ITU-R S 736-3 SPANISH-1997 ESTIMATION OF POLARIZATION DISCRIMINATION IN CALCULATIONS OF INTERFERENCE BETWEEN GEOSTATIONARY-SATELLITE NETWORKS IN THE FIXED-SATELLITE SERVICE《卫星固定业务中.pdf

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1、Rec. UIT-R S.736-3 1RECOMENDACIN UIT-R S.736-3*ESTIMACIN DE LA DISCRIMINACIN POR POLARIZACIN EN LOSCLCULOS DE INTERFERENCIA ENTRE REDES DE SATLITESGEOESTACIONARIOS EN EL SERVICIO FIJO POR SATLITE(Cuestin UIT-R 42/4)(1992-1994-1995-1997)Rec. UIT-R S.736-3La Asamblea de Radiocomunicaciones de la UIT,c

2、onsiderandoa) que ms de una red de satlites geoestacionarios del servicio fijo por satlite (SFS) utiliza las mismas bandasde frecuencias;b) que la interferencia entre las redes del SFS contribuye a aumentar el ruido en dichas redes;c) que es necesario proteger cualquier red del SFS contra la interfe

3、rencia causada por otras redes de este servicio;d) que la estimacin detallada de la interferencia mutua entre redes de satlite, debida al aumento de la ocupacinde la rbita geoestacionaria, requiere calcular valores ms precisos de la discriminacin por polarizacin resultante de lautilizacin de polariz

4、aciones diferentes o idnticas en el sistema deseado o en el sistema interferente;e) que la utilizacin, para las necesidades reales de coordinacin, de los valores correspondientes a los factores deaislamiento por polarizacin que figuran en el Apndice 29 del Reglamento de Radiocomunicaciones, no propo

5、rcionarauna estimacin precisa de la discriminacin por polarizacin en el clculo de los mrgenes reales de interferencia,recomienda1 que, para estimar la discriminacin por polarizacin entre dos redes de satlite determinadas, se utilice elmtodo descrito en el Anexo 1.ANEXO 1Estimacin de la discriminacin

6、 por polarizacin1 Definicin de la polarizacin de una onda electromagnticaLa polarizacin de una onda electromagntica se define como el vector del campo elctrico que se sita en un planoortogonal a la direccin de propagacin de la misma.En general, este vector describe una elipse. Los dos casos particul

7、ares existentes son los siguientes: polarizacin circular,en la que ambos ejes de la elipse son iguales, y polarizacin lineal, en la que uno de los ejes vale cero.Si la onda radiada tiene polarizacin lineal, existen dos planos de polarizacin ortogonales, manteniendo cada vector depolarizacin una dire

8、ccin fija. El plano de polarizacin de una onda con polarizacin lineal es el que contiene ladireccin de la propagacin de la onda y el vector de polarizacin.Si la onda radiada tiene polarizacin circular, pueden existir rotaciones a izquierda o a derecha.2 Definicin del ngulo de polarizacin y del ngulo

9、 de alineacin relativaEl ngulo de polarizacin, , es el ngulo formado por el plano vertical, que incluye la direccin de propagacin (en ladireccin de puntera de la estacin terrena hacia el satlite), y el plano de polarizacin de la onda con polarizacin linealtransmitida por el satlite o por la estacin

10、terrena hacia el satlite._*Esta Recomendacin debe sealarse a la atencin del Grupo de Trabajo 10-11S de Radiocomunicaciones.2 Rec. UIT-R S.736-3El ngulo de alineacin relativa, , es en el caso de polarizacin lineal, el ngulo comprendido entre: los planos de polarizacin de las seales deseada e interfer

11、ente (1 2) (vase el Apndice 2); o bien, entre el plano de polarizacin de la seal recibida y el plano de polarizacin de la antena receptora (vase elApndice 1).En el caso copolar, el ngulo viene dado por: = 1 2+ siendo: : tolerancia.En los Apndices 1 y 2 se indica el modo de calcular los ngulos y .3 D

