ITU-R S 733-2 SPANISH-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 RECOMENDACIN UIT-R S.733-2 DETERMINACIN DE LA RELACIN GANANCIA/TEMPERATURA DE RUIDO DE LAS ESTACIONES TERRENAS QUE FUNCIONAN EN EL SERVICIO FIJO POR SATLITE (Cuestin UIT-R 42/4) (1992-1993-2000) Rec. UIT-R S.733-2 La Asamblea de Radiocomunicaciones de la UIT, considerando a) qu

2、e el principal factor de calidad de las estaciones terrenas que funcionan en el servicio fijo por satlite es la relacin entre la ganancia de potencia de la antena y la temperatura de ruido del sistema (G/T); b) que hay dos mtodos utilizados generalmente para la medida de la relacin G/T de estaciones

3、 terrenas (cada uno con ventajas para las distintas situaciones) y un mtodo para su prediccin, recomienda 1 que para medir la relacin G/T un mtodo es la medicin de la potencia de ruido procedente de una fuente radioelctrica estelar por el mtodo expuesto en el Anexo 1; 2 que, como mtodo alternativo p

4、ara medir esta relacin, se recurra a la medicin de una seal de referencia procedente de un satlite geoestacionario, conforme se expone en el Anexo 2; 3 que, cuando ninguno de los mtodos expuestos sea aplicable, se determine dicha relacin midiendo la ganancia de la antena y estimando la temperatura d

5、e ruido del sistema; 4 que se consideren las Notas siguientes como parte de esta Recomendacin: NOTA 1 La relacin G/T de una estacin terrena puede verse degradada por diversos factores naturales. En el Apndice 1 a esta Recomendacin se examinan los aumentos de valor de la temperatura de ruido de recep

6、cin debidos a la atmsfera, la precipitacin, la radiacin del suelo y fuentes csmicas. NOTA 2 En el Anexo 3 a la presente Recomendacin figuran informaciones sobre la determinacin de la relacin G/T de las estaciones terrenas que funcionan en frecuencias superiores a 10 GHz y los efectos de diversas fue

7、ntes de ruido en la calidad de funcionamiento de esas estaciones terrenas. NOTA 3 La precisin del mtodo alternativo del 2 depende de la precisin en la medida de la densidad de flujo de potencia de las emisiones del satlite en la estacin terrena de referencia que es del orden de 1 dB. En el Informe 2

8、76 del ex CCIR, Volumen I (Control de las emisiones radioelctricas procedentes de estaciones espaciales en estaciones fijas de comprobacin) y en la Parte 3 de la Publicacin 835 de la Comisin Electrotcnica Internacional (CEI) figura ms informacin respecto a las mediciones de la relacin G/T de los sis

9、temas receptores. ANEXO 1 Medicin de la relacin ganancia/temperatura de ruido con ayuda de fuentes radioelctricas estelares 1 Introduccin Conviene establecer un mtodo prctico para medir con gran precisin la relacin ganancia/temperatura de ruido, G/T, a fin de poder comparar los valores medidos en la

10、s distintas estaciones. En el presente Anexo se describe un mtodo que permite medir directamente la relacin G/T con ayuda de fuentes radioelctricas estelares. No obstante, debe sealarse que, en ciertos casos, el mtodo que utiliza fuentes radioelctricas estelares no resulta prctico (vase el 5). 2 Rec

11、. UIT-R S.733-2 2 Mtodo de medida La relacin G/T puede calcularse mediante la frmula siguiente, una vez medida la relacin r de las potencias de ruido a la salida del receptor: ()()frkTG=218(1) donde: k : constante de Boltzmann (1,38 1023J/K1) : longitud de onda (m) ( f ) : densidad espectral de fluj

12、o de radiacin de la fuente radioelctrica estelar (W/(m2 Hz) en funcin de la frecuencia f r = (Pn+ Pst) / PnPn: potencia de ruido correspondiente a la temperatura de ruido de sistema T Pst: potencia de ruido suplementaria cuando la antena est en alineacin exacta con la fuente radioelctrica estelar G

