Spectre radioélectrique

Présentation au sujet: "Spectre radioélectrique"— Transcription de la présentation:

0 PROPAGATION VHF/UHF/SHF
Rolland FLEURY Télécom Bretagne 2014

1 Spectre radioélectrique
Bandes VHF-UHF-SHF page 1 page 1 page 1 Télécom Bretagne/Dépt MO Télécom Bretagne/Dépt MO Télécom Bretagne/Dépt MO

2 SOMMAIRE Problématique Propagation en espace libre
Propagation radioélectrique en visibilité directe Propagation radioélectrique en non visibilité L’atmosphère terrestre Influence de la troposphère sur la propagation L’ionosphère Influence de l'ionosphère sur la propagation page 2 page 2 page 2 Télécom Bretagne/Dépt MO Télécom Bretagne/Dépt MO Télécom Bretagne/Dépt MO

3 Dispositifs entre E et R (lignes, antennes,…)
Problématique En se propageant (complexité des environnements ), la puissance d’une onde électromagnétique diminue. L’affaiblissement total de propagation : Espace libre Dispositifs entre E et R (lignes, antennes,…) Facteurs d’environnement (gaz, hydrométéores, pluie, brouillard, nuages, …) Effets de masques dus aux obstacles (relief, bâtiment, végétation, …) Réflexion sur le sol Interférences Ionosphère (liaisons transiono), … page 3 page 3 page 3 Télécom Bretagne/Dépt MO Télécom Bretagne/Dépt MO Télécom Bretagne/Dépt MO

4 Problématique A quoi sert un modèle de propagation ?
Estimer la portée d’un émetteur radio Déterminer la qualité du signal reçu en fonction de la distance et de l’environnement Calculer le niveau d’interférence lorsque plusieurs émetteurs coexistent Déterminer et configurer les équipements nécessaires pour assurer une couverture radio avec une capacité et une qualité de service suffisante. Un modèle de propagation permet de déterminer la perte de propagation, qui relie la puissance reçue PR et la puissance émise PE, à partir de la fréquence, de la distance et des caractéristiques de l’environnement de propagation page 4 page 4 page 4 Télécom Bretagne/Dépt MO Télécom Bretagne/Dépt MO Télécom Bretagne/Dépt MO

5 SOMMAIRE Problématique Propagation en espace libre
Propagation radioélectrique en visibilité directe Propagation radioélectrique en non visibilité L’atmosphère terrestre Influence de la troposphère sur la propagation L’ionosphère Influence de l'ionosphère sur la propagation page 5 page 5 page 5 Télécom Bretagne/Dépt MO Télécom Bretagne/Dépt MO Télécom Bretagne/Dépt MO

6 Propagation en espace libre
Propagation antre A et B au sol Puissance rayonnée par A: Au dessus de l’horizon  vers l’espace Suivant l’Horizon  propagation avec absorption Au dessous de l’horizon  absorption ou diffusion vers l’espace Définition d’un horizon radioélectrique D(km) h altitude de l’émetteur Géométrique Géométrie + atmosphère (4/3 RT) Ex: A = pylône de 36m  D=24.7km Ex: A = station de montagne à 1200m  D=142.7km B reçoit de l’énergie de A ? page 6 Télécom Bretagne/Dépt MO Télécom Bretagne/Dépt MO

7 Propagation en espace libre
Propagation au-delà de l’horizon: phénomènes créant une modification de la direction de propagation de l’onde (polarisation) Réfraction: le signal s’incurve vers le sol (ex: troposphère) Diffusion: à partir du milieu (irrégularités) ou d’objets (bâtiments, végétation) – modifications désordonnées ou aléatoires Diffraction: par des obstacles obstruant sur le trajet Absorption: interaction avec le milieu - conversion de l’énergie EM en énergie thermique Diffusion page 7 Télécom Bretagne/Dépt MO Télécom Bretagne/Dépt MO