12、efinicin de la relacin de desacoplamiento por polarizacin y de la discriminacinpor polarizacinLa relacin de desacoplamiento por polarizacin Dp() de una antena de estacin terrena o de satlite es la relacin entrela componente del campo en la polarizacin deseada y la componente del campo en la polariza

13、cin ortogonal, siendo el ngulo entre las direcciones de las seales deseada e interferente.La discriminacin por polarizacin, Y (factor de aislamiento por polarizacin) de una antena receptora es la relacinentre la potencia recibida de dos ondas con polarizacin y direccin diferentes.Ha de sealarse que

14、si en la red interferente o la deseada (o en ambas) funciona un conjunto de transpondedores con unapolarizacin y otro conjunto de transpondedores con la polarizacin ortogonal en la misma frecuencia, no procedeincluir la discriminacin por polarizacin ntegra en los clculos de interferencia entre las d

15、os redes. La medida de esadiscriminacin depender del grado de superposicin de las bandas de paso de los transpondedores de una y otra red. Enel caso ms desfavorable, es decir cuando los transpondedores de las dos redes estn exactamente alineados enfrecuencia y en anchura de banda, no debe incluirse

16、ninguna discriminacin por polarizacin entre las redes al calcularsu interferencia recproca.4 Clculo de la discriminacin por polarizacin, Y, en el caso de polarizacin lineal4.1 Clculo de la discriminacin por polarizacin en el enlace descendente, YdEl objetivo de este clculo es determinar, en el caso

17、de una estacin terrena receptora deseada, la discriminacin conrespecto a una seal interferente. Se han establecido los diagramas de radiacin de la estacin terrena para los planos depolarizacin copolar y contrapolar utilizando datos experimentales.Los ngulos de polarizacin se calculan, tanto para la

18、seal deseada como para la interferente, utilizando las coordenadasde las dos direcciones de puntera de las antenas de satlite deseada e interferente, as como las coordenadas de laestacin terrena de referencia.El valor que se obtiene para la discriminacin, Yd, tiene en cuenta la onda copolarizada pro

19、cedente del satliteinterferente y recibida en la estacin terrena receptora (diagramas copolar, A/() y contrapolar, A+().Tambin se tiene en cuenta la seal con polarizacin cruzada procedente del satlite interferente y que es recibida segnel diagrama copolar de la estacin terrena. Sin embargo, puede de

20、spreciarse el aislamiento adicional producido por larelacin entre la seal contrapolar transmitida y la seal contrapolar recibida.Yd= 10 log (cos2 + sen2 10Dp(b)/10+ sen2 10Dpsat/10)dB (1)donde:b : separacin topocntrica entre satlitesDp(b) : desacoplamiento por polarizacin de la estacin terrena desea

21、da:Dp(b) = A/(b) A+(b) dBDpsat: desacoplamiento por polarizacin (dB) del satlite interferente en la zona de cobertura en la que seencuentra la estacin terrena deseada.Rec. UIT-R S.736-3 34.2 Clculo de la discriminacin por polarizacin en el enlace ascendente, YuEl objetivo de este clculo es determina

22、r, de manera semejante a como se ha hecho en el punto precendente para unaantena receptora del satlite deseado, la discriminacin, Yu, con respecto a una seal interferente.Yu= 10 log (cos2 + sen2 10 Dp(b)/10+ sen2 10 Dpst/10)dB (2)donde:b : ngulo entre la direccin principal de radiacin y la direccin

23、de la estacin terrena interferenteDp(b) : desacoplamiento por polarizacin del satlite deseado:Dp(b) = S/(b) S+(b) dBS/ y S+: diagramas copolar y contrapolar de la antena del satlite deseadoDpst : desacoplamiento por polarizacin (dB) de la estacin terrena interferente.5 Clculo de la discriminacin por

24、 polarizacin, Y, en el caso de dos polarizaciones,circular y linealEn el caso de una seal interferente con polarizacin lineal (el vector de polarizacin lineal puede obtenerse a partir dedos vectores de polarizacin circular, con rotacin dextrgira y levgira), la discriminacin que se obtiene en la ante

