Transmissions satellitaireschap 1: Antennes

Mastère N2TR

Enseignant: Ines Bousnina

Année universitaire 2013-2014

Introduction

• Historique

1958: mise en orbite du premier satellite de communication expérimental par lesEtats-Unis. « SCORE » a été lancé pour une mission de 7 jours durant lesquels il atransmis 7 messages sur terre avec succès.

1962: le premier satellite de télécommunication transatlantique est lancé par lasociété AT&T. « TELSTAR 1 » a assuré la liaison des réseaux de télévision et detéléphonie entre les Etats-Unis et l’Europe.

1964: lancement du premier satellite en orbite géostationnaire « SYNCOM 3 ».

1965: lancement du premier satellite de communications commerciales « INTELSAT1 » nommé Early bird

1978: lancemant des premiers satellites de télécommunications maritimes« MARISAT »

……

Introduction

• Domaines d’intervention actuels des satellites

Dans nos sociétés modernes, les satellites ont pris une place considérable. En effet, ilspermettent:

• L’observation de la terre qui permet de suivre les effets des phénomènes naturels sur notre planète.

• L’observation des surfaces continentales par des satellites « imageurs » qui est essentielle pour ladéfense du territoire, la cartographie, le suivi de la déforestation etc… La résolution des images estpassée de 80 m à 50 cm.

• Le suivi des cultures agricoles qui permet la détection précoces des maladies.

• La gestion des ressources en eau à l’échelle planétaire.

• Les prévisions météorologiques….

Une autre importante application qui est assurée par les satellites est la télécommunication.Des centaines de satellites placés sur l’orbite géostationnaire permettent les différentséchanges d’informations. En effet, la téléphonie satellite est utile dans les régions reculées.Mais les satellites permettent également la réception de centaines de chaines de télévisionou encore la transmission en temps réel entre les réseaux bancaires et les places boursièresetc…

Introduction

Vu l’importance de l ’espace dans notre vie quotidienne, nous ne pouvons parler denouvelles technologies en télécommunications sans parler de transmissionsatellitaire et ses caractéristiques. Dans ce premier chapitre, nous présentons lesantennes utilisées dans ces types de communications. A cet effet, nous suivons leplan suivant:

Plan

• Rôle d’une antenne

• Diagramme de rayonnement

• Formes et dimensions

• Critères de choix

Rôle d’une antenne

Une définition traditionnelle d’une antenne est la suivante : « Une antenne d’émissionest un dispositif qui assure la transmission de l’énergie entre un émetteur et l’espacelibre où cette énergie va se propager. Réciproquement, une antenne de réception estun dispositif qui assure la transmission de l’énergie d’une onde se propageant dansl’espace à un appareil récepteur » [Combes].

Un système de communication radio transmet des information par l’intermédiaired’une onde électromagnétique OEM. Une antenne d’émission reçoit le signalélectrique de l’émetteur et produit l’onde électromagnétique qui se propage dansl’espace. Certaines directions peuvent être privilégiées selon la forme et le type del’antenne. Par exemple, une antenne filaire de cuivre rayonnera sur toutes lesdirections avec la même puissance tant dis qu’une antenne surfacique rayonnera avecune puissance maximale avec la normale à sa surface. L’antenne de réception capteune faible partie de cette puissance et la transforme en signal électrique à partirduquel on extrait l’information transmise.

[Combes] P. F. Combes, « Micro-ondes tome II – Circuits passifs, propagation,antennes »,Dunod, 1997, 2-10-002753-0

Différents types d’antennes

Il existe différents types d’antennes. Les plus communs sont :

• Les antennes filaires:

Le dipôle est l’antenne de référence en radiocommunications et est largement utilisétel quel ou en association avec d’autres conducteurs pour former une antenne Yagi(antenne de télévision analogique).

• Les antennes à fentes:

Elles sont courantes pour les radars de navigation maritime sous forme d’une sectionde guide d’ondes percé de fentes.

• Les antennes patchs:

Il s’agit d’une antenne planaire dont l’élément conducteur est une surface.

Différents types d’antennes

• Les antennes à ouverture:

Une antenne dont sa structure est une ouverture pratiquée dans une surfaceconductrice par laquelle passe un champ électromagnétique. Un exemple concret estun cornet qui termine un guide d’onde.

