Conception et réalisation d'un outil d'aide au paramétrage des antennes

PREMIERE PARTIE

INTRODUCTION GENERALE



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INTRODUCTION CENERALE

Depuis plusieurs années, des logiciels spécialisés dans le domaine de la simulation d'antennes sont apparus pour permettre une prise en compte de plus en plus fine de la réalité du milieu de propagation des ondes électromagnétiques. Il y a encore peu de temps les cartes topographiques, combinées à des photographies aériennes, suffisaient pour déployer un réseau de Télécommunications. Mais le paramétrage des antennes n'était pas optimale, la qualité des transmissions non plus ; ce qui entraînait le mécontentement des usagers. Sans compter avec les coûts très élevés de ces opérations engendrant l'augmentation des coûts de communications. Les opérateurs de télécommunications, se sont donc tournés vers les chercheurs et spécialistes du domaine pour obtenir des logiciels de dimensionnement des antennes ; ou ont développé eux-mêmes leurs propres logiciels, d'après ces besoins.

La conception des logiciels de paramétrage des antennes permet de nos jours :









D'estimer la distribution des intensités de champ électrique en tenant compte du diagramme de rayonnement de l'antenne et de la configuration particulière des bâtiments présents.

D'intégrer le diagramme de rayonnement des antennes réelles, mais aussi la géométrie et la nature des matériaux constituant les immeubles environnants (absorption dans le béton, réflexions sur les murs, diffraction par les points anguleux ou les arêtes).

La minimisation des coûts d'implantation, par la non exploitation du GPS, des équipements topographiques, géodésique, photogrammétrique, ainsi que le personnel d'appui.

La souplesse d'implantation et l'aspect multi-bande ou multirésonnant;

Toutes ces finalités ne peuvent être atteintes que par la mise en place d'une méthodologie de recherche qui s'appuie sur des concepts théoriques et pratiques.

La problématique de ce mémoire de fin de cycle est de rechercher de nouvelles approches algorithmiques du calcul des caractéristiques du rayonnement. Cependant pour répondre à ce besoin, une connaissance approfondie des apports des travaux effectués dans la même optique est nécessaire. Dans un premier temps, on combinera le savoir faire des uns et des

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autres, pour concevoir un outil de pointe. Celui-ci doit satisfaire non seulement aux critères techniques (antennes adaptatives) mais surtout aux critères socioéconomiques.

En parallèle, notre mémoire poursuit un deuxième but d'importance équivalente. Certains algorithmes ayant servi à la conception des outils antérieurs s'y ajoutent, aboutissant ainsi à un didacticiel complet qui assurerait la durabilité et la dissémination des résultats obtenus, et fournirait un outil précieux pour l'enseignement et la formation.

La conception et la réalisation des outils d'aide au paramétrage des antennes ne datent pas de nos jours, d'importants travaux leur ont été consacré. Les concepteurs ont toujours été soucieux d'apporter des réponses contractuelles de nature à satisfaire les intérêts des entreprises participant à la production ou à la commercialisation de ces outils. Les outils d'aide au dimensionnement des antennes pour stations de base que nous avions consulté se concentrent principalement sur le nombre et les positions des antennes de transmission (ou stations de base) nécessaires pour couvrir une région. La plupart des outils de dimensionnement se basent sur les surfaces de couvertures des antennes potentielles. Cette approche est nommée Coverage Based Design. Elle consiste à minimiser le nombre des antennes et à trouver leurs positions telles que le rapport signal sur interférences (SIR) reçu à une station mobile soit suffisamment élevé pour satisfaire la demande. Le SIR reçu à la station mobile dépend de la puissance du signal à l'émission et de l'atténuation du signal : la validité des modèles qui utilisent cette approche dépend donc de la précision de la fonction d'atténuation du signal. Les antennes étant réalisées avec une précision limitée, les performances réelles sont toujours inférieures aux performances théoriques. En général on ne connait pas exactement les erreurs faites mais on peut en donner une estimation statistique. Ceci permet d'en déduire des diagrammes, gains et autres performances de l'antenne. Un « cahier des charges » étant imposé aux performances d'une antenne, quelles tolérances de fabrication faut-il choisir pour que les spécifications soient respectées avec une probabilité donnée (par exemple 90%) ? La plate forme à élaborer permet comme nous allons le voir de donner des réponses relativement simples à ces questions.

Nous allons de ce fait exploiter au mieux les connaissances et les expériences des uns et des autres pour établir une fondation assez solide de notre plateforme. Par la suite, nous y inclurons les considérations propres à notre cadre de travail pour faire de ce logiciel un véritable outil. Enfin, le logiciel doit pouvoir ouvrir une porte vers une amélioration future qui ferait alors de lui un outil indispensable au sein des entreprises et écoles d'Ingénieurs.