25、nareceptora deseada que funcione con polarizacin circular puede expresarse de manera similar a la anterior:Y = 10 log 12(1 + 10Dp()/10)dB (3)donde:Dp() : desacoplamiento por polarizacin de la antena receptora (dB).Igualmente, en el caso de una seal interferente con polarizacin circular (el vector de

26、 polarizacin circular puedeconsiderarse compuesto por dos vectores ortogonales de polarizacin lineal), la discriminacin que se obtiene en laantena receptora deseada que funcione con polarizacin lineal puede describirse utilizando la misma frmula.6 Aplicacin a casos realesA partir de las relaciones a

27、nteriores, el clculo de la discriminacin por polarizacin en los diversos casos permiteestimar la mejora obtenida en los clculos de interferencia. En especial, puede considerarse la utilizacin de unapolarizacin ortogonal a la de la seal interferente. Las relaciones descritas no tienen en cuenta los e

28、fectos de lascondiciones de propagacin sobre el plano de polarizacin de la seal; esto se incluye en el Apndice 1 al Anexo 1.7 Orientacin de los planos de polarizacinEs posible orientar el plano de polarizacin de la antena receptora de una estacin terrena (con polarizacin lineal) parados condiciones

29、ptimas diferentes, una de ellas para minimizar la interferencia procedente de una seal conpolarizacin ortogonal en condiciones atmosfricas despejadas y la otra para minimizar los efectos de la despolarizacindebida a la lluvia. En el Apndice 1 se describen los mtodos de clculo de las alineaciones pti

30、mas para ambos casos.8 Despolarizacin debida a la lluvia (vase el Apndice 3)Tras la propagacin atmosfrica, una onda con una determinada polarizacin (lineal o circular) no mantiene estapolarizacin debido al efecto Faraday en la ionosfera y al efecto de polarizacin cruzada en la troposfera. La zonaafe

31、ctada es la gama de frecuencias comprendida entre unos 10 MHz a unos 50 GHz. Se dice que hay polarizacincruzada cuando parte de la energa transmitida en una polarizacin se encuentra en una polarizacin ortogonal despusde la propagacin.4 Rec. UIT-R S.736-3La troposfera (atmsfera no ionizada) se extien

32、de desde el suelo hasta aproximadamente 15 km de altitud y puede crearpolarizacin cruzada de ondas electromagnticas en los casos siguientes: efecto del cielo despejado (fenmeno de reflexin): el efecto es pequeo en enlaces oblicuos; efecto de los cristales de hielo: este efecto es claro en los enlace

33、s de satlite y se debe a la refraccin de las ondas enaltitud sobre los cristales de hielo, que se convierten parcialmente en agua lquida (isoterma 0 C). Esta polarizacincruzada puede ser muy severa ya que no existe atenuacin; efecto de las precipitaciones: debido a su configuracin no esfrica, las go

34、tas de lluvia pueden crear ondas enpolarizacin ortogonal.Los efectos de la lluvia y de los cristales de hielo dependen del clima. En el Apndice 3 se estudian los efectos de lasgotas de lluvia sobre los enlaces de satlite.APNDICE 1AL ANEXO 1Optimizacin de la orientacin de la polarizacin1 Modelo simpl

35、e de enlace satlite-TierraLos efectos de la despolarizacin en los enlaces satlite-Tierra (o Tierra-satlite) han sido analizados extensamente y sehan formulado procedimientos matemticos que tienen en cuenta todas las contribuciones conocidas a ladespolarizacin. Estos procedimientos son, no obstante,

36、sumamente complejos y farragosos. Por ello, se ha desarrolladoun modelo simplificado adecuado para el anlisis de interferencia de primer orden que utiliza el concepto de gananciaequivalente de un enlace parcial (es decir, la conexin Tierra-espacio o la conexin espacio-Tierra).La ganancia equivalente

