La stima del campo EM ed il volume di rispetto · –L’ambiente deve essere modellato...

La stima del campo EM ed il volume di rispetto

Campi elettrici, magnetici ed elettromagnetici ad alta frequenza

Modulo 3 / Lezione 2

ing Marcello Cocozza

Corso di formazione“MONITORAGGIO DEI CAMPI ELETTROMAGNETICI”

Anno 2016

Monitoraggio dei Campi e.m. anno 2016 2

SOMMARIO

Definizioni generali delle grandezze e.m.

Regioni di campo

Modelli di previsione del campo em AF

Calcolo volume di rispetto

Sw di simulazione

- Armonica

- Vigila

- NFA3D


Campo elettrico

• Il campo elettrico è una grandezza vettoriale che rappresenta, in ogni punto di una data regione di spazio, il rapporto tra la forza esercitata su una carica elettrica di prova q e il valore della carica medesima

• Si misura in [V/m]

Introduzione


Campo elettrico: caratteristiche

• Esiste ovunque sia presente una carica elettrica

lo spazio circostante diviene sede di un campo di forze (legge di Coulomb)

• È creato da differenze di potenziale:

+ alta è la tensione + intenso è il campo elettrico

L’intensità diminuisce all’aumentare della distanza

E = V/d

• La maggior parte dei materiali scherma il campo elettrico

Introduzione


Campo magnetico

• Il campo magnetico è una grandezza vettoriale data dal

rapporto tra l’induzione magnetica e la permeabilità magnetica del mezzo

• L’induzione magnetica è una grandezza vettoriale che in ogni punto di una data regione, determina una forza su una carica q in moto con velocità

• Si misura in [A/m]

Introduzione


Campo magnetico: caratteristiche

• È generato da cariche elettriche in movimento:+ alta è la corrente + intenso è il campo magneticol’intensità diminuisce all’aumentare della distanza dal conduttore

H = I/2pi*d (legge Biot-Savart)

• Esiste solo se circola corrente– Cariche ferme -> solo E– Cariche in movimento -> sia E sia H

• Sono difficilmente schermabili

• È in grado di generare correnti nei materiali conduttori poiché genera in essi un campo elettrico indotto

Introduzione


Campo elettromagnetico

• Campi statici: possono esistere indipendentemente

• oscillazioni della corrente nel tempo corrispondono oscillazioni dei campi nel tempo e nello spazio

Campi tempo-varianti: nascono fenomeni di interazione fra i campila presenza di E(t) variabile nel tempo determina la presenza di un campo H(t) variabile e viceversa

Rapide variazioni nel tempo dei campi e.m. danno luogo a variazioni nello spazio dei campi (ritardo)

PROPAGAZIONE

Introduzione


Propagazione

La propagazione dei campi e.m. presenta un carattere ondulatorio

y(x,t) = Ysen(ωt – kx + Φ)

con ω = 2πf pulsazione

k = 2π/λ vettore d’onda (pulsazione spaziale)

Introduzione

t=t0 distanza

x=x0 tempo

velocità di fase


Propagazione

• La propagazione del campo e.m. comporta il trasporto di energia

• In ogni punto dove esiste un campo e.m. è associata una densità di potenza trasportata dell’onda [W/m2]

• Tale potenza è data dal modulo del vettore di Poynting

• Il verso e la direzione del vettore di Poynting coincidono con il verso e la direzione dell’onda e.m.

Introduzione


Quindi le grandezze fisiche che occorre valutare per la determinazionedell’esposizione ai campi elettromagnetici irradiati da un’antenna sono:

la densità di potenza (S)

l’intensità di campo elettrico (E)

l’intensità di campo magnetico (H).

Introduzione


• Data una sorgente di campi e.m la distribuzione di campo nello

spazio dipende dalle caratteristiche geometriche ed elettriche della sorgente e dal punto di osservazione

• Si distinguono diverse regioni di campo

– Campo vicino:

• Campo reattivo Near Field

• Campo radiativo Near-far field zona di Fresnel

– Campo lontano:

• Campo lontano Far Field zona di Fraunhofer

Regioni Di Campo


Regioni Di Campo

D: dimensione max sorgente (altezza, larghezza), diametro della sfera circoscritta

λ: lunghezza d’onda

Nota le zone sfumano l’una nell’altra con continuità non esistono transizioni brusche


Regioni Di Campo

Espressione del campo e.m. generato da un dipolo elementare di lunghezza dl percorso da corrente I collocato nell’origine del sistema e diretto lungo z

Se kr>>1 Impedenza

d’onda


Zona Reattiva (Near Field) – 1/2

• È la zona immediatamente vicino alla sorgente (r~λ)

• In tale zona l’intensità del campo e.m. è molto elevata

• Le componenti dei campi elettrici e magnetici assumono una configurazione complessa, il rapporto tra le ampiezze non è costante.

