1、 Rec. UIT-R S.1553 1 RECOMMANDATION UIT-R S.1553 Mthode envisageable pour prendre en compte les effets environnementaux et autres sur les diagrammes dantenne de satellite (Question UIT-R 236/4) (2002) LAssemble des radiocommunications de lUIT, considrant a) que les effets environnementaux et autres
2、sont des lments importants de la dtermination des caractristiques de fonctionnement dune antenne de satellite en fin de vie; b) que les niveaux des lobes latraux dune antenne de satellite peuvent varier en fonction de facteurs environnementaux et oprationnels, et du vieillissement; c) que le diagram
3、me de rayonnement dune antenne de satellite est un paramtre important pour les calculs de brouillage; d) quon quipe de plus en plus les satellites dantennes-rseau actives dans lenvironnement des satellites; e) que les mthodes dvaluation des effets de lenvironnement sur la qualit de fonctionnement du
4、ne antenne de satellite dpendent de la technologie dantenne utilise; f) que, dans certains systmes, les brouillages causs une station terrienne ont pour principale origine les lobes latraux de lantenne du satellite, reconnaissant a) que la procdure exacte et les facteurs derreur peuvent varier en fo
5、nction de larchitecture de lengin spatial et de sa charge utile, recommande 1 demployer les mthodes et les informations prsentes en Annexe 1 pour aider les concepteurs de systmes satellites dterminer et valuer les variations des diagrammes de rayonnement des antennes de satellite en fonction de lang
6、le par rapport laxe de vise du satellite. ANNEXE 1 1 Introduction Les analyses effectues sur des antennes pour garantir leurs caractristiques en fin de vie ne dpendent pas de lorbite de lengin spatial (gostationnaire ou non) mais du type dantenne (actif ou passif) utilis. Dans les deux cas, les prin
7、cipes gnraux guidant les essais sont toutefois les mmes: le comportement du diagramme de rayonnement est test dans des conditions de gradient de temprature dgrades; la dgradation maximale est value au moyen de simulations valides; les caractristiques de fonctionnement en fin de vie sont dtermines au
8、 moyen dune combinaison des deux facteurs ci-dessus. 2 Rec. UIT-R S.1553 La prsente Annexe contient quelques prcisions sur cette mthode gnrale dvaluation des caractristiques de fonctionnement dune antenne. Il convient dapporter certaines prcisions concernant les termes utiliss pour dcrire les antenn
9、es: une antenne passive est une antenne dans laquelle le composant rayonnant ne comporte aucun quipement actif (amplificateurs de puissance semi-conducteur, faible bruit, tube ondes progressives ou autre). La fonction damplification est centralise et est intgre dans le rpteur. Les antennes passives
10、sont les plus utilises; on peut les associer une mcanique de pointage pour obtenir une couverture mobile; lantenne active est un sous-systme dans lequel les lments actifs sont intgrs entre les lments rayonnants du rseau de modelage du faisceau. Cette technique permet de gnrer des faisceaux multiples
11、 reconfigurables. Un des principes fondamentaux de la thorie des antennes actives est que le diagramme de rayonnement est dtermin par la distribution de lamplitude et de la phase en fonction de louverture. Le concepteur de lantenne peut, en principe, optimiser les lois dillumination et escompter que
12、 le diagramme de rayonnement rsultant sera tel que prvu. Dans la pratique, toutefois, il y aura des erreurs invitables et le diagramme de rayonnement rel sera, dans une certaine mesure, diffrent du diagramme thorique. 2 Antennes passives Les principales architectures dantenne passive sont bases sur
13、les antennes rflecteur, savoir un rflecteur parabolique illumin par un systme dalimentation primaire ou rflecteur secondaire situ au foyer ou prs du rflecteur principal. Les caractristiques de rayonnement de lantenne sont influences par les distorsions mcaniques et thermiques qui produisent essentie
14、llement une lgre dformation du rflecteur et ont ainsi une incidence sur les lois dillumination. Ces distorsions mcaniques et thermiques apparaissent en deux occasions: pendant la fabrication du rflecteur: la surface effective est diffrente de la surface thorique, pendant la dure de vie de lantenne:
15、lenvironnement du satellite est lorigine de certaines dformations mcaniques et thermiques qui modifient la gomtrie de lantenne et donc ses caractristiques de rayonnement. Ces effets se traduisent par une lvation du niveau des lobes latraux, une rduction du gain dans laxe et, un degr moindre, une err
16、eur de direction du faisceau principal. Les erreurs rsultant de dformations mcaniques ou thermiques sont prvisibles, et le diagramme de rayonnement qui en rsulte peut tre calcul par des mthodes classiques partir des caractristiques de la mission, de larchitecture du satellite et de la configuration
