ITU-R S 736-3 FRENCH-1997 ESTIMATION OF POLARIZATION DISCRIMINATION IN CALCULATIONS OF INTERFERENCE BETWEEN GEOSTATIONARY-SATELLITE NETWORKS IN THE FIXED-SATELLITE SERVICE《卫星固定业务中同.pdf

1、Rec. UIT-R S.736-3 1RECOMMANDATION UIT-R S.736-3*VALUATION DE LA DISCRIMINATION DE POLARISATION DANS LES CALCULSDE BROUILLAGE ENTRE RSEAUX SATELLITES GOSTATIONNAIRESDANS LE SERVICE FIXE PAR SATELLITE(Question UIT-R 42/4)(1992-1994-1995-1997)Rec. UIT-R S.736-3LAssemble des radiocommunications de lUIT

2、,considranta) que les rseaux satellites gostationnaires du service fixe par satellite (SFS) fonctionnent dans les mmesbandes de frquences;b) que les brouillages entre rseaux dans le SFS sont sources de bruit pour chacun deux;c) quil est ncessaire de protger un rseau du SFS contre les brouillages cau

3、ss par dautres rseaux de ce type;d) que lvaluation dtaille du brouillage mutuel entre rseaux satellites, ncessaire en raison de loccupationaccrue de lorbite, exige des valeurs prcises de la discrimination de polarisation selon que lon emploie des polarisationsdiffrentes ou identiques pour systmes ut

4、ile et brouilleur;e) que lutilisation, pour la coordination relle, des valeurs de facteurs de discrimination de polarisation donnesdans lAppendice 29 du Rglement des radiocommunications, ne permet pas une estimation prcise de la discriminationde polarisation dans le calcul des marges de brouillage r

5、elles,recommande1 dutiliser la mthode dcrite dans lAnnexe 1 pour valuer la discrimination de polarisation entre deux rseaux satellites donns.ANNEXE 1Evaluation de la discrimination de polarisation1 Dfinition de la polarisation dune ondeLa polarisation est dfinie comme tant le vecteur dune onde de ch

6、amp lectrique situ dans un plan perpendiculaire ausens de propagation de londe.En gnral, ce vecteur dcrit une ellipse et deux cas particuliers se prsentent: dans le premier, la polarisation estcirculaire et les deux axes de lellipse sont gaux et, dans le second, la polarisation est rectiligne et lun

7、 des axes est nul.Si londe rayonne prsente une polarisation rectiligne, il existe deux plans de polarisation orthogonale, chaque vecteurde polarisation restant dans une direction fixe. Le plan de polarisation, dans le cas dune onde en polarisation rectiligne,est le plan contenant la direction de pro

8、pagation de londe et le vecteur de polarisation.Si londe rayonne prsente une polarisation circulaire, des rotations dextrogyres et lvogyres se produisent.2 Dfinition de langle de polarisation et de langle dalignement relatifLangle de polarisation est langle form par le plan vertical qui comprend la

9、direction de propagation (de la stationterrienne vers le satellite), et le plan de polarisation de londe polarisation rectiligne mise par le satellite ou par lastation terrienne._*Cette Recommandation doit tre porte lattention du Groupe de travail 10-11S des radiocommunications.2 Rec. UIT-R S.736-3E

10、n cas de polarisation rectiligne, langle dalignement relatif est langle form par: les plans de polarisation des signaux utile et brouilleur (1 2) (voir lAppendice 2);ou par le plan de polarisation du signal reu et le plan de polarisation de lantenne de rception (voir lAppendice 1).En cas de copolari

11、sation, langle est donn par: = 1 2+ o: : tolrances.Pour le calcul des angles et , voir les Appendices 1 et 2.3 Dfinition du rapport de dcouplage de polarisation et de la discrimination depolarisationLe rapport de dcouplage de polarisation Dp() dune antenne de station terrienne ou de satellite est le