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L'application développée sous le nom AntennaParameter 1.0.0 s'avère d'un grand intérêt pour les opérateurs de télécommunications et l'enseignement de l'électronique de la communication dans le cadre des recherches sur les antennes d'émission/réception.

On peut résumer l'intérêt de l'application, en quatre points essentiels :

1. Un outil d'ingénierie télécom

AntennaParameter a été conçu, afin d'être une véritable plateforme pour l'analyse et l'étude du rayonnement électromagnétique. En interfaçant AntennaParameter avec le logiciel Matlab, les caractéristiques de rayonnement s'obtiennent directement depuis Matlab et les résultats (couvertures de champ, profil, diagramme d'antennes, longueur d'onde, ...). Les algorithmes développés sont plus rapides et souples. L'interface est conviviale et facile d'utilisation.

2. Un outil de visualisation

La possibilité offerte de visualiser le diagramme de rayonnement en 2D, 3D est actuellement une ouverture en matière de complémentarité pour l'analyse d'un système rayonnant et une prédiction de ses caractéristiques et celles du rayonnement.

3. Un outil adapté aux réalités économiques de notre pays

Le coût de développement de ce logiciel est faible en comparaison aux autres logiciels conçus pour les mêmes applications. Cependant ce coût évolue avec le nombre d'appareils utilisant le même logiciel, contrairement à un développement personnel qui n'a pas besoin de licence particulière de développement. Le problème d'utilisation d'un logiciel commercial s'en trouve accru si l'on désire publier ou déployer ce logiciel en réseau pour un accès distant.

4. Un didacticiel sur les antennes

L'outil est un didacticiel pour mieux comprendre les propriétés telles que les diagrammes de rayonnement, le gain, la directivité, l'efficacité de rayonnement, etc....

Pour mener à bien ce mémoire, l'étude se scinde en quatre chapitres.

Le chapitre 1 sera consacré à la revue de la littérature ; c'est-à-dire la présentation des travaux antérieurs. Ce chapitre nous permettra d'exploiter au mieux les connaissances et les expériences des uns et des autres pour établir une fondation assez solide de notre plateforme. Par la suite, nous y inclurions les considérations propres à notre cadre de travail pour faire de ce logiciel un véritable outil. Enfin, le logiciel doit pouvoir ouvrir une porte vers une amélioration future qui ferait de lui un outil indispensable au sein des entreprises.

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Le chapitre 2 sera consacré à la présentation de l'étude, et des généralités qui vont permettre de situer dans leur contexte les travaux effectués et de souligner leurs intérêts. Les antennes présentées tout au long de ce manuscrit sont destinées à des applications de réseaux de télécommunications sans fil, qu'ils s'agissent des réseaux de téléphonie, de proximité ou de diffusion.

Le chapitre 3 sera consacré à la conception de l'utilitaire. Nous aborderons dans ce chapitre l'analyse conceptuelle que nous avons effectuée pour mener à bien le travail qui nous a été demandé tout au long de ce mémoire. Nous tâcherons d'expliquer les différentes méthodes de conception.

Le chapitre 4 présentera les résultats obtenus au cours de ce mémoire. Il sera non seulement la résultante de toutes les théories et analyses menées dans les chapitres précédents, mais il sera aussi le résultat d'un long labeur en terme de programmation.

Ce manuscrit se terminera par une conclusion suivie des perspectives sur le travail effectué, des références de sites WEB.

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CAHIER DES CHARGES

Le paramétrage des antennes est une conséquence logique de l'amélioration de la qualité de service offert et la diminution des risques de coupures.

Le problème mis en évidence, consiste donc à mettre sur pied une plateforme pour l'étude des antennes et l'analyse du rayonnement électromagnétique en tenant compte des caractéristiques propres à chaque antenne. Cet outil devrait précisément permettre :



De choisir une antenne en fonction des contraintes techniques et légales ;

De stocker dans une base de données les informations sur les antennes et de générer des synthèses quotidiennes ;

De fournir des interfaces ou pages Web pour l'exploitation des données ;

De fournir un modèle de sauvegarde des données sur les antennes ;

