ITU-R F 1819 FRENCH-2007 Protection of the radio astronomy service in the 48 94-49 04 GHz band from unwanted emissions from HAPS in the 47 2-47 5 GHz and 47 9-48 2 GHz bands《保护48 9.pdf

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1、 Rec. UIT-R F.1819 1 RECOMMANDATION UIT-R F.1819 Protection du service de radioastronomie dans la bande 48,94-49,04 GHz contre les rayonnements non dsirs causs par les stations HAPS dans les bandes 47,2-47,5 GHz et 47,9-48,2 GHz*(2007) Domaine de comptence La prsente Recommandation donne une distanc

2、e de sparation minimale entre une station de radioastronomie et le nadir dune plate-forme HAPS afin de protger les stations de radioastronomie fonctionnant dans la bande 48,94-49,04 GHz contre les rayonnements non dsirs causs par les stations places sur des plates-formes haute altitude (HAPS) foncti

3、onnant dans les bandes 47,2-47,5 GHz et 47,9-48,2 GHz. Abrviations HAPS Station place sur une plate-forme haute altitude (high altitude platform station) RAC Zone de couverture rurale (rural area coverage) SAC Zone de couverture suburbaine (suburban area coverage) UAC Zone de couverture urbaine (urb

4、an area coverage) LAssemble des radiocommunications de lUIT, considrant a) que de nouveaux systmes utilisant des stations places sur des plates-formes haute altitude (HAPS) dans la stratosphre sont en cours de dveloppement; b) que la CMR-97 a pris des dispositions concernant lexploitation de station

5、s HAPS du service fixe dans les bandes 47,2-47,5 GHz et 47,9-48,2 GHz; c) que la Recommandation UIT-R F.1500 contient les caractristiques des systmes du service fixe utilisant des stations HAPS qui fonctionnent dans les bandes 47,2-47,5 GHz et 47,9-48,2 GHz; d) quil est ncessaire de protger le servi

6、ce de radioastronomie fonctionnant dans la bande 48,94-49,04 GHz; e) que, conformment la Rsolution 122 (Rv.CMR-03), il faut mener des tudes de partage de frquences entre le service de radioastronomie et les systmes HAPS utilisant les bandes susmentionnes, recommande 1 que, pour protger les stations

7、de radioastronomie fonctionnant dans la bande 48,94-49,04 GHz contre les rayonnements non dsirs causs par les stations HAPS fonctionnant dans les bandes 47,2-47,5 GHz et 47,9-48,2 GHz, la distance de sparation entre une station de radioastronomie et le nadir dune plate-forme HAPS soit suprieure 50 k

8、m (voir lAnnexe 1). *Il convient de porter la prsente Recommandation lattention de la Commission dtudes 7 des radiocommunications. 2 Rec. UIT-R F.1819 Annexe 1 Mthode de dtermination de la distance de sparation minimale entre lantenne dune station de radioastronomie et le nadir dune plate-forme HAPS

9、 1 Introduction La prsente Recommandation dcrit les rsultats dune tude de compatibilit entre les stations places sur des plates-formes haute altitude (HAPS) assurant des services daccs hertzien fixe dans les bandes 47,2-47,5 GHz et 47,9-48,2 GHz et le service de radioastronomie dans la bande 48,94-4

10、9,04 GHz (numro 5.555B du RR), qui est utilise uniquement pour lobservation de raies spectrales. Sur la base des rsultats de ltude, une distance de sparation minimale est propose afin de protger le service de radioastronomie. 2 Caractristiques des systmes 2.1 Le systme HAPS Les paramtres utiliss dan

11、s cette analyse sont donns dans la Recommandation UIT-R F.1500. 2.2 Seuils de brouillage prjudiciable pour le service de radioastronomie Pour protger une station de radioastronomie dont le gain dantenne dans les lobes latraux est de 0 dBi, il est propos dutiliser un seuil de densit spectrale de puis

