La propagation dans les bandes des 20 et 30 GHZ : bilan et perspectives offertes par le programme OLYMPUS

J.P. Mon (1) , T. Ben-Meriem (1) , J. Lavergnat (1)

1 CRPE - Centre de recherches en physique de l'environnement terrestre et planétaire

Les performances des systèmes de télécommunication par satellite sont, dans une très large mesure, tributaires des effets de propagation des ondes dans l'atmosphère. Ces effets dépendent de la fréquence, de la climatologie et de la géographie locales, du type de transmission et de l'angle d'élévation du satellite. Ils sont d'autant plus complexes à étudier que les phénomènes qui leur donnent naissance sont par nature aléatoires. Ce qui conduit à introduire des méthodes statistiques dans l'évaluation de leurs effets sur les performances des systèmes. Sauf exceptions notables, ces effets sont plus importants lorsque la fréquence est élevée et que l'angle d'élévation est faible. Même des conditions d'apparent " ciel clair" peuvent provoquer des dégradations des ondes transmises: - les gaz présents dans l'atmosphère, notamment l'oxygène et la vapeur d'eau, peuvent réduire par absorption l'amplitude des signaux émis; - la turbulence ou des variations rapides de température le long du trajet radioélectrique peuvent créer des scintillations d'amplitude et de phase ou des dépolarisations; - les nuages, le brouillard, la poussière, le sable ou même une forte pollution atmosphérique peuvent être à l'origine de perturbations sensibles. Cependant, aux fréquences supérieures à 10 GHz ce sont les hydrométéores qui, par absorption et diffusion, créent les perturbations les plus importantes (affaiblissements, dépolarisations, scintillations, diminution du gain des antennes, réduction de la largeur de bande de cohérence,...). Pour des fréquences encore plus élevées (supérieures à environ 15 GHz), l'atténuation due aux nuages et l'absorption par les gaz atmosphériques (l'oxygène mais surtout la vapeur d'eau), peuvent provoquer des affaiblissements variant lentement qui interdisent toute détermination précise du niveau de référence, (0 dB), la simple mesure du niveau du signal avant et après un "événement" n'étant plus suffisante. L'incertitude sur le niveau de référence intervient de façon décisive sur la précision des mesures d'affaiblissement, le problème étant d'autant plus crucial que l'on s'intéresse à des grandeurs dont la détermination implique des mesures simultanées d'affaiblissements (rapports d'isolation de polarisation, gain de diversité d'emplacement, lois de similtude en fréquence, corrélations d'affaiblissements à plusieurs fréquences,...). C'est pourquoi le groupe OPEX* s'est fixé pour ses futures mesures d'affaiblissement à 20 et 30 GHz une précision (ambitieuse) de 0,1 dB (1). Le comportement aléatoire des phénomènes considérés implique de très longues campagnes de mesures pour aboutir à des statistiques raisonnablement fiables. C'est pourquoi, afin d'élargir la base de données acquises par des mesures directes, il est intéressant de pouvoir disposer de modèles de prévision basés sur les mesures pluviométriques accumulées depuis de très longues années par les services météorologiques.Nous nous intéresserons donc aussi dans ce qui suit aux "auxiliaires" météorologiques associés aux mesures radioélectriques directes. Dans ce document, nous nous proposons tout d'abord de dresser un bilan succinct de nos connaissances sur la propagation des ondes dans les bandes des 20 et 30 GHz sur les trajets satellites-Terre, ensuite d'examiner les perspectives d'amélioration de nos connaissances qu'apporte le programme OLYMPUS de l'Agence Spatiale Européenne. Nous examinerons donc: - les différent programmes d'études de propagation à 20 et 30 GHz effectuées juqu'à ce jour à l'aide de satellites géostationnaires; - les diverses données d'affaiblissements obtenues directement, ou indirectement (pluviométrie au sol, radiométrie, radar-pluviométrie); - les données sur la dépolarisation des ondes et leurs conséquences sur les performances des systèmes et les remèdes envisageables; - les scintillations et leurs effets sur les systèmes. Puis, après une brève présentation du programme Olympus, nous décrirons les mesures à mettre en oeuvre pour nous fournir les données nécessaires à la planification des liaisons satellite-Terre dans les bandes des 20 et 30 GHz.

Domaines: Sciences de la Terre

J.P. Mon, T. Ben-Meriem, J. Lavergnat. La propagation dans les bandes des 20 et 30 GHZ : bilan et perspectives offertes par le programme OLYMPUS. [Rapport de recherche] Note technique CRPE n° 161, Centre de recherches en physique de l'environnement terrestre et planétaire (CRPE). 1988, 89 p. ⟨hal-02191393⟩