ITU-R M 1314-1 FRENCH-2005 Reduction of unwanted emissions of radar systems operating above 400 MHz《减少运行在400 MHz以上的雷达系统的无用发射 问题ITU-R 202 8》.pdf

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1、 Rec. UIT-R M.1314-1 1 RECOMMANDATION UIT-R M.1314-1*Rduction des rayonnements non dsirs mis par les systmes radar fonctionnant au-del de 400 MHz (Question UIT-R 202/8) (1997-2005) Domaine de comptence La prsente Recommandation contient des informations sur les paramtres de conception influant sur l

2、es caractristiques des rayonnements non dsirs mis par les metteurs radar prendre en considration pendant la phase de conception des radars. Elle prconise aussi lemploi de certains types de dispositifs metteurs de sortie pour minimiser les rayonnements non dsirs. LAssemble des radiocommunications de

3、lUIT, considrant a) que la partie du spectre radiolectrique la disposition du service de radioreprage est limite; b) que le service de radionavigation est un service de scurit au sens du numro 4.10 du Rglement des radiocommunications (RR) et par ailleurs, que certains autres types de systmes radar c

4、omme les radars mtorologiques peuvent remplir des fonctions de sauvegarde de la vie humaine; c) que les largeurs de bande ncessaires permettant le bon fonctionnement des stations radar du service de radioreprage sont importantes; d) que les nouveaux systmes peuvent utiliser des technologies nouvelle

5、s, numriques ou autres, plus sensibles aux brouillages dus aux rayonnements non dsirs mis par les radars, en raison de leur puissance de crte leve; e) que lUIT-R tudie la question de lutilisation efficace du spectre radiolectrique par les systmes radar; f) que les rayonnements non dsirs mis par les

6、systmes radar peuvent, dans certains cas, causer des brouillages des systmes relevant dautres services radiolectriques fonctionnant dans des bandes adjacentes ou dans des bandes ayant une relation harmonique; g) que lAppendice 3 du RR fixe les niveaux de puissance maximaux tolrs pour les rayonnement

7、s non essentiels ou les rayonnements dans le domaine de rayonnements non essentiels, et que la Recommandation UIT-R SM.1541 fixe les limites hors bande pour les radars du service de radioreprage, *Cette Recommandation doit tre porte lattention de lOrganisation maritime internationale (OMI), de lOrga

8、nisation de laviation civile internationale (OACI), du Comit international radiomaritime (CIRM), de lOrganisation mtorologique mondiale (OMM) et des Commissions dtudes 1 et 9 des radiocommunications. 2 Rec. UIT-R M.1314-1 recommande 1 dutiliser pour rduire les rayonnements non dsirs les informations

9、 contenues dans lAnnexe 1 sur les facteurs de conception des metteurs radars influant sur les caractristiques de rayonnements non dsirs; 2 dutiliser, dans la mesure du possible, pour les radars, la meilleure technologie de dispositifs de sortie disponible afin de rduire le niveau des rayonnements no

10、n essentiels non harmoniques; 3 dutiliser pour les radars, si ncessaire et si possible, des filtres de sortie pour rduire leurs rayonnements non dsirs. Annexe 1 Rduction des rayonnements non dsirs mis par les systmes radar 1 Introduction Pour optimiser lefficacit future de lutilisation du spectre, l

11、es metteurs radar devraient tre choisis, conus et fabriqus de telle sorte que le spectre dmission diminue aussi rapidement que possible, tant donn les contraintes en termes de fonctionnement, de dimensions, de cots, de masse, de fiabilit, de maintenabilit, etc. La rapidit avec laquelle diminue la de

12、mi-sphre reprsentant le spectre dmission (caractristique des missions hors bande) et le plancher dmission (rayonnements non essentiels) sont dtermins par le matriel et par larchitecture de lmetteur, ainsi que par londe mise. Ces facteurs sont examins ci-aprs. 2 Paramtres de conception La fonction ou

13、 la mission dun radar dtermine en grande partie sa conception. Il existe une trs grande varit de missions confies aux radars: navigation, mtorologie, anmomtrie, surveillance, observation et cartographie, suivi de terrain, altimtrie, etc. Ces missions dterminent galement certains paramtres que le con

14、cepteur ne matrise pas et qui influent directement sur les facteurs de conception des radars tels que la puissance dmission ncessaire, le choix de la frquence dmission, le choix du dispositif de sortie de lmetteur, le gain dantenne, la sensibilit du rcepteur, la rsolution en porte et en azimut et la

15、 couverture Doppler. Il est essentiel de trouver un compromis judicieux entre les facteurs de conception des radars, pour amliorer la gestion de leurs spectres dmission, afin daccrotre la compatibilit entre les systmes radar et dautres services. 3 Choix et mise en forme des signaux Le choix du type