12、 rapport entre lacomposante du champ en polarisation utile et la composante du champ en polarisation orthogonale. est langle formpar les directions des signaux utile et brouilleur.La discrimination de polarisation Y (facteur disolation ou de polarisation) dune antenne de rception est le rapport entr

13、eles puissances reues des deux ondes ayant une direction et une polarisation diffrentes.Il convient de noter que si le rseau brouilleur ou le rseau utile (ou lun et lautre la fois) exploite sur la mmefrquence deux ensembles de rpteurs, dont les polarisations sont orthogonales entre elles, il ny a pa

14、s lieu dinclure ladiscrimination de polarisation totale dans le calcul des brouillages entre ces deux rseaux. Le degr de discriminationdpendra alors du chevauchement des bandes passantes de deux ensembles de rpteurs ainsi, lorsque les rpteurs desdeux rseaux sont exactement aligns en frquence et en l

15、argeur de bande, aucune discrimination de polarisationinterrseaux ne devra entrer en ligne de compte dans les calculs de brouillage entre les deux rseaux.4 Calcul de la discrimination de polarisation Y en polarisation rectiligne4.1 Calcul de la discrimination de polarisation Ydsur la liaison descend

16、anteCe calcul a pour objet de dterminer, dans le cas dune station terrienne de rception utile, la discrimination par rapport une onde brouilleuse. Les diagrammes de rayonnement de la station terrienne ont t tablis pour des plans depolarisation copolaire et contrapolaire laide de donnes exprimentales

17、.Les angles de polarisation sont calculs pour les signaux utile et brouilleur au moyen des coordonnes des deuxdirections de pointage des antennes des satellites utile et brouilleur et de celles de la station terrienne de rfrence.La valeur de discrimination obtenue Ydtient compte de londe copolaire t

18、ransmise par le satellite brouilleur et reue parla station terrienne (diagrammes copolaire A/() et contrapolaire A+().Londe contrapolaire mise par le satellite brouilleur et intercepte par le diagramme copolaire de la station est galementprise en considration. En revanche, on peut ngliger la discrim

19、ination supplmentaire fournie par le rapport entrelmission et la rception de polarisations croises.Yd= 10 log (cos2 + sin2 10Dp(b)/10+ sin2 10Dpsat/10)dB (1)o:b : espacement angulaire topocentrique entre satellitesDp(b) : dcouplage de polarisation de la station terrienne utile:Dp(b) = A/(b) A+(b) dB

20、Dpsat : dcouplage de polarisation (dB) du satellite brouilleur dans la zone de couverture o se trouve la stationutile.Rec. UIT-R S.736-3 34.2 Calcul de la discrimination de polarisation Yusur la liaison montanteCe calcul a pour objet de dterminer, de la mme faon quau paragraphe prcdent, la discrimin

21、ation Yupar rapport une onde brouilleuse, dans le cas dune antenne de rception du satellite utile.Yu= 10 log (cos2 + sin2 10 Dp(b)/10+ sin2 10 Dpst/10)dB (2)o:b : angle form par la direction du rayonnement principal et de la station terrienne brouilleuseDp(b) : dcouplage de polarisation du satellite

22、 utile:Dp(b) = S/(b) S+(b) dBS/ et S+ : diagrammes copolaire et contrapolaire de lantenne du satellite utileDpst : dcouplage de polarisation (dB) de la station terrienne brouilleuse.5 Calcul de la discrimination de polarisation Y en cas de polarisations circulaire etrectiligneQuand une onde brouille

23、use est en polarisation rectiligne (le vecteur de polarisation rectiligne peut tre calcul daprsdeux vecteurs de polarisation circulaire, avec rotations dextrogyre et lvogyre), la discrimination obtenue au niveau delantenne de rception utile en polarisation circulaire peut sexprimer comme suit:Y = 10

24、 log 12(1 + 10Dp()/10)dB (3)o:Dp() : dcouplage de polarisation de lantenne de rception (dB).De mme, dans le cas dune onde brouilleuse en polarisation circulaire (le vecteur de polarisation circulaire peut secomposer de deux vecteurs de polarisation rectiligne orthogonale), la discrimination obtenue