13、(ganancia de la antena) y T (temperatura de ruido del sistema) estn referidas a la entrada del receptor. En la ecuacin (1) se ha tenido en cuenta que la radiacin estelar est generalmente polarizada de manera aleatoria y que slo se recibe una parte de ella, correspondiente a la polarizacin de recepci

14、n. La densidad espectral de flujo de radiacin ( f ) se obtiene mediante mediciones radioastronmicas. Este procedimiento tiene una ventaja fundamental en comparacin con el clculo de la relacin G/T a partir de valores de G y T medidos por separado; en efecto, para determinar la relacin, en lugar de ef

15、ectuar dos medidas absolutas, basta con una sola medida relativa. 3 Fuentes radioelctricas estelares adecuadas Las fuentes radioelctricas discretas Casiopea A, Cisne A y Tauro A parecen ser las ms adecuadas para medir la relacin G/T por las estaciones terrenas en el Hemisferio Norte, mientras que Or

16、in, Virgo y Omega son de forma similar apropiadas para estaciones terrenas en el Hemisferio Sur. Las densidades de flujo de Cisne A y Virgo, sin embargo, pueden no ser suficientes en todos los casos. En el Cuadro 1 se indican valores de la densidad de flujo de las fuentes radioelctricas estelares in

17、dicadas, en las que la frecuencia se encuentra entre 1 y 20 GHz. CUADRO 1 Densidades de flujo de fuentes radioelctricas Fuente radioelctrica Densidad de flujo a f GHz (W/(m2 Hz) Casiopea A )1()0001(log7700745526101010)(f,ACasf=Tauro A )0001(log0,2783,79426101010)(fATauf=Cisne A ()0001(log279,1256,72

18、6101010fACisf =Orin ()0001log204,0317,326 (101010fOrinf=Virgo ()0001(log289,1541,626101010fVirgof=Omega ()0001(log378,0056,426101010fOmegaf=(1)Valor en enero de 1980 (vase el 4.2).Rec. UIT-R S.733-2 3 Para mediciones en frecuencias superiores a 10 GHz, puede ser ventajoso emplear las radiaciones pro

19、venientes de los planetas, por ejemplo, de Venus, as como de las fuentes radioelctricas estelares anteriormente mencionadas. Las densidades de flujo de las ondas radioelctricas provenientes de los planetas aumentan con la frecuencia y su ngulo slido es muy pequeo, lo que entraa errores de correccin

20、despreciables debidos a la extensin angular. La densidad de flujo ( f ) viene expresada por: ()()()= cos142fbTkf (2) donde: Tb( f ) : temperatura de brillo de un planeta (K) : semidimetro. En la ecuacin (1) se sustituye el valor de ( f ), deducido de la ecuacin (2), para obtener el valor de G/T de u

21、na estacin terrena. El valor de puede encontrarse en el American Ephemeris and Nautical Almanac (US Government Printing Office, Washington DC 20402, Estados Unidos de Amrica). Para el planeta Venus, se supone que los valores de Tb( f ) son de unos 580 K y 506 K para 15,5 y 31,6 GHz, respectivamente.

22、 Como los valores de Tb( f ) se basan en un nmero limitado de datos de medicin en las dos frecuencias mencionadas, y no se han determinado todava para otras frecuencias, se precisan otros estudios para confirmar y ampliar los resultados que aqu se indican. 4 Factores de correccin El valor corregido

23、de la relacin G/T viene dado por: (G/ T )c= G/ T + C1+ C2+ C3 (3)donde: C1 : correccin debida a la absorcin atmosfrica C2 : correccin debida a la extensin angular de las fuentes radioelctricas estelares C3 : correccin debida a la variacin del flujo con el tiempo. Todos estos factores han de expresar

24、se en decibelios. El valor de la absorcin atmosfrica, C1, puede estimarse utilizando el 2.2 de la Recomendacin UIT-R P.676. 4.1 Extensin angular de las fuentes radioelctricas estelares Si la extensin angular de la fuente radioelctrica estelar en el cielo es significativa comparada con la anchura de

