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

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

2 Télécom Bretagne/Dépt MOpage 1Télécom Bretagne/Dépt MOpage 1Télécom Bretagne/Dépt MOpage 1 Spectre radioélectrique Bandes VHF-UHF-SHF

3 Télécom Bretagne/Dépt MOpage 2Télécom Bretagne/Dépt MOpage 2Télécom Bretagne/Dépt MOpage 2 SOMMAIRE Problématique Propagation en espace libre Propagation radioélectrique en visibilité directe Propagation radioélectrique en non visibilité Latmosphère terrestre Influence de la troposphère sur la propagation Lionosphère Influence de l'ionosphère sur la propagation

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

5 Télécom Bretagne/Dépt MOpage 4Télécom Bretagne/Dépt MOpage 4Télécom Bretagne/Dépt MOpage 4 Problématique A quoi sert un modèle de propagation ? Estimer la portée dun émetteur radio Déterminer la qualité du signal reçu en fonction de la distance et de lenvironnement Calculer le niveau dinterférence 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 P R et la puissance émise P E, à partir de la fréquence, de la distance et des caractéristiques de lenvironnement de propagation

6 Télécom Bretagne/Dépt MOpage 5Télécom Bretagne/Dépt MOpage 5Télécom Bretagne/Dépt MOpage 5 SOMMAIRE Problématique Propagation en espace libre Propagation radioélectrique en visibilité directe Propagation radioélectrique en non visibilité Latmosphère terrestre Influence de la troposphère sur la propagation Lionosphère Influence de l'ionosphère sur la propagation

7 Télécom Bretagne/Dépt MOpage 6Télécom Bretagne/Dépt MOpage 6 Propagation en espace libre Propagation antre A et B au sol Puissance rayonnée par A: Au dessus de lhorizon vers lespace Suivant lHorizon propagation avec absorption Au dessous de lhorizon absorption ou diffusion vers lespace Définition dun horizon radioélectrique D(km) h altitude de lémetteur 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 lénergie de A ?

8 Télécom Bretagne/Dépt MOpage 7Télécom Bretagne/Dépt MOpage 7 Propagation en espace libre Propagation au-delà de lhorizon: phénomènes créant une modification de la direction de propagation de londe (polarisation) Réfraction : le signal sincurve vers le sol (ex: troposphère) Diffusion : à partir du milieu (irrégularités) ou dobjets (bâtiments, végétation) – modifications désordonnées ou aléatoires Diffraction : par des obstacles obstruant sur le trajet Absorption : interaction avec le milieu - conversion de lénergie EM en énergie thermique Diffusion

9 Télécom Bretagne/Dépt MOpage 8Télécom Bretagne/Dépt MOpage 8 Propagation en espace libre Exemple de propagation INDOOR

10 Télécom Bretagne/Dépt MOpage 9Télécom Bretagne/Dépt MOpage 9 Propagation en espace libre Exemple de propagation OUTDOOR

11 Télécom Bretagne/Dépt MOpage 10Télécom Bretagne/Dépt MOpage 10 Propagation en espace libre Onde radioélectrique milieuphénomène Onde de surface f < 30 MHz ionosphèreRéflexion (bond), absorption f < 30 MHz Réfraction (traversée) f < 100 MHz Diffusion f qq GHz troposphèrePropagation en visibilité (LOS) Atténuation atmosphérique f > 10 GHz Diffraction f < 5 GHz Diffusion (GHz)

12 Télécom Bretagne/Dépt MOpage 11Télécom Bretagne/Dépt MOpage 11Télécom Bretagne/Dépt MOpage 11 Propagation en espace libre Equation fondamentale des télécommunications (formule de FRIIS) G e, G r gains antennes émission et réception P r puissance reçue et P e puissance émise λ longueur donde 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

13 Télécom Bretagne/Dépt MOpage 12Télécom Bretagne/Dépt MOpage 12Télécom Bretagne/Dépt MOpage 12 Propagation radioélectrique en visibilité directe Line of Sight (LOS) = Phénomène de diffraction négligeable Solution: famille dellipsoïde avec E et R comme foyers EM + MR = ER + nλ/2 (phase stationnaire) n=nb entier qui caractérise lellipsoïde de Fresnel (n=1 est la première) λ=longueur donde