8 Propagation en espace libre
Exemple de propagation INDOOR page 8 Télécom Bretagne/Dépt MO Télécom Bretagne/Dépt MO

9 Propagation en espace libre
Exemple de propagation OUTDOOR page 9 Télécom Bretagne/Dépt MO Télécom Bretagne/Dépt MO

10 Propagation en espace libre
Onde radioélectrique milieu phénomène Onde de surface f < 30 MHz ionosphère Réflexion (bond), absorption f < 30 MHz Réfraction (traversée) f < 100 MHz Diffusion f  qq GHz troposphère Propagation en visibilité (LOS) Atténuation atmosphérique f > 10 GHz Diffraction f < 5 GHz Diffusion (GHz) page 10 Télécom Bretagne/Dépt MO Télécom Bretagne/Dépt MO

11 Propagation en espace libre
Equation fondamentale des télécommunications (formule de FRIIS) Ge, Gr gains antennes émission et réception Pr puissance reçue et Pe puissance émise λ longueur d’onde d distance émetteur-récepteur Affaiblissement en espace libre (‘AEL’ ou ALE) avec f (Mhz) et d (km) Application: d=1 km: +20 dB quand f*10 f=1 GHz: +20 dB quand d*10 page 11 page 11 page 11 Télécom Bretagne/Dépt MO Télécom Bretagne/Dépt MO Télécom Bretagne/Dépt MO

12 Propagation radioélectrique en visibilité directe
‘Line of Sight’ (LOS) = Phénomène de diffraction négligeable Solution: famille d’ellipsoïde avec E et R comme foyers EM + MR = ER + nλ/2 (phase stationnaire) n=nb entier qui caractérise l’ellipsoïde de Fresnel (n=1 est la première) λ=longueur d’onde page 12 page 12 page 12 Télécom Bretagne/Dépt MO Télécom Bretagne/Dépt MO Télécom Bretagne/Dépt MO

13 Propagation radioélectrique en visibilité directe
Exemple de modèle LOS page 13 Télécom Bretagne/Dépt MO Télécom Bretagne/Dépt MO

14 Propagation radioélectrique en visibilité directe
Le rayon de la 1ére ellipsoïde r1(m) Valeur maximale Le rayon est inversement proportionnel à la fréquence: il faut élever d’autant plus les antennes que les fréquences sont basses Propagation en visibilité directe (LOS) : Aucun obstacle ne doit se trouver à l’intérieur de la 1ère ellipse de Fresnel Exercice: d=50 km onde f λ R max commentaire lumière 6THz 0.5μm 8cm Notion de rayon centimétrique 6Ghz 5cm 25m pylônes hectométrique 0.6Mhz 500m 2.5km Pas possible page 14 page 14 page 14 Télécom Bretagne/Dépt MO Télécom Bretagne/Dépt MO Télécom Bretagne/Dépt MO

15 Propagation radioélectrique en non visibilité
Diffraction par une arête vive Arête sans épaisseur au sommet, de hauteur h par rapport à la ligne droite ER Variable puissance reçue : Po en espace libre et P avec l’arête page 15 page 15 page 15 Télécom Bretagne/Dépt MO Télécom Bretagne/Dépt MO Télécom Bretagne/Dépt MO

16 Propagation radioélectrique en non visibilité
Rapport des puissances ξ(ν) et η(ν) : intégrales de Fresnel Atténuation due à la diffraction par une arête page 16 page 16 page 16 Télécom Bretagne/Dépt MO Télécom Bretagne/Dépt MO Télécom Bretagne/Dépt MO

17 Propagation radioélectrique en non visibilité
Commentaires ν=0  E, sommet arête, R alignés : P/Po=-6dB (et pas -3dB) (0.25 en linéaire) ν >0 obstruction P/Po décroit régulièrement lorsque l’obstruction augmente ν <0 sommet de l’arête au dessous de ER P/Po tend en oscillant vers Po Existence de d’autres modèles : Millington, Epstein-Peterson, Deygout, arêtes multiples, sommets arrondis, … page 17 page 17 page 17 Télécom Bretagne/Dépt MO Télécom Bretagne/Dépt MO Télécom Bretagne/Dépt MO