De fournir les caractéristiques sur le rayonnement

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DEUXIEME PARTIE

PRESENTATION DES TRAVAUX

ANTERIEURS ET DES DIFFERENTS

TYPES D'ANTENNES





CHAPITRE 1 : REVUE DE LA LITTERATURE
CHAPITRE 2 : PRESENTATION DE L'ETUDE

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CHAPITRE I

REVUE DE LA LITTERATURE

La conception des logiciels de paramétrage des antennes de télécommunications n'est pas une préoccupation nouvelle. Il existe plusieurs logiciels d'aide au dimensionnement des antennes. La plupart des outils de dimensionnement se basent sur les surfaces de couvertures des antennes potentielles. Cette approche est nommée Coverage Based Design. Un exemple de Coverage Based Design, développé par [8], consiste à effectuer des mesures des altitudes et des coordonnées géographiques d'un certain nombre de points de la ville et d'écrire un programme d'interpolation servant à en déduire les altitudes des points intermédiaires. L'acquisition des informations des échantillons est essentiellement assurée par un GPS. La technique de calcul des pertes en chemin (pertes dues à la topologie du terrain) est basée sur la Méthode de DEYGOUT et les corrections de CAUSEBROOK. [8] ne caractérise pas l'antenne, son travail met un absent sur le bilan des liaisons donc les phénomènes de propagation.

En outre, les travaux de recherche de [8] au LETS (Laboratoire d'Electronique et du Traitement du Signal) ont permis de découvrir d'autres algorithmes plus qu'intéressants, favorisant la création du MNT d'une ville. L'absence d'un fichier résultat de l'extrapolation oblige à ajuster l'algorithme dans le but de disposer d'un MNT (Modèle Numérique de Terrain) dans un fichier exploitable par tout autre logiciel que MATLAB. Signalons en outre que grâce au travail de cette équipe, plusieurs sites de la ville de Yaoundé ont pu être pris comme échantillons, lesquels échantillons ont servi de base à l'extrapolation conduisant à la réalisation du MNT de Yaoundé.

Dans le même ordre d'idée, en 2001, le mémoire de fin d'études à l'Ecole Nationale Supérieure Polytechnique de Yaoundé de l'étudiant [10] portait sur le développement d'un logiciel de dimensionnement des liaisons du réseau mobile sous C++Builder. La technique utilisée pour l'établissement du MNT était basée sur la fusion de deux résultats issus de deux algorithmes distincts (modèle en escalier et l'interpolation quadratique à partir des sommets). Après extrapolation et fusion, on peut se rendre compte que le MNT final ne passe pas par les points échantillons, ce qui nécessite par conséquent une amélioration.

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Il existe un autre logiciel (PATHLOSS 4.0 [15]) permettant de dimensionner les antennes et intégrant plus de 15 modules. Il est utilisé pour les fréquences allant de 30Mhz à 100Ghz. Les fonctionnalités peuvent être achetées par modules. Il souffre également d'une obligeance à ne pas offrir les fonctionnalités liées aux besoins spécifiques des entreprises. Par ailleurs les données géographiques doivent aussi être fournies à la plateforme, et en l'occurrence celles des pays ne disposant pas de cartes numériques, des MNT et SIG de grande précision.

Les travaux de recherche de [6] sur le LMDS (Local Multipoint Distributed Services) à l'Université de Limoges en France ont permis de découvrir d'autres outils plus qu'intéressants :

Le logiciel de réseau SARA (Synthesis of Array of Antennas) développé au CREAPE. Il permet de faire de la synthèse et de l'analyse de réseaux d'antennes à l'aide d'une méthode analytique. Ce logiciel permet de faire à la fois de la synthèse et de l'analyse de réseaux d'antennes. La fonction de synthèse de réseaux permet de déterminer quelles sont les lois d'excitation en amplitude et en phase à appliquer aux différents éléments du réseau afin que le rayonnement suive un gabarit souhaité (réduction des lobes secondaires, amélioration du lobe principal, pointage du lobe, lobe en cosécante carrée...). La méthode de synthèse adoptée (technique itérative de résolution des équations non linéaires avec un critère d'optimisation « minmax » [6]) permet d'approcher au mieux la fonction de rayonnement désirée. Le logiciel de synthèse peut être présenté selon le synopsis de la figure I.1.



Figure I.1 : Synopsis du logiciel S.A.R.A

Source : Thèse Laure Fretay, 2004, [6]

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Deux méthodes de synthèse peuvent être utilisées. La synthèse dite complexe donne des pondérations aléatoires sur les éléments alors que la seconde, la synthèse réelle permet d'obtenir des pondérations symétriques en amplitude et conjuguées en phase. La fonction d'analyse de réseaux d'antennes consiste en l'évaluation, par des formules approchées, du champ rayonné connaissant la loi d'excitation des éléments qui le composent.