14 Télécom Bretagne/Dépt MOpage 13Télécom Bretagne/Dépt MOpage 13 Propagation radioélectrique en visibilité directe Exemple de modèle LOS

15 Télécom Bretagne/Dépt MOpage 14Télécom Bretagne/Dépt MOpage 14Télécom Bretagne/Dépt MOpage 14 Propagation radioélectrique en visibilité directe Le rayon de la 1ére ellipsoïde r 1 (m) Valeur maximale Le rayon est inversement proportionnel à la fréquence: il faut élever dautant plus les antennes que les fréquences sont basses Propagation en visibilité directe (LOS) : Aucun obstacle ne doit se trouver à lintérieur de la 1ère ellipse de Fresnel Exercice: d=50 km ondefλR max commentaire lumière6THz0.5μm8cmNotion de rayon centimétrique6Ghz5cm25mpylônes hectométrique0.6Mhz500m2.5kmPas possible

16 Télécom Bretagne/Dépt MOpage 15Télécom Bretagne/Dépt MOpage 15Télécom Bretagne/Dépt MOpage 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 : P o en espace libre et P avec larête

17 Télécom Bretagne/Dépt MOpage 16Télécom Bretagne/Dépt MOpage 16Télécom Bretagne/Dépt MOpage 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

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

19 Télécom Bretagne/Dépt MOpage 18Télécom Bretagne/Dépt MOpage 18Télécom Bretagne/Dépt MOpage 18 SOMMAIRE Problématique Propagation en espace libre Propagation radioélectrique en visibilité directe Propagation radioélectrique en non visibilité Latmosphère terrestre Influence de la troposphère sur la propagation Lionosphère Influence de l'ionosphère sur la propagation

20 Télécom Bretagne/Dépt MOpage 19Télécom Bretagne/Dépt MOpage 19Télécom Bretagne/Dépt MOpage 19 Latmosphère terrestre > 600 kmEXOSPHERE Collisions peu fréquentes Particules en orbites balistiques) kmTHERMOSPHERE Ionisation par le rayonnement solaire X-EUV IONOSPHERE kmMESOSPHERE Absorption des rayons solaires UV par lozone kmSTRATOSPHERE Turbulence 0-11 kmTROPOSPHERE Phénomènes météorologiques

21 Télécom Bretagne/Dépt MOpage 20Télécom Bretagne/Dépt MOpage 20Télécom Bretagne/Dépt MOpage 20 Latmosphère terrestre Atmosphère standard Équilibre hydrostatique p = pression m = masse des particules g = accélération de la pesanteur h = altitude k = constant de Boltzmann T = temperature n p = concentration des particules (nb particules/m 3 ) h + dh h S=1 - n p mg dh dp

22 Télécom Bretagne/Dépt MOpage 21Télécom Bretagne/Dépt MOpage 21Télécom Bretagne/Dépt MOpage 21 Hypothèse des gaz parfaits : Latmosphère terrestre = Hauteur déchelle = hauteur réduite – Approximation : H indépendant de h

23 Télécom Bretagne/Dépt MOpage 22Télécom Bretagne/Dépt MOpage 22Télécom Bretagne/Dépt MOpage 22 Latmosphère terrestre Réfraction Indice de réfraction: très proche de lunité (ex. au sol n=1,000315) Coindice de réfraction n = indice de réfraction de lair T = température absolue (en K) p = pression totale (en hPa) e = pression partielle de vapeur deau (en hPa) terme secterme humide

24 Télécom Bretagne/Dépt MOpage 23Télécom Bretagne/Dépt MOpage 23Télécom Bretagne/Dépt MOpage 23 Latmosphère terrestre Variation avec l'altitude -Le modèle exponentiel h = altitude au-dessus du niveau de la mer H 0 = 7,6 km = Hauteur déchelle Au niveau de la mer : N 0 = 315 ( n 0 = 1,000315) -Gradient vertical

25 Télécom Bretagne/Dépt MOpage 24Télécom Bretagne/Dépt MOpage 24Télécom Bretagne/Dépt MOpage 24 SOMMAIRE Problématique Propagation en espace libre Propagation radioélectrique en visibilité directe Propagation radioélectrique en non visibilité Latmosphère terrestre Influence de la troposphère sur la propagation Lionosphère Influence de l'ionosphère sur la propagation