18 SOMMAIRE Problématique Propagation en espace libre
Propagation radioélectrique en visibilité directe Propagation radioélectrique en non visibilité L’atmosphère terrestre Influence de la troposphère sur la propagation L’ionosphère Influence de l'ionosphère sur la propagation page 18 page 18 page 18 Télécom Bretagne/Dépt MO Télécom Bretagne/Dépt MO Télécom Bretagne/Dépt MO

19 L’atmosphère terrestre
> 600 km EXOSPHERE Collisions peu fréquentes Particules en orbites balistiques) km THERMOSPHERE Ionisation par le rayonnement solaire X-EUV  IONOSPHERE 30-80 km MESOSPHERE Absorption des rayons solaires UV par l’ozone 11-30 km STRATOSPHERE Turbulence 0-11 km TROPOSPHERE Phénomènes météorologiques page 19 page 19 page 19 Télécom Bretagne/Dépt MO Télécom Bretagne/Dépt MO Télécom Bretagne/Dépt MO

20 L’atmosphère terrestre
Atmosphère standard Équilibre hydrostatique    p = pression m = masse des particules g = accélération de la pesanteur h = altitude k = constant de Boltzmann T = temperature np = concentration des particules (nb particules/m3) dp h + dh h S=1 - npmg dh page 20 page 20 page 20 Télécom Bretagne/Dépt MO Télécom Bretagne/Dépt MO Télécom Bretagne/Dépt MO

21 L’atmosphère terrestre
Hypothèse des gaz parfaits : = Hauteur d’échelle Approximation : H indépendant de h = hauteur réduite page 21 page 21 page 21 Télécom Bretagne/Dépt MO Télécom Bretagne/Dépt MO Télécom Bretagne/Dépt MO

22 L’atmosphère terrestre
Réfraction Indice de réfraction: très proche de l’unité (ex. au sol n=1,000315) Coindice de réfraction terme sec terme humide La troposphère est considéré comme un diélectrique d’indice de réfraction proche de l’unité. Le co-indice N peut être mesuré à partir des mesures méteorologiques. n = indice de réfraction de l’air T = température absolue (en K) p = pression totale (en hPa) e = pression partielle de vapeur d’eau (en hPa) page 22 page 22 page 22 Télécom Bretagne/Dépt MO Télécom Bretagne/Dépt MO Télécom Bretagne/Dépt MO

23 L’atmosphère terrestre
Variation avec l'altitude Le modèle exponentiel h = altitude au-dessus du niveau de la mer H0 = 7,6 km = Hauteur d’échelle Au niveau de la mer : N0 = 315 (n0 = 1,000315) Gradient vertical page 23 page 23 page 23 Télécom Bretagne/Dépt MO Télécom Bretagne/Dépt MO Télécom Bretagne/Dépt MO

24 SOMMAIRE Problématique Propagation en espace libre
Propagation radioélectrique en visibilité directe Propagation radioélectrique en non visibilité L’atmosphère terrestre Influence de la troposphère sur la propagation L’ionosphère Influence de l'ionosphère sur la propagation page 24 page 24 page 24 Télécom Bretagne/Dépt MO Télécom Bretagne/Dépt MO Télécom Bretagne/Dépt MO

25 Influence de la troposphère sur la propagation
Courbure des rayons Les rayons s'éloignent de la normale vers les altitudes croissantes Courbure positive : concavité orientée vers la surface de la terre Erreurs de dépointage faibles Ex.: Δθ < 0,1° pour θ = 10° n=1 n>1 Direction apparente Direction réelle Horizontale page 25 page 25 page 25 Télécom Bretagne/Dépt MO Télécom Bretagne/Dépt MO Télécom Bretagne/Dépt MO