La partie analyse de réseaux permet bien souvent de vérifier et aussi de simplifier les lois de pondération obtenues dans la partie synthèse. Cependant, l'utilisation de cet outil ne peut se faire pour une application bien spécifique sur les antennes, il vaut mieux considérer le cas général de prise en compte de l'ellipsoïde de Fresnel. Cette remarque particulière permet de dire que le développement d'une plateforme de radiocommunication doit tenir compte des réalités propres à l'environnement pour lequel elle a été développée.

Le simulateur ADS de Hewlett-Packard permet d'effectuer à la fois des simulations de type circuit, qui utilisent des modèles équivalents de circuit passif, et des simulations électromagnétiques dites 2D^1/2 qui permettent de résoudre les équations de Maxwell pour des structures composées d'un empilement de couches homogènes. Soit en employant la méthode nodale (lois des courant - tension de Kirchhoff). Celle-ci offre une simulation rapide de circuits complexes comportant des éléments localisés (selfs, capacités...), distribués représentés par des circuits équivalents (cas des lignes microrubans) et actifs (transistors...). Cette méthode permet d'optimiser les circuits afin d'obtenir les caractéristiques souhaitées. Elle est bien adaptée lorsque les schémas équivalents des circuits sont valables, il faut donc rester très prudent aux fréquences millimétriques. En effet, cette méthode ne prend pas en compte les interactions électromagnétiques, telles que le couplage entre éléments. Soit en employant la méthode des moments qui fait appel à la résolution des équations de Maxwell en 3 dimensions suivant une formulation intégrale. Celle-ci fait intervenir les courants surfaciques induits sur les obstacles métalliques de la structure étudiée (ligne microruban ou antenne plaque par exemple). Néanmoins, l'utilisation de cette méthode est limitée, car elle impose une homogénéité des substrats des circuits à analyser, le nombre de couches étant illimité. Ainsi, la modélisation de trous métallisés, de ponts à air ou de substrats inhomogènes, n'est pas rigoureuse voire parfois impossible avec cette méthode, et repose sur des modèles simplifiés. C'est pourquoi cette méthode est qualifiée de 2D1/2. Ce logiciel a été appelé MOMENTUM par Hewlett-Packard.

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Un logiciel de simulation basé sur une méthode rigoureuse : la méthode des différences finies dans le domaine temporel (notée FDTD pour Finite Difference in Time Domain). Les principaux avantages de ce logiciel développé à l'IRCOM sont la formulation relativement simple, la robustesse de l'algorithme et surtout la possibilité d'effectuer des études sur une large bande de fréquence, les calculs se faisant directement dans le domaine temporel. Ce simulateur 3D permet d'étudier n'importe quelle structure tridimensionnelle. Le code utilisé a été développé par l'équipe électromagnétisme de l'IRCOM, une version conviviale a été commercialisée sous le nom de THESADE. Il est basée sur la méthode des différences finies dans le domaine temporel (communément appelée FDTD pour « Finite Difference in Time Domain »). Celle-ci permet une résolution numérique des équations de Maxwell par une fine discrétisation spatio-temporelle. L'espace est donc divisé en cellules élémentaires (ou mailles élémentaires) parallélépipédiques, à l'intérieur desquelles sont calculées les 6 composantes orthogonales des champs électromagnétiques (Ex, Ey, Ez et Hx, Hy, Hz). La forme particulière des équations de Maxwell conduit à calculer les composantes du champ électrique au milieu des arêtes des mailles, tandis que celles du champ magnétique sont déterminées au centre des faces.

En dehors des travaux ci-dessus mentionnés, certains documents donnent des résumés des travaux similaires tandis que d'autres se contentent de parler d'un sujet particulier contribuant au développement des plateformes de radiocommunications. Entre autres, nous pouvons citer le document « Antennas and propagation for Wireless communication systems » de Simon R. Saunders. Ce document fondamentalement conçu pour le réseau mobile, inclut cependant plusieurs notions relatives aux télécommunications en général, et au réseau de bande de fréquence de 5GHz - 6GHz en particulier. Les différents modèles de calcul des pertes en chemin y sont explicitement évoqués et constituent une aide considérable quant à l'implémentation des algorithmes. Outre ce document, il existe plusieurs documents numériques qui parlent de la planification du réseau des télécommunications, parmi lesquels, nous pouvons citer le document intitulé « Macrocell Electric Field Strength Prediction Model Based Upon Artificial Neural Networks » d'Aleksandar Neskovic, Natasa Neskovic', et Djordje Paunovic' tous membres d'IEEE. Ce document, disponible au [16] parle du modèle de dimensionnement des antennes dans la ville de Belgrade. La modélisation numérique des SIG regroupait neuf catégories d'informations en fonction de la hauteur des bâtiments et de la végétation. Ensuite, on a au [17] un document de CISCO renseignant sur le dimensionnement des antennes opérant dans