12、sance surfacique de 209 dB(W/(m2 Hz) ou de 149 dB(W/(m2 MHz). Il faut prendre le gain rel G de lantenne de la station de radioastronomie pour dterminer si le brouillage dpasse le seuil de brouillage prjudiciable. Le gain de lantenne dune station de radioastronomie est gnralement trs lev, de lordre d

13、e 70 80 dBi. Dans le modle de diagramme dantenne donn dans la Recommandation UIT-R SA.509, le niveau des lobes latraux un angle de 5 par rapport laxe du faisceau principal est de 15 dBi, le niveau de 0 dBi tant atteint un angle de 19,05. Etant donn que le faisceau principal est troit, le brouillage

14、caus lantenne dune station de radioastronomie est presque toujours reu dans les lobes latraux de lantenne. On suppose donc ici que la plate-forme HAPS nest pas situe moins de 5 du faisceau principal de lantenne de la station de radioastronomie, de sorte que le brouillage du faisceau principal nest p

15、as pris en considration dans cette tude. Il serait bien sr souhaitable de ne pas placer la plate-forme HAPS moins de 20 du faisceau principal de lantenne, mais ce nest pas toujours possible. On prend donc ici un critre de brouillage de 164 dB(W/(m2 Hz) pour permettre un gain dantenne de la station d

16、e radioastronomie de 15 dBi dans les lobes latraux. 2.3 Techniques de rduction du brouillage Chaque antenne de station de la plate-forme HAPS contient un filtre de Tchebychev passe-bande en guide dondes 12 sections avec une attnuation dans la bande de coupure suprieure 70 dB pour les rayonnements no

17、n dsirs aux frquences suprieures quatre fois la largeur de bande 3 dB par rapport la bande passante. Pour rduire encore le brouillage susceptible dtre caus au service de radioastronomie 49 GHz, lantenne contient aussi un filtre de Tchebychev coupe-bande intgr (filtre notch) 5 sections avec une profo

18、ndeur de coupure de 25 dB dans la bande de coupure de 100 MHz. On obtient ainsi une attnuation totale dans la bande de coupure suprieure 95 dB pour la protection de la bande 49 GHz attribue au service de radioastronomie. Rec. UIT-R F.1819 3 2.4 Scnario de brouillage Le scnario de brouillage considr

19、est illustr sur la Fig. 1. Dans ce scnario, la station de radioastronomie au sol qui reoit le signal de brouillage mis par une plate-forme HAPS est situe la limite ou lextrieur de la zone de couverture de la plate-forme HAPS. Le brouillage cumulatif caus par tous les metteurs situs sur la plate-form

20、e HAPS est calcul afin de dterminer une limite suprieure de puissance surfacique. FIGURE 1 Brouillage caus par une plate-forme HAPS une station de radioastronomie Les zones UAC, SAC et RAC dsignent respectivement les zones de couverture urbaine, suburbaine et rurale de la plate-forme HAPS. 2.5 Affai

21、blissement de propagation Conformment la Recommandation UIT-R P.619, laffaiblissement de propagation Lbentre une seule antenne de station de plate-forme HAPS et une station de radioastronomie peut tre exprim comme suit: SDgbGAAdfL += log20log205,92 dB (1) o: f: frquence (GHz) d: longueur du trajet (

22、km) Ag: affaiblissement d aux gaz de latmosphre (dB) AD: affaiblissement (dB) d ltalement du faisceau GS: gain (dB) d aux scintillations. 4 Rec. UIT-R F.1819 Pour laffaiblissement atmosphrique, on utilise la Recommandation UIT-R F.1501. Pour lanalyse du brouillage, seule la formule donnant laffaibli

23、ssement minimal est intressante. On choisit donc la formule donnant laffaiblissement AHdans les rgions de latitude leve (suprieure 45) 47,2 GHz pour procder une analyse du cas le plus dfavorable. )03221,004858,0()1819,02472,0(1008780,0,0011050,036376872,070,46) ,(24532+/1=hhhAH(2) La formule est val