25、haz de la antena, se debe aplicar una correccin. Las ecuaciones siguientes son buenas aproximaciones para el factor de correccin de extensin angular, C2, dibujado tambin en la Fig. 1. GfaGfaGfaGfbGf9GeaGeaGeaGebGe9Gf7Gf8Gf6Ge7Ge8Ge622e1log10102ABSCdonde: 602012,16,4dB3OmegaVirgoOrinATauACas602012,15

26、,2dB3ACisD=62dB3: anchura de haz a 3 dB (grados) : longitud de onda (m) D : dimetro de la antena (m). 4 Rec. UIT-R S.733-2 0733-01a) b)0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,500,000,100,200,300,000,501,001,502,00Anchura de haz de la antena a potencia mitad (grados)0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30Factor decorr

27、eccin,C2(dB)Casiopea A, Tauro A, Orin, Omega, VirgoCisne AFactor decorreccin,C2(dB)Anchura de haz de la antenaa potencia mitad (grados)FIGURA 1Factor de correccin para tener en cuenta la extensin angular de las fuentes radioelctricas estelaresFIGURE 1/S.733-2.D01 = 3 CM La distribucin del brillo med

28、ido para Cisne A puede describirse adecuadamente por un modelo de doble columna, cada una de ellas con un dimetro de 0,02 min de arco y separadas angularmente entre s 2,06 min de arco. La adopcin del modelo anular para Casiopea A y de doble columna para Cisne A permite determinar un factor de correc

29、cin suficientemente aproximado. Tales modelos pueden ser tambin de utilidad para medir la anchura del haz de la antena entre puntos a potencia mitad, mediante la observacin de la abertura correspondiente de la curva de deriva a la intensidad mitad. De ello se infiere que puede determinarse el factor

30、 de correccin para la extensin angular de fuentes radioelctricas estelares a partir de la propia curva de deriva observada, sin necesidad de conocer la abertura del haz de la antena entre puntos a potencia mitad. 4.2 Variacin del flujo con el tiempo Casiopea A est sometida a variaciones del flujo de

31、pendiente de la frecuencia en funcin del tiempo. La correccin se puede obtener de: dB100log3,097,01log1010103nfCGfaGfbGf9GeaGebGe9= (4) donde: n : nmero de aos transcurridos, con n = 0 en enero de 1980 f : frecuencia (GHz). Rec. UIT-R S.733-2 5 4.3 Efectos de la polarizacin Tauro A, Cisne A, Orin, V

32、irgo y Omega estn polarizados elpticamente y es necesario utilizar la media de las dos seales tomadas en direcciones octogonales. Estas precauciones no son necesarias cuando se utiliza Casiopea A. 5 Limitaciones del mtodo de la fuente radioelctrica estelar El mtodo descrito en este Anexo presenta va

33、rios inconvenientes, como son: la precisin no es muy buena para las estaciones terrenas ms pequeas, sin embargo, dado el equipamiento moderno y con un banco de medicin cuidadosamente elegido, se pueden conseguir mediciones de ganancia de antena suficientemente precisas, con factores y 0,2 dB (vase e

34、l Cuadro 2 para los tamaos de antena mnimos aproximados); esta tcnica puede no ser posible para estaciones con capacidad de orientacin limitada. CUADRO 2 Dimetro de antena mnimo admisible para utilizar una fuente radioelctrica estelar para medir la ganancia de antena, suponiendo un ngulo de elevacin

35、 de 25oy factores y 0,2 dB APNDICE 1 AL ANEXO 1 Contribuciones a la temperatura de ruido de una antena receptora de estacin terrena 1 Introduccin La temperatura de ruido de una antena de estacin terrena es uno de los factores que contribuyen a la temperatura de ruido de un sistema receptor y puede i

36、ncluir contribuciones debidas a elementos atmosfricos tales como el vapor de agua, las nubes y las precipitaciones, as como el ruido procedente de fuentes extraterrestres, es decir, el ruido solar y el ruido csmico. A la temperatura de ruido de la antena de estacin terrena pueden contribuir asimismo

37、 el terreno y otras caractersticas del lugar en que sta se encuentra ubicada, el ruido artificial y las seales interferentes, as como el ruido trmico generado por el sistema receptor que puede estar presente en los terminales de la antena. Muchos de los factores que contribuyen al ruido de la antena

