1、 Rec. UIT-R S.1553 1 RECOMENDACIN UIT-R S.1553 Posible mtodo para tener en cuenta los efectos ambientales y de otro tipo sobre los diagramas de radiacin de las antenas de satlite (Cuestin UIT-R 236/4) (2002) La Asamblea de Radiocomunicaciones de la UIT, considerando a) que los efectos ambientales y
2、de otro tipo son factores importantes para determinar el comportamiento de una antena de satlite al final de su vida til; b) que los niveles del lbulo lateral de las antenas de satlite pueden variar debido a factores ambientales, a factores operativos y al proceso de envejecimiento; c) que el diagra
3、ma de radiacin de las antenas de satlite es un parmetro importante en los clculos de interferencia; d) que est aumentando el uso de los sistemas de antenas activas en el mbito de los satlites operativos; e) que los mtodos para evaluar los efectos ambientales sobre el comportamiento de una antena de
4、satlite dependen de las tecnologas utilizadas en la antena; f) que para algunos sistemas, la fuente primaria de la interferencia causada a una estacin terrena, procede de los lbulos laterales de la antena del satlite, reconociendo a) que el procedimiento exacto y los factores de error pueden variar
5、en funcin del vehculo espacial y de la arquitectura de su carga til, recomienda 1 que se utilicen los mtodos y la informacin descritos en el Anexo 1 para orientar a los diseadores de sistemas de satlites al determinar y evaluar las varianzas de los diagramas de radiacin de una antena de satlite, en
6、funcin del ngulo fuera del eje de puntera del satlite. ANEXO 1 1 Introduccin Los anlisis efectuados en las antenas, para garantizar su comportamiento adecuado al final de la vida til, no dependen de la rbita en la que se encuentra el vehculo espacial (geoestacio-naria (OSG) o no OSG), sino del tipo
7、de antena que se utiliza (es decir, antena activa o pasiva). Para los dos tipos de antenas la filosofa general de las pruebas es similar: se prueba el comportamiento del diagrama de radiacin en condiciones de gradiente de temperatura degradado; se realiza una evaluacin de la mxima degradacin mediant
8、e simulaciones validadas; se define el comportamiento de la antena al final de su vida til mediante una combinacin de los dos puntos anteriores. 2 Rec. UIT-R S.1553 En el presente Anexo se proporcionan algunos detalles sobre este enfoque general para evaluar el comportamiento de las antenas. La term
9、inologa usada en las descripciones de antenas es la siguiente: una antena pasiva es una antena en la cual la componente de radiacin no incluye ningn equipo activo (como el Amplificador de potencia de estado slido (SSPA, solid state power amplifier), amplificador de bajo nivel de ruido (LNA), amplifi
10、cador de tubo de ondas progresivas (ATOP), etc.). La amplificacin se centraliza y forma parte del repetidor. La antena pasiva es el tipo de antena ms comn y puede acoplarse a un mecanismo de orientacin para permitir una cobertura mvil; la antena activa es un subsistema en el que los elementos activo
11、s se integran entre los elementos de radiacin de la red de conformacin del haz. Esta tecnologa permite la generacin de haces mltiples reconfigurables. Uno de los principios fundamentales de la teora de las antenas activas es que el diagrama de radiacin viene determinado por la distribucin de la ampl
12、itud y la fase a travs de la apertura. El diseador de la antena puede, en principio, optimizar las leyes de iluminacin y esperar que el diagrama resultante de radiacin sea el previsto. En la prctica, sin embargo, habr errores inevitables y el diagrama de radiacin real ser en cierta medida diferente
13、del terico. 2 Antenas pasivas Las arquitecturas principales de las antenas pasivas se basan en las antenas reflectoras; es decir, en un reflector parablico iluminado por un alimentador o subreflector primario situado en el foco del reflector principal o cerca de l. Las caractersticas de radiacin de
14、la antena resultan afectadas por las distorsiones mecnicas y trmicas que dan lugar, principalmente, a un ligero cambio en la forma del reflector y, por consiguiente, afectan las leyes de iluminacin. Esas distorsiones mecnicas y trmicas aparecen en dos etapas: durante la fabricacin del reflector: la
15、superficie obtenida ser diferente de la terica, durante la vida til de la antena: el entorno del satlite da lugar a una cierta distorsin mecnica y trmica que repercute en la geometra de la antena y, por lo tanto, en las caractersticas de radiacin. Estos efectos provocarn un aumento de los niveles de
16、l lbulo lateral, una reduccin de la ganancia en la direccin del eje del haz y, en menor grado, un error en la direccin del haz principal. Se pueden predecir los errores causados por las distorsiones mecnicas y trmicas y puede calcularse el diagrama de radiacin resultante utilizando los mtodos clsico
