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RÉSUMÉ
Une liaison radioélectrique entre le sol et un satellite traverse l'atmosphère terrestre. Celle-ci comporte deux régions susceptibles d'influencer la propagation des ondes : la troposphère et l'ionosphère. La troposphère désigne les couches basses de l'atmosphère où se produisent les phénomènes météorologiques. Ceux-ci ont une influence notable sur la propagation Terre-espace. En règle générale, cette influence tend à augmenter avec la fréquence de l'onde. L'ionosphère est une région de la haute atmosphère où les composants sont partiellement ionisés par le rayonnement solaire. Cette ionisation exerce également une influence sur la propagation des ondes. À l'inverse de la troposphère, les effets ionosphériques sont prépondérants aux basses fréquences, en dessous de 1 GHz, et diminuent avec la fréquence.
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Laurent CASTANET : Ingénieur de recherche - Office national d'études et de recherches aérospatiales (ONERA)
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Patrick LASSUDRIE-DUCHESNE : Directeur d'études - École nationale supérieure des télécommunications de Bretagne
INTRODUCTION
Une liaison radioélectrique entre le sol et un satellite traverse l'atmosphère terrestre. Celle-ci comporte deux régions susceptibles d'influencer la propagation des ondes : la troposphère et l'ionosphère.
La troposphère désigne les couches basses de l'atmosphère où se produisent les phénomènes météorologiques. Ceux-ci ont une influence notable sur la propagation Terre-espace. En règle générale, cette influence tend à augmenter avec la fréquence de l'onde.
L'ionosphère est une région de la haute atmosphère où les composants sont partiellement ionisés par le rayonnement solaire. Cette ionisation exerce également une influence sur la propagation des ondes. À l'inverse de la troposphère, les effets ionosphériques sont prépondérants aux basses fréquences, en dessous de 1 GHz, et diminuent avec la fréquence.
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2. Propagation à travers l'ionosphère
Au-delà de 70 km d'altitude, on rencontre l'ionosphère. Il s'agit d'un milieu partiellement ionisé par le rayonnement solaire X et UV. L'ionisation produite pendant le jour se maintient la nuit en raison du faible taux de recombinaison entre les électrons et les ions à ces altitudes. L'ionisation se mesure par la concentration électronique N e (nombre d'électrons libres par unité de volume) qui présente un maximum à une altitude comprise entre environ 250 km le jour et 400 km la nuit. La concentration électronique N e dépend donc de l'altitude et de l'heure locale. Elle dépend également du lieu géographique et présente de fortes variations journalières. On constate que l'ionisation moyenne de l'ionosphère suit d'assez près les variations du cycle d'activité solaire.
Les électrons libres présents dans l'ionosphère interagissent avec une onde incidente pour modifier les caractéristiques de celle-ci, qui présente alors un changement de polarisation, une avance de phase et un retard de groupe par rapport à une propagation dans le vide. Le milieu de propagation ionosphérique présente une caractéristique importante : il est dispersif en fréquence. Cette propriété est souvent mise à profit dans les systèmes par satellites pour corriger les effets de l'ionosphère sur la propagation transionosphérique des signaux.
2.1 Indice de réfraction de l'ionosphère
La propagation d'une onde électromagnétique dans l'ionosphère est influencée par la présence d'électrons libres au sein du milieu. En l'absence de champ magnétique statique et en négligeant l'effet des collisions, ces derniers obéissent à une équation du mouvement de la forme :
où m est la masse de l'électron, e sa charge et v sa vitesse. E représente le champ électrique de l'onde incidente, supposée harmonique de la forme exp (jω t). Pour un milieu contenant N e électrons libres par unité de volume, le mouvement des électrons fait apparaître une densité de courant de conduction :
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - DAVIES (K.) - Ionospheric radio - . IEE Electromagnetic Waves Series 31, Peter Peregrinus Ltd (1990).
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(2) - CASTANET (L.), BOUSQUET (M.), FILIP (M.), GALLOIS (P.), GREMONT (B.), DE HARO (L.), LEMORTON (J.), PARABONI (A.), SCHNELL (M.) - Impairment mitigation and performance restoration - . COST 255 Final Report, Chap. 5.3, ESA Publications Division, SP-1252 (2002).
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(3) - * - Recommandation ITU-R P.372 2003 Bruit radioélectrique
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(4) - * - Recommandation ITU-R P.453 2003 Indice de réfraction radioélectrique : formules et données de réfractivité
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(5) - * - Recommandation P.531 2005 Données de propagation ionosphérique et méthodes de prévision requises pour la conception de services et de systèmes à satellites
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(6) - * - Recommandation ITU-R P.618 2003 Données...
ANNEXES
International Communication Union – Radiocommunication sector (ITU-R) http://www.itu.int/ITU-R
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