• Un qualsiasi oggetto o la presenza stessa dell’operatore ne modifica la distribuzione e l’intensità

• Le misure effettuate in tale regione possono dar luogo a grossi errori a causa dei fenomeni di accoppiamento del campo e.m. con la sonda di misura.

Regioni Di Campo


Zona Reattiva (Near Field) – 2/2

• La potenza irradiata è costituita da potenza attiva e potenza reattiva (che decade molto rapidamente)

• Per sorgenti con frequenza elevata dell’ordine dei GHz, la zona si estende per qualche centimetro e pertanto questa zona viene normalmente trascurata nei calcoli.

Regioni Di Campo


Zona radiativa (Near-far Field) – 1/2

• Si estende dal limite della zona di campo reattivo fino ad una distanza di poche frazioni di lunghezza d’onda della sorgente emittente (zona di Fresnel)

• Il limite della zona di campo vicino

rR = Max ( λ, 2D2/λ )

Per antenne corte ( D<< λ ) rR= λ

Per antenne estese (D>> λ ) rR= 2D2/λ (distanza di Rayleigh)

Regioni Di Campo


Regioni Di Campo


Zona radiativa (Near-far Field) – 2/2• Il campo irradiato in tale zona è caratterizzato da una distribuzione

ed un andamento molto irregolare e con repentine variazioni d’intensità.

• I campi E ed H iniziano ad avere un comportamento radiativo ma non sono facilmente correlabili (forti fenomeni interferenziali)

Regioni Di Campo


Zona di campo lontano (Far Field) – 1/2• Si estende dalla distanza di Rayleigh all’infinito ( d> 2D2/λ )

• In tale zona la sorgente può considerarsi puntiforme

• In questa regione il campo e.m. può essere considerato localmente un onda piana

• I vettori campo elettrico e magnetico risultano ortogonali tra loro e alla direzione di propagazione formando una terna destrorsa

Regioni Di Campo

Impedenza d’onda

nel vuoto


Zona di campo lontano (Far Field) – 2/2• La potenza irradiata è solo potenza attiva

• I moduli E ed H sono proporzionali tra loro e decadono in maniera inversamente proporzionale alla distanza dalla sorgente

• Ad ogni antenna può essere associato il proprio diagramma di irradiazione

• La densità di potenza [W/m2] si può esprimere:

dalla conoscenza di una grandezza si può risalire

alla conoscenze delle altre due

Regioni Di Campo


Esempi: antenna corta• Stazione radio Onde Medie

– f = 600 kHz

– λ = 500 m

– D = 30 m

• La transizione campo vicino-campo lontano si ha per

rR= λ = 500 m

• i campi sono reattivi fino ~λ/10 ossia a 50 m dalla sorgente

Regioni Di Campo


Esempi: antenna estesa• Stazione cellulare

– f = 2.1 GHz

– λ = 14 cm

– D = 2 m

• La transizione campo vicino-campo lontano si ha per

rR= 2D2/λ = 57 m

• i campi sono reattivi fino ~λ/10 ossia a pochi cm dalla sorgente

• Il campo radiato di prossimità si estende a decine di metri dalla

sorgente (zona di Fresnel)

Regioni Di Campo


Modelli di previsione

Obiettivo

• Calcolo del livello di campo in opportuni punti dell’ambiente in esame

ovvero

• Stima dell’attenuazione (pathloss) che il campo subisce allontanandosi dalla sorgente



Utilizzo

• Pianificazione di un sistema wireless

– Max l’area di copertura

– Min il numero di SRB

• Verifica degli obiettivi di copertura e qualità

– Min i livelli di campo e.m.