17、de lantenne. Ds que la configuration de lantenne est arrte, les diffrentes tapes de lanalyse pour garantir les caractristiques de fonctionnement en fin de vie sont les suivantes: caractrisation des erreurs de fabrication par rapport la forme thorique (calcul de lcart quadratique moyen); correction d
18、u modle dantenne compte tenu de ces erreurs; mesure des caractristiques de rayonnement de lantenne la temprature ambiante et corrlation avec la modlisation; Rec. UIT-R S.1553 3 recherches au niveau des environnements thermiques et mcaniques entranant la distorsion de lantenne la plus forte (distorsi
19、on quadratique moyenne la plus dfavorable); prvision du diagramme dantenne en fin de vie par analyse. Les paramtres de fonctionnement qui sont soumis aux essais temprature ambiante font apparatre certaines marges par rapport aux spcifications, et lanalyse indique ci-dessous servira confirmer que ces
20、 marges sont suffisantes pour garantir ses performances jusqu la fin de la dure de vie prvue. 3 Antennes actives Lvaluation ou la prvision des caractristiques de fonctionnement des antennes-rseau en prsence de variations dexcitation des lments (dues des facteurs environnementaux ou oprationnels, y c
21、ompris les dfaillances) est un aspect important des efforts techniques quil faut dployer pour le dveloppement dantennes hautes performances destines fonctionner en orbite. Dans le contexte du processus technique, on dtermine des bilans derreur pour dfinir les caractristiques de fonctionnement de lan
22、tenne sur toute la dure de vie du satellite. Un diagramme de rayonnement effectif dantenne active scartera du diagramme thorique en raison de la dispersion des caractristiques entres les chanes dlments actifs qui produisent une distorsion des lois dillumination en phase et en amplitude, ces distorsi
23、ons sont gnralement englobes sous le terme erreur A/. On observe deux types derreur selon leur nature prvisible ou alatoire. Les erreurs prvisibles (telles que la reproductibilit, lassemblage et les dfauts de gradient thermique) qui peuvent tre compenses par un talonnage de lantenne en des points dt
24、alonnage (frquence et/ou temprature) au niveau de lquipement. La dispersion de ces erreurs sur la plage de frquences et/ou la plage de tempratures ne sera pas compense et ferait alors partie du bilan A/. Les erreurs alatoires sont causes par des carts accidentels des valeurs de paramtre dantenne par
25、 rapport aux valeurs nominales. Ces carts surviennent ds le dbut (en raison des dispersions caractristiques de chacun des quipements et des quipements entre eux) et voluent tout au long de la dure de vie pour atteindre finalement les caractristiques de fonctionnement de fin de vie. Mme trs petits, c
26、es carts peuvent influencer les caractristiques de gain du faisceau principal et des lobes principaux. On peut identifier trois lments dans lanalyse du bilan A/, savoir: lerreur dtalonnage A/ aux points dtalonnage; les dispersions A/ sur la gamme de frquences et/ou la gamme de tempratures; les dispe
27、rsions A/ sur la dure de vie. Ces trois lments, combins dans une analyse statistique, serviront: comparer les diagrammes dantenne mesurs avec les diagrammes thoriques dans un ensemble de conditions dessai restreint (temprature ambiante, quelques frquences, .); pour confirmer que les marges (par rapp
28、ort aux spcifications) utilises dans lensemble de conditions dessai restreint sont suffisantes pour garantir les caractristiques de fonctionnement au cours de la dure de vie du satellite. La prsente section identifie les paramtres qui agissent sur les caractristiques de fonctionnement de lantenne et
29、 propose une mthode pour valuer les variations des lobes latraux pour chaque direction de pointage. Ces variations pourront ensuite tre utilises pour calculer un diagramme de gain dantenne qui ne sera pas dpass pour un niveau de confiance donn. 4 Rec. UIT-R S.1553 Les Fig. 1 et 2 sont des exemples d
30、antennes-rseau avec et sans erreur de phase et damplitude des lments. Les figures de droite reprsentent le diagramme avec une variation de phase de 1 et une variation damplitude de 1 dB par lment du rseau. Les deux diagrammes ont t obtenus avec un faisceau rectangulaire ayant des lments espacs de 0,
31、9 . 1553-0101803600 180 360 0 180 360600306003060030036018060030FIGURE 1Antenne-rseau faible gain avec et sans erreur de phase et damplitudeFIGURE 2Antenne-rseau gain lev avec et sans erreur de phase et damplitudeDiagramme dantenne faible gainPas derreurEnveloppe 99%Diagramme faible gainErreur de ph
32、ase 1Erreur damplitude 1 dBAngledlvation(degrs)par rapportlaxe devise0 55 10dB hors crtedB hors crte dB hors crte20 2525 ou plus faible10 1515 20Angledlvation(degrs)par rapportlaxe deviseAngle dazimuth (degrs)par rapport laxe de viseAngle dazimuth (degrs)par rapport laxe de viseDiagramme dantenne ga