26 Influence de la troposphère sur la propagation
Allongement apparent du trajet Courbure du rayon (négligeable) Vitesse de propagation v < c Retard de propagation Allongement dû à l'air sec pour un trajet zénithal : ΔL ≈ 2,3 m Allongement dû à la vapeur d'eau pour un trajet zénithal : variable, de l'ordre de 10 cm Oblique : 3-4 m à 50°, m à 10°, ≈100 m à 0° L0 page 26 page 26 page 26 Télécom Bretagne/Dépt MO Télécom Bretagne/Dépt MO Télécom Bretagne/Dépt MO

27 Influence de la troposphère sur la propagation
Trajectoire des ondes radioélectriques en fonction du gradient du co-indice La courbure est proportionnelle au gradient d’indice (au signe prés) Gradient = -39u atmosphère standard Rayon de courbure = 8500 km (Rt*4/3) Gradient > -39u  infra-réfraction Si =0  atmosphère linéaire  trajectoires=droites Gradient < -39u  super-réfraction Gradient = -157u : trajectoires // Terre Gradient < -157u : propagation guidée (réflexions au sol) (brouillages) r=Rt Q : faire la représentation avec r=(4/3) Rt, en terre plate. page 27 page 27 page 27 Télécom Bretagne/Dépt MO Télécom Bretagne/Dépt MO Télécom Bretagne/Dépt MO

28 Influence de la troposphère sur la propagation
Affaiblissement dû au gaz atmosphériques Absorption par la vapeur d'eau Alignement des molécules d'eau polarisées dans la direction du champ électrique de l’onde em Absorption par l'oxygène moléculaire (air sec) Présence d'un moment magnétique Dépendance en fréquence L'absorption moyenne croît avec la fréquence Pics d'absorption (résonances avec les modes propres de vibrations des molécules) 0-- E H+ H+ Fréquences de résonance (GHz) O2 ≈ 60 118,7 H2O 22,3 183,3 323,8 page 28 page 28 page 28 Télécom Bretagne/Dépt MO Télécom Bretagne/Dépt MO Télécom Bretagne/Dépt MO

29 Influence de la troposphère sur la propagation
Affaiblissement linéique  (dB/km) Air sec (O2) : o Vapeur d'eau : w Q : Affaiblissement linéique dus aux gaz de l’atmosphère à 10 et 60 GHz ? [UIT-R P676] Réponse: 0.01 dB/km à 10 GHz, 15 dB/km à 60 GHz Variations de  avec l’altitude Modèle exponentiel Ho = 6 km Hw = 2 km  (dB/km) f (GHz) page 29 page 29 page 29 Télécom Bretagne/Dépt MO Télécom Bretagne/Dépt MO Télécom Bretagne/Dépt MO

30 Influence de la troposphère sur la propagation
Affaiblissement total Cas général Affaiblissement total dans la direction du zénith Atmosphère équivalente Atmosphère homogène d'épaisseur H h H (0) page 30 page 30 page 30 Télécom Bretagne/Dépt MO Télécom Bretagne/Dépt MO Télécom Bretagne/Dépt MO

31 Influence de la troposphère sur la propagation
Affaiblissement sur un trajet oblique Loi de la sécante :  = angle d’élévation ( > 5°) h/sin  h page 31 page 31 page 31 Télécom Bretagne/Dépt MO Télécom Bretagne/Dépt MO Télécom Bretagne/Dépt MO

32 Influence de la troposphère sur la propagation
Affaiblissement dû aux hydrométéores Hydrométéores : Pluie, neige, grêle, brouillard, nuages Mécanismes d'affaiblissement Absorption (pertes ohmiques) Diffusion de l'onde par les gouttes d'eau 0 dB -10 dB -20 dB -30 dB 0 1h 2h 3h 4h 5h 6h Evanouissements d’amplitude (dB) à 30 GHz dus à la pluie (Olympus) Pluie stratiforme et convective 0 dB -8 dB Précipitations stratiformes : précipitations d’intensité modérée s’étendant sur des distances très importantes (pp centaines de km) et survenant principalement en hiver et au printemps Précipitations convectives : précipitations intenses relativement confinées à l’intérieur de cellules de pluie (pp km) et survenant principalement en été et en automne L’atténuation par les hydrométeores peut-être compensée par une marge fixe dans le bilan de liaison. On peut compenser en adaptant la puissance d’émission ou la forme d’onde ou en évitant les évenements d’atténuation (espace et/ou temps) page 32 page 32 page 32 Télécom Bretagne/Dépt MO Télécom Bretagne/Dépt MO Télécom Bretagne/Dépt MO

