ITU-R S 733-2 FRENCH-2000 DETERMlNATION OF THE G T RATIO FOR EARTH STATIONS OPERATlNG lN THE FIXED-SATELLITE SERVICE《卫星固定业务中运行地球站的G T比率的测定》.pdf

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1、 Rec. UIT-R S.733-2 1 RECOMMANDATION UIT-R S.733-2 DTERMINATION DU RAPPORT G/T DES STATIONS TERRIENNES DU SERVICE FIXE PAR SATELLITE (Question UIT-R 42/4) (1992-1993-2000) LAssemble des radiocommunications de lUIT, considrant a) que la principale caractristique des stations terriennes du service fix

2、e par satellite est le facteur de qualit reprsent par le rapport gain de lantenne/temprature de bruit du systme (G/T); b) quil existe deux mthodes couramment employes de mesure du rapport G/T, dont chacune comporte des avantages spcifiques suivant la situation en prsence, et une mthode de prvision,

3、recommande 1 dutiliser comme mthode de dtermination du rapport G/T la mthode sappuyant sur la mesure de la puissance de bruit manant dune radiosource stellaire, indique lAnnexe 1; 2 dutiliser comme mthode alternative pour la dtermination du rapport G/T la mthode sappuyant sur la mesure dun signal de

4、 rfrence mis depuis un satellite gostationnaire, indique lAnnexe 2; 3 dutiliser, en cas dimpossibilit dapplication de lune ou lautre des mthodes ci-dessus, la mesure du gain dantenne et lestimation de la temprature de bruit du systme; 4 que les Notes suivantes soient considres comme faisant partie d

5、e la Recommandation. NOTE 1 Le rapport G/T dune station terrienne peut se dtriorer sous leffet de divers phnomnes naturels. Les accroissements de la temprature de bruit la rception dus latmosphre et aux prcipitations, au rayonnement du sol et aux sources extra-atmosphriques sont tudis lAppendice 1 d

6、e la prsente Recommandation. NOTE 2 LAnnexe 3 la prsente Recommandation donne des indications sur la dtermination du rapport G/T de stations terriennes fonctionnant des frquences suprieures 10 GHz et sur linfluence de diverses sources de bruit sur les performances des stations terriennes qui sont ex

7、ploites dans ces bandes de frquences. NOTE 3 La prcision de la mthode alternative indique au 2 dpend de la prcision de mesure de la puissance surfacique des missions des satellites effectue dans les stations terriennes de rfrence. Cette prcision est de lordre de 1 dB. Des renseignements complmentair

8、es sur la mesure du rapport G/T des systmes de rception sont donns dans le Rapport 276, Volume I de lex-CCIR (Contrle des missions radiolectriques en provenance de vaisseaux spatiaux par les stations fixes de contrle des missions) et dans la 3epartie de la Publication 835 de la Commission Electrotec

9、hnique International (CEI). ANNEXE 1 Mesure du rapport G/T avec laide de radiosources stellaires 1 Introduction Il est souhaitable dtablir une mthode pratique pour mesurer avec une grande prcision le rapport gain/temprature de bruit, G/T, afin de pouvoir comparer les valeurs mesures dans les diverse

10、s stations. La prsente Annexe contient la description dune mthode permettant de mesurer directement le rapport G/T laide de radiosources stellaires. Il convient de noter cependant que la mthode utilisant des radiosources stellaires nest pas dun emploi pratique dans certains cas (voir le 5). 2 Rec. U

11、IT-R S.733-2 2 Mthode de mesure Le rapport G/T peut se calculer au moyen de la formule ci-dessous, une fois mesur le rapport, r, des puissances de bruit la sortie du rcepteur: ()()frkTG=218(1) o: k : constante de Boltzmann (1,38 1023J/K1) : longueur donde (m) ( f ) : puissance surfacique spectrale d

12、u rayonnement de la radiosource stellaire en fonction de la frquence f (W/(m2 Hz) r = (Pn+ Pst) / PnPn: puissance de bruit correspondant la temprature du bruit du systme T Pst: puissance de bruit supplmentaire quand lantenne est pointe exactement vers la radiosource stellaire G (gain de lantenne) et

