II.4.Les types de modulation
[10]
caractéristiques de l'onde radio (porteuse)
selon le type d'informations que l'on souhaite envoyer. Le
procédé inverse, la "démodulation", sert à
reconstruire l'information d'origine (discours, données informatiques ou
programme TV) dans le récepteur.
En pratique, la méthode de modulation,
généralement assez complexe, est choisie afin d'optimiser les
performances d'une liaison satellite selon le type d'information à
transporter. L'information est souvent codée à l'émetteur
afin de pouvoir détecter et corriger les éventuelles erreurs dues
à une mauvaise interprétation dans le récepteur. Des
techniques semblables, tout aussi élaborées, sont
utilisées par exemple pour protéger les disques laser audio
contre les rayures et les mauvaises manipulations.
En transmission numérique comme analogique,
trois principaux types de modulation sont connus :
· La modulation par déplacement de
fréquence (FSK) ;
· La modulation par déplacement d'amplitude
(ASK) ;
· La modulation par déplacement de phase
(PSK).
II.5. Les caractéristiques des
antennes
Quel que soit la fréquence de fonctionnement de
l'antenne, quel que soit sa structure physique, le rayonnement des antennes est
caractérisé par des propriétés
communes.
1. Diagramme de rayonnement
Les antennes sont rarement omnidirectionnelles et
émettent ou reçoivent dans des directions
privilégiées. Le diagramme de rayonnement représente les
variations de la puissance rayonnée par l'antenne dans les
différentes directions de l'espace. Il indique les directions de
l'espace (è0, ö0) dans lesquelles la puissance rayonnée est
maximale. Il est important de noter que le diagramme de rayonnement n'a de sens
que si l'onde est sphérique.
On trace dans le diagramme de rayonnement la fonction
caractéristique de rayonnement r (è, ö), qui varie entre 0
et 1 selon la direction. Celui-ci peut se représenter sous
différentes formes (figure 4).
[11]
En général, le diagramme de rayonnement
d'une antenne est représenté dans les plans horizontaux
(è= 90°) et verticaux (ö = constante), ou bien dans les plans
E et H.
Figure 4 : Représentation du diagramme de
rayonnement d'une
antenne
Le diagramme de rayonnement d'une antenne est
principalement relié à sa géométrie mais peut aussi
varier avec la fréquence. Hormis les antennes omnidirectionnelles, les
antennes ne rayonnent pas la puissance de manière uniforme dans
l'espace. Dans ce cas, la fonction caractéristique de rayonnement est
égale à 1 quel que soit la direction considérée. En
général, la puissance est concentrée dans un ou plusieurs
« lobes ». Le lobe principal correspond à la direction
privilégiée de rayonnement. Les lobes secondaires sont
généralement des lobes parasites. Dans ces directions,
l'énergie rayonnée est perdue donc on cherche à les
atténuer.
2. Angle d'ouverture
L'angle d'ouverture (beam width) caractérise la
largeur du lobe principal. L'angle d'ouverture à 3 dB 2è3
représente la portion de l'espace dans lequel la majeure partie de la
puissance est rayonnée. Il s'agit de l'angle entre les 2 directions
autour du lobe principal où la puissance rayonnée est
égale à la moitié de la puissance rayonnée dans la
direction de rayonnement maximal.
[12]
Figure 5 :Diagramme de rayonnement et angle d'ouverture
3. Directivité, gain et rendement d'une antenne
Ces 3 grandeurs permettent de caractériser la
façon dont une antenne convertit la puissance électrique
incidente en puissance électromagnétique rayonnée dans une
direction particulière. Le gain et la directivité permettent de
comparer les performances d'une antenne par rapport à l'antenne de
référence qu'est l'antenne isotrope.
a) Directivité
La directivité D(è,ö) d'une
antenne dans une direction (è,ö) est le rapport entre la puissance
rayonnée dans une direction donnée P(è,ö) et la
puissance que rayonnerait une antenne isotrope.
D(6, ço) =
|
P(6,çt.)
|
= 4ir
|
P(6,çt.)
|
|
|
|
b) Gain
Le gain G(è,ö) d'une antenne dans une
direction (è,ö) est le rapport entre la puissance rayonnée
dans une direction donnée P(è,ö) sur la puissance que
rayonnerait une antenne isotrope sans pertes. En général, le gain
G correspond au gain dans la direction de rayonnement maximal
(è0,ö0). Cette propriété caractérise la
capacité d'une antenne à focaliser la puissance rayonnée
dans une direction.
|
G(8,ir) = 4ir
|
P(6, çt.)
|
P(6,çt.)