33 Influence de la troposphère sur la propagation
Affaiblissement dû à la pluie Dépend des caractéristiques des gouttes d'eau en chaque point du trajet Statistique de pluie (dépend du lieu) Intensité de pluie dépassée p% du temps : R p (mm/h) [UIT-R P837] Hauteur de pluie hR (altitude du sommet de la zone de pluie) [UIT-R P839] Taille moyenne des cellules de pluie Modèle empirique d'affaiblissement dû à la pluie [UIT-R P838] k et α = f(fréquence, polarisation) Affaiblissement linéique (dB/km) fonction de la fréquence en polarisation circulaire (Paramètre : Intensité de pluie R) Exercice : Ecrire un logiciel Matlab donnant l’affaiblissement dû à la pluie selon les recommandations de l’UIT pour un lieu et une fréquence donnés. page 33 page 33 page 33 Télécom Bretagne/Dépt MO Télécom Bretagne/Dépt MO Télécom Bretagne/Dépt MO

34 Influence de la troposphère sur la propagation
Calcul de l'affaiblissement sur un trajet oblique On pose : Le(L, R) = longueur équivalente du trajet glace hR L Pluie  x page 34 page 34 page 34 Télécom Bretagne/Dépt MO Télécom Bretagne/Dépt MO Télécom Bretagne/Dépt MO

35 Influence de la troposphère sur la propagation
UIT-R P.618: calcul de l’affaiblissement suivant 9 étapes pour un trajet oblique, un emplacement donné, f < 55 GHz, avec les statistiques d’intensité de pluie pour 0.01% d’une année moyenne … Télécom Bretagne/Dépt MO

36 Influence de la troposphère sur la propagation
UIT-R P.837: R, taux de pluie (mm/h) dépassé pendant 0.01% de l’année moyenne page 36 Télécom Bretagne/Dépt MO Télécom Bretagne/Dépt MO

37 Influence de la troposphère sur la propagation
UIT-R P.839: hR, altitude moyenne de pluie au dessus du niveau de la mer (isotherme 0°C) page 37 Télécom Bretagne/Dépt MO Télécom Bretagne/Dépt MO

38 Influence de la troposphère sur la propagation
Exemples d’affaiblissements fonction intensité de pluie R R=73.2mm/h R=9.3mm/h page 38 Télécom Bretagne/Dépt MO Télécom Bretagne/Dépt MO

39 Influence de la troposphère sur la propagation
Affaiblissements dû aux autres hydrométéores Nuages – brouillard M = concentration en eau liquide Neige – glace Affaiblissement faible Transpolarisation Découplage de polarisation : Ec = champ copolaire Ac = Affaiblissement copolaire Ex = champ contrapolaire f (GHz) 3 10 30 100 300 A (dB) 0,009 0,09 0,77 5,5 10,2 page 39 page 39 page 39 Télécom Bretagne/Dépt MO Télécom Bretagne/Dépt MO Télécom Bretagne/Dépt MO

40 Influence de la troposphère sur la propagation
Scintillations troposphériques Scintillations : fluctuations rapides (  seconde) du signal reçu en amplitude, phase et direction d'arrivée Origine : Variations locales de n dues à la turbulence Dépendances L'amplitude des scintillations augmente quand: f croît L croît L'ouverture de l'antenne diminue  temps (s) Scintillations d’amplitude (dB) à 30 GHz (Olympus) page 40 page 40 page 40 Télécom Bretagne/Dépt MO Télécom Bretagne/Dépt MO Télécom Bretagne/Dépt MO