16、de signal et de sa mise en forme peut lui aussi avoir une incidence importante sur la gestion du spectre dmission et donc sur la compatibilit entre les services. En effet, la plupart des radars, en particulier ceux qui utilisent un oscillateur ou un amplificateur monopuissance, sont confronts des pr

17、oblmes defficacit, demploi nergtique et de dissipation de la chaleur dus lutilisation dimpulsions dont lamplitude est pour lessentiel constante, sauf pendant de brves transitions entre des sous-impulsions, ce qui limite les types de signal qui peuvent tre choisis. Mais Rec. UIT-R M.1314-1 3 mme dans

18、 ce cas, le choix existe et peut avoir une importante incidence sur le spectre dmission des radars. En premire analyse, on peut subdiviser les signaux radar en signaux impulsions non modules ou brutes (dont lmission est dsigne par P0) et les signaux moduls en impulsions. La modulation en impulsions

19、sert normalement la compression des impulsions, sauf lorsque les signaux sont utiliss pour piloter des dispositifs commands par frquences. La modulation en impulsions peut tre son tour subdivise en: impulsions MF continues, ou chirp (compression dimpulsions); impulsions chirp (comprimes) chelonnes;

20、impulsions frquences chelonnes utilises dans les radars commands par frquence; impulsions codage discret. Du point de vue de la gestion des spectres dmission, le choix et la mise en forme du signal sont dicts par un principe qui consiste supprimer dans un nombre de drivs du signal aussi lev que poss

21、ible les discontinuits, tant donn quon dtermine ainsi la pente de diminution du spectre dmission (exprime en dB/dcade de dcalage de frquence) qui est obtenue. On distingue par consquent les diffrents signaux en fonction des diffrences quon constate entre leurs transitions damplitude, de phase et de

22、frquence lintrieur de limpulsion. Tous les signaux impulsions comportent videmment des rampes ascendantes et descendantes dans la totalit de leur enveloppe. Toute autre chose tant gale, il serait souhaitable que ces rampes soient progressives et rgulires, mais comme toute chose est rarement gale . e

23、n particulier, les impulsions gnres dans des dispositifs champs croiss doivent avoir des rampes ascendantes fortement inclines pour viter toute excitation des modes oscillatoires non essentiels qui dgraderaient le spectre. Au contraire, lorsque au lieu de dispositifs champs croiss on utilise des amp

24、lificateurs, la gestion des spectres est facilite par des rampes ascendantes rgulires et progressives, pour autant quon puisse les obtenir. Leur obtention risque aujourdhui encore dtre difficile tant donn que la dissipation au niveau des amplificateurs de puissance est dhabitude leve lorsque ces der

25、niers sont pousss jusqu saturation; do la possible utilisation de rampes ascendantes et descendantes fortement inclines mme lorsque les oscillations non essentielles ne constituent pas une proccupation. Les signaux moduls en frquences continues, ou chirp, taux de compression en impulsions lev (ou pr

26、oduit largeur de bande-largeur dimpulsion), se caractrisent par des pentes de diminution du spectre trs abruptes, et cela vaut pour les signaux MF linaires ou non linaires. La principale contribution de ces signaux aux composantes spectrales non dsires provient des rampes ascendantes trs inclines de

27、s impulsions. Ayant des frquences constantes par fragments qui augmentent ou diminuent monotoniquement tout le long de limpulsion, les signaux chirp chelonns peuvent tre considrs comme un sous-ensemble des signaux chirp MF continue; toutefois, tout comme les signaux frquence chelonne non monotonique

28、s qui sont utiliss avec des dispositifs dantenne commands par frquence, ils ont des spectres dmission moindres que les signaux chirp MF continue, cause des discontinuits quils comportent. On pourrait peut-tre supprimer ces dernires en mettant en uvre le signal chirp chelonn de manire conserver la co

29、ntinuit de phase aux jonctions entre les pas de frquence; mais, mme dans ce cas, les discontinuits prsentes dans le premier driv demeureront (ce qui ne se produit pas dans un signal MF continue vritable) de sorte que le spectre ne sera pas daussi bonne qualit que celui dun signal MF continue caractr

30、is par un taux de compression dimpulsions comparable. 4 Rec. UIT-R M.1314-1 Il existe par ailleurs certains signaux cods polyphase, dont le prototype est le signal de Frank, qui se rapprochent des signaux chirp, cest-dire quils se rapprochent de signaux “cods en continu“1. Ils contiennent toutefois

31、dans leur phase des pas abrupts, de sorte que leurs spectres ne diminuent pas aussi rapidement que ceux des signaux chirp MF continue. Ainsi, les signaux radar cods discrtement ne ressemblent aucunement des signaux MF continue. Etant donn que les codes polyphase sont exclus, on peut subdiviser la pl

32、upart des signaux radar cods discrtement en signaux de type cod biphase et en signaux de type cod en frquence. Les signaux appartenant lune ou lautre de ces deux catgories peuvent utiliser des codes Barker et des codes de squence binaire pseudo alatoires. En labsence dajustements, les signaux discrt

