ITU-R RAPPORT P 2011-1 FRENCH-1999 PROPAGATION AT FREQUENCIES ABOVE THE BASIC MUF《基于超高频(MUF)之上的频率传播》.pdf

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1、 Rap. UIT-R P.2011-1 1 RAPPORT UIT-R P.2011-1 PROPAGATION DES FRQUENCES SUPRIEURES LA MUF DE RFRENCE (1997-1999) Rap. UIT-R P.2011-1 1 Introduction Selon la Recommandation UIT-R P.373, la MUF de rfrence est la frquence la plus leve laquelle une onde radio-lectrique peut se propager entre des station

2、s terminales donnes, en une occasion spcifie, par rfraction ionosphrique seulement. Dans cette mme Recommandation, il est galement prcis que cette frquence nest pas ncessairement la frquence maximale utilisable dans ces conditions: on y dfinit galement une MUF dexploitation, soit la frquence la plus

3、 leve permettant une qualit acceptable un moment donn, dans des conditions de fonctionnement spcifies. Les divers phnomnes qui peuvent contribuer la propagation des frquences suprieures la MUF de rfrence (dsigne ci-aprs, dans un souci de commodit, propagation FSMR) sont dcrits dans le 2. Toutefois,

4、la situation est rendue complexe par deux raisons principales: la dfinition de la MUF de rfrence implique quelle est dtermine par un mode de propagation atypique et que lon ny tient pas compte dventuelles diffrences damplitude du signal par rapport au mode normal; pour lUIT-R, il est ncessaire de pr

5、voir les valeurs dintensit du signal; or, les prvisions sont fondes sur des cartes traant le profil mensuel mdian des caractristiques de lionosphre, de sorte que les valeurs instantanes de la MUF de rfrence ne peuvent tre connues. Par ailleurs, en raison des variations au jour le jour des caractrist

6、iques ionosphriques, il peut arriver que la frquence utilise soit tantt suprieure, tantt infrieure la MUF de rfrence. On notera que les valeurs instantanes de la MUF de rfrence ne peuvent tre dtermines qu partir dun examen dionogrammes, mesurs le long du trajet de propagation, sous incidence oblique

7、. On peut approximer ces valeurs partir de sondes incidence verticale judicieusement positionnes sur le trajet le long du grand cercle, en supposant une homognit ionosphrique ou des gradients horizontaux spcifiques. Des systmes dvaluation des canaux en temps rel ne donneront pas en gnral dindication

8、 prcise sur la MUF de rfrence. 2 Phnomnes de propagation observables aux frquences suprieures la MUF de rfrence Les phnomnes de propagation et les caractristiques de lionosphre pouvant assurer la propagation FSMR sont les suivants: 2.1 Irrgularits ionosphriques Lionosphre ne peut manquer de contenir

9、 des inhomognits spatiales dans lensemble du volume responsable de la rflexion de la plupart des composantes contribuant la puissance du signal reu; ces inhomognits peuvent se produire toutes les altitudes, et toutes celles apparaissant en dessus de laltitude de rflexion des rayons peuvent tre impor

10、tantes, voire significatives. Dans des conditions faibles, les fluctuations de la densit lectronique, spatialement alatoires, auront des intensits qui varient selon et la position, et le temps; de grands changements se produisent, par exemple, en prsence de perturbations ionosphriques migratoires. D

11、es tudes thoriques ont t ralises laide de ionosphres modles reprsentatives des conditions moyennes existant des latitudes mdianes; les fluctuations ionosphriques y taient de type turbulent, avec fonction de corrlation spatiale de forme kolmogorovienne. Une analyse par diffraction en termes de compos

12、antes stochastiques (fluctuationnelles) et de composantes cohrentes permet de conclure que les intensits importantes du signal dues ce phnomne ne se produisent qu des frquences de 60 kHz au plus au-dessus de la MUF de rfrence, soit une extension infrieure (voir ci-dessous) aux rsultats normalement c

13、onstats en pratique. Dans dautres conditions, des irrgularits ionosphriques, fortes mais spatialement circonscrites, peuvent tre prsentes, comme celles lorigine du phnomne de couche F tale que lon observe dans les ionogrammes incidence verticale. Un talement en distance ou en frquence peut rendre po

14、ssible une propagation par rfraction ou par diffusion des frquences suprieures la MUF de rfrence dans la partie moyenne de cette rgion de lionosphre. Ce phnomne est observ sur certains ionogrammes incidence oblique o la frquence maximale observe est dtermine par une fosse au-del de la frquence de jo

15、nction des rayons de petits et grands angles. En gnral, ces irrgularits ionosphriques prsentent des densits lectroniques proportionnelles la masse ionosphrique, de sorte que ces extensions de frquences seront dautant plus importantes que la MUF de rfrence sera grande. 2 Rap. UIT-R P.2011-1 2.2 Rtrod