25、au niveau de lantenne derception utile en polarisation rectiligne est exprime par la mme formule.6 Applications pratiquesLe calcul de la discrimination de polarisation dans diffrents cas permet dvaluer laide des relations prcites,lamlioration obtenue dans les calculs de brouillage. On pourrait notam

26、ment envisager dutiliser une polarisationperpendiculaire celle du brouillage. Toutefois, ces relations ne tiennent pas compte des effets de la propagation sur leplan de polarisation du signal. (Voir lAppendice 1.)7 Orientation des plans de polarisationOn peut orienter le plan de polarisation dune an

27、tenne de rception ( polarisation rectiligne) de station terrienne parsatellite dans deux conditions optimales diffrentes: lune pour rduire le plus possible le brouillage occasionn partemps clair par un signal polarisation orthogonale, lautre pour rduire le plus possible la dpolarisation due la pluie

28、.Les mthodes de calcul des alignements optimaux pour chacun de ces deux cas sont dcrites dans lAppendice 1.8 Dpolarisation due la pluie (voir lAppendice 3)Aprs stre propage dans latmosphre, une onde polarise (linairement ou circulairement) ne conserve pas cettepolarisation cause de leffet Faraday d

29、lionosphre et de leffet de polarisation croise d la troposphre. La zoneradiolectrique concerne va de quelques dizaines de mgahertz 50 GHz. La polarisation croise est le fait que, aprsla propagation, on retrouve en polarisation orthogonale une partie de lnergie mise avec une certaine polarisation.4 R

30、ec. UIT-R S.736-3La troposphre (atmosphre non ionise) va du sol jusqu une altitude denviron 15 km. Elle peut transpolariser lesondes dans les cas suivants: effet par temps clair (phnomne de rflexion). Cet effet est faible sur les liaisons obliques; effet du givre: on met en vidence cet effet sur les

31、 liaisons par satellite. Il est d la rfraction des ondes sur legivre une certaine altitude, ce qui produit des gouttes deau ( lisotherme 0 C). Cette polarisation croise peuttre trs limitante parce quil ny a pas dattnuation; effet des prcipitations: les gouttes de pluie peuvent, cause de leur forme n

32、on sphrique, crer une onde polarisation orthogonale.Les effets de la pluie et du givre dpendent du climat. Les effets des gouttes de pluie sont examins dans lAppendice 3pour les liaisons par satellite.APPENDICE 1DE LANNEXE 1Optimisation de lorientation de la polarisation1 Modle simple de liaison sat

33、ellite-TerreLes effets de la dpolarisation sur les liaisons satellite-Terre (ou sur les liaisons Terre-satellite) ont t soigneusementanalyss et des procdures mathmatiques ont t tablies qui tiennent compte de toutes les contributions connues ladpolarisation. Elles sont cependant extrmement complexes

34、et peu pratiques. Un modle simplifi, convenant auxcalculs de brouillage du premier ordre, a cependant t tabli. Il fait appel au concept de gain quivalent dune liaisonpartielle (cest-dire soit une connexion Terre-espace, soit une connexion espace-Terre).Le gain quivalent (en tant que rapport de puiss

35、ances) pour une liaison partielle peut tre reprsent par la formuleapproximative suivante:G = G1 cos2 + G2 sin2G1= Gtp Grp A + Gtc Grc A + Gtp Grc A X + Gtc Grp A XG2= Gtc Grc A + Gtc Grp A2+ Gtp Grp A X + Gtc Grc A X (4)o: : angle dalignement relatif, pour la polarisation rectiligne, entre le plan d

36、e polarisation du signal reu et le plande polarisation de lantenne rceptriceGtp : caractristique de gain copolaire de lantenne dmission exprime en rapport de puissances (Recomman-dations UIT-R S.465 et UIT-R S.580 pour les stations terriennes et Recommandation UIT-R S.672 pour lessatellites)Gtc : ca