38、, particularmente los que dependen de las condiciones meteorolgicas, no son estables, por lo que el ruido resultante mostrar cierta forma de distribucin estadstica en el tiempo. El debido conocimiento de esos factores y de su variacin prevista ayudara considerablemente a los proyectistas de estacion

39、es terrenas, razn por la cual es necesario recoger informacin sobre las caractersticas de ruido de las antenas de las estaciones terrenas existentes bajo una forma que facilite su interpretacin en caso de uso futuro. El presente Apndice consigna los resultados de las mediciones de la temperatura de

40、ruido de antenas efectuadas a 11,45 GHz, 11,75 GHz, 17,6 GHz, 18,4 GHz, 18,75 GHz y 31,65 GHz. De los resultados medidos a 17,6 GHz y 11,75 GHz se ha derivado la distribucin acumulativa de la temperatura y la relacin entre la temperatura de ruido con cielo despejado y el ngulo de elevacin. Dimetro m

41、nimo de antena en banda C (m) (Tsis= 78 K)Dimetro mnimo de antena en banda Ku (m) (Tsis= 130 K)Fuente radioelctrica estelar Cassegrain Foco primario Cassegrain Foco primario Casiopea A 4,6 5,4 9,3 11,0 Tauro A 5,1 5,9 8,0 9,5 Cisne A 6,0 6,0 16,0 18,5 6 Rec. UIT-R S.733-2 2 Equipo de medicin Se han

42、efectuado mediciones de la temperatura de ruido de la antena en los Pases Bajos utilizando una serie de radimetros equipados con una antena Cassegrain de 10 m alimentada por una bocina corrugada. Estas mediciones se han realizado tambin en Japn utilizando radimetros del tipo de adicin de ruido y del

43、 tipo Dicke equipados con antenas Cassegrain de 13 m y de 10 m y de una antena Cassegrain de 11,5 m con alimentador descentrado. En Alemania se efectuaron mediciones de ruido con una antena de 18,3 m de dimetro, utilizando el mtodo de factor y, con cielo despejado. 3 Resultados de las mediciones La

44、Fig. 2 muestra la distribucin acumulativa en el tiempo de la temperatura de ruido de la antena medida en 11,75 GHz y 17,6 GHz. La temperatura de ruido indicada en la Fig. 2 es el valor medido en el borde de salida de la bocina de alimentacin. 0733-02AB010020030010110 1022510212525255FIGURA 2Temperat

45、ura de ruido de la antena medida como una funcindel porcentaje de tiempo en que se ha rebasado cada nivelTemperatura de ruido de laantena,TA(K)Porcentaje de tiempoCurvas A: 17,6 GHz, durante 7200 hB: 11,75 GHz, durante 8100 hDimetro de la antena: 10 mngulo de elevacin: 30 FIGURE 2/S.733-2.D01 = 3 CM

46、 La principal contribucin a la temperatura de ruido de la antena es debida a la atenuacin atmosfrica. Otras contribuciones son las debidas a los efectos csmicos y a la radiacin procedente del suelo. Las mediciones presentadas en la Fig. 2 se han efectuado con un ngulo de elevacin de la antena de 30.

47、 El periodo de medicin es el comprendido entre agosto de 1975 y junio de 1977. Las condiciones durante el periodo de medicin pueden considerarse como tpicas del rgimen de precipitaciones en ese lugar. La Fig. 3 muestra la dependencia de la temperatura de ruido de la antena con relacin al ngulo de el

48、evacin en condiciones de cielo despejado. El valor de la temperatura de ruido de la antena de la Fig. 3 corresponde al indicado en la Fig. 2 para un porcentaje del 50% del tiempo. El anlisis de los resultados de las mediciones indicados en la Fig. 3 ha demostrado que la temperatura de ruido de la antena est constituida por una parte que depende del ngulo de elevacin y un componente aproximadamente constante. Rec. UIT-R S.733-2 7 0733-03010203040506070809010011012013054312BA0 5 10 15 20 25 35 40 453062792942962