação a isotrópica ) da Estação Rádio Base é de 40 dBm, sendo que a atenuação de cabos, conectores, etc... na estação receptora é de 4 dB. Se trabalharmos na estação receptora com uma antena de 12 dBd de ganho, esse sistema será viável ?
28) Análise o perfil abaixo (Resolva primeiro para 8 GHz e depois para 1,5 GHz) a) Calcular a altura das antenas, considerando uma linha de visada sem inclinação, de modo que o sistema opere em radiovisibilidade (consideração de 60 % do raio da primeira elipsóide de Fresnel desobstruída), para atmosfera padrão. b) Calcular a altura das antenas, considerando uma linha de visada sem inclinação, de modo que o sistema opere em radiovisibilidade (consideração de 60 % do raio da primeira elipsóide de Fresnel desobstruída), para um fator k = 2/3. c) Conclua com relação aos resultados anteriores... Em qual caso precisamos de torres mais altas e por quê? m 520 500 480 460 440 420 400 380 360 340 320 300 280 260 240 220 200 180 160 140
0
2
4
6
8
10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 Km
29) Plotar o perfil altimétrico abaixo, que servirá como base para os dois próximos itens. Os pontos foram obtidos de 5 e 5 Km.
Ponto 0 (TX) 1 2 3 4 5 6 7 8
Altitude (m) 500 480 450 420 400 450 480 520 500
9 10 11 12 13 14 15
480 470 450 400 350 375 400
30) Qual será a atenuação na propagação, para a atmosfera padrão, para uma rota que opera em 300 MHz? Considerar que as duas antenas têm 50 m de altura. 31) Caso a antena na recepção esteja instalada há 50 metros de altura, qual deverá ser a altura onde deveremos instalar a antena de transmissão, para que possa ser alcançada radiovisibilidade em condições de k = 2/3, para o sistema operando na faixa de 8 GHz? Comente o resultado.