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les fréquences des 5GHz. Il parle des conditions atmosphériques de propagation, de la protection des antennes contre la foudre, de la gestion des interférences, de la polarisation des antennes, de l'implantation des pylônes, du bilan de liaison, des pertes câbles, des gains des antennes, de la prise en compte de la zone de Fresnel entre autres. Ce document signale aussi que la bande de fréquence 5.725 à 5.825GHz est considérée comme « Unlicensed National Information Infrastructure (U-NII) » c'est-à-dire libre d'utilisation et ne nécessite aucune licence préalable pour son exploitation. Cela laisse supposer que les risques d'interférences y sont assez élevés. Dans le cadre de dimensionnement des ondes de télévision, le document « UK planning model for digital terrestrial Television coverage » de P. G Brown, K.Tsioumparakis, M. Jordan & A Chong, disponible au [18], contient un exemple d'algorithme d'extraction des obstacles. Dans le cas de la propagation des ondes de la British Broadcasting Corporation (BBC), la BBC Research Department a élaboré le document « Trospospheric Radio wave propagation over irregular terrain : The computation of field strength for UHF broadcasting », lequel document est disponible au [19]. Ce document permet de cerner davantage les modèles de DEYGOUT ainsi que la correction de CAUSEBROOK. L'implémentation numérique de logiciels de calcul des ondes radioélectriques, dans la plupart des cas, fait intervenir les cosinus et sinus intégral de Fresnel. Ces fonctions permettent d'évaluer les pertes dues à la diffraction. Le document « Propagation by diffraction » tiré des recommandations de l'Union Internationale des Télécommunications (UIT) et disponible au [20] permet d'implémenter ces fonctions avec une précision assez satisfaisante grâce aux coefficients de Boersma. Par ailleurs, un résumé d'une implémentation concrète de calcul des ondes radioélectriques pour le cas de la ville de Zurich nous est fourni dans le document « Wave Propagation Project » de André STRANNE au [21]. Ce projet utilise en particulier le modèle de DEYGOUT. La liste de ces documents numériques n'est pas exhaustive, la bibliographie associée à ce mémoire regroupe les documents les plus importants.

Les constats ci-dessus évoqués nous amènent à conclure que le développement d'un outil de dimensionnement des antennes peut contribuer à améliorer la qualité de service tout en respectant un ensemble de contraintes mécaniques, technologies et économiques.

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CHAPITRE II

PRESENTATION DE L'ETUDE

I. Introduction

Les progrès réalisés dans le domaine des télécommunications sont tellement importants et rapides, que les structures des systèmes de transmission connaissent de véritables bouleversements. C'est pourquoi il nous a paru intéressant de commencer ce chapitre par une description brève des différents réseaux de télécommunications utilisant les antennes simulées dans ce manuscrit.

Une description des antennes présentes dans ces réseaux sans fils, ainsi que leurs caractéristiques complètent les bases à posséder pour aborder ce mémoire et aidé à la compréhension de la conception de l'outil de simulation.

Compte tenu du nombre sans cesse croissant des antennes utilisées dans les systèmes de communications sans fils, nous allons dans ce mémoire simuler principalement trois types d'antennes à savoir :



Une antenne pour station de base : application radiocommunication mobile (GSM) ; Une antenne pour station terrienne : application aux communications par satellite ; Une antenne pour réseau VSAT : application à la télévision par satellite.

Ce chapitre se terminera par une présentation du cahier des charges.

II. Réseaux d'application des antennes

II.1 Réseau GSM

II.1.1. Définition

Le système GSM (Global System for Mobile communications) est la première norme de téléphonie qui soit entièrement numérique. Cette référence désormais mondiale, peut être définie en quelques mots comme un système à Accès Multiple à Répartition de Temps (AMRT) ou TDMA en bande moyenne (200 kHz) à duplexage fréquentiel où huit communications simultanées peuvent être multiplexées sur un même couple de fréquences. L'acronyme GSM désigne initialement le Groupe Spécial Mobile, cette définition sera réinterpretée au cours des années 1990 pour devenir aujourd'hui, « Global System for Mobile Communications ». Le système opère dans deux sous-bandes de largeur 25 MHz chacune, de 890 à 915 MHz pour les transmissions des terminaux vers le réseau et de 915 à 930 MHz,

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pour les transmissions dans le sens inverse. Il englobe aussi ses variantes telles que le DCS 1800 (Digital Cellular System), DCS 1900 et PCS aux Etats-Unis (autour de 1900 MHz, Personal Communication System) qui ne diffèrent que du point de vue de bandes de fréquences utilisées.