33、ement cods en phase prsentent des transitions abruptes entre les chips phase constante. (Cela vaut galement pour les codes de Frank et dautres codes polyphase.) En consquence, leurs spectres ne diminuent qu 20 dB/dcade; il existe toutefois des solutions pour amliorer les spectres des signaux cods en

34、 phase. En principe, il est possible de faire disparatre de faon arbitrairement rapide le spectre du signal dexcitation RF en filtrant les signaux de modulation ou les signaux dexcitation moduls faible niveau (soit FI, soit RF) eux-mmes. En pratique, toutefois, ces gains peuvent tre rogns par la nou

35、velle croissance (regrowth) spectrale qui se produit aussi bien dans lamplificateur de puissance de lmetteur que dans les rcepteurs environnants. Lorsquon a recours un filtrage de prmodulation, les transitions entre chips ne sont pas abruptes mais graduelles, mais en ce qui concerne les signaux biph

36、ase ainsi que les signaux polyphase comportant des transitions de phase 180, des caractres nuls ou des dpressions (embrvements) demeurent dans lenveloppe du signal car cette dernire passe au cours des transitions dune phase lautre par zro. Ce nest pas un problme en soi, mais les avantages obtenus so

37、nt rduits par deux lments: lun est la conversion AM/PM qui se produit dans les dispositifs amplificateurs de puissance (la modulation de phase trangre qui intervient largit le spectre); lautre inconvnient est que toute limitation qui se produit soit dans les tages de lmetteur amplificateur de puissa

38、nce, soit dans les rcepteurs perturbs, tend rintroduire les transitions abruptes dans le signal ponctu par les dpressions, lesquelles donnent lieu des bandes spectrales latrales non dsires dont le spectre dmission en forme de demi-sphre ne diminue, l encore, qu 20 dB/dcade. On peut attnuer cette nou

39、velle croissance spectrale dans une mesure considrable, en produisant des signaux dexcitation (de faible niveau) qui maintiennent une enveloppe presque constante non seulement durant les intervalles de maintien des sous-impulsions, mais galement pendant les transitions de phase. Dans ces signaux, le

40、s transitions de phase 180 consistent en des rotations de la phase porteuse suivant un demi-cercle dans le plan I-Q, ou rel-imaginaire, et non en des dplacements le long de laxe I ou Q qui passe par lorigine. Pour ce faire on utilisera des modulateurs en quadrature et un circuit adapt pour la mise e

41、n forme des signaux. Une autre catgorie de signal codage discret est la modulation par dplacement de frquence (MDF) en phase continue, o les signaux sont pour lessentiel les mmes que ceux qui sont appels signaux modulation dphasage minimal (MDM), utiliss dans certains systmes de tlcommunication. Bie

42、n que parfois appels signaux modulation par dplacement de phase (PSK), ce sont en fait bien des signaux cods en frquence, car leur phase change en permanence alors que, dans leur forme de base, non filtre, la frquence instantane change abruptement et demeure constante pendant toute la dure de chaque

43、 sous-impulsion. Il ny a pas de discontinuit dans le signal lui-mme, mais dans le premier driv. En consquence, les spectres se prsentent comme des asymptotes qui dcroissent 40 dB/dcade. Par ailleurs, ces signaux ont des enveloppes 1Les signaux chirp sont parfois appels signaux cods mme si leur codag

44、e nest pas discret. Rec. UIT-R M.1314-1 5 constantes mme pendant leur transition en sous-impulsions, de sorte quils sont intrinsquement pargns par les problmes de nouvelle croissance spectrale quon rencontre avec les signaux cods en phase. (Nayant pas de sous-impulsions, les signaux balays en frquen

45、ce sont eux aussi pargns par la nouvelle croissance spectrale grce leur limitation et la conversion AM/PM.) Dans les systmes de tlcommunication, on utilise beaucoup le filtrage par prmodulation des signaux MDM; cette technique devrait pouvoir tre utilise galement dans les radars, auquel cas la dimin

46、ution du spectre dmission se ferait en thorie plus rapidement et serait suprieure 40 dB/dcade. Sil est souhaitable que le spectre dmission diminue rapidement, on ne peut pas ignorer les consquences au niveau du pouvoir sparateur en distance et de la couverture Doppler, exprimes habituellement par la

47、 forme de la fonction dambigut, reprsentant lampleur du signal de sortie traduite par le retour dune cible point et produite par un filtre adapt au signal mis. La fonction dambigut est tributaire la fois de la distance (dure) et de leffet Doppler du retour de la cible. Exemple extrme, un signal impulsions rectangulaires MF linaire, plus le produit temps-largeur de bande infinie (cest-dire taux de compression infini), aurait un spectre parfaitement rectangulaire, sauf pour ce qui est de la contribution des rampes ascendantes et descendantes. Toutefois, la rponse dun filtre adapt