26 Télécom Bretagne/Dépt MOpage 25Télécom Bretagne/Dépt MOpage 25Télécom Bretagne/Dépt MOpage 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

27 Télécom Bretagne/Dépt MOpage 26Télécom Bretagne/Dépt MOpage 26Télécom Bretagne/Dépt MOpage 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 : Δ L 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° L0L0

28 Télécom Bretagne/Dépt MOpage 27Télécom Bretagne/Dépt MOpage 27Télécom Bretagne/Dépt MOpage 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 dindice (au signe prés) Gradient = -39u atmosphère standard Rayon de courbure = 8500 km (R t *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 =R t Q : faire la représentation avec r=(4/3) R t, en terre plate.

29 Télécom Bretagne/Dépt MOpage 28Télécom Bretagne/Dépt MOpage 28Télécom Bretagne/Dépt MOpage 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 londe 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) H+H+ H+H E Fréquences de résonance (GHz) O2O ,7 H2OH2O22,3183,3323,8

30 Télécom Bretagne/Dépt MOpage 29Télécom Bretagne/Dépt MOpage 29Télécom Bretagne/Dépt MOpage 29 Influence de la troposphère sur la propagation Affaiblissement linéique (dB/km) -Air sec (O 2 ) : o -Vapeur d'eau : w Q : Affaiblissement linéique dus aux gaz de latmosphère 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 laltitude Modèle exponentiel H o = 6 km H w = 2 km (dB/km) f (GHz)

31 Télécom Bretagne/Dépt MOpage 30Télécom Bretagne/Dépt MOpage 30Télécom Bretagne/Dépt MOpage 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 (0) H h

32 Télécom Bretagne/Dépt MOpage 31Télécom Bretagne/Dépt MOpage 31Télécom Bretagne/Dépt MOpage 31 Influence de la troposphère sur la propagation Affaiblissement sur un trajet oblique Loi de la sécante : = angle délévation ( > 5°) h/sin h

33 Télécom Bretagne/Dépt MOpage 32Télécom Bretagne/Dépt MOpage 32Télécom Bretagne/Dépt MOpage 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 2h3h4h5h6h Evanouissements damplitude (dB) à 30 GHz dus à la pluie (Olympus) Pluie stratiforme et convective 0 dB -8 dB

34 Télécom Bretagne/Dépt MOpage 33Télécom Bretagne/Dépt MOpage 33Télécom Bretagne/Dépt MOpage 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 h R (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)

35 Télécom Bretagne/Dépt MOpage 34Télécom Bretagne/Dépt MOpage 34Télécom Bretagne/Dépt MOpage 34 Influence de la troposphère sur la propagation Calcul de l'affaiblissement sur un trajet oblique On pose : L e (L, R) = longueur équivalente du trajet hRhR 0 x L Pluie glace

36 Télécom Bretagne/Dépt MOpage 35 Influence de la troposphère sur la propagation UIT-R P.618: calcul de laffaiblissement suivant 9 étapes pour un trajet oblique, un emplacement donné, f < 55 GHz, avec les statistiques dintensité de pluie pour 0.01% dune année moyenne …

37 Télécom Bretagne/Dépt MOpage 36Télécom Bretagne/Dépt MOpage 36 Influence de la troposphère sur la propagation UIT-R P.837: R, taux de pluie (mm/h) dépassé pendant 0.01% de lannée moyenne

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

39 Télécom Bretagne/Dépt MOpage 38Télécom Bretagne/Dépt MOpage 38 Influence de la troposphère sur la propagation Exemples daffaiblissements fonction intensité de pluie R R=73.2mm/h R=9.3mm/h

40 Télécom Bretagne/Dépt MOpage 39Télécom Bretagne/Dépt MOpage 39Télécom Bretagne/Dépt MOpage 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 : E c = champ copolaire A c = Affaiblissement copolaire E x = champ contrapolaire f (GHz) A (dB)0,0090,090,775,510,2