16、iffusion et diffusion latrale par le sol La propagation en dehors du grand cercle, faisant intervenir deux sauts ionosphriques et une diffusion intermdiaire la surface de la Terre, peut permettre une propagation des frquences au-del de la MUF de rfrence sur le grand cercle; les signaux de diffusion

17、correspondants ont souvent des vitesses dvanouissement suprieures 1/s et sont reus selon des angles dincidence dazimut variable. La puissance du signal dcrot progressivement un niveau de 25-40 dB infrieur celui du mode correspondant au grand cercle mesure que le trajet de propagation scarte du grand

18、 cercle. Les coefficients de diffusion de la surface de la Terre peuvent tre trs variables selon la nature du sol et langle dlvation. Le coefficient de diffusion par le sol est fonction de lazimut et de la diffrence dazimut entre les rayons descendants et les rayons montants, de la prsence de masses

19、 de terre ou deau, du relief du sol et aussi de la focalisation due la courbure de lionosphre pour des angles de trs faible incidence. Lintensit des signaux diffuss soit par la mer, soit par la terre ont fait lobjet dobservations contradictoires. Lintensit de la rtrodiffusion et de la diffusion latr

20、ale aux frquences suprieures la MUF de rfrence correspondant au trajet sur le grand cercle dpendra des longueurs de trajet respectives et variera proportionnellement leurs MUF de rfrence respectives. Laffaiblissement sur le trajet le moins important devrait normalement correspondre au faisceau dinte

21、rsection des distances de saut autour de lmetteur et du rcepteur cause du phnomne de focalisation; toutefois, dans la pratique la directivit des antennes mettrices et rceptrices peut influer sur laxe de la puissance maximale du signal reu: pour certains cest l le principal phnomne de la propagation

22、FSMR dans le cas des trajets bond unique jusqu 4 000 km de longueur. 2.3 Rtrodiffusion par mode dordre lev Il existe une extension du phnomne de rtrodiffusion par le sol en deux bonds, savoir la rtrodiffusion sur longue distance, avec propagation par bonds multiples. Ce phnomne semble devoir tre dau

23、tant plus important quil sera en prsence dimportants gradients horizontaux de densit lectronique de lionosphre. 2.4 Propagation par effet de conduit Dans certains cas, des rayonnements de faible incidence peuvent tre capts par des conduits constitus par des profils spcifiques de hauteur de densit le

24、ctronique. Dans de tels cas, la propagation peut se faire sur de longues distances et des frquences suprieures celles correspondant la MUF de rfrence sur le grand cercle. Ce mcanisme, combin par exemple avec la rtrodiffusion et la diffusion latrale par le sol en dehors du grand cercle, peut facilite

25、r la propa-gation FSMR. 2.5 Propagation par bonds en corde darc Certains phnomnes de bascule ionosphrique, surtout de part et dautre de lquateur magntique, mais galement dans les creux subauroraux, peuvent tre lorigine de trajets de rfraction directe entre deux rgions, sans passage inter-mdiaire par

26、 le sol. On a largement observ ce type de propagation transquatoriale dans le domaine des ondes mtriques, type souvent accompagn par un signal en mode diffusion associ la prsence dirrgularits ionosphriques. Des signaux de ce type, surtout lorsquils sont combins une rtrodiffusion et une diffusion lat

27、rale par le sol, peuvent sensiblement faciliter la propagation au-dessus de la MUF de rfrence. 2.6 Diffusion ionosphrique directe Lnergie dun signal peut tre diffuse partir de toute rgion de lionosphre, aussi bien le long du grand cercle que pour toute autre valeur dorientation. Pour les latitudes l

28、eves, aurorales et quatoriales, dimportants gradients de densit dionisation peuvent faciliter un important phnomne de diffusion dans la rgion F, mais, lorsque lon nobserve pas ces importants gradients, la diffusion partir de la rgion E est gnralement plus importante, et se limite dans ce cas des dis

29、tances denviron 2 000 km. Ce mode de diffusion ionosphrique est tudi en dtail dans le Rapport 260-2 de lex-CCIR (1974) (officiellement supprim), qui indique au moins pour les frquences suprieures 30 MHz que lintensit du signal varie en raison inverse de 7,5 fois la frquence. Lexistence dune diffusio

30、n latrale ionosphrique provenant des irrgularits de la Rgion F, dans les zones aurorales, a t rapporte par plusieurs chercheurs. Dans certains cas les signaux ne sinscrivant pas dans le grand cercle sont attribus une diffusion directe cause par des irrgularits ionosphriques en labsence dun type ordi

31、naire de rflexion ionosphrique; dans dautres ils sont considrs comme provenant de modes bonds multiples; les signaux de diffusion les plus forts tant produits par des irrgularits ionosphriques et entranant un phnomne de focalisation. On a observ sur les trajets transquatoriaux des carts dazimut pouv