G = 4ir
~~
|
|
~~
|
Si l'antenne est omnidirectionnelle et sans pertes,
son gain vaut 1 ou 0 dB. Le gain est généralement exprimé
en dB ou en dBi car une antenne isotrope est utilisée comme
référence. On trouve aussi parfois le gain exprimé en dBd,
lorsqu'une antenne dipôle est utilisée comme
référence.
[13]
c) Rendement
Le rendement ç d'une antenne traduit sa
capacité à transmettre la puissance électrique en
entrée PA sous forme de puissance rayonnée PR. On le
définit comme le rapport entre la puissance totale rayonnée par
une antenne et la puissance qui lui est fournie. Le rendement est lié
aux pertes dans le réseau de polarisation et dans les
éléments rayonnants.
~~ = ~~ ~~ = G ~~ ~
II.5.1. Les antennes satellitaires
Les satellites transmettent les signaux via les
antennes par différentes polarisations. C'est ainsi que nous avons la
polarisation horizontale, la polarisation verticale, polarisation orthogonale
(horizontale et verticale) et les polarisations circulaires (gauche et
droite).
Figure 6 : Polarisation verticale et Polarisation
horizontale
II.5.2. Les antennes des stations terriennes
:
Les antennes paraboliques communément
appelées paraboles par le grand public, sont des antennes disposant de
réflecteurs paraboliques basés sur les propriétés
géométriques de la courbe nommée parabole et de la surface
nommée paraboloïde de révolution. Cette antenne
qualifiée d'universelle puisque qu'elle fonctionne en théorie sur
toute fréquence ou longueur d'onde, est cependant seulement
employée à partir de la bande L dès 1,1GHz et lorsque le
gain d'antenne élevé est recherché.
Ces antennes peuvent être montées de
différentes façons en fonction du résultat
recherché. Néanmoins, cinq principaux types de montage
existent:
· Le montage Prime-focus ;
· Le montage Offset ;
· Le montage Cassegrain ;
· Le montage de Grégory ;
cos 8 =
r + d0
d J1 - cos2 a.cos2ë
[14]
· Le montage Tore.
La figure ci-dessous présente les trois montages
les plus utilisés :
Figure 7 : Schéma présentant quelques
montages d'une antenne
parabolique
II.5.3. Positionnement des antennes
La réception de l'émission d'un
satellite en orbite haute ou de faible puissance, nécessite le
positionnement précis de l'antenne de réception. La meilleure
efficacité est obtenue par des antennes paraboloïdes. La plupart
des satellites de transmissions de données ou de RDS
(Radiodiffusion Directe par Satellite) sont
géostationnaires et par conséquent le positionnement de l'antenne
vers un satellite donné reste constant.
La détermination des angles de site ou
élévation et d'azimut, à partir de la position (latitude
et longitude) de la station et de celle du satellite, peut se faire par
calcul.
II.5.4. Calcul de l'orientation d'une antenne
L'application de quelques règles de
trigonométrie sphérique permet de calculer les angles de
positionnement.
II.5.4.1. Angle de Site ou
élévation
L'angle de site O, aussi appelé hauteur, peut
être calculé par :
La figure ci-dessous illustre bien les notions
d'azimut et d'élévation pour un satellite.
[15]
Avec :
r= rayon de la terre (6378 km),
d0= altitude du satellite (35786 km si
géostationnaire),
r + d0= distance centre de la terre - satellite (42164 km
si géostationnaire), d= distance station -
satellite.
d est calculé par la formule
:
d2 = d02 + 2r(r + d0)(1 -
cos2 a. cos2ë)
Figure 8 : Angle d'élévation
II.5.4.2. Azimut
L'azimut est la position du satellite par rapport au
Nord géographique. Il peut être calculé par :
sin..
|
sin(Az) =
|
|
|
v1 - cos2 a.
cos2ë
|
Avec :
Az= azimut
[16]
Figure 9 : Azimut et Elévation pour un
satellite
II.6. Les applications des satellites II.6.1. La
téléphonie
Même concurrencée par les câbles
optiques terrestres ou sous-marins, l'application qui est toujours la plus
importante pour les satellites de communication est la téléphonie
internationale. Les centraux locaux transportent les appels jusqu'à une
station terrienne (aussi appelée téléport), d'où
ils sont émis en direction d'un satellite géostationnaire.
Ensuite ce satellite les retransmet vers une autre station qui procède
à la réception et l'acheminement final. Les
téléphones mobiles satellitaires (depuis des bateaux, avions,
etc.) eux se connectent directement au satellite. Ils doivent donc être
en mesure d'émettre un signal et de le pointer vers le satellite
même en cas de mouvements (vagues sur un bateau, déplacement et
turbulences en avion).
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