ITU-R SF 765-1 SPANISH-2002 Intersection of radio-relay antenna beams with orbits used by space stations in the fixed-satellite service《卫星固定业务中空间站使用轨道和无线电中继天线波束的相交》.pdf

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1、 Rec. UIT-R SF.765-1 1 RECOMENDACIN UIT-R SF.765-1 Interseccin de haces de antenas de sistemas de relevadores radioelctricos con las rbitas de las estaciones espaciales del servicio fijo por satlite (1992-2002) La Asamblea de Radiocomunicaciones de la UIT, considerando a) que la Recomendacin UIT-R S

2、F.406 especifica la p.i.r.e. mxima de los transmisores de los sistemas de relevadores radioelctricos con visibilidad directa que funcionan en las bandas de frecuencias compartidas con el servicio fijo por satlite (Tierra-espacio); b) que para examinar la conformidad de las estaciones de relevadores

3、radioelctricos que funcionan por debajo de 15 GHz con la Recomendacin UIT-R SF.406 hay que calcular el ngulo entre la direccin del haz de la antena del relevador radioelctrico y la direccin hacia la rbita de los satlites geoestacionarios; c) que en dicho clculo debe tenerse en cuenta el efecto de la

4、 refraccin atmosfrica, recomienda 1 que se tome en consideracin el material contenido en el Anexo 1 al planificar sistemas de relevadores radioelctricos; 2 que se utilice el mtodo descrito en el Anexo 2 para calcular el ngulo entre la direccin del haz de la antena del relevador radioelctrico y la di

5、reccin hacia la rbita de los satlites geoestacionarios. NOTA 1 Conviene que los receptores de relevadores radioelctricos de alta sensibilidad que funcionan en bandas comprendidas entre 1 y 15 GHz compartidas con sistemas espaciales (espacio-Tierra) eviten, en su propio inters, dirigir sus antenas ha

6、cia la rbita de los satlites geoestacionarios (vase la Nota 2 de la Recomendacin UIT-R SF.406). Para ello tambin puede utilizarse el mtodo de la presente Recomendacin. Anexo 1 Insercin de haces de antenas de sistemas de relevadores radioelctricos con las rbitas de las estaciones espaciales del servi

7、cio fijo por satlite 1 Introduccin La exposicin de los haces de las antenas de los sistemas de relevadores radioelctricos a la radiacin de los satlites de telecomunicacin se puede predecir por mtodos geomtricos cuando tales satlites describen rbitas circulares cuyas proyecciones sobre la superficie

8、de la Tierra son recurrentes, pero slo se puede prever estadsticamente en el caso de rbitas circulares e inclinadas de periodos arbitrarios. Se puede obrar de modo que un sistema de satlites sincronizado, con proyecciones recurrentes, tenga una proyeccin nica sobre la Tierra. Estos sistemas presenta

9、n cada vez mayor inters para las radiocomunicaciones. Los satlites geoestacionarios constituyen un caso particular, pues el Ecuador representa la proyeccin de todas las rbitas ecuatoriales. 2 Rec. UIT-R SF.765-1 En cualquier punto de la Tierra desde el que se vean los satlites de un sistema con proy

10、eccin nica, los satlites de aparicin sucesiva (no geoestacionarios) siguen un arco fijo que atraviesa la bveda celeste de un horizonte al otro. Adems, salvo en el caso de rbitas inclinadas, este arco no depende de la longitud y es simtrico con respecto a la direccin Norte-Sur. En los puntos siguient

11、es del presente Anexo se examinan las condiciones de exposicin con respecto a una rbita ecuatorial circular, incluyndose el caso particular de la rbita de los satlites geoestacionarios, as como la probabilidad de exposicin a satlites no sincronizados (proyeccin no recurrente sobre la superficie de l

12、a Tierra). Varias administraciones han proporcionado informacin sobre la medida en que las antenas de los sistemas de relevadores radioelctricos existentes estn orientadas hacia la rbita de los satlites geoestacionarios. Esta informacin indica que, si el porcentaje de los haces de antena que cortan

