SF.765 - Intersection des lobes des antennes de faisceaux ... - ITU

RECOMMANDATION UIT-R SF.765* INTERSECTION DES LOBES DES ANTENNES DE FAISCEAUX HERTZIENS AVEC
LES ORBITES DES STATIONS SPATIALES DU SERVICE FIXE PAR SATELLITE (1992)
Rec. UIT-R SF.765 L'Assemblée des radiocommunications de l'UIT, considérant a) que la Recommandation UIT-R SF.406 spécifie la p.i.r.e. maximale des
émetteurs de faisceaux hertziens en visibilité directe fonctionnant dans
les bandes de fréquences utilisées en partage avec le service fixe par
satellite (Terre-espace); b) que, pour vérifier que les stations hertziennes fonctionnant en
dessous de 15 GHz sont conformes aux dispositions de la Recommandation UIT-
R SF.406, il faut calculer l'angle entre la direction du faisceau de
l'antenne de la station hertzienne et la direction vers l'orbite des
satellites géostationnaires; c) qu'il faut tenir compte de l'effet de la réfraction atmosphérique
dans ce calcul, recommande 1. de prendre en compte les données contenues dans l'Annexe 1 lors de la
planification des faisceaux hertziens; 2. d'utiliser la méthode décrite dans l'Annexe 2 pour calculer l'angle
entre la direction du faisceau de l'antenne de la station hertzienne et
l'orbite des satellites géostationnaires.
Note 1 - Par souci de protection, il faut éviter de pointer les antennes
des récepteurs très sensibles de stations hertziennes fonctionnant dans les
bandes de fréquences comprises entre 1 et 15 GHz utilisées en partage avec
les services de radiocommunications spatiales (espace-Terre) en direction
de l'orbite des satellites géostationnaires (voir la Note 2 de la
Recommandation UIT-R SF.406). A cette fin, on peut aussi utiliser la
méthode décrite dans la présente Recommandation. ANNEXE 1** Intersections des lobes des antennes de faisceaux hertziens avec les
orbites
des stations spatiales du service fixe par satellite: considérations
générales
1. Introduction
L'exposition des lobes des antennes de faisceaux hertziens au
rayonnement des satellites de télécommunication peut être estimée par des
méthodes géométriques lorsque ces satellites sont sur des orbites
circulaires dont les projections sur la surface de la Terre sont
récurrentes mais elle ne peut être prévue statistiquement que lorsque les
orbites sont circulaires et inclinées et ont des périodes arbitraires. On
peut faire en sorte qu'un système à satellites en phase, avec projections
récurrentes, ait une projection unique sur la surface de la Terre; ces
systèmes présentent de plus en plus d'intérêt pour les radiocommunications.
Les satellites géostationnaires constituent un cas particulier, car
l'équateur représente la projection de toutes les orbites équatoriales.
En tout point situé à la surface de la Terre, d'où l'on peut voir les
satellites d'un système à projection unique sur la surface de la Terre, les
satellites successifs (non stationnaires) suivent un arc fixe qui traverse
la voûte céleste d'un horizon à l'autre. De plus, sauf dans le cas des
orbites inclinées, cet arc ne dépend pas de la longitude et est symétrique
par rapport à la direction nord-sud. Dans les paragraphes suivants de la présente Annexe, on examine les
conditions d'exposition à une orbite équatoriale circulaire (y compris le
cas particulier des orbites de satellites géostationnaires) ainsi que la
probabilité d'exposition à des satellites non en phase (projection non
récurrente sur la surface de la Terre). Plusieurs administrations ont fourni des renseignements sur la mesure
dans laquelle les antennes de faisceaux hertziens existants sont orientées
vers l'orbite d'un satellite géostationnaire. Ces renseignements indiquent
que, si le pourcentage total des faisceaux d'antennes qui coupent cette
orbite est d'environ 2%, il sera beaucoup plus élevé si l'on tient compte,
d'une part, des faisceaux s'étendant à ± 2° de leur axe et, d'autre part,
de l'effet de la réfraction. En examinant les stations de faisceaux
hertziens par rapport aux dispositions de la Recommandation UIT-R SF.406,
on constate que la proportion de stations dont le faisceau d'antenne est
orienté à ± 2° de l'orbite des satellites géostationnaires est, dans
certains pays, de l'ordre de 10%. En outre, on n'a pas le droit de supposer
que des parties importantes de l'orbite d'un satellite géostationnaire
(quelle que soit leur longitude) échappent au rayonnement des antennes de
faisceaux hertziens. 2. Quelques caractéristiques des faisceaux des antennes de faisceaux
hertziens de Terre
Les systèmes de faisceaux hertziens en visibilité directe utilisent
des antennes ayant un gain de l'ordre de 40 dB et des lobes dont
l'ouverture angulaire à mi-puissance est de l'ordre de 2°. Les systèmes
transhorizon utilisent généralement des antennes à gain plus élevé et des
lobes à ouverture angulaire plus petite (par exemple, 50 dB et 0,5°). Dans
les deux cas, le trajet a une inclinaison inférieure à 0,5° en moyenne;
elle dépasse rarement 5°. Lorsque la totalité d'un lobe à inclinaison
négative frappe la surface de la Terre, il n'est pas exposé à une orbite.