41 SOMMAIRE Problématique Propagation en espace libre
Propagation radioélectrique en visibilité directe Propagation radioélectrique en non visibilité L’atmosphère terrestre Influence de la troposphère sur la propagation L’ionosphère Influence de l'ionosphère sur la propagation page 41 page 41 page 41 Télécom Bretagne/Dépt MO Télécom Bretagne/Dépt MO Télécom Bretagne/Dépt MO

42 L’atmosphère terrestre
> 600 km EXOSPHERE Collisions peu fréquentes Particules en orbites balistiques) km THERMOSPHERE Ionisation par le rayonnement solaire X-EUV  IONOSPHERE 30-80 km MESOSPHERE Absorption des rayons solaires UV par l’ozone 11-30 km STRATOSPHERE Turbulence 0-11 km TROPOSPHERE Phénomènes météorologiques page 42 page 42 page 42 Télécom Bretagne/Dépt MO Télécom Bretagne/Dépt MO Télécom Bretagne/Dépt MO

43 L'ionosphère F E D Morphologie Profil vertical d'ionisation
Région F la plus ionisée Nmax = qq 1012 el/m3 hmax = km Constituant principal : O+ Variabilité L'ionisation dépend du rayonnement solaire  cycles diurne, saisonnier, activité solaire F E D page 43 page 43 page 43 Télécom Bretagne/Dépt MO Télécom Bretagne/Dépt MO Télécom Bretagne/Dépt MO

44 L'ionosphère Variations géographiques Influence du champ géomagnétique
Profil latitudinal en double bosse ("Anomalie" équatoriale) Zones aurorales : précipitations de particules en provenance du vent solaire page 44 page 44 page 44 Télécom Bretagne/Dépt MO Télécom Bretagne/Dépt MO Télécom Bretagne/Dépt MO

45 SOMMAIRE Problématique Propagation en espace libre
Propagation radioélectrique en visibilité directe Propagation radioélectrique en non visibilité L’atmosphère terrestre Influence de la troposphère sur la propagation L’ionosphère Influence de l'ionosphère sur la propagation page 45 page 45 page 45 Télécom Bretagne/Dépt MO Télécom Bretagne/Dépt MO Télécom Bretagne/Dépt MO

46 Influence de l'ionosphère sur la propagation
Fréquence plasma Séparation électrons-ions d'une lame de plasma : Condensateur plan Equation du mouvement d'un électron Oscillations de relaxation Fréquence plasma :  = Neex x eE page 46 page 46 page 46 Télécom Bretagne/Dépt MO Télécom Bretagne/Dépt MO Télécom Bretagne/Dépt MO

47 Influence de l'ionosphère sur la propagation
Effet de la réfraction Indice de réfraction Equation du mouvement d'un électron : Equations de Maxwell : Courant de déplacement : Courant de conduction : page 47 page 47 page 47 Télécom Bretagne/Dépt MO Télécom Bretagne/Dépt MO Télécom Bretagne/Dépt MO

48 Influence de l'ionosphère sur la propagation
Identification à un milieu diélectrique de permittivité  : Indice de réfraction : Pour f > 100 MHz : a = 40.3 m3Hz2 page 48 page 48 page 48 Télécom Bretagne/Dépt MO Télécom Bretagne/Dépt MO Télécom Bretagne/Dépt MO

49 Influence de l'ionosphère sur la propagation
Remarques : n=n(f) : l'ionosphère est un milieu dispersif en fréquence n < 1  v > c page 49 page 49 page 49 Télécom Bretagne/Dépt MO Télécom Bretagne/Dépt MO Télécom Bretagne/Dépt MO

50 Influence de l'ionosphère sur la propagation
Courbure des rayons Pour h < hm : Les rayons s'écartent de la normale Pour h > hm : Les rayons se rapprochent de la normale page 50 page 50 page 50 Télécom Bretagne/Dépt MO Télécom Bretagne/Dépt MO Télécom Bretagne/Dépt MO