24、able pour 0 h 3 km et 0 90, o (degrs) est langle dlvation de la station au sol par rapport la plate-forme HAPS et h (km) est laltitude de la station au sol au-dessus du niveau de la mer. Pour les angles dlvation rels infrieurs 0, il convient dutiliser laffaiblissement correspondant 0. Cette tude por

25、tant sur une analyse du cas le plus dfavorable, on ignore ici laffaiblissement d ltalement du faisceau. Le gain d aux scintillations, GS, qui est fonction de la frquence, du diamtre de lantenne de la station terrienne, de langle dlvation et du climat local, peut tre calcul partir de lintensit prvue

26、des scintillations troposphriques. Louverture de lantenne de rception intervient dans le lissage de la fluctuation de lindice de rfraction; plus louverture de lantenne est grande par rapport la premire zone de Fresnel, plus le facteur de moyenne sur louverture du rcepteur est petit, celui-ci tant to

27、ujours infrieur 1. Pour lantenne type dune station de radioastronomie, ce facteur est compris entre 0,1 et 0,7 le long de laxe du faisceau principal. Pour la rception en dehors de laxe du faisceau principal, il devrait se rapprocher de 1. Etant donn que langle dlvation minimal dune plate-forme HAPS

28、sera suprieur 5, on ne dispose actuellement daucune donne pour estimer le gain d aux scintillations 49 GHz. Toutefois, on se sert de la formule (25) de la Recommandation UIT-R P.618 pour estimer lcart type de lamplitude des scintillations: )()()sin()sin(),(),(02,1012/70000DGDGffDfDfreference= (3) o

29、reference(f0, 0, D0) est un cart type de rfrence de lamplitude des scintillations pour la frquence f0, langle dlvation 0et le diamtre douverture D0, G(D) est le facteur de gain moyen sur louverture d aux scintillations et f, et D sont respectivement la frquence, langle dlvation et louverture de lant

30、enne de la station de radioastronomie en question. Le 4.4 de la Recommandation UIT-R P.452 contient aussi une formule pour calculer laffaiblissement de transmission entre des stations la surface de la Terre d la diffusion troposphrique, qui nest pas dpass pendant p% du temps. Toutefois, laffaiblisse

31、ment d la diffusion troposphrique nest applicable quaux trajets transhorizon (UIT-R P.452, 4.4, Note 2), qui, dans le cas dune plate-forme HAPS, sont suprieurs 500 km par rapport au nadir. Ainsi, tant que la distance de sparation minimale calcule est infrieure cette distance, on peut ignorer cet aff

32、aiblissement. Il en va de mme pour les autres affaiblissements transhorizon tels que les affaiblissements dus la propagation par conduit et la diffraction. Rec. UIT-R F.1819 5 2.6 Rsultats de ltude Pour calculer le brouillage cumulatif caus par une plate-forme HAPS, il faut dabord calculer un facteu

33、r de gain du rseau pour obtenir le gain rel des antennes dmission Gtet dterminer le niveau total de la puissance dmission avant tous les affaiblissements donns par la formule (1). Pour calculer le facteur de gain du rseau, on suppose que les antennes de station de la plate-forme HAPS sont disposes e

34、n grille hexagonale sur une surface hmisphrique, sachant que le rseau dantennes ne couvrirait pas la totalit de lhmisphre mme avec un angle dlvation minimal de zro. Ce calcul correspond donc la limite suprieure de la densit spectrale de puissance surfacique. Une autre hypothse simplificatrice consis

35、te remplacer toutes les antennes couvrant la zone RAC par des antennes couvrant la zone SAC de gain infrieur, sauf celle qui pointe directement vers le rcepteur au sol brouill. A la diffrence des scnarios de brouillage dans le mme canal, toutes les antennes de station de la plate-forme HAPS contribu