Necessitano

1. Descrizione dello scenario radiopropagativo

– L’ambiente deve essere modellato geometricamente ed em attraverso opportuni parametri

2. Descrizione del modello di propagazione

– Opportunamente scelto in base al tipo di ambiente e di tecnologia in esame

3. Descrizione dei sistemi radianti

– Posizione, frequenza, potenza emessa…





Affidabilità

Il calcolo previsionale è soggetto ad errori dipendenti dall’incertezza con la quale si conoscono i parametri che contribuiscono alla valutazione stessa:

– Parametri radioelettrici (potenza trasmessa, diagrammi di radiazione)

– Coordinate geografiche sorgente

– Precisione dei dati cartografici

– Affidabilità degli algoritmi di calcolo


Volume Di Rispetto

Definizione

• Data l’enorme diffusione di SRB è necessario valutare il campo e.m. in prossimità delle antenne

• Il volume di rispetto è quella zona di spazio circostante l’antenna al di fuori della quale i livelli di campo e.m. sono al di sotto dei limiti stabiliti dalle normative


Volume Di Rispetto

• Il problema della determinazione della distribuzione dei livelli di campo e.m. irradiati da una sorgente è complesso

• I metodi numerici più utilizzati per risolvere problemi di elettromagnetismo applicato alle antenne si basano sul calcolo delle correnti sull'antenna con opportune modellizzazioni

• È necessario conoscere dettagliatamente la geometria dell’antenna

• Pertanto si utilizzano metodi analitici più semplici


Volume Di Rispetto

• metodo di calcolo semplificato

– in condizioni di campo lontano

– in una situazione di spazio libero

– trascurando riflessioni da parte del terreno, di infrastrutture, vegetazione e strutture orografiche eventualmente presenti

• Si sovrastima i valore del campo e.m. in un punto generico dello spazio ed è pertanto da intendersi di tipo

cautelativo.


Volume Di Rispetto

• In condizioni di campo lontano, le componenti significative del campo sono quelle radiative, pertanto è possibile trascurare i contributi reattivi

• In queste condizioni l’intensità del campo elettrico nella direzione di max radiazione è

dove

Ping potenza totale al connettore d’antenna [W]

gn guadagno in naturale (gn=10Gmax[dBi]/10)

d distanza dall’antenna [m]

gnPd

ing301


Volume Di Rispetto

• Lavorando in alta frequenza le stime dei campi e.m. così ottenute sono significative e cautelative (dato che l’attenuazione reale è maggiore di quella dello spazio libero)

• Utilizzando la formula data e imponendo i valori limite del campo previsti dalle normative si ottiene una isosuperficie a campo costante

• Tipicamente si utilizza il valore di cautela: Elim= 6 V/m

in corrispondenza di edifici adibiti a permanenze non inferiori a 4 ore

(ovvero tutte le aree interne agli edifici e loro pertinenze esterne quali balconi terrazzi giardini e cortili …)


Volume Di Rispetto

• Per motivi di semplicità il volume di rispetto è generalmente rappresentato da geometrie note

– Parallelepipedo

– Cilindro a sezione ellittica

– Coppia di cilindri

• Esistono diversi metodi per il calcolo di tali superfici


Volume Di Rispetto

METODO 1Calcolo del parallelepipedo tramite tabelle

Calcolo del parallelepipedo tramite tabelle


Volume Di Rispetto – Metodo 1

CE è il centro elettrico dell’antenna



1. Dalle normative in vigore si sceglie il valore di cautela o l’obiettivo di qualità per il valore del campo Elim

2. Dalle caratteristiche tecniche dell’impianto si estrapolano:

– Ping i valori della potenza in ingresso al connettore d’antenna [W]

P = Nportanti*Pportante

– gn guadagno in naturale nella direzione di max

3. D1 distanza di rispetto lungo la direzione di max irraggiamento

gnPE

D ing301

1



4. Le distanze D2, D3 ,D4 si ottengono a partire da D1

Di = Ki * D1 i=2,3,4

Ki è un coefficiente che dipende dal pattern d’antenna

Piano orizzontale -> tabella1

Piano verticale -> tabella2

Le antenne sono suddivise in classi in ordine decrescente di direttività





5. K4 è il maggiore dei due valori individuati dalla tabella1 e tabella2

6. K2 è funzione del downtilt dell’antenna

Se ho 2° tilt K2=K2+0.034



LIMITI:

Per antenne non riconducibili ad una delle classi descritte nella tabella1 e tabella2, quali quelle isotropiche o quelle con due o più direzioni di massimo irraggiamento, il metodo non è applicabile

Nota:

Se sono disponibili i pattern H e V d’antenna è possibile calcolare direttamente dai grafici le distanze Di con i=2,3,4