Pour les lobes dont l'axe est orienté vers l'horizon, seule leur moitié
supérieure risque d'être exposée à une orbite. Lorsqu'on utilise des réflecteurs passifs, il convient de tenir
compte également de la diffraction. Etant donné que les lobes de rayonnement passent au voisinage de la
surface terrestre et traversent une couche assez épaisse de l'atmosphère,
il faut, si l'on veut calculer exactement l'exposition, tenir compte de la
diffraction et de la réfraction. 3. Directions par rapport aux orbites équatoriales circulaires
On sait que, d'après des considérations d'ordre géométrique, l'azimut
A (mesuré dans le sens des aiguilles d'une montre à partir du nord) et
l'angle de site e d'un satellite placé sur une orbite équatoriale
circulaire peuvent s'exprimer par: A = arc tg (± tg ?/sin ?) (1) (2)
où: K : rapport rayon de l'orbite/rayon terrestre ? : latitude de la station de Terre ? : différence de longitude entre la station de Terre et le
satellite. Si l'on élimine ? entre ces deux équations, on obtient: (3) En généralisant cette analyse, on peut, si besoin est, déterminer les
azimuts et les angles de site pour n'importe quel système à orbite inclinée
ayant une seule projection sur la surface de la Terre et dont les
satellites évoluent à une altitude donnée; on peut aussi déterminer
l'inclinaison et les points d'intersection avec l'équateur. Cependant, les
directions de l'orbite, pour ces systèmes, dépendent à la fois de la
latitude et de la longitude de la station de Terre.
Une antenne orientée vers une orbite équatoriale circulaire de
satellite non géostationnaire (ou vers une autre orbite à une seule
projection sur la surface de la Terre) subira certainement une exposition
intermittente. Pour m satellites gravitant sur une orbite équatoriale
circulaire (non géostationnaire), les antennes ayant une largeur de lobe de
brouillage de ? radians subiront le brouillage pendant une fraction de
temps dont l'expression approchée est: P = m ?/(2?) (4) Dans le cas particulier de l'orbite des satellites géostationnaires,
P sera égal soit à zéro soit à l'unité. 4. Systèmes à satellites non en phase
Dans ce cas, on ne peut établir qu'une probabilité moyenne
d'exposition au rayonnement d'un satellite. Ainsi, pour un système à n
orbites, toutes de même hauteur et de même angle d'inclinaison i, la
probabilité moyenne d'exposition peut s'exprimer par: (5) lorsque ? ? (i - ?/2), et où: m : nombre de satellites sur chaque orbite ? : latitude du point d'intersection du lobe de l'antenne et de la
sphère orbitale. On peut, dans la plupart des cas de la pratique où i > ?, effectuer
le calcul au moyen de l'équation: (6) L'utilisation de cette équation (6) à la place de l'équation (5)
donne lieu à une erreur relative qui ne dépasse pas 0,25%. Dans le cas particulier de l'orbite polaire, i = ?/2 et l'expression
ci-dessus se réduit à: P = m n ?2/(8? cos ?) (7) 5. Relations géométriques entre les orientations des antennes de
faisceaux hertziens et l'orbite d'un satellite géostationnaire
Le cas de l'orbite d'un satellite géostationnaire est
particulièrement important non seulement en ce qui concerne l'exposition
des faisceaux hertziens au rayonnement des satellites, mais également en
raison des restrictions apportées par la Recommandation UIT-R SF.406 en
fonction de la direction des antennes de faisceaux hertziens pour protéger
la réception dans les satellites géostationnaires. L'équation (3) peut s'écrire: (8) où: A : azimut (ou complément à 360°) compté à partir du sud dans
l'hémisphère nord et à partir du nord dans l'hémisphère sud K : rayon de l'orbite/rayon terrestre, 6,63 par hypothèse e : angle géométrique de site d'un point situé sur l'orbite des
satellites géostationnaires ? : latitude de la station de Terre. Pour une latitude de station et un angle de site donnés, les valeurs
de l'angle A pour les deux points