37、ractristique de gain contrapolaire de lantenne dmission exprime en rapport de puissances(Recommandation UIT-R S.731 pour les stations terriennes)Grp : caractristique de gain copolaire de lantenne rceptrice exprime en rapport de puissances (Recomman-dations UIT-R S.465, UIT-R S.580 et UIT-R S.672)Grc

38、 : caractristique de gain contrapolaire de lantenne rceptrice exprime en rapport de puissances(Recommandation UIT-R S.731 pour les stations terriennes)A : vanouissement par la pluie, exprim en rapport de puissances 1X : affaiblissement de polarisation par la pluie exprim en rapport de puissances 1.L

39、es paragraphes ci-aprs contiennent des formules pour langle pour les deux cas suivants: polarisation aligne pour rduire au minimum les effets daffaiblissement par la pluie, et polarisation aligne pour rduire le brouillage au minimum.Rec. UIT-R S.736-3 5En utilisant la notion de gain quivalent, la pu

40、issance C de la porteuse utile, ou la puissance brouilleuse I dune sourceunique de brouillage sur chaque liaison partielle est donne simplement par:C (ou I ) = PT LFS LCA+ 10 log G dBW (5)o:PT : puissance utile (de brouillage) dmission dans lantenne (dBW)LFS : affaiblissement en espace libre de la l

41、iaison utile (brouilleuse) (dB)LCA : absorption par temps clair sur la liaison utile (brouilleuse) (dB)G : gain quivalent de lantenne sur la liaison utile (brouilleuse) (dBi).2 Orientation de la polarisation pour rduire au minimum la dpolarisation par la pluieAinsi que le montre la Fig. 1, le plan d

42、e polarisation apparent la surface de la Terre est fonction des coordonnesgographiques de laxe de vise, du point de mesure tudi et du satellite. La formule suivante pour langle depolarisation peut tre utilise:tg = sin b cos p sin (p s) cos b sin p sin (b s)sin b sin p+ cos b cos p sin (b s) sin (p s

43、)(6)o: : latitude : longitudeb : axe de visep : point de mesures : satellite.Dans le cas ci-dessus, on admet que le plan de polarisation est optimis pour un affaiblissement minimal par la pluiedans laxe de vise, cest-dire quil est align avec le plan horizontal ou vertical local. La formule (6) peut

44、tre rcrite,sous forme fonctionnelle, comme suit: = f(b, b, p, p, s)Pour dterminer la composante de brouillage au point de mesure p, il est ncessaire de connatre la diffrence entre lesangles de polarisation.Ainsi, si le signal utile et le signal brouilleur sont copolaires, langle peut, dans la formul

45、e (4), tre exprim commesuit: = 1 2+ (7)o:1= f(b1, b1, p, p, s1)2= f(b2, b2, p, p, s2 )b1: axe de vise du satellite utile s1b2 : axe de vise du satellite brouilleur s2 : tolrance pour dfaut dalignement de lantenne de station terrienne et tolrances de rotation des faisceaux desatellite.6 Rec. UIT-R S.

46、736-3Si le signal utile et le signal brouilleur sont contrapolaires, langle est, dans le cas le plus dfavorable:= pi2 1 2 (8)Dans certaines conditions, la distinction entre copolaire et contrapolaire peut tre considre comme thorique; onadmettra donc, pour les besoins de cette analyse, la dfinition s

47、uivante: si les deux signaux utiles sont aligns par rapport aux horizontales locales respectives ou aux verticales localesrespectives, ils seront considrs comme copolaires.0736-010 10 20 30 40 50 60 70 80 900102030405060708090 = 0 = 20Longitude relative, (degrs)Latitude, (degrs): angle dlvationFIGURE 1Variation de langle de polarisation reu sur la TerreFIGURE 0736-01 = 13 cm3 Orientation de polarisation pour la rduction du brouillage au minimum par tempsclairLe brouillage est rdui