36、ent aux rayonnements non dsirs dans la bande 48,94-49,04 GHz attribue au service de radioastronomie. On calcule la puissance brouilleuse relle en multipliant le gain dune seule antenne (pas en dBi) par le facteur de gain du rseau. FIGURE 2 Facteur de gain du rseau en fonction du nombre total de fais

37、ceaux HAPS 1819-022,22,1GaindurseauNombre de faisceaux0 100 200 300 400 500 600 700 8001,91,81,721,6La Fig. 2 montre que le facteur de gain du rseau calcul est proche de 2 et pratiquement indpendant du nombre de faisceaux HAPS. On peut donc estimer la puissance brouilleuse avant tous les affaiblisse

38、ments en supposant quune seule antenne de station de la plate-forme HAPS pointe directement vers lantenne de la station de radioastronomie et en multipliant la puissance rsultante par le facteur de gain du rseau. Comme ce facteur est toujours infrieur 2, on le prend gal 2 pour ce calcul. 6 Rec. UIT-

39、R F.1819 La Fig. 3 montre la limite suprieure estime de la densit spectrale de puissance surfacique brouilleuse susceptible dtre cause une station de radioastronomie situe une distance comprise entre 50 km et 500 km par rapport au nadir de la plate-forme HAPS. On suppose que la largeur de bande dmis

40、sion est de 11 MHz et que laffaiblissement combin dans le cble et dans la ligne dalimentation est de 5 dB et on utilise une attnuation totale dans la bande de coupure de 95 dB pour obtenir les rsultats finals. La densit spectrale de puissance surfacique calcule est comprise entre 176,3 dB(W/(m2 MHz)

41、 pour une distance de 50 km et 236,6 dB(W/(m2 MHz) pour une distance de 500 km (courbe en trait plein). Pour avoir une ide de leffet des scintillations troposphriques, les donnes de mesure long terme obtenues Isfjord Radio (Spitzberg) au cours de lt 1982 pour un angle dlvation de 3,2 sont extrapoles

42、 49 GHz et pour dautres angles dlvation au moyen de la formule (3) de la Recommandation UIT-R F.1501. Il est noter quil nest pas recommand dutiliser la formule (3) pour des angles dlvation infrieurs 4, ni pour des frquences suprieures 20 GHz. Son utilisation nest donc pas compltement valable; il sag

43、it uniquement dobtenir une estimation grossire. Les donnes de mesure du Spitzberg montrent que le gain d lamplitude des scintillations est suprieur 12 dB pendant moins de 0,001% du temps. Pour la courbe en pointills, on a ajout le gain extrapol d aux scintillations troposphriques qui est lorigine du

44、 surplus de brouillage d la diffusion troposphrique 49 GHz, tandis que la courbe en trait plein donne le niveau de brouillage lorsque le gain d aux scintillations est nul. Le facteur de gain moyen sur louverture de lantenne de la station de radioastronomie G(D), qui est toujours infrieur 1, est igno

45、r dans cette tude afin dobtenir une estimation dans le cas le plus dfavorable. Lorsque ce facteur est pris en considration, la densit spectrale de puissance surfacique brouilleuse est comprise entre 172,0 dB(W/(m2 MHz) et 212,5 dB(W/(m2 MHz). Laugmentation prononce de la puissance surfacique brouill

46、euse correspond au grand renforcement du signal radiolectrique aux faibles angles dlvation. La limite de densit spectrale de puissance surfacique reste infrieure au seuil de protection du service de radioastronomie de 164 dB(W/(m2 MHz), lorsquaucun gain d aux scintillations troposphriques nest inclu

47、s. Avec un gain d aux scintillations, la distance de sparation minimale est denviron 51 km. Toutefois, si la plate-forme HAPS peut rester plus de 5 de laxe du faisceau principal de lantenne de la station de radioastronomie, la distance de sparation minimale serait probablement ngligeable mme avec des scintillations. La densit spectrale de puissance surfacique diminue nettement lorsque la distance devient suprieure 200 km, ce qui signifie que laffaiblissement atmosphrique augmente rapidement. Pour une distance de 200 km