51 Influence de l'ionosphère sur la propagation
Avance de phase Déphasage d'une onde sur une distance ds : P = Longueur du chemin de phase (longueur à parcourir par une onde dans le vide pour avoir un déphasage ) Raccourcissement du chemin de phase (par rapport à une propagation dans le vide) NT = Contenu électronique total (CET) page 51 page 51 page 51 Télécom Bretagne/Dépt MO Télécom Bretagne/Dépt MO Télécom Bretagne/Dépt MO

52 Influence de l'ionosphère sur la propagation
Décalage Doppler fDg = Doppler géométrique (dû au mouvement relatif E-R) fDi = Doppler ionosphérique (dû à l’évolution temporelle du milieu) Contenu Electronique Total (CET) L s=1 NT page 52 page 52 page 52 Télécom Bretagne/Dépt MO Télécom Bretagne/Dépt MO Télécom Bretagne/Dépt MO

53 Influence de l'ionosphère sur la propagation
Retard de groupe Indice de groupe Vitesse de groupe : Indice de groupe : page 53 page 53 page 53 Télécom Bretagne/Dépt MO Télécom Bretagne/Dépt MO Télécom Bretagne/Dépt MO

54 Influence de l'ionosphère sur la propagation
Indice de groupe de l'ionosphère Chemin de groupe Allongement du chemin de groupe (même quantité absolue que celle du chemin de phase) page 54 page 54 page 54 Télécom Bretagne/Dépt MO Télécom Bretagne/Dépt MO Télécom Bretagne/Dépt MO

55 Influence de l'ionosphère sur la propagation
Retard d'une impulsion (par rapport à la propagation dans le vide) Ex: estimer le retard de propagation et celui lié à l’ionosphère pour un satellite GPS à km, f=1.6Ghz et NT=50 tecu? Tgeom=24000/3*105=80 ms Tiono=aNT/c/f2=26 ns page 55 page 55 page 55 Télécom Bretagne/Dépt MO Télécom Bretagne/Dépt MO Télécom Bretagne/Dépt MO

56 Influence de l'ionosphère sur la propagation
Effet Faraday Gyrofréquence = gyrofréquence Pour les électrons fH  1,4 MHz page 56 page 56 page 56 Télécom Bretagne/Dépt MO Télécom Bretagne/Dépt MO Télécom Bretagne/Dépt MO

57 Influence de l'ionosphère sur la propagation
Modes magnéto-ioniques (YT=0) n+ : indice du mode ordinaire (O) n_ : indice du mode extraordinaire (X) Chaque mode se propage indépendamment avec son indice Rotation du plan de polarisation page 57 page 57 page 57 Télécom Bretagne/Dépt MO Télécom Bretagne/Dépt MO Télécom Bretagne/Dépt MO

58 Influence de l'ionosphère sur la propagation
page 58 page 58 page 58 Télécom Bretagne/Dépt MO Télécom Bretagne/Dépt MO Télécom Bretagne/Dépt MO

59 Influence de l'ionosphère sur la propagation
Scintillations ionosphériques Scintillations Scintillations d’amplitude de phase page 59 page 59 page 59 Télécom Bretagne/Dépt MO Télécom Bretagne/Dépt MO Télécom Bretagne/Dépt MO

60 Influence de l'ionosphère sur la propagation
f = 378 MHz Amplitude Phase page 60 page 60 page 60 Télécom Bretagne/Dépt MO Télécom Bretagne/Dépt MO Télécom Bretagne/Dépt MO

61 Influence de l'ionosphère sur la propagation
Indice de scintillations P = puissance du signal = moyenne temporelle de P scintillations faibles régime de saturation DOULA (Cameroun) ISM/ESA Libreville (Gabon) IGS page 61 page 61 page 61 Télécom Bretagne/Dépt MO Télécom Bretagne/Dépt MO Télécom Bretagne/Dépt MO

62 Influence de l'ionosphère sur la propagation
Dépendance en fréquence Profondeur d’évanouissement CET f =1.7 GHz f =11.5 GHz f = 4 GHz f =136 MHz page 62 page 62 page 62 Télécom Bretagne/Dépt MO Télécom Bretagne/Dépt MO Télécom Bretagne/Dépt MO