13、 T (temprature de bruit du systme) sont rapports lentre du rcepteur. Dans la formule (1), il est tenu compte de ce que le rayonnement de ltoile est en gnral polaris de faon alatoire et quon en reoit une partie seulement, correspondant la polarisation de rception. La puissance surfacique du rayonneme

14、nt ( f ) est fournie par des mesures radioastronomiques. Un avantage fondamental existe ici par rapport au calcul de G/T partir des valeurs G et T mesures sparment. Au lieu de deux mesures absolues, il suffit dune mesure relative pour dterminer le rapport. 3 Radiosources stellaires appropries Les ra

15、diosources discrtes Cassiope A, Cygnus A et Taurus A semblent tre les plus appropries pour la mesure du rapport G/T par les stations terriennes dans lhmisphre nord, tandis que Orion, Virgo et Omega sont tout aussi appropries pour les stations terriennes dans lhmisphre sud. Toutefois, la densit de fl

16、ux de Cygnus A et celle de Virgo peuvent se rvler insuffisante dans certains cas. Le Tableau 1 donne des valeurs de la densit spectrale des radiosources cites plus haut, o la frquence est comprise entre 1 et 20 GHz. TABLEAU 1 Densits spectrales de puissance surfacique de radiosources Radiosource Den

17、sit spectrale f GHz (W/(m2 Hz) Cassiope A )1()0001(log7700745526101010)(f,ACasf=Taurus A )0001(log2780794326101010)(f,ATauf=Cygnus A ()0001(log279,1256,726101010fACygf =Orion ()0001log204,0317,326 (101010fOrionf=Virgo ()0001(log289,1541,626101010fVirgof=Omega ()0001(log378,0056,426101010fOmegaf=(1)V

18、aleur de janvier 1980 (voir le 4.2).Rec. UIT-R S.733-2 3 Pour les mesures des frquences suprieures 10 GHz, il pourrait tre intressant de se servir des ondes radiolectriques provenant de plantes, par exemple Vnus, au mme titre que les radiosources stellaires susmentionnes. Les puissances surfaciques

19、des ondes radiolectriques mises par les plantes augmentent avec la frquence et leur angle solide est trs petit, ce qui rend ngligeables les erreurs dues lextension angulaire. La densit de flux ( f ) a pour expression: ()()()= cos142fbTkf (2) o: Tb( f ) : temprature de brillance dune plante (K) : dem

20、i-diamtre. La valeur de ( f ), quon dduit de la formule (2), est introduire dans la formule (1) pour obtenir la valeur de G/T dune station terrienne. La valeur de peut se trouver dans American Ephemeris and Nautical Almanac (US Government Printing Office, Washington DC 20402). Dans le cas de la plan

21、te Vnus, les valeurs de Tb( f) sont estimes 580 K et 506 K respectivement 15,5 et 31,6 GHz. Comme les valeurs de Tb( f ) sont fondes sur un nombre limit de donnes mesures aux deux frquences considres, et quelles nont pas encore t dtermines pour dautres frquences, des tudes complmentaires sont ncessa

22、ires pour confirmer et dvelopper les rsultats indiqus ici. 4 Termes de correction La valeur corrige du rapport G/T sexprime par: (G/ T )c= G/ T + C1+ C2+ C3 (3)o: C1: correction pour labsorption atmosphrique C2: correction pour la largeur angulaire des radiosources stellaires C3: correction pour la

23、variation du flux avec le temps. Tous ces termes doivent tre exprims en dB. Il est possible destimer la valeur de la correction dabsorption atmosphrique, C1, daprs les indications du 2.2 de la Recommandation UIT-R P.676. 4.1 Largeur angulaire des radiosources stellaires Si la largeur angulaire de la

24、 radiosource stellaire dans le ciel est sensiblement suprieure louverture du faisceau dantenne, il faut appliquer une correction. Les quations suivantes sont de bonnes approximations du terme de correction de la largeur angulaire, C2, galement trac point par point dans la Fig. 1. GfaGfaGfaGfbGf9GeaG