32、ant atteindre 50 , qui sont confirms comme dus une diffusion directe rsultant dinhomognits de la couche F proximit de lquateur magntique de la Terre. Les signaux de diffusion dominants ont t attribus de faibles irrgularits des lignes de champs ou une rflexion spculaire des gradients horizontaux de d

33、ensit lectronique. Rap. UIT-R P.2011-1 3 2.7 Propagation sporadique dans la rgion E Lexistence dune ionisation sporadique de la couche E peut favoriser la propagation, par rflexion partielle ou par diffusion, des frquences trs leves. Ce mode nest pas toujours reconnu et, en tout tat de cause, ne fig

34、ure pas dans la plupart des procdures de prvision. On peut donc y voir un autre lment contribuant la propagation des frquences suprieures la MUF de rfrence attendue pour des longueurs de trajet pouvant atteindre 2 000 km. 2.8 Diffusion aurorale Dans les rgions aurorales, certaines irrgularits des li

35、gnes de champs, associes des perturbations gomagntiques, sont lorigine dun type spcial de phnomne E sporadique. Sur les trajets de propagation proximit des rgions aurorales, ces irrgularits peuvent produire une rtrodiffusion directe des signaux des frquences de 100 MHz, ou plus; ces composantes du s

36、ignal ont t modlises en termes et de diffusion faible, et de rflexion critique. Les rflexions dues ces irrgularits doivent respecter certaines conditions spcifiques de spcularit La fonction de diffusion volumique a t approxime par une fonction de frquence exponentielle. On a certes observ une propag

37、ation par bonds multiples, mais cet effet est en gnral limit des longueurs de trajet infrieures 2 000 km. 2.9 Diffusion par les mtores La propagation exploitant les phnomnes de rflexion ou de diffusion dus une ionisation par des mtores fait lobjet de la Recommandation UIT-R P.843. Dans des condition

38、s gomtriques appropries, une propagation de brve dure peut se produire largement dans le domaine des ondes mtriques pour des longueurs de trajet infrieures 2 000 km. 3 Donnes de mesure dj obtenues et ncessaires Une bonne partie du volume limit de donnes de mesure disponibles se compose dexemples de

39、variations de lintensit du signal en fonction de la frquence ou en fonction du temps, sur des trajets spcifiques, variations elles-mmes associes des variations de la MUF de rfrence. Des mesures effectues sur divers trajets dune longueur comprise entre 400 et 2 580 km sont dcrites par Hagn et autres,

40、 1993. Les donnes de mesures et les informations dont on dispose sont insuffisantes pour tablir des modles complets dcrivant la dpendance en fonction de la longueur du trajet, du lieu, du temps, etc. Il faut de toute urgence plus dinformations et de nouveaux types de donnes de mesures, et en particu

41、lier tablir les relations de dpendance et le mode dvolution des phnomnes de propagation dans les diffrentes rgions gogra-phiques par rapport lheure, la saison, lpoque solaire et au degr de perturbation ionosphrique. 4 Modles statistiques de lintensit du signal aux frquences suprieures la MUF de rfre

42、nce Les banques de donnes de lUIT-R (Recommandation UIT-R P.845) comportent diverses observations de lintensit du signal des frquences suprieures la MUF de rfrence, bien que les valeurs de la MUF de rfrence correspondant chaque mesure soient inconnues (il aurait fallu, pour les dterminer, prvoir des

43、 mesures spcifiques additionnelles). Dans lidal, il aurait fallu effectuer des sondages obliques simultans sur les trajets de propagation concerns, mais cela na pas t possible en rgle gnrale. En consquence, les rsultats doivent tre considrs comme des rsultats statistiques. Il convient de noter que,

44、sur un mois, la variation au jour le jour, une heure donne, de la MUF de rfrence se chiffre, dun dcile lautre, 30% 40% de la valeur mdiane de la MUF de rfrence. Les frquences utilises pour les communications dans cette fourchette sont infrieures la MUF de rfrence certains jours, et suprieures dautre

45、s jours. Toutefois, les modles de prvision sur le long terme doivent prendre comme point de dpart la MUF de rfrence mdiane, mensuelle. Ainsi, lorsque lon modlise ces configurations, on cherche combiner lintensit du signal sur un trajet de rflexion une frquence lgrement infrieure la MUF de rfrence md

46、iane, mensuelle, avec les facteurs, dcrits plus haut, qui contribuent une propagation FSMR, puis donner une reprsentation statistique des variations au jour le jour. En supposant qu une occasion donne il existe un phnomne de propagation donnant lieu des signaux de faible puissance au-dessus de la MU

47、F de rfrence, il ressort alors de la variation au jour le jour de la MUF de rfrence que les diverses formules (analyses ci-dessous) destines reflter un affaiblissement suprieur la MUF en termes de MUF de rfrence mdiane, mensuelle, doivent inclure un lment indtermin pour rendre compte du fait que certains jours la MUF de rfrence est en-dessous de la valeur mdiane mensuelle. 4