13、esa rbita es de aproximadamente un 2%, este porcentaje ser mucho ms elevado si se tienen en cuenta, por una parte, los haces que se extienden a 2 de su eje y, por otra, el efecto de la refraccin. Examinando las estaciones de relevadores radioelctricos existentes, en relacin con lo dispuesto en la Re

14、comendacin UIT-R SF.406, se observa que el porcentaje de estaciones cuyo haz de antena est orientado dentro de 2 de la rbita geoestacionaria, es, en determinados pases, del orden de un 10%. Adems, no cabe suponer que escapen a la radiacin de las antenas de los releva-dores radioelctricos segmentos i

15、mportantes de la rbita de los satlites geoestacionarios (cualquiera que sea su longitud). 2 Algunas caractersticas de los haces de las antenas de los sistemas de relevadores radioelctricos terrenales Los sistemas de relevadores radioelctricos con visibilidad directa utilizan antenas cuya ganancia es

16、 de unos 40 dB y haces cuya anchura angular de potencia mitad es de unos 2. Los sistemas trans-horizonte emplean generalmente antenas de mayor ganancia y haces de anchura angular ms reducida (por ejemplo, 50 dB y 0,5). En ambos casos, el trayecto tiene, por trmino medio, una inclinacin inferior a 0,

17、5, y raramente excede de 5. Cuando la totalidad de un haz de inclinacin negativa llega a la Tierra, no est expuesto a ninguna rbita. En cuanto a los haces cuyo eje est orientado hacia el horizonte, slo su mitad superior puede estar expuesta a una rbita. Cuando se utilizan reflectores pasivos convien

18、e tener en cuenta tambin la difraccin. Como los haces pasan cerca de la superficie de la Tierra y atraviesan una capa atmosfrica bastante espesa, si se quiere calcular exactamente la exposicin, habr que tener en cuenta la difraccin y la refraccin. 3 Direcciones con relacin a las rbitas ecuatoriales

19、circulares Por consideraciones geomtricas, se sabe que el ngulo acimutal A (medido en el sentido de las agujas del reloj a partir del Norte) y el ngulo de elevacin e de un satlite colocado en una rbita ecuatorial circular, pueden expresarse por: A = arctg ( tg /sen ) (1) += coscos21/)1coscos(arcsen2

20、KKKe (2) donde: K : relacin radio de la rbita/radio terrestre : latitud de la estacin terrenal : diferencia de longitud entre la estacin terrenal y el satlite. Rec. UIT-R SF.765-1 3 Eliminando entre estas dos ecuaciones se obtiene: += tg1)1(tgtgarccos2221KKeKeA (3) En caso necesario, generalizando e

21、ste anlisis, se pueden obtener los acimutes y los ngulos de elevacin para cualquier sistema de rbita inclinada y una sola proyeccin sobre la Tierra, cuyos satlites evolucionan a una altura dada; tambin puede determinarse la inclinacin y los puntos de interseccin con el Ecuador. No obstante, las dire

22、cciones de la rbita para tales sistemas dependern a la vez de la latitud y de la longitud de la estacin terrenal. Una antena orientada hacia una rbita ecuatorial circular de satlite no geoestacionario (o hacia otra rbita de una sola proyeccin sobre la Tierra) sufrir ciertamente una exposicin intermi

23、tente. En el caso de una rbita ecuatorial circular (distinta de la rbita de los satlites geoestacionarios), con m satlites, las antenas que tengan una anchura de haz de interferencia de rad, sufrirn inter-ferencia durante una fraccin de tiempo, cuya expresin aproximada es: P = m /(2) (4) En el caso

24、particular de la rbita de los satlites geoestacionarios, P ser igual a cero o a uno. 4 Sistemas de satlites no sincronizados En este caso no se puede establecer ms que una probabilidad media de exposicin a la radiacin de un satlite. Por consiguiente, para un sistema de n rbitas, de igual altura y ng