25、eaGeaGebGe9Gf7Gf8Gf6Ge7Ge8Ge622102e1log10ABSCo: 602012,16,4dB3OmegaVirgoOrionATauACass602012,15,2dB3ACygD=62dB3: ouverture du faisceau 3 dB (degrs) : longueur donde (m) D : diamtre dantenne (m). 4 Rec. UIT-R S.733-2 0733-01a) b)0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,500,000,100,200,300,000,501,001,502,00Ouvertu

26、re mi-puissance du faisceau de lantenne (degrs) Ouverture mi-puissance du faisceaude lantenne (degrs)0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30Facteurdecorrection,C2(dB)Facteurdecorrection,C2(dB)Cassiope A, Taurus A, Orion, Omega, VirgoCygnus AFIGURE 1Facteur de correction pour la largeur angulaire de radio

27、sources stellairesFIGURE 1/S.733-2.D01 = 3 CM La distribution de la brillance mesure pour Cygnus A peut tre dcrite convenablement par un modle en forme de double colonne de 0,02 min darc dans chaque diamtre de colonne spare par une distance angulaire de 2,06 min darc. Si le modle en anneau pour Cass

28、iope A et le modle double colonne pour Cygnus A sont adopts, on dispose dapproximations appropries pour le terme de correction. Ces modles peuvent aussi tre utiles pour mesurer louverture du faisceau de lantenne mi-puissance en observant la largeur de la courbe de drive mi-intensit. Il sensuit que l

29、e terme de correction de ltendue angulaire des radiosources stellaires peut tre dtermin partir de la courbe de drive observe mme sans quil soit ncessaire de connatre louverture du faisceau de lantenne mi-puissance. 4.2 Variation du flux avec le temps Cassiope A se caractrise par une diminution de fl

30、ux avec le temps, en fonction de la frquence. Cette correction peut se faire avec le terme: dB100log3,097,01log1010103nfCGfaGfbGf9GeaGebGe9= (4) o: n : nombre des annes coules, n = 0 en janvier 1980 f : frquence (GHz). Rec. UIT-R S.733-2 5 4.3 Effets de polarisation Taurus A, Cygnus A, Orion, Virgo

31、et Omega sont polarises elliptiquement et il faut utiliser la moyenne de deux lectures releves dans deux directions orthogonales. Lorsquon effectue des mesures laide de Cassiope A, ces prcautions sont inutiles. 5 Limites de la mthode des radiosources stellaires La mthode dcrite dans la prsente Annex

32、e comporte plusieurs inconvnients et, en particulier: la prcision nest pas trs bonne pour les stations terriennes relativement petites; cependant, compte tenu des quipements modernes et de la rigueur des mesures, des mesures de gain dantenne systmatiquement prcises peuvent tre obtenues grce des fact

33、eurs y 0,2 dB (voir le Tableau 2 indiquant des dimensions minimales approximatives dantennes); cette technique nest pas toujours ralisable pour les stations offrant des possibilits de pointage limites. TABLEAU 2 Diamtre minimum dantenne autoris pour lutilisation dune radiosource stellaire afin de me

34、surer le gain dantenne, en prenant pour hypothse un angle dlvation de 25 et des facteurs y 0,2 dB APPENDICE 1 A LANNEXE 1 Contributions la temprature de bruit dune antenne de rception de station terrienne 1 Introduction La temprature de bruit de lantenne dune station terrienne est lun des lments de

35、la temprature de bruit dun systme de rception; elle peut comprendre des contributions lies aux lments atmosphriques (vapeur deau, nuages ou prcipitations) en plus du bruit provenant de sources extraterrestres tel que le bruit solaire ou cosmique. Les bruits produits par lenvironnement de lantenne (b

36、ruit artificiel et signaux brouilleurs) ainsi que le bruit thermique produit par le systme de rception, qui peuvent parvenir aux bornes de lantenne, peuvent aussi contribuer la temprature de bruit de lantenne de la station terrienne. De nombreux facteurs contribuent la temprature de bruit de lantenn