Esempio - 1/2

SRB avente un’antenna Kathrein K730360 (HxWxD 654x258x103mm)

• f = 900 MHz

• G = 13 dBi

• Ping = 30 W

• Elim = 20 V/m

Piano H Piano V


Apertura a 3dB 33° -> classe O1 Apertura a 3dB 6° -> classe V1



Esempio - 2/2Dalla relazione

A grande distanza d>5λ (circa 1.6m)

gn = 19.95

D1 = 6.7m

D2 = 1.7m (classe V1) K2=0.26

D3 = 3.1m (classe O1) K3=0.47

D4 = Max(0.63,0.33) < 1.6m D4=1.6m

gnPE

D ing301

1


Volume Di Rispetto

METODO 2Calcolo del volume di rispetto secondo le linee

guida CEI 211-10



Calcolo del volume di rispetto tramite formule

Per stabilire il volume di rispetto la guida CEI 211-10 indica come calcolare i tre parametri fondamentali:

LM: profondità del volume

dimensione massima nella zona antistante l’antenna

LV: altezza del volume

dimensione parallela al piano verticale dell’antenna

LH: larghezza del volume

dimensione parallela al piano orizzontale dell’antenna



Per il calcolo di un volume di rispetto di forma parallelepipeda

Il centro dell’antenna si trova nel punto medio di LV e LH.



1. Dalle normative in vigore è fissato il limite di esposizione per il campo E

2. Dal data sheet d’antenna si deve conoscere:

– Ping potenza in ingresso al connettore d’antenna [W]

P = Nportanti*Pportante

– Gmax guadagno nella direzione di max [dBi]

– θH ampiezza angolo a metà potenza nel pattern H [°] (apertura 3dB)

– θv ampiezza angolo a metà potenza nel pattern V [°] (apertura 3dB)

– FB valore front-back dell’antenna [dB]





Da cui si ricavano:

gnPE

L ingM 301

1

fbPE

L ingM 301

2

2/sin3021

VingV gnPE

L

2/sin3021

HingH gnPE

L

Nota che i guadagni nelle formule sono sempre naturali gn guadagno in naturale nella direzione di max (gn=10Gmax[dBi]/10) fb front back in naturale (fb=10(Gmax[dBi]-FB)/10)

θH

θv



La dimensione verticale calcolata (LV) è valida solo se il livello del lobo secondario (SLL) è al di sotto di una certa soglia

dove

θsl è la direzione lobo secondario

rispetto al lobo principale

sl

VSLL

sin

2/sin

2

2log20 10

2/sin3021

VingV gnPE

L

θH

θv



Altrimenti LV va ricalcolato per ogni lobo secondario (i) e si sceglie il suo valore max:

pertanto LV in generale è pari a:

sli

GSLLi

ing

isllVE

PMAXL sin

10302

10/max

)(

)()3( , sllVdBVV LLMAXL



Conoscendo la profondità, la larghezza e l’altezza del volume sono facilmente calcolabili nel sistema di riferimento solidale all’antenna i vertici del volume di rispetto - parallelepipedo

X Y Z

Vertice 1: -LM2 -LH/2 -LV/2

Vertice 2: LM1 -LH/2 -LV/2

Vertice 3: LM1 LH/2 -LV/2

Vertice 4: -LM2 LH/2 -LV/2

Vertice 5: -LM2 -LH/2 LV/2

Vertice 6: LM1 -LH /2 LV /2

Vertice 7: LM1 LH /2 LV /2

Vertice 8: -LM2 LH /2 LV /2

1 2

34

56

78

x

z

y



Per il calcolo di un volume di rispetto di forma cilindrica a sezione ellittica

Valgono le stesse formule viste prima



Conoscendo la profondità, la larghezza e l’altezza del volume sono facilmente calcolabili nel sistema di riferimento solidale all’antenna i vertici del volume di rispetto – cilindro a sezione ellittica –coordinate asse maggiore e minore dell’ellisse