63 Influence de l'ionosphère sur la propagation
Occurrence de la scintillation Profondeur d’évanouissement résultant de la scintillation d’amplitude page 63 page 63 page 63 Télécom Bretagne/Dépt MO Télécom Bretagne/Dépt MO Télécom Bretagne/Dépt MO

64 Récapitulatif des effets ionosphériques
Valeurs maximales estimées des effets ionosphériques pour un angle d'élévation d'environ 30° dans le cas d'une propagation dans un seul sens Effet Dépendance en fréquence 1 GHz 3 GHz 10 GHz Rotation Faraday 1/f 2 108° 12° 1,1° Temps de propagation en excès 1/f 2 0,25 ms 0,028 ms 0,0025 ms Réfraction 1/f 2 < 0,6¢ < 4,2² < 0,36² Variation de la direction d'arrivée (valeur quadratique moyenne) 1/f 2 12² 1,32² 0,12² Absorption (aurorale et/ou calotte polaire) »1/f 2 0,05 dB 6 x 10–3 dB 5 x 10–4 dB Absorption (latitudes moyennes) 1/f 2 < 0,01 dB < 0,001 dB < 1 x 10–4 dB Dispersion 1/f 3 0,0004 ps/Hz 1,5 x 10–5 ps/Hz 4 x 10–7 ps/Hz Scintillation (latitudes équatoriales) > 20 dB crête-à-crête » 10 dB crête-à-crête » 4 dB crête-à-crête page 64 page 64 page 64 Télécom Bretagne/Dépt MO Télécom Bretagne/Dépt MO Télécom Bretagne/Dépt MO

65 Effet de la propagation pour le système GPS
Mesure de temps == longueur de chemin de groupe R R= r + ΔR r = longueur géométrique ΔR du aux milieux, assimilable à un biais d’horloge satellite = pas de correction multi-satellites possible Correction par modèle (troposphère + ionosphère) R = r + ΔR tropo + ΔR iono + ΔR autres Correction bi-fréquence R1 = r + ΔR tropo + aNT/f12 R2 = r + ΔR tropo + aNT/f22 La longueur géométrique corrigée de l’effet ionosphérique r=(f12(R1- ΔR tropo )- f22(R1- ΔR tropo ))/(f12-f22) Le contenu total électronique déduit aNT=(R1-R2) f12f22/(f12-f22) page 65 page 65 Télécom Bretagne/Dépt MO Télécom Bretagne/Dépt MO Télécom Bretagne/Dépt MO

66 Bibliographie Boithias L., Propagation des ondes radioélectriques dans l’environnement terrestre, Collection technique et scientifique des télécommunications, Dunod, 1984. Castanet L,Lassudrie-duchesne P., Propagation des ondes radioélectriques à travers l’atmosphere, Techniques de l’Ingénieur, E1163,2008.pdf Davies K., Ionospheric Radio, IEE Electromagnetic Waves Series 31, Peter Peregrinus Ltd, 1990. Hall M.P.M., Barclay L.W., Radiowave Propagation, IEE Electromagnetic Waves Series 30, Peter Peregrinus Ltd, 1989. Lavergnat J., Sylvain M., Propagation des ondes radioélectriques, Masson, 1997. Saunders S.R., Antennas and Propagation for Wireless Communication Systems, John Wileys & Sons, Ltd, 1999. Sizun H.,propagation des ondes radioélectriques des réseaux terrestres, Techniques de l’ingénieur, E1162,2008.pdf Collectif CNES-CNET, Télécommunications spatiales, I-Bases théoriques. Collection technique et scientifique des télécommunications, Masson. UIT-R, Recommandation P Propagation data and prediction methods required for the design of Earth-space telecommunication systems page 66 page 66 page 66 Télécom Bretagne/Dépt MO Télécom Bretagne/Dépt MO Télécom Bretagne/Dépt MO