41 Télécom Bretagne/Dépt MOpage 40Télécom Bretagne/Dépt MOpage 40Télécom Bretagne/Dépt MOpage 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 damplitude (dB) à 30 GHz (Olympus)

42 Télécom Bretagne/Dépt MOpage 41Télécom Bretagne/Dépt MOpage 41Télécom Bretagne/Dépt MOpage 41 SOMMAIRE Problématique Propagation en espace libre Propagation radioélectrique en visibilité directe Propagation radioélectrique en non visibilité Latmosphère terrestre Influence de la troposphère sur la propagation Lionosphère Influence de l'ionosphère sur la propagation

43 Télécom Bretagne/Dépt MOpage 42Télécom Bretagne/Dépt MOpage 42Télécom Bretagne/Dépt MOpage 42 Latmosphère terrestre > 600 kmEXOSPHERE Collisions peu fréquentes Particules en orbites balistiques) kmTHERMOSPHERE Ionisation par le rayonnement solaire X-EUV IONOSPHERE kmMESOSPHERE Absorption des rayons solaires UV par lozone kmSTRATOSPHERE Turbulence 0-11 kmTROPOSPHERE Phénomènes météorologiques

44 Télécom Bretagne/Dépt MOpage 43Télécom Bretagne/Dépt MOpage 43Télécom Bretagne/Dépt MOpage 43 L'ionosphère Morphologie Profil vertical d'ionisation -Région F la plus ionisée -N max = qq el/m 3 -h max = km -Constituant principal : O + Variabilité L'ionisation dépend du rayonnement solaire cycles diurne, saisonnier, activité solaire F EDED

45 Télécom Bretagne/Dépt MOpage 44Télécom Bretagne/Dépt MOpage 44Télécom Bretagne/Dépt MOpage 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

46 Télécom Bretagne/Dépt MOpage 45Télécom Bretagne/Dépt MOpage 45Télécom Bretagne/Dépt MOpage 45 SOMMAIRE Problématique Propagation en espace libre Propagation radioélectrique en visibilité directe Propagation radioélectrique en non visibilité Latmosphère terrestre Influence de la troposphère sur la propagation Lionosphère Influence de l'ionosphère sur la propagation

47 Télécom Bretagne/Dépt MOpage 46Télécom Bretagne/Dépt MOpage 46Télécom Bretagne/Dépt MOpage 46 = N e ex 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 : eE x

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

49 Télécom Bretagne/Dépt MOpage 48Télécom Bretagne/Dépt MOpage 48Télécom Bretagne/Dépt MOpage 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 m 3 Hz 2

50 Télécom Bretagne/Dépt MOpage 49Télécom Bretagne/Dépt MOpage 49Télécom Bretagne/Dépt MOpage 49 Influence de l'ionosphère sur la propagation Remarques : n=n(f) : l'ionosphère est un milieu dispersif en fréquence n c

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

52 Télécom Bretagne/Dépt MOpage 51Télécom Bretagne/Dépt MOpage 51Télécom Bretagne/Dépt MOpage 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) N T = Contenu électronique total (CET)

53 Télécom Bretagne/Dépt MOpage 52Télécom Bretagne/Dépt MOpage 52Télécom Bretagne/Dépt MOpage 52 Influence de l'ionosphère sur la propagation Décalage Doppler - f Dg = Doppler géométrique (dû au mouvement relatif E-R) - f Di = Doppler ionosphérique (dû à lévolution temporelle du milieu) – Contenu Electronique Total (CET) L s=1 NTNT

54 Télécom Bretagne/Dépt MOpage 53Télécom Bretagne/Dépt MOpage 53Télécom Bretagne/Dépt MOpage 53 Influence de l'ionosphère sur la propagation Retard de groupe -Indice de groupe Vitesse de groupe : Indice de groupe :

55 Télécom Bretagne/Dépt MOpage 54Télécom Bretagne/Dépt MOpage 54Télécom Bretagne/Dépt MOpage 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)

56 Télécom Bretagne/Dépt MOpage 55Télécom Bretagne/Dépt MOpage 55Télécom Bretagne/Dépt MOpage 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 lionosphère pour un satellite GPS à km, f=1.6Ghz et N T =50 tecu? T geom =24000/3*10 5 =80 ms T iono =aN T /c/f 2 =26 ns