X Y Z

Vertice 1: -LM2 0 -LV/2

Vertice 2: LM1 0 -LV/2

Vertice 3: (LM1 - LM2)/2 -LH/2 -LV/2

Vertice 4: (LM1 - LM2)/2 LH/2 -LV/2

Vertice 5: -LM2 0 LV/2

Vertice 6: LM1 0 LV /2

Vertice 7: (LM1 - LM2)/2 -LH/2 LV /2

Vertice 8: (LM1 - LM2)/2 LH/2 LV /2

z

x

y

12

5

asse maggiore

asse minore

asse maggiore

asse minore

6



Per il calcolo di un volume di rispetto di formato dall’unione di due cilindrici

Racchiude sia il lobo principale che quelli secondari



Cilindro esterno

La dimensione del cilindro esterno è funzione del lobo principale

e valgono le formule usate precedentemente

gnPE

L ingM 301

1

fbPE

L ingM 301

2

2/sin3021

)3( VingdBV gnPE

L

2/sin3021

HingH gnPE

L



Cilindro interno

La dimensione del cilindro interno è funzione dei lobi secondari

Il raggio LMsll è pari:

L’altezza LVsll è pari a:

sli

GSLLi

ing

isllME

PMAXL cos

10302

10/max

)(

sli

GSLLi

ing

isllVE

PMAXL sin

10302

10/max

)(



Conoscendo la profondità, la larghezza e l’altezza del volume sono facilmente calcolabili nel sistema di riferimento solidale all’antenna i vertici del volume di rispetto – doppio cilindro – coordinate asse maggiore e minore

X Y Z

Vertice 1: -LM2 0 -LV3dB/2

Vertice 2: LM1 0 -LV3dB /2

Vertice 3: (LM1 - LM2)/2 -LH/2 -LV3dB /2

Vertice 4: (LM1 - LM2)/2 LH/2 -LV3dB /2

Vertice 5: -LM2 0 LV3dB /2

Vertice 6: LM1 0 LV 3dB /2

Vertice 7: (LM1 - LM2)/2 -LH/2 LV 3dB /2

Vertice 8: (LM1 - LM2)/2 LH/2 LV 3dB /2

Cilindro esterno base ellittica

X Y Z

Vertice 1: -LMsll 0 -LVsll/2

Vertice 2: LMsll 0 -LVsll/2

Vertice 3: 0 -LMsll -LVsll/2

Vertice 4: 0 LMsll -LVsll/2

Vertice 5: -LMsll 0 LVsll/2

Vertice 6: LMsll 0 LV sll/2

Vertice 7: 0 -LMsll LV sll/2

Vertice 8: 0 LMsll LV sll/2

Cilindro interno base circolare



I vertici dei solidi individuati precedentemente sono riferiti al sistema di riferimento solidale all’antenna (XL,YL,ZL)

Per riportarli in un sistema di riferimento generale (XG,YG,ZG)

è necessario effettuare una traslazione e rotazione degli assi

(β downtilt, α allineamento)

A

A

A

L

L

L

G

G

G

z

y

x

z

y

x

z

y

x

cos0sin

sinsincoscossin

sincossincoscos



NOTA

L’utilizzo di un particolare modello geometrico è funzione della accuratezza che si vuole ottenere.

Il volume di rispetto ottenuto tramite l’unione dei due cilindri rappresenta un’approssimazione più accurata.

Il volume di rispetto fornito rappresentato da un parallelepipedo è più immediato e di facile comprensione

In ogni caso i modelli geometrici comportano sempre una stima conservativa dei valori del campo reali.



Caso1: antenna ominidirezionale

valgono tutte le formule precedenti ma è presente ovviamente una simmetria tra l’irradiazione frontale e posteriore alla sorgente



Caso2: presenza di + sorgenti

In presenza di più sorgenti è necessario calcolare il volume di rispetto di ciascuna sorgente considerando contemporaneamente le emissione di tutte le antenne.

Supponendo che le sorgenti siano incorrelate, è possibile effettuare un analisi di massima sommando in potenza i contributi dovuti a ciascuna sorgente per la determinazione del campo e.m. totale, ovvero:

M

i iEE1

2

M

i iSS1



Esempio1: antenne uguali con medesimo puntamento

Considerando due antenne uguali e affiancate ad una distanza dtrascurabile rispetto alle dimensioni dei singoli volumi di rispetto, è possibile calcolare il volume di rispetto totale con le formule viste precedentemente considerandole come un’unica antenna posta nel punto medio e avente:

Ping =P1+P2

Gmax=G1=G2

d distanza tra le due antenne

gnPE

L ingM 301

1

fbPE

L ingM 301

2

2/sin3021

VingV gnPE

L

dgnPE

L HingH 2/sin3021

Termine correttivo



Esempio2: caso generale

È necessario calcolare:

1. Il volume di rispetto per ogni antenna con i modelli semplici, ossia determinazione di LM LV LH

2. Calcolo puntuale del campo e.m. generato da tutte le sorgenti nell’intorno dei volumi stimati

3. Verifica del rispetto dei limiti, ed allargamento delle dimensioni LM

LV LH in caso di superamento dei limiti fino a rientrare nella norma

4. Il volume di rispetto complessivo è dato dall’unione dei singoli volumi


Volume Di Rispetto

Stime + accurate

Il volume di rispetto è il luogo geometrico di punti a campo costante, pari al limite di esposizione e può essere rappresentato da una isosuperficie.