17、s basados en el conocimiento que se tenga de la misin, en la arquitectura de satlite y en la configuracin de las antenas. Una vez diseada la configuracin de la antena, se deben seguir los pasos descritos a continuacin en el anlisis para garantizar el comportamiento al final de la vida til: caracteri
18、zacin de los errores de fabricacin respecto a la forma terica (se obtiene el valor eficaz de la desviacin); revisin del modelo de antena teniendo en cuenta estos errores; medicin de la caracterstica de radiacin de la antena a temperatura ambiente y su correlacin con el modelo; Rec. UIT-R S.1553 3 in
19、vestigacin de los entornos trmico y mecnico, para saber cul es el que da lugar a la distorsin de antena en caso ms desfavorable (valor eficaz de la distorsin en caso ms desfavorable); prediccin analtica del diagrama de antena al final de la vida til. Los parmetros de comportamiento que se prueben a
20、temperatura ambiente presentarn diferencias respecto a los especificados, y el anlisis que figura en el ltimo apartado de la lista anterior se encargar de confirmar si estos mrgenes son suficientes para garantizar el comportamiento esperado hasta el final de la vida til. 3 Antenas activas La evaluac
21、in o la prediccin del comportamiento de los sistemas de antenas en presencia de varia-ciones de excitacin elemental (debido a factores ambientales y operativos, incluidos los fallos) es una parte importante del esfuerzo de ingeniera necesario para el desarrollo de antenas de alto rendi-miento que fu
22、ncionan en rbita. Como parte del proceso de ingeniera se compilan presupuestos de error para definir el comportamiento de la antena a lo largo de la vida til del satlite. Un diagrama de radiacin de antena activa diferir del modelo terico debido a la dispersin de las caractersticas entre las cadenas
23、activas que crean distorsiones de las leyes de iluminacin de la amplitud y fase, conocidas como errores A/. Se pueden describir varios tipos de errores. Los errores pueden dividirse en dos tipos segn sean predecibles o aleatorios. Los errores predecibles (como los generados por el problema de la rep
24、roducibilidad, los de ensamblaje y los debidos a defectos del gradiente trmico) pueden compensarse mediante la calibracin de antenas en puntos de calibracin (frecuencia y/o temperatura) a nivel del equipo. La dispersin de estos errores a lo largo de las gamas de frecuencias y/o de temperaturas no se
25、 compensar y formarn parte del presupuesto A/. Los errores aleatorios son causados por desviaciones accidentales de los parmetros de la antena con respecto a su valor de diseo. Estas desviaciones ocurrirn al comienzo de la vida til (debido a dispersiones caractersticas de cada equipo y a las dispers
26、iones entre ellos) y cambiarn a lo largo de sta, para finalmente determinar el comportamiento de la antena al final de su vida til. Aunque puedan ser pequeos, estos errores afectarn a las caractersticas de la ganancia del haz principal y del lbulo lateral de la antena. Se pueden identificar los tres
27、 siguientes elementos A/ en el anlisis: error de calibracin A/ en los puntos de calibracin; dispersiones A/ de la gama de frecuencias y/o de temperaturas; dispersiones de A/ a lo largo de la vida til. En un anlisis estadstico se usarn estos tres elementos combinados: para comparar los diagramas medi
28、dos con los diagramas de antena tericos, en un conjunto reducido de condiciones de prueba (temperatura ambiente, algunos puntos de frecuencia, ); para confirmar que los mrgenes (con respecto a las especificaciones) obtenidos con el conjunto reducido de condiciones de prueba son suficientes para gara
29、ntizar un determinado comportamiento durante la vida til del satlite. En este punto se identifican los parmetros que afectan al comportamiento de las antenas y se proporciona un mtodo para calcular la varianza del lbulo lateral de la antena en cada direccin. Esta varianza puede utilizarse para obten
30、er el diagrama de ganancia de antena que no deber rebasarse en un cierto nivel de confianza. 4 Rec. UIT-R S.1553 En las Figs. 1 y 2 se presenta un ejemplo de un sistema de antenas con y sin errores de fase y amplitud en los elementos del conjunto. Las Figuras de la derecha representan el diagrama co
31、n 1 de varianza de fase y 1 dB de varianza de amplitud, por elemento del conjunto de antenas. Ambos diagramas fueron calculados usando un sistema rectangular con una separacin de 0,9 entre elementos. 1553-0101803600 180 360 0 180 360600306003060030036018060030ngulodeelevacin (grados)con respectoa la
32、direccin deleje de punteraFIGURA 1Sistema de antenas de baja ganancia con y sin errores de fase y amplitudngulo del acimut (grados)con respecto a la direccin del eje de punteraDiagrama de alta ganancia. Sin erroresEnvolvente del 99%, diagrama de alta gananciaError de fase de 1, error de amplitud de
33、1 dBFIGURA 2Sistema de antenas de alta ganancia con y sin errores de fase y amplitudngulo del acimut (grados)con respecto a la direccin del eje de punterangulo del acimut (grados)con respecto a la direccin del eje de punterangulo del acimut (grados)con respecto a la direccin del eje de punteraDiagra