57 Télécom Bretagne/Dépt MOpage 56Télécom Bretagne/Dépt MOpage 56Télécom Bretagne/Dépt MOpage 56 Influence de l'ionosphère sur la propagation Effet Faraday Gyrofréquence = gyrofréquence Pour les électrons f H 1,4 MHz

58 Télécom Bretagne/Dépt MOpage 57Télécom Bretagne/Dépt MOpage 57Télécom Bretagne/Dépt MOpage 57 Influence de l'ionosphère sur la propagation Modes magnéto-ioniques (Y T =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

59 Télécom Bretagne/Dépt MOpage 58Télécom Bretagne/Dépt MOpage 58Télécom Bretagne/Dépt MOpage 58 Influence de l'ionosphère sur la propagation

60 Télécom Bretagne/Dépt MOpage 59Télécom Bretagne/Dépt MOpage 59Télécom Bretagne/Dépt MOpage 59 Influence de l'ionosphère sur la propagation Scintillations ionosphériquesScintillations damplitudede phase

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

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

63 Télécom Bretagne/Dépt MOpage 62Télécom Bretagne/Dépt MOpage 62Télécom Bretagne/Dépt MOpage 62 Influence de l'ionosphère sur la propagation Dépendance en fréquence Profondeur dévanouissement f =1.7 GHz f =11.5 GHz f =136 MHz f = 4 GHz CET

64 Télécom Bretagne/Dépt MOpage 63Télécom Bretagne/Dépt MOpage 63Télécom Bretagne/Dépt MOpage 63 Influence de l'ionosphère sur la propagation Occurrence de la scintillation Profondeur dévanouissement résultant de la scintillation damplitude

65 Télécom Bretagne/Dépt MOpage 64Télécom Bretagne/Dépt MOpage 64Télécom Bretagne/Dépt MOpage 64 Récapitulatif des effets ionosphériques Rotation Faraday 1/f 2 108°12°1,1° Temps de propagation en excès 1/f 2 0,25 s 0,028 s 0,0025 s Réfraction 1/f 2 0,6 4,2 0,36 Variation de la direction d'arrivée (valeur quadratique moyenne) 1/f ,32 0,12 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 EffetDépendance en fréquence 1 GHz3 GHz10 GHz Scintillation (latitudes équatoriales) 20 dB crête-à- crête 10 dB crête-à- crête 4 dB crête-à- crête Valeurs maximales estimées des effets ionosphériques pour un angle d'élévation d'environ 30 dans le cas d'une propagation dans un seul sens

66 Télécom Bretagne/Dépt MOpage 65Télécom Bretagne/Dépt MOpage 65Télécom Bretagne/Dépt MOpage 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 dhorloge 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 + aN T /f 1 2 R2 = r + ΔR tropo + aN T /f 2 2 La longueur géométrique corrigée de leffet ionosphérique r=(f 1 2 (R 1 - ΔR tropo )- f 2 2 (R 1 - ΔR tropo ))/(f 1 2 -f 2 2 ) Le contenu total électronique déduit aN T =(R 1 -R 2 ) f 1 2 f 2 2 /(f 1 2 -f 2 2 )

67 Télécom Bretagne/Dépt MOpage 66Télécom Bretagne/Dépt MOpage 66Télécom Bretagne/Dépt MOpage 66 Bibliographie Boithias L., Propagation des ondes radioélectriques dans lenvironnement terrestre, Collection technique et scientifique des télécommunications, Dunod, Castanet L,Lassudrie-duchesne P., Propagation des ondes radioélectriques à travers latmosphere, Techniques de lIngénieur, E1163,2008.pdf Davies K., Ionospheric Radio, IEE Electromagnetic Waves Series 31, Peter Peregrinus Ltd, Hall M.P.M., Barclay L.W., Radiowave Propagation, IEE Electromagnetic Waves Series 30, Peter Peregrinus Ltd, Lavergnat J., Sylvain M., Propagation des ondes radioélectriques, Masson, Saunders S.R., Antennas and Propagation for Wireless Communication Systems, John Wileys & Sons, Ltd, Sizun H.,propagation des ondes radioélectriques des réseaux terrestres, Techniques de lingénieur, 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


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