I modelli visti pertanto massimizzano le reali dimensioni del volume di rispetto dell’antenna, soprattutto con antenne direttive.

Per costruire un’iso-superficie è necessario calcolare il campo in un opportuno insieme di punti e collegare i punti a campo costante.

Attraverso SW di simulazione è possibile ottenere stime 2D e 3D


SW Di Simulazione

Nei modelli descritti precedentemente i livelli di campo sono colcolati utilizzando l’approssimazione di campo lontano: in generale si possono utilizzare le tecniche di calcolo in campo vicino ma per questo esistono opportuni SW di simulazione

- ARMONICA

- VIGILA

- NF3D


Campagne di monitoraggio

• Da diversi anni le istituzioni hanno iniziato anche compagne di

monitoraggio delle aree sensibili come scuole, ospedali..

• Le stazioni di monitoraggio vengono periodicamente spostate per

avere un database spazio-temporale

• Il parametro misurato è il campo elettrico (E) e la sua unità di misura

è il Volt/metro (V/m), ed in tabella si riporta il valore medio massimo

(Emax) riferito a un intervallo di tempo di 6 minuti, rilevato nell'arco

della giornata.


Campagne di monitoraggio

• Campagne di monitoraggio in continuo concluse nella provincia di

Rimini


SW Di Simulazione

ARMONICA(ARpa MONItoraggio dei Campi e.m. dell'Ambiente)


SW Di Simulazione - ARMONICA

ARMONICA

• Armonica nasce dalla collaborazione tra Dipartimento di Elettronica Informatica e Sistemistica dell’ UNIBO, il FUB, e l’ARPA Emilia Romagna

• È uno strumento di previsione dei campi e.m. valido per ogni tipologia di installazione fissa

• Consente di determinare accuratamente il volume di rispetto con un algoritmo caratterizzato dalla combinazione di diversi modelli di propagazione

• Consente di valutare l’interazione dell’onda e.m. con l’ambiente (riflessione e diffrazione)

• Integrato di recente su piattaforma GIS georeferenziazione delle SRB

e possibilità di sovrapposizione mappe e foto alla stima del campo em


Modelli:

Ogni modello è valido ad una certa

distanza dalla sorgente




INPUT: dati progetto

• Nome sito

• Posizione geografica

• limiti normativi

•…



INPUT: dati sorgente

• gestore

• posizione

• potenza

• frequenza

• allineamento

• downtilt

•…



INPUT: griglia di calcolo

• Risoluzione

• piano di calcolo

• tipo di calcolo

• modello di calcolo

• digitalizzazione

ambiente di

simulazione



OUTPUT

Mediante

Curve di livello



ARMONICA consente di

• stabilire il volume di rispetto

• effettuare analisi dei livelli di campo e.m

– per diverse altezze del trasmettitore

– variando le potenze trasmissive

– per diverse tipologie di antenne

• determinare i punti critici in siti urbani complessi

• determinare la max potenza attribuibile al Tx


SW Di Simulazione

VIGILA

Telecom Italia Lab

http://vigila.tilab.com/

http://vigila.tilab.com/


SW Di Simulazione - VIGILA

VIGILA

• Vigila è uno strumento di simulazione in grado di calcolare e visualizzare l’andamento dei campi e.m. in prossimità delle SRB e delle postazioni radio televisive

• È uno strumento di supporto per la realizzazione delle analisi di conformità dei siti radio

• Mostra un’interfaccia grafica che consente di modificare agevolmente i dati tecnici del sito (posizione, tilt, potenza totale al connettore di antenna, tipo di antenna)

• Presenta un Building Editor dedicato che consente di creare mappe vettoriali di aree non comprese nella banca dati.