II.1.2 Architecture du GSM



Figure II.1 : Architecture du réseau GSM

Source : [7], page 46

Le réseau peut se découper en trois sous-ensembles :



Le sous-système radio (BSS, Base Station Sub-system) qui assure les transmissions radioélectriques et gère les ressources radio ;

Le sous-système réseau (NSS, Network Sub-System) qui comprend l'ensemble des fonctions nécessaires à l'établissement d'appels et à la mobilité ;

Le sous-système d'exploitation et de maintenance (OSS, Operation Sub-System) qui permet à l'exploitant d'administrer son réseau.

II.1.3 Principales interfaces

a) Interface Air

C'est le maillon de la chaîne qui lie l'utilisateur mobile au reste du réseau. Un site peut être
composé de plusieurs BTS. Chaque BTS est composée de secteurs et chaque secteur est
composé de TRX (équipement logique d'émission réception permettant de gérer une paire

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de fréquences GSM). Un TRX peut être vu comme étant huit canaux de 33,9 kbit/s. Un TRX supporte jusqu'à sept communications simultanées. La figure 2 ci-dessous présente un site à quatre secteurs.



Figure II.2 : Exemple de BTS à quatre secteurs

Source : Alcatel, 2001, Dimensionnement du réseau d'accès UMTS

b) Interface Abis

Elle concerne les liaisons entre la BTS et le BSC. Un TRX pourrait être vu côté Abis, comme composé de quatre canaux :



2 canaux de trafic

1 canal de signalisation radio RSL (Radio Signalling Link)

1 canal pour la maintenance OML (Operating & Maintenance Link)

c) Interface A

L'interface A est constituée des liaisons entre le BSC et le MSC. Il faut toutefois noter que dans un réseau GSM, selon le constructeur des équipements utilisés, certaines de ces interfaces peuvent devenir inexistantes du fait que les équipements se trouvent dans le même local.

II.1.4 Transmission dans le GSM

De façon générale dans un réseau GSM, le terme transmission désigne les liaisons distantes qui se localisent au-delà du sous-système radio. Il existe des liaisons entre BTS et BSC, BSC et MSC, inter BTS, inter BSC et inter MSC. En fonction de la quantité d'informations à transporter, de la qualité d'informations souhaitée, du relief de la zone de couverture, de la technologie utilisée et des conditions de propagations des ondes dans l'espace cible, ces liaisons seront filaires, hertziennes, optiques ou satellitaires. Les technologies de transmission actuelles les plus en vue reposent sur les systèmes de transmission à hiérarchie numérique, en raison de leurs coûts de mise en oeuvre accessibles ; mais aussi et surtout de leur utilisation des signaux numériques répondant à la norme G703 définie par l'UIT-T

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(Union Internationale des Télécommunications - Transmission) relative aux transmissions numériques.

II.2 Réseau Satellitaire

II.2.1 Définition

Un réseau satellitaire est un système et ensemble d'équipements de télécommunications par satellite mettant en oeuvre un réseau de stations terriennes.

II.2.2 Architecture d'un système de communication par satellite



Une liaison satellitaire typique est essentiellement composée de trois segments : La station terrienne émettrice et le support en liaison montante ;

Le satellite ;

Le support en liaison descendante et la station terrienne de réception.

La figure II.3 illustre une liaison typique satellitaire :



Figure II.3 : Liaison satellitaire

Source : Alcatel, 2008, [2]

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II.2.2.1 Liaison montante

La figure II.4 montre la géométrie d'une liaison montante. Le bilan de liaison est établi dans le cas le plus défavorable, c'est-à-dire pour une station terrienne située en bordure de la zone de couverture, définie par un contour à gain constant de l'antenne de réception du satellite (par exemple - 3 dB par rapport au gain maximal).



Figure II.4 : Géométrie d'une liaison montante

Source : Alcatel, 2008, [2]

II.2.2.2 Liaison descendante

La figure II.5 montre la géométrie d'une liaison descendante. Le bilan de liaison est établi dans le cas le plus défavorable, c'est-à-dire pour une station réceptrice située en bordure de la zone de couverture définie par un contour à gain constant de l'antenne d'émission du satellite (par exemple - 3dB par rapport au gain maximal).



