Propagação de Radio Waves sobre a Superfície da Terra

Apresentação em tema: "Propagação de Radio Waves sobre a Superfície da Terra"— Transcrição da apresentação:

1 Propagação de Radio Waves sobre a Superfície da Terra
Ronald Siqueira Barbosa ABRA/2013 Grupo Ad-Hoc de Propagação

2 O Labirinto de Considerações
1 - A propagação da Onda Terrestre de Antenas muito menores que o comprimento de onda; 2 - A propagação da Onda Terrestre de Antenas verticais e horizontais com quaisquer configurações; 3 - A intensidade de campo da Onda Terrestre na superfície de uma terra plana de condutividade finita; e 4 - A intensidade de campo em distância curta e longa de uma antena de λ/4 na superfície de uma terra esférica de condutividade finita.

3 Antena Monopolo Vertical
1 – Em terra plana com condutividade finita e constante (K. A. Norton); 2 - Em terra esférica com condutividade finita e constante (Van der Pol e Bremmer); 3 - Em terra plana com condutividade e permissividade variável em curta distância; 4 - Em terra esférica com condutividade e permissividade variável e longa distância.

4 Incerteza na estimação das constantes elétricas do solo
As características elétricas da superfície da Terra estão na Recomendação ITU-P 527. A Recomendação ITU-P 832 fornece os mapas de condutividade das Administrações.

5 Histórico 1909 – Sommerfeld obteve uma solução para um dipolo elétrico vertical sobre um plano interface entre um isolador e um condutor. 1936 – Norton forneceu um método para calcular sobre terra plana. 1937 a Van der Pol and Bremmer publicou artigo para calcular intensidade de campo em pontos distantes sobre a superfície em uma terra esférica usando a série dos resíduos. 1946 – Norton publicou de forma a ser utilizada em engenharia. Van Der Pol, B., and Bremmer, H.: 'The diffraction of electro­magnetic waves from an electrical point source round a finitely conducting sphere', Philos. Mag. Ser. 7, 1937, 24, pp and pp ; 1938, 25, pp ; and 1939, 26, pp Norton, K. A.: 'The calculation of ground-wave field intensity over a finitely conducting spherical Earth', Proc. Inst. Radio Eng., 1941, 29, pp

6 Terra Finitamente Condutora Plana
Equação de Sommerfeld Componentes do campo elétrico Ez e Eᵨ As expressões de campo tem uma função de Atenuação F = [1 - j√(∏w) exp (-w) {erfc(j√w)} ] Onde erfc é uma função erro complementar e w(u) e u(x) onde u² = 2/(єr - jx) x = σ/(wєo) = 1,8 x 10⁴ σ/f(MHz)

7 Terra Finitamente Condutora Plana
Quando o transmissor e o receptor estão sobre a superfície da terra Hφ = E/Zo onde Zo = 120∏ Ω As componentes do campo elétrico Ez e Eᵨ são relacionados por: Ez / Eᵨ ≈ u = 1/√(Kr ) onde Kr é uma constante dielétrica complexa que depende da frequência e das propriedades elétricas da terra. As componentes do campo elétrico promoverão um fator de atenuação composto pela combinação de ambos.

8 Terra Finitamente Condutora Plana
Tipo de Terreno Frequência (kHz) 200 (LF) 1000 (MF) Sea (σ = 5 S/m; єr = 70) 70 – j450000 70 – j90000 Good ground (σ = 10-² S/m; єr = 10) 10 – j900 10 – j180 Poor ground (σ = 10-³ S/m; єr = 4) 4 – j90 4 – j18 Valores típicos de Kr , permissividade dielétrica complexa, para diferentes tipos de terrenos.

9 Exemplo de curvas dadas na Recomendação ITU-R P.368

10 Relative permittivity
Gráficos de vários valores de constantes de solo para propagação de onda terrestre dados na Recomendação ITU-R P.368 Figure number Description Conductivity, S/m Relative permittivity 1 Sea water, low salinity 80 2 Sea water, average salinity 5 3 fresh water 3 x 10-3 4 land 3 x 10-2 40 wet ground 1 x 10-2 30 6 22 7 Medium dry ground 1 x 10-3 15 8 dry ground 3 x 10-4 9 very dry ground 1 x 10-4 10 Fresh water ice, -1° C 3 x 10-5 11 Fresh water ice, -10° C 1 x 10-5

11 Terra Finitamente Condutora Esférica
A mais provável incerteza é a estimação das constantes elétricas do terreno e a condutividade do solo é a principal delas. O grau de penetração no terreno é dado pela expressão: δ = [√2/ɯ(μ,μo,є,єo)]{[√1 + (σ/ɯє,єo)²] – 1}*-½ Onde δ é o grau de penetração no terreno, ω=2πf, σ é a condutividade, μ0 é a permeabilidade do espaço livre, μr é a permeabilidade relativa, ε0 é a permissividade do espaço livre, εr é a permissividade relativa, segundo dados do Handbook sobre Propagação de Onda Terrestre é somente cerca de 25 cm em 1 MHz. Mas para um meio com terra seca é cerca de 25 m.

12 Terra Finitamente Condutora Esférica
Para água do mar, a Recomendação ITU-R P.368 fornece predições para valores de condutividades típicos e baixos de 5000 and 1000 mS/m. A condutividade variará com ambos, a salinidade e com a temperatura da água do mar e para um valor mais preciso de predição, a condutividade esperada deve considerar a seguinte expressão, inclusive no programa GRWAVE: σ = 0,18C*0,93(1 + 0,02(T – 20)) S/m Onde: C é a salinidade em gramas de sal por litro e T é a temperatura (°C).