37、 (en forma de relacin de potencias) de un enlace parcial puede representarse por la siguienteaproximacin:G = G1 cos2 + G2 sen2G1= Gtp Grp A + Gtc Grc A + Gtp Grc A X + Gtc Grp A XG2= Gtc Grc A + Gtc Grp A2+ Gtp Grp A X + Gtc Grc A X (4)donde: : ngulo, para polarizacin lineal, de alineacin relativa e

38、ntre el plano de polarizacin de la seal recibida y elplano de polarizacin de la antena de recepcinGtp : caracterstica de ganancia copolar de la antena de transmisin expresada como relacin de potencias(Recomendaciones UIT-R S.465 y UIT-R S.580, para estaciones terrenas y Recomendacin UIT-R S.672 para

39、satlites)Gtc : caracterstica de ganancia contrapolar de la antena de transmisin expresada como relacin de potencias(Recomendacin UIT-R S.731 par cada estacin terrena)Grp : caracterstica de ganancia copolar de la antena de recepcin expresada como relacin de potencias(Recomendaciones UIT-R S.465, UIT-

40、R S.580 y UIT-R S.672)Grc : caracterstica de ganancia contrapolar de la antena de recepcin expresada como relacin de potencias(Recomendacin UIT-R S.731 par cada estacin terrena)A : desvanecimiento producido por la lluvia expresado como relacin de potencias 1X : despolarizacin producida por la lluvia

41、 expresada como relacin de potencias 1.En los puntos que siguen se incluyen clculos para obtener el ngulo, , para los casos siguientes: polarizacin alineada para minimizar los efectos del desvanecimiento producido por la lluvia, y polarizacin alineada para minimizar la interferencia.Rec. UIT-R S.736

42、-3 5Utilizando el concepto de ganancia equivalente, la potencia de la portadora deseada, C, o la potencia interferente de unasola fuente, I, en cada enlace parcial viene dada simplemente por:C (o I ) = PT LFS LCA+ 10 log G dBW (5)donde:PT : potencia de la antena transmisora deseada (interferente) (d

43、BW)LFS : prdida en el espacio libre en el enlace deseado (interferente) (dB)LCA : absorcin con cielo despejado en el enlace deseado (interferente) (dB)G : ganancia equivalente en el enlace deseado (interferente) (dB).2 Orientacin de la polarizacin para minimizar la interferencia debida a ladespolari

44、zacin producida por la lluviaComo se ilustra en la Fig. 1, el plano de polarizacin aparente en la superficie de la Tierra es funcin de las coordenadasgeogrficas del punto de puntera, del punto de prueba que se considera y del satlite. Para calcular este ngulo depolarizacin, , puede utilizarse la sig

45、uiente ecuacin:tg = sen b cos p sen (p s) cos b sen p sen (b s)sen b sen p+ cos b cos p sen (b s) sen (p s)(6)donde: : latitud : longitudb : punto de punterap : punto de pruebas : satlite.En lo anterior se ha supuesto que el plano de polarizacin se optimiza para el mnimo desvanecimiento producido po

46、r lalluvia en el punto de puntera, es decir, en alineacin con la horizontal local o la vertical local. En forma funcional, laecuacin (6) puede escribirse: = f(b, b, p, p, s)Para determinar la componente de interferencia en el punto de prueba, p, se necesita conocer la diferencia de ngulos depolariza

47、cin.Por tanto, si las seales deseada e interferente son copolares, el ngulo de la ecuacin (4) puede expresarse como: = 1 2+ (7)donde:1 = f(b1, b1, p, p, s1)2 = f(b2, b2, p, p, s2 )b1: punto de puntera del satlite deseado s1b2 : punto de puntera del satlite interferente s2 : margen de desalineacin de

48、 la antena de estacin terrena y tolerancias rotacionales de los haces de satlite.6 Rec. UIT-R S.736-3Si las seales deseada e interferente son contrapolares, el ngulo , en el caso ms desfavorable, es:= pi2 1 2 (8)En algunas circunstancias, la distincin entre copolar y contrapolar puede ser puramente acadmica. As, para