37、e et notamment ceux qui dpendent des conditions mtorologiques ne sont pas stables et le bruit qui en rsulte aura donc une distribution statistique dans le temps. Connatre ces facteurs et leurs variations prvues aiderait beaucoup les concepteurs de stations terriennes; il est donc ncessaire de rassem

38、bler des donnes sur les caractristiques de temprature de bruit des antennes de stations terriennes existantes dune manire qui puisse tre utilise au mieux lavenir. On trouvera dans le prsent Appendice les rsultats de mesures de temprature de bruit dantenne effectues aux frquences 11,45, 11,75, 17,6,

39、18,4, 18,75 et 31,65 GHz. Les rsultats mesurs 17,6 et 11,75 GHz ont permis dtablir une distribution cumulative des tempratures et de dterminer linfluence de la temprature de bruit par temps clair sur langle de site. Diamtre minimum dantenne dans la bande C (m) (Tsys= 78 K)Diamtre minimum dantenne da

40、ns la bande Ku (m) (Tsys= 130 K)Radiosource stellaire Antenne Cassegrain Antenne foyer principal Antenne Cassegrain Antenne foyer principal Cassiope A 4,6 5,4 9,3 11,0 Taurus A 5,1 5,9 8,0 9,5 Cygnus A 6,0 6,0 16,0 18,5 6 Rec. UIT-R S.733-2 2 Matriel de mesure Les mesures ont t effectues aux Pays-Ba

41、s en utilisant une srie de radiomtres munis dune antenne Cassegrain de 10 m alimente par un cornet cannel. Ces mesures ont aussi t effectues au Japon laide de radiomtres de type Dicke et de type adjonction de bruit, quips dantennes Cassegrain de 10 m et 13 m et dune antenne Cassegrain avec alimentat

42、ion excentre de 11,5 m. Pour les mesures de bruit effectues en Allemagne sur une antenne de 18,3 m de diamtre, on a utilis la mthode du facteur y, par atmosphre claire. 3 Rsultats des mesures La Fig. 2 reprsente les distributions cumulatives de la temprature de bruit dantenne mesure 11,75 et 17,6 GH

43、z. Les valeurs portes sur cette figure sont celles que lon a mesures sur le bord de sortie du cornet. 0733-02AB010020030010110 1022510212525255FIGURE 2Valeur mesure de la temprature de bruit de lantenne en fonctiondu pourcentage du temps pendant lequel chaque niveau est dpassTemperature de bruitdela

44、ntenne,TA(K)Pourcentage du tempsCourbes A: 17,6 GHz, 7200 hB: 11,75 GHz, 8100 hDiamtre de lantenne: 10 mAngle dlvation: 30 FIGURE 2/S.733.D02 = 3 CM La temprature de bruit de lantenne est surtout due laffaiblissement atmosphrique. Les effets cosmiques et le rayonnement provenant du sol y contribuent

45、 galement. Les mesures dont les rsultats sont reprsents sur la Fig. 2 ont eu lieu alors que langle dlvation de lantenne tait de 30. Elles ont t effectues entre aot 1975 et juin 1977. Les conditions qui ont prvalu pendant cette priode peuvent tre considres comme typiques de la pluviosit locale. La Fi

46、g. 3 reprsente la faon dont la temprature de bruit de lantenne dpend de son angle dlvation, par atmosphre claire. Les valeurs de la Fig. 3 correspondent celles de la Fig. 2 pour un pourcentage du temps de 50%. Une analyse des rsultats de la Fig. 3 a montr que la temprature de bruit de lantenne a deu

47、x composantes, dont lune dpend de langle dlvation et dont lautre est pratiquement constante. Rec. UIT-R S.733-2 7 0733-03010203040506070809010011012013054312BA0 5 10 15 20 25 35 40 4530627929429629082504961010761 0161 0181 0061 01766511 013FIGURE 3Temprature de bruit de lantenne, TA, en fonction de langle dlvation, , de lantenne par atmosphre claireTemprature de bruitdelantenne,TA(K)Angle dlvation, (degrs)Note 1 Pour les caractristiques des courbes 1 6, se reporter au Tableau 3.N