34、ma de baja ganancia. Sin erroresEnvolvente del 99%, diagrama de baja gananciaError de fase de 1, error de amplitud de 1 dBngulodeelevacin (grados)con respectoa ladireccin deleje de punterangulodeelevacin (grados)con respectoa ladireccin deleje de punterangulodeelevacin (grados)con respectoa ladirecc
35、in deleje de puntera0 a 55 a 10dB con respecto al valor de cresta20 a 2525 o menosdB con respecto al valor de cresta10 a 1515 a 20dB con respecto al valor de crestaRec. UIT-R S.1553 5 3.1 Enfoque Los errores aleatorios son causados por las desviaciones accidentales de los parmetros de la antena con
36、respecto a su valor de diseo. Aunque sean pequeos, son sistemticos y pueden limitar el nivel mnimo del lbulo lateral que puede alcanzarse. No siempre es posible conocer la naturaleza estadstica exacta de los errores aleatorios que puedan encontrarse en algn diseo particular. Sin embargo, este mtodo
37、puede ser coherente con cualquier descripcin estadstica. El clculo de los efectos de los errores aleatorios en un sistema de antenas requiere la simulacin de parmetros aleatorios para cada elemento del sistema. En otras palabras, se calculan los campos elctricos, E, para cada elemento, incluido un e
38、jemplo de cada contribucin aleatoria. La suma de estos campos para cada elemento proporciona la informacin sobre el diagrama de antena en cada direccin. La simulacin se realiza una gran cantidad de veces, con diferentes ejemplos de las contribuciones aleatorias. Para cada direccin de la antena se ta
39、bula un histograma de la ganancia de sta. A partir de esta informacin, se puede deducir el nivel de la ganancia que no deber rebasarse para un nivel de confianza especificado. El primer paso en la evaluacin de la antena es la identificacin y tabulacin de los parmetros aleatorios que afectan su funci
40、onamiento. Puede simularse cada parmetro usando un generador de nmeros aleatorios que genera las varianzas segn su descripcin estadstica. El segundo paso es definir las ecuaciones que describen el diagrama de antena y el ltimo paso es la generacin del histograma de ganancia para cada direccin de ori
41、entacin de la antena. 3.2 Parmetros que afectan al comportamiento de las antenas El diagrama de radiacin de las antenas del sistema puede diferir del deseado debido a errores de fase y amplitud de los elementos, fallos en los elementos, errores de polarizacin y errores de puntera mecnica. En este pu
42、nto se enumeran todas las contribuciones a los errores aleatorios y se presenta una descripcin estadstica de ellas. 3.2.1 Presupuestos de errores de fase y amplitud Cada componente en una antena presenta un comportamiento que vara en funcin de la tolerancia de fabricacin (Mtol), la temperatura, la f
43、recuencia y el tiempo en funcionamiento. Adems, algunos dispositivos de control digital pueden sufrir errores de cuantificacin. El Cuadro 1 presenta una plantilla de presupuesto tpica. La plantilla es apropiada tanto para variaciones de fase como de amplitud. Dependiendo de la arquitectura de la ant
44、ena, pueden agregarse o suprimirse algunas contribuciones. Las variaciones de amplitud y fase se modelan con frecuencia como errores aleatorios con distribucin gaussiana. El teorema central del lmite permite suponer que si bien algunas contribuciones individuales pueden no ser gaussianas la suma de
45、todas ellas s lo ser. Por lo tanto, puesto que slo la suma se usa en los clculos finales esta aproximacin es razonable. Si los errores se modelan como distribuciones gaussianas, las desviaciones tpicas de la fase y la magnitud de cada parmetro se incluyen en el presupuesto de error. La desviacin tpi
46、ca de error total se calcula generalmente extrayendo la raz cuadrada de la suma de las varianzas de error. Se supone que no existen correlaciones entre las contribuciones individuales. La distribucin de errores de amplitud final (teniendo en cuenta todas las componentes de error presentadas en el Cu
47、adro 1) es gaussiana de media cero, con = ay dada por G(0, a). Asimismo, puede suponerse que G(0, p) es la distribucin final de fases, siempre y cuando las contribuciones de errores de fase sean pequeas. 6 Rec. UIT-R S.1553 CUADRO 1 Plantilla de presupuesto tpica, que incluye varianzas de error de a
48、mplitud o fase, para un sistema de antenas Este enfoque puede tambin incluir los errores aleatorios que no sean gaussianos. Si los errores aleatorios no estn correlacionados, se puede calcular cada varianza aleatoria por separado y el error total viene dado por la suma de las componentes individuales. Por consiguiente, si las varianzas aleatorias son x1, x2, x3, , xN, la varianza total de error es=Niix1. Cuando se disponga de informacin de correlacin (procedente de mediciones) debe ser tenida en cuenta mediante presupuestos adicionales de erro