• Presenta un Terrain Editor che permette di ottenere il terreno circostante il sito effettuando una triangolazione a partire da coordinate di alcuni punti noti



MODELLI:

• Calcolo del campo elettromagnetico

– in spazio libero

– con la tecnica GTD

– Algoritmi efficienti per il calcolo del Near-Field e Far-Field

• Valutazione del volume di rispetto di uno o più sistemi d’antenna

• Possibilità di valutare l’interazione delle emissioni radio con gli edifici, le infrastrutture e l’ambiente circostante.


Vigilia è caratterizzato da due finestre


• Workspacearea di lavoro consente

visualizzazioni 2D e 3D;utilizzando il mouse è possibile"navigare" all'interno della scenaeffettuando zoom, panoramiche erotazioni per migliorare lavisualizzazione e l’interpretazionedei risultati



Vigilia è caratterizzato da due finestre

• ConsoleUtile per capire eventualicause di errore, consetendo lavisualizzazione di messaggilegati alle operazioni dicalcolo.



INPUT

I dati di ingresso sono utilizzati per la descrizione di due differenti ambienti:

1. Ambiente elettromagnetico

l'insieme dei sistemi radianti collocati all'interno dell'area in analisi;

2. Ambiente geografico

l'insieme di edifici e terreno che costituiscono il modello semplificato dello scenario radiopropagativo

Per facilitare il processo di inserimento dei dati è possibile creare un database dei siti, evitando così di inserirli ogni volta a mano.



INPUT: ambiente elettromagnetico

• La sua descrizione prevede l'inserimento di una o più antenne e la loro caratterizzazione:

– posizione

– potenza di alimentazione

– perdite

– diagramma d'irradiazione

– guadagno

– frequenza…



INPUT: ambiente geografico

• La descrizione può essere ottenuta attraverso un database cartografico indicando

– Coordinate centro scena

– la dimensione in metri della porzione

di mappa che si vuole importare

– quali elementi importare

edifici e/o terreno




• È possibile modificare manualmente le caratteristiche geometriche e dielettriche degli edifici

– inserire o cancellare un vertice

– modificare o aggiungere un materiale selezionato




• ll Buildings & Terrain Editor è uno strumento CAD che permette utilizzando il mouse di inserire, cancellare e modificare forma e posizionamento degli edifici e dei punti del terreno



OUTPUT

• calcolo del campo elettromagnetico su piani;

• calcolo dei volumi di rispetto;

• calcolo del campo elettromagnetico sulle superfici accessibili;



OUTPUT: campo elettromagnetico su piano

• È stato calcolato il campo sul piano XY e sul piano obliquo "verticale“

• Si è utilizzato il modello Freespace



OUTPUT: campo elettromagnetico su piano

• È stato calcolato il campo sul piano XY e sul piano obliquo "verticale“

• Si è utilizzato il modello UTD

si notano le zone d’ombra

intorno gli edifici



OUTPUT: volume di rispetto

• Settato il metodo di calcolo, il Background field, il valore limite vengono calcolati anche i volumi semplici




• esempio di isosuperficie per un sito trisettoriale




• esempio di calcolo di campo sulle superfici accessibili comprese in una certa regione con la tecnica del Ray-Tracer, tenendo conto della presenza del terreno e di tutti edifici della mappa


SW Di Simulazione

NFA3D

Near Field Analayzer

http://www.aldenasoft.it/

http://www.aldenasoft.it/


SW Di Simulazione – NFA3D

NFA3D

• È un efficace software di simulazione di campi e.m. in prossimità di SRB o broadcasting radio TV sviluppato dalla ADLENA

• Rappresenta l’evoluzione dei tridimensionale del sw NFA2K che consentiva soltanto analisi sulle proiezioni bidimensionali della scena

• Permette di calcolare il volume di rispetto del campo complessivo generato dalle antenne attive del sistema radiante

• Riduzione a conformità:

definiti i valori limite di campo e.m., il programma identifica tutti i punti in

cui tale livello viene superato e automaticamente determina relativo grado di riduzione di potenza di ciascun trasmettitore

• Calcolo della potenza ai morsetti d’antenna

• New SW EMLAB consente anche previsioni di copertura



Il menu principale individua tre blocchi fondamentali

1. Antenne elementari

2. Sistema radiante

3. Postazione



ANTENNE ELEMENTARI

• Si intende il più piccolo elemento irradiante di cui si conoscono:

– diagrammi d’ampiezza e di fase orizzontali e verticali alle

– frequenza

– guadagno

– return loss

– dimensioni meccaniche

– ecc...