• Les antennes paraboliques:

Il s’agit des antennes utilisées dans les communications satellitaires. Ces antennesferont l’objet de la deuxième partie de ce chapitre.

Caractéristiques d’une antenne

L’antenne se définit par la caractéristiques suivantes:

• Bande de fréquences

• Directivité

• Gain

• Diagramme de rayonnement

• Dimensions et forme

Bande de fréquences

L’antenne est un dipôle qui se comporte comme un circuit résonant. La fréquence derésonance de l'antenne dépend d'abord de ses dimensions mais aussi des élémentsqui lui sont ajoutés.

Par rapport à la fréquence de résonance centrale de l'antenne on peut tolérer uncertain affaiblissement (généralement 3 décibels) qui détermine la fréquenceminimum et la fréquence maximum d'utilisation ; la différence entre ces deuxfréquences est la bande passante.

Diagramme de rayonnementDef: Il s’agit de la répartition spatiale de la puissance rayonnée par une antenne émettrice oula répartition spatiale de la puissance récupérée par une antenne réceptrice (capteur).

Idéalement, on souhaiterait qu’une antenne émette avec la même puissance dans toutes lesdirections. Il s’agit de l’antenne isotrope qui est une antenne théorique et irréalisable dans lapratique. Son diagramme de rayonnement est une sphère. Ses coupes horizontale etverticale sont des cercles. En pratique, on peut réaliser une antenne qui rayonne avec lamême puissance sur le plan normal à son axe. Il s’agit dans ce cas d’une antenneomnidirectionnelle.

Antenne isotrope Antenne omnidirectionnelle

Diagramme de rayonnementPour couvrir une grande distance, une antenne omnidirectionnelle nécessite une puissance très élevée.En réalité, l’énergie rayonnée par une antenne est répartie inégalement dans l’espace. En effet,certaines directions sont privilégiées, ce sont les lobes de rayonnement. Généralement un diagrammede rayonnement est illustré par une coupe horizontale ou verticale.

Diagramme 3D Coupe verticale du diagramme

Diagramme de rayonnement

Suivant le type d’antenne, le nombre de lobes peut être différent

Diagramme de rayonnement

La proximité et la conductibilité du sol ou des masses conductrices environnant l'antenne peuventavoir une influence importante sur le diagramme de rayonnement. Une antenne directive possède unou deux lobes nettement plus important que les autres ; elle sera d'autant plus directive que le lobe leplus important sera étroit.

Si la station radio captée ne se trouve pas toujours dans la même direction il peut être nécessaired'orienter l'antenne en la faisant tourner avec un moteur, c’est le cas des antennes de poursuite desatellites qui sont orientables en azimut (direction dans le plan horizontal) et en site (hauteur au dessusde l'horizon).

Une direction de faible gain peut être mise à profit pour éliminer un signal gênant (en réception) oupour éviter de rayonner dans une région où il pourrait y avoir interférence avec d'autres émetteurs.

Formes et Dimensions

La forme et les dimensions d'une antenne sont extrêmement variables : celle d'un téléphone portablese limite à une petite excroissance sur le boîtier de l'appareil tandis que la parabole d’un radio-télescope dépasse 100 m de diamètre.

Très grossièrement on peut dire que pour la même fréquence d'utilisation, les dimensions d'uneantenne sera d'autant plus grand que son gain sera élevé.

L'antenne demi-onde, comme son nom l'indique, a une longueur presque égale à la moitié de lalongueur d'onde pour laquelle elle a été fabriquée

Critères de choix

Pour choisir un modèle d’antenne pour une application donnée, il faut veiller aux principaux pointssuivants :

• fréquence de travail: une antenne est construite pour une fréquence ou une gamme de fréquencesdonnée

• directivité: elle peut être omnidirectionnelle (brin vertical) ou directive (Yagi, parabole…)

• gain : les meilleurs gains sont obtenus avec des antennes très directives, jusqu'à plus de 50 dB pourles grandes paraboles

• puissance: pour l’émission, l’antenne doit accepter la puissance de l’émetteur sans trop de pertesJoule