Figure II.5 : Géométrie d'une liaison descendante

Source : Alcatel, 2008, [2]

II.2.2.3 Liaison intersatellite

La liaison radioélectrique totale entre deux stations terriennes peut comporter une liaison
entre deux satellites, chacun étant en visibilité de l'une des deux stations. Cela permet de

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relier des usagers à des distances supérieures à celles indiquées par la figure II.6 sans avoir à effectuer de double bond avec un retour au sol intermédiaire.

À ce jour, des liaisons intersatellites ont été mises en oeuvre entre les satellites géostationnaires TDRSS (Tracking and Data Relay Satellite System ) servant de relais pour des communications entre satellites scientifiques en orbites basses de la NASA et navettes spatiales (space shuttle ) et la station terrienne de White Sands (États-Unis). Aucun système commercial n'incorpore encore de liaisons intersatellites. Parmi les systèmes futurs fondés sur des constellations de satellites non géostationnaires, seuls Iridium et Teledesic ont prévu de mettre en place des liaisons intersatellites.

On peut aussi envisager des liaisons optiques. Le tableau indique les longueurs d'onde qui correspondent aux développements technologiques en cours.



Figure II.6 : Réutilisation de fréquence

Source : Alcatel, 2008, [2]

Bandes de fréquences allouées aux liaisons intersatellites et caractéristiques des liaisons intersatellites optiques.

Les principales difficultés à résoudre sont l'acquisition et le maintien de la liaison en dépit du mouvement relatif des satellites, surtout si le faisceau d'antenne est étroit. Le problème du mouvement relatif se pose surtout entre satellites dans des plans orbitaux distincts d'une constellation de satellites non géostationnaires. Entre satellites géostationnaires, le mouvement relatif est minime mais, avec des liaisons optiques, se pose le problème du faisceau étroit d'antenne, de l'ordre de 5 urad. Cette valeur est inférieure à l'angle apparent de déplacement sur son orbite de l'un des satellites géostationnaires vu depuis l'autre satellite géostationnaire, pendant le trajet d'un photon. Il faut donc émettre dans une direction différente de la direction de réception : cela s'appelle le pointage en avant. Pour deux satellites géostationnaires séparés de 120o, l'angle de pointage en avant est de 36 urad.

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II.3 Réseaux VSAT pour télévision par satellite

II. 3.1 Introduction

Les réseaux VSAT constituent une technologie innovatrice en matière de télécommunications. Grâce à ces réseaux, l'on peut étendre les services de télévision dans les zones reculées où il existe peu ou pas du tout des infrastructures terrestres de télécommunications. Face au déploiement des services de télécommunications qui sont devenus aujourd'hui un vecteur de développement, le continent africain en général et le Cameroun en particulier ne devraient plus rester à la traîne. C'est ainsi que les opérateurs de télévision utilisent les réseaux VSAT pour développer la télévision dans les zones rurales et urbaines en utilisant ces mêmes réseaux.

II. 3.2 Architecture

Le réseau VSAT est un système qui repose sur le principe d'un site principal (le Hub) et d'une multitude de points distants (les stations VSAT) comme le montre la figure 1.1.



Figure II.7 : Configuration d'un réseau VSAT

Source : http://www.pcc.qub.ac.uk/tec/courses/network/SDH-SONET/SDH-SONET.html

De part son importance, sa structure est conséquente: une antenne de 5 à 7 mètres de diamètre voire plus, plusieurs baies remplies d'appareils (modems, routeurs, stations de travail, commutateurs). C'est aussi lui qui gère tous les accès à la bande passante. Les stations VSAT permettent de connecter un ensemble de ressources au réseau. Dans la

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plupart des cas, une antenne d'environ 1 mètre à 2 mètres permet d'assurer un débit de plusieurs centaines de Kb/s. Une station VSAT n'est donc pas un investissement important et l'implantation d'un nouveau point dans le réseau ne demande quasiment aucune modification du réseau existant. Ainsi une nouvelle station peut être implantée en quelques heures et ne nécessite pas de gros moyens [4].

II.3.3 La diffusion

La communication se fait ici dans un seul sens (selon l'installation) ; de l'émetteur vers les stations réceptrices comme l'illustre la figure II.8 ci-dessous :



Figure II.8 : Application des VSAT

Source : http://www.pcc.qub.ac.uk/tec/courses/network/SDH-SONET/SDH-SONET.html

III. Présentation des différentes antennes

L'antenne est un dispositif utilisé pour émettre ou recevoir des ondes électromagnétiques et
tout spécialement des ondes hyperfréquences et radioélectriques. En 1888, Heinrich HERTZ
utilisa pour la première fois, des antennes pour démontrer l'existence des ondes

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électromagnétiques prédites par la théorie de MAXWELL. Il utilisa des antennes doublet, tant pour la réception que pour l'émission.