ANTENNE ELEMENTARI

• È possibile accedere ad un utile DB antenne per selezionare quella di interesse



SISTEMA RADIANTE

• È l’insieme di Antenne elementari

alimentate dallo stesso trasmettitore

• Una SRB è composta da diverse celle,

ciascuna delle quali è alimentata

da un trasmettitore differente

• Il sw effettua la somma vettoriale

dei campi di tutte le Antenne elementari

che compongono il Sistema.



SISTEMA RADIANTE

• È possibile visualizzare:

– dati relativi al sistema e alle singole antenne impiegate

– Calcolo del diagramma orizzontale

– Calcolo del diagramma verticale

– …



POSTAZIONE

• È l’insieme di Sistemi radianti

dislocati nella stessa area geografica e

alimentati da frequenza diverse

• Una SRB è composta da una serie di

sistemi radianti dislocati sullo stesso

traliccio o su tralicci differenti

nella stessa area (·)

• NFA3D esegue la somma quadratica

dei campi di tutti i Sistemi che

compongono la Postazione per

ottenere il campo complessivo (V).



OUTPUT: volume di rispetto 2D

Permette di realizzare il calcolo del

Volume di Rispetto del campo complessivo

generato dai Sistemi attivi della Postazione

(quelli con il checkbox somma attivato),

per il Valore di campo in V/m e

con la Risoluzione in metri impostata.

Sezione orizzontaleRappresentazione curve isolivello

Vengono definiti i 7 livelli di campo elettrico

disponibili con i rispettivi colori.

L’immagine di sfondo può essere attiva/disattiva




Sezione verticalecurve isolivello

definiti i 7 livelli di campo




• Visualizzazione 3D dove è possibile zoomare, ruotare e spostarsi




• Rappresentazione del parallelepipedo con relative dimensioni in m




• Visualizzazione 3D




• Visualizzazione 3D




• Visualizzazione 3D delle zone di Fraunhofer (sfera) entro cui definire l’area di incertezza dei calcoli, ossia dove è valida l’approssimazione di campo lontano


SW Di Simulazione – EMLAB

EMLABNuovo SW di ALDENA consente

• di progettare complessi sistemi radianti e valutarne il solido d’irradiazione

complessivo 3D

• di calcolare gli sfasamenti, tra le antenne, necessari ad ottenere tilt elettrici,

riempimenti del primo nullo, nulli di protezione.

• di verficare l’analisi dell’impatto ambientale a scopi sanitari

• previsioni di copertura radioelettrica su base orografica utilizzando diversi

algoritmi di calcolo (Spazio Libero + Riflessioni e Diffrazioni

Multiple,Hokumura-Hata , Cost 231, ITU-R 1546...

• di visualizzare e ricostruire 3D l'ambiente urbano circostante, calcolandone

l'ostruzione di massima.


SW Di Simulazione – EMLAB

Sistema radiante 3D Profili di tratta

CoverageMulti-Coverage

Multi-Coverage


RIFERIMENTI

• Guida per la misura e per la valutazione dei campi elettromagnetici nell'intervallo di frequenza 10kHz-300GHz, con riferimento all'esposizione umana - Norma CEI 211-7, Milano, 2001.

• Guida alla realizzazione di una Stazione Radio Base per rispettare i limiti di esposizione ai campi elettromagnetici in alta frequenza - Norma CEI 211-10, Milano, 2004. Appendice G: Valutazione dei software di calcolo previsionale dei livelli di campo

elettromagnetico Appendice H: Metodologie di misura per segnali UMTS

• Protezione dai campi elettromagnetici non ionizzati – Andreuccetti, Bini, Checcucci, CNR, 2001

• Legge 22 febbraio 2001, n. 36 – Legge quadro sulla protezione dalle esposizioni a campi elettrici, magnetici ed elettromagnetici

• NFA3D http://www.aldenasoft.it/ • Vigila http://vigila.tilab.com/• A.Paraboni, M.D’Amico: “Radiopropagazione” McGraw Hill• C.A. Balanis: “Advanced Engineering Electromagnetics”, New York: Wiley, 1989.• G.Franceschetti: “Electromagnetics: Theory, Tecniques and Engineering Paradigms”,

Plenum Press, New York 1997• Radio mobile http://www.cplus.org/rmw/english1.html

http://www.cplus.org/rmw/english1.html


Date post:	18-Aug-2020
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La stima del campo EM ed il volume di rispetto · –L’ambiente deve essere modellato...

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