25、ulo de inclinacin i, la probabilidad media de exposicin puede expresarse por: P = m n /(8 cos ) arccos (sen ( /2)/sen i arccos (sen ( + /2)/sen i (5) cuando (i /2), siendo: m : nmero de satlites en cada rbita : latitud del punto de interseccin del haz de la antena y la esfera orbital. En la mayora d

26、e los casos prcticos en que i , es posible efectuar el clculo por medio de la ecuacin siguiente: =222sensen8 inmP (6) La utilizacin de esta ecuacin (6) aproximada en vez de la ecuacin (5) da lugar a un error relativo que no excede del 0,25%. En el caso particular de la rbita polar, i = /2 y la expre

27、sin anterior se reduce a: )cos8/(2= nmP (7) 5 Relaciones geomtricas entre la orientacin de las antenas de relevadores radio-elctricos y la rbita de los satlites geoestacionarios El caso de la rbita de los satlites geoestacionarios es importante, no slo en lo que concierne a la exposicin de los siste

28、mas de relevadores radioelctricos a los haces de los satlites, sino tambin por las limitaciones impuestas por la Recomendacin UIT-R SF.406, en funcin de la direccin de las antenas de los sistemas de relevadores radioelctricos, a fin de proteger la recepcin en los satlites geoestacionarios. 4 Rec. UI

29、T-R SF.765-1 La ecuacin (3) puede formularse: )cos(arccostgtgarccos1eeKA= (8) donde: A : acimut (o complemento a 360) contado a partir del Sur en el Hemisferio Norte y a partir del Norte en el Hemisferio Sur K : radio de la rbita/radio terrestre, hipotticamente 6,63 e : ngulo geomtrico de elevacin d

30、e un punto en la rbita de los satlites geoestacionarios : latitud de la estacin terrestre. Para una latitud de estacin y un ngulo de elevacin dados, los valores del ngulo A para los dos puntos de la rbita se miden desde uno y otro lado del meridiano. 5.1 Efecto de la refraccin atmosfrica La refracci

31、n atmosfrica hace generalmente que el rayo radioelctrico se curve hacia la Tierra; el haz de una antena de un sistema de relevadores radioelctricos con un ngulo de elevacin puede llegar a un satlite con un ngulo de elevacin, e, donde: e = (9) siendo e y valores algebraicos y el valor absoluto de la

32、correccin debida a la refraccin. La importancia de la curvatura depende del clima de la regin en que se encuentre la estacin (ndice de refraccin, gradiente del ndice, etc.), de la altitud de la estacin y del ngulo inicial de elevacin ; la variacin de en funcin de es particularmente rpida para bajos

33、valores negativos de . El valor de puede ser superior a algunas dcimas de grado, lo que es muy importante en el caso de estaciones de latitud media o elevada en las que una ligera modificacin del ngulo de elevacin representa un cambio importante del acimut de cada uno de los dos puntos correspondien

34、tes en la rbita del satlite geoestacionario. Adems, esta correccin vara en funcin del tiempo con las condiciones atmosfricas. En un punto de determinada latitud y para un ngulo de elevacin dado, el acimut apuntado directamente hacia la rbita barrer, al cabo de cierto periodo, una determinada zona an

35、gular. Para poder aplicar la Recomendacin UIT-R SF.406 hay que tener en cuenta que un valor medio de refraccin proporciona una proteccin importante y que, para obtener una proteccin total, conviene considerar los valores mximo y mnimo de la curvatura debida a la refraccin, a fin de determinar los ac

36、imutes extremos de esa zona angular; esto puede hacerse sobre una base estadstica. La ecuacin (8) sirve para determinar los acimutes extremos de la zona angular barrida a partir de los ngulos de elevacin extremos e1y e2. La determinacin de la curvatura en funcin del clima, de la altitud de la estaci