Le principal avantage de ce dispositif est l'assurance de la liaison entre deux ou plusieurs zones éloignées sans avoir besoin aux systèmes utilisant des câbles. Les principales caractéristiques d'une antenne sont :



La fréquence d'utiisation, ou la fréquence de résonnance qui dépend d'abord des dimensions propres de l'antenne, mais aussi des éléments qui lui sont ajoutés.

ë = c

f (1)

Ou :

ë : est la longueur d'onde (m)

c : est la célérité de la lumière (m /s) f : est la fréquence (HZ)





La polarisation de l'antenne est celle du champ électrique E de l'onde émise. La polarisation peut être linéaire, circulaire ou bien elliptique.

Le diagramme de rayonnement qui désigne la répartition de l'énergie rayonné par l'antenne dans toutes les directions. C'est la représentation de G (è, ?)/G0 (ou parfois simplement G(è, ?) en fonction de è ou de ? sur un diagramme polaire ou rectangulaire.

Exemple :

Considérons les exemples suivants avec ç=1 :

Antenne isotrope :

G(è,?) =1 G0 = 1 (0 dB) (2)

Dipôle élémentaire :

G(è,?) =1.5· sin² (è) G0 = 1.5 (1.76 dB) (3)

Doublet 'demi-onde' :

G ( , ) 1.64.

è ? =

ð

2

( )
è

cos .cos

2

sin( )

è

(4)

G_o = 1.64 ( 2.15dB)

La Figure II.9 illustre les diagrammes de rayonnement G(è) de ces trois antennes (pour un

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rendement maximal ç=1) pour une valeur ? quelconque.



Figure II.9 : Diagramme de rayonnement des antennes isotrope, élémentaire et doublet

Source : Balanis [4]



La directivité qui est un des termes utiles qui peuvent résumer le diagramme de rayonnement. Elle se traduit par le rapport entre la densité de puissance rayonnée par une antenne dans une direction, par rapport à la même densité rayonnée par une antenne isotrope.

(5)

( ) ( , , )

p r è ?

D è ? =

,

piso

Où :

D(è, ?) : est la directivité de l'antenne [-]

p(r, è, ?) : est la densité de puissance radiale [W/m2]

Piso : est la densité de puissance émise par une antenne isotrope [W/m2] avec :

(6)

p r

( , , ) ( , ) . 4 . ²

p_F

è ? = G è ?

ð r

Où :

0<è< Ð : c'est une variation angulaire

0<?< 2Ð : C'est une variation angulaire

p(r, è, ?) : est la densité de puissance radiale [W/m2] c'est un angle G (è, ?) : est le gain directif de l'antenne [-]

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PF : est la puissance fournie à l'antenne [W]



L'angle d'ouverture qui est évalué par la largeur du lobe principal de rayonnement entre les angles d'atténuation à mi puissance (-3dB en échelle logarithmique).

Le gain en puissance dépend de la fréquence du signal émis. Il est très faible aux basses fréquences mais atteint des valeurs de 75% à 95% pour des fréquences supérieures à 1 MHz. Les différents gains en puissance d'une antenne sont les suivants :

Gain directif : G(è,?) = ç·D(è,?) (7 )

Où :

G(è, ?) : est le gain directif de l'antenne [-] D(è, ?) : est la directivité de l'antenne [-]

Gain : G0 = max(G(è ,?)) (8)

Où :

G(è, ?) : est le gain directif de l'antenne [-] G0 : est le gain de l'antenne [-]

Devant le grand nombre d'antennes existantes, et en regard de la problématique des travaux présentés par la suite, il a été choisi de présenter les trois types d'antennes citées plus haut. III.1.Antennes pour station de base

Les antennes assurent la liaison air et terminal d'abonné. En radio mobile et précisément dans le système DECT utilisé dans notre étude, deux types d'antennes sont couramment utilisés :



Antenne omnidirectionnelle : rayonne dans toutes les directions avec la même puissance. Ce type d'antenne est utilisé dans un site radio. En cas d'une utilisation d'une antenne omnidirectionnelle, un site radio correspond à une seule cellule.



Figure II.10 : Antennes omnidirectionnelles pour station de base

Source : Document LIKUSASA [11]

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Antenne sectorielle : confine le rayonnement dans un secteur bien défini. Techniquement les antennes sectorielles déployées en réseaux mobiles sont construites à partir d'une matrice d