P 10 Station d`émission-réception de satellite amateur

P 10 Station d’émission-réception de satellite
amateur
Année 2001-2002
encadrants : Grégoire MERCIER (ITI) et Jean-Philippe COUPEZ (MO)
consultant : Marc LENNON (ITI)
partenaire extérieur : Ingénieur Sans Frontière
Mots clés : communications par satellites, traitement d’antenne, télédétection,
passerelle réseau
Résumé : Ce projet a pour objet la réalisation d’une station d’émission-réception de
données issues de satellites amateurs utilisant le protocole PACSAT. Cette
réalisation consiste en l’élaboration d’antennes planaires, en leur mise en réseau et
ce suivant l’étude du cahier des charges des aériens et des émetteur-récepteurs
effectuée l’année précédente. L’installation comprend également la mise au point de
programmes nécessaires au pilotage de la station elle-même.
1. Présentation et contexte du projet :
Souvent réservés à des grands groupes militaires ou commerciaux, les satellites
fournissent des services payants à des utilisateurs identifiés. La communauté des
radio-amateurs a néanmoins construit et lancé plusieurs satellites de communication
qui proposent à présent des services de messagerie (via le protocole PACSAT) et
même des données issues de capteurs imageurs optiques. L’intérêt de ce travail
concerne le domaine humanitaire. Le protocole PACSAT, similaire à un serveur de
fichier dans lequel il est possible d’envoyer et de recevoir des messages de
n’importe où sur la surface du globe, permet à des groupes isolés de pouvoir
communiquer rapidement et gratuitement. Ce sujet de S4 intéresse particulièrement
l’association de solidarité internationale « Ingénieurs Sans Frontière ».
2. Méthodologie développée pour aboutir.
Notre projet comportait trois principales tâches : la conception et l’optimisation de l’antenne
élémentaire, la mise en réseau de ces antennes et enfin la mise au point du système de
pilotage et du traitement du signal.
Tout d’abord, des responsables ont été affectés à chacune de ces parties. Ensuite, des
priorités chronologiques ont été accordées notamment entre la première et la deuxième
partie. Enfin, comme ces différentes parties sont interdépendantes, une collaboration
constante entre les responsables de ces parties était indispensable et imposait des mises à
jour et des mises en commun régulières des résultats obtenus.
3. Développement des différentes tâches et principaux résultats.
31. Etude et critique du travail réalisé l’année précédente
Nous avons tout d’abord étudié le rapport rédigé l’année précédente et procédé à
des tests avec l’antenne élaborée il y a un an.
Ensuite, nous avons effectué des recherches documentaires sur internet et parmi les
ouvrages et articles publiés.
Enfin, en raison de la sensibilité de l’antenne élaborée précédemment, nous avons décidé
de développer une nouvelle antenne élémentaire avec un système de polarisation externe
et non plus interne à l’antenne.
32. Conception de l’antenne élémentaire
Nous avons construit différents prototypes d’antennes afin d’avoir la meilleure
polarisation circulaire et la meilleure adaptation possible en utilisant les locaux et le matériel
du laboratoire micro-ondes.
32. Miniaturisation de l’antenne élémentaire
Afin d’améliorer la compacité du réseau d’antennes, il nous a fallu diminuer les
dimensions de l’antenne de base par des solutions d’allongement du chemin diélectrique
(parcouru sur cette antenne).
33. Etude de la mise en réseau
Une étude théorique de la mise en réseau nous a amené à choisir un réseau en
forme de dôme constitué de 5 sous-réseaux linéaires indépendants comprenant 3 antennes
chacune, permettant un diagramme quasi uniforme quelque soit la position du satellite.
34. Construction du diagramme de rayonnement
Le diagramme de rayonnement établi nous a permis de valider le nombre
d’antennes et la structure du réseau choisi.
35. Etude du système de pilotage
Cette étude a permis de déterminer la chaîne globale afin de commuter sur chaque
sous-réseau en fonction du positionnement du satellite.
36. Tests et validation du réseau d’antennes
4. Conclusions et perspectives.
Nous sommes parvenus à concevoir une antenne élémentaire aux dimensions et
aux performances intéressantes (bonne adaptation, polarisation circulaire). Le réseau
d’antennes possède un diagramme de rayonnement relativement étroit et la structure en
dôme permet un bon suivi satellite. Nous regrettons cependant avoir du reconsidérer
l’antenne conçue l’année précédente et ne pas avoir pu concevoir un système de pilotage
modulant l’influence de chaque élément du réseau.
Bibliographie
[1] M. NEY : « polycopié CMS 201 : Antennes », ENST Bretagne (ENST Bretagne, 2000).
[2] J.R. JAMES, P.S. HALL, C. WOOD : « Microstrip antenna, theory and design » (Peter
Peregrinus Ltd, 1981).
[3] J.R. JAMES, P.S. HALL : « Handbook of Microstrip Antennas » (Peter Peregrinus Ltd,
1989).
[2] G. MARAL, M. BOUSQUET, J. PARES : « Systèmes de télécommunications par
satellites » (éditions Masson, 1982).
[3] G. MARAL, J.J. DE RIDDER : « Basic concepts of low earth orbit satellite systems for
communications » (ENST, 1991).
[4] « Cahier des charges pour la réception d’images provenant de satellites amateurs »,
projet de synthèse de 1ère année (ENST, 1999).
[5] J.F. ZURCHER, F.E. GARDIOL : « Broadband patch antennas » (Artech House, 1995).
[[6] JOHN HUANG : « A Ka-band Circularly Polarized High-Gain Microstrip Array Antenna »
in IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION, vol. 43,No. 1, January
1995.
[7] WEN-SHYANG CHEN, CHUN-KUN WU, KIN-LU WONG : « Compact circularly polarised
microstrip antenna with bent slots » in ELECTRONICS LETTERS, vol. 34, No. 13, 25th
June 1998.
[8] KIN-LU WONG, JIAN-YI WU, « Single-feed small circularly polarised square microstrip
antenna » in ELECTRONICS LETTERS, Vol.33, No. 22, 23rd October 1997.
[9] CHIH-YU HUANG, JIAN-YI WU, KIN-LU WONG, « High-gain compact circularly
polarised microstrip antenna » in ELECTRONICS LETTERS, Vol.34, No.8, 16th April 1998.