37、n y del ngulo de elevacin no es fcil, pues no siempre puede admitirse la hiptesis de una atmsfera de referencia de tipo exponencial y dista de ser despreciable la posibilidad de que se formen conductos atmosfricos, sobre todo en ciertas zonas martimas clidas. De poder admitirse la hiptesis de una at

38、msfera de tipo exponencial y de que estn relacionados el condice de refraccin en el suelo N y el gradiente N del condice de refraccin entre 0 y 1 000 m, se pueden calcular curvas que indiquen la correccin en funcin del ngulo de elevacin . La determinacin de las correcciones mxima y mnima 1y 2se redu

39、ce entonces a la estimacin de los valores mximo y mnimo de N (o de N ) que corresponden al caso particular estudiado. Rec. UIT-R SF.765-1 5 La influencia de la altitud de la estacin es muy difcil de estimar. Con ngulos de elevacin positivos, el rayo radioelctrico sale rpidamente de la atmsfera, la c

40、urvatura es relativamente pequea y la influencia de la altitud es probablemente reducida. En cambio, con ngulos de elevacin negativos, un rayo que cruza el horizonte atraviesa dos veces las capas ms densas de la atmsfera, la curvatura es, pues, grande y su variacin en funcin de la altitud, con un ng

41、ulo de elevacin constante, es probablemente ms importante. No obstante, no se poseen datos precisos a este respecto. Provisionalmente, para proteger la rbita en todos los casos, se adoptarn las reglas siguientes: 5.1.1 En las zonas geogrficas en que se disponga de datos de propagacin que permitan de

42、terminar la curvatura sobre una base estadstica, se deducir de esos datos el valor mximo de curvatura, definido como el valor no excedido durante, por ejemplo, el 99,5% del tiempo, y su valor mnimo. 5.1.2 En los casos en que no se dispone de tales datos, se puede recurrir a la siguiente aproximacin.

43、 Si se dispone de una atmsfera de referencia exponencial, los lmites del condice de refraccin se pueden calcular mediante el condice de refraccin radioelctrica al nivel del mar N0y el gradiente N (y mediante los mapas mundiales). Una gama de valores de N0comprendidos entre 250 y 400 (N al nivel del

44、mar comprendido entre 30 y 68, respectivamente) es representativa de los valores mnimo y mximo para una gran parte del globo y para todo el ao. Una vez establecidos estos lmites, se pueden calcular las curvas 1y 2en funcin del ngulo de elevacin de la antena y de la altitud de la estacin. La correcci

45、n de refraccin, , puede calcularse mediante la integracin siguiente: nrnnnd)(/gcot21=(10) La integracin se efecta aplicando la condicin de la ley de Snell para coordenadas polares, como sigue: n(r) r cos = n(r1) r1 cos 1(11) donde: n(r) = 1 + a expb(r r0) r0: radio de la Tierra (6 370 km) 1= r0+ h (

46、h: altura de la estacin) 1: ngulo de elevacin en la estacin n1: condice de refraccin a la altura de la estacin 2: condice de refraccin en la rbita a = N0 106b = lnN0/(N0+ N ) N0= 400 y N = 68 para curvatura mxima 0= 250 y N = 30 para curvatura mnima. La integracin se ha llevado a cabo y los resultad

47、os del clculo se presentan en la Fig. 1. En la Nota 2 del Anexo 2, 4, a esta Recomendacin se dan frmulas numricas con las que se obtiene una buena aproximacin de esta funcin. 6 Rec. UIT-R SF.765-1 D01-scRec. UIT-R SF.765-1 7 5.2 Utilizacin de un medio grfico para determinar los acimutes que hay que

48、evitar Para determinar los acimutes puede utilizarse un mtodo grfico que tiene en cuenta la influencia del horizonte local real. Las aproximaciones utilizadas limitan su aplicacin a las estaciones situadas por debajo de los 70 de latitud aproximadamente. Su precisin en acimut es de unos 0,1, obtenindose mejores resultados para pequeos ngulo