33、in levPas derreurEnveloppe 99%Diagramme gain levErreur de phase 1Erreur damplitude 1 dBAngle dazimuth (degrs)par rapport laxe de viseAngle dazimuth (degrs)par rapport laxe de viseAngle dlvation (degrs)par rapportlaxe deviseAngledlvation(degrs)par rapportlaxe deviseRec. UIT-R S.1553 5 3.1 Mthode util
34、ise Les erreurs alatoires sont causes par des carts accidentels de la valeur des paramtres dantenne par rapport leur valeur nominale. Elles sont toujours prsentes et, mme trs petites, peuvent limiter le niveau minimal des lobes latraux quil est possible datteindre. On ne connat pas toujours la natur
35、e statistique exacte des erreurs alatoires pouvant apparatre dans un modle dantenne donne, mais la prsente mthode accepte toute description statistique. Pour calculer les effets des erreurs alatoires des antennes-rseau, il faut simuler les paramtres alatoires de chaque lment du rseau. Ainsi le champ
36、 E de chaque lment est calcul avec une instance de chaque source derreur alatoire. La somme des champs E de chaque lment fournit les informations de diagramme dantenne dans chaque direction de pointage. La simulation est effectue un grand nombre de fois, avec des prsences diffrentes de sources derre
37、ur alatoires. Un histogramme du gain dantenne est tabli pour chaque direction de pointage de lantenne. A partir de cette information, on peut dterminer le niveau de gain qui ne sera pas dpass pour un niveau de confiance spcifi. La premire tape de lvaluation de lantenne est lidentification et la mise
38、 en tableau des paramtres alatoires qui influencent les caractristiques de fonctionnement. Chaque paramtre peut tre mis en oeuvre au moyen dun gnrateur de nombres alatoires produisant de telles variances en fonction de leur description statistique. La deuxime tape est lapplication des quations qui r
39、eprsentent le diagramme dantenne et la dernire tape est ltablissement dun histogramme de gain pour chaque direction de pointage. 3.2 Paramtres qui influencent les caractristiques de fonctionnement de lantenne Le diagramme de rayonnement dune antenne-rseau peut scarter du diagramme souhait par suite
40、derreurs de phase des lments, derreurs damplitude, de dfaillance de certains lments, derreurs de polarisation ou derreurs de pointage mcanique. Dans la prsente section, tous les lments contribuant aux erreurs alatoires sont numrs et accompagns dune description statistique. 3.2.1 Bilans derreur dampl
41、itude et de phase Chaque composant dune antenne prsente des caractristiques de fonctionnement qui varient en fonction des tolrances de fabrication (Mtol), de la temprature, de la frquence et de lge. En plus, certains dispositifs commands numriquement peuvent tre sujets des erreurs de quantification.
42、 Le Tableau 1 est un modle de tableau couramment utilis pour les bilans. Le modle sapplique aux variations de phase ou damplitude. Selon larchitecture de lantenne, on peut ajouter ou supprimer des sources derreur. Les variations damplitude et de phase sont gnralement modlises par des erreurs alatoir
43、es distribution gaussienne. Mme si certaines sources derreur individuelles ne sont pas ncessairement gaussiennes, on peut raisonnablement supposer que la somme est gaussienne en vertu du thorme de la limite centrale. Etant donn que seule la somme est utilise dans les calculs finaux, cette approximat
44、ion est raisonnable. Si les erreurs sont modlises comme tant gaussiennes, lcart type de la phase et de la valeur de chaque paramtre apparat dans le bilan derreur. On calcule gnralement lcart type derreur total en prenant la racine carre de la somme des variances derreur. Cela suppose que les brouill
45、eurs individuels ne sont pas corrls. La distribution des erreurs damplitude finale (tenant compte de toutes les sources derreur du Tableau 1) est une moyenne gaussienne nulle, avec = a, donne par G(0, a). On peut supposer que la distribution des phases finale sera G(0, p) si les sources derreur de l
46、a phase sont modres. 6 Rec. UIT-R S.1553 TABLEAU 1 Modle de tableau pour les calculs de bilan derreur prsentant la variation des erreurs damplitude ou de phase dune antenne-rseau Cette mthode peut couvrir les erreurs alatoires qui ne sont pas gaussiennes. Si les erreurs alatoires ne sont pas corrles
47、, chaque variable alatoire peut tre calcule sparment et lerreur totale est, dans ce cas, la somme des composantes individuelles. Pour cette raison, si les variables alatoires sont x1, x2, x3, , xN, la variation alatoire derreur totale est =Niix1. Si lon dispose des informations de corrlation ( partir des mesures), il faut en tenir compte. On peut le faire en utilisant des bilans derreur additionnels. Par exemple, il est probable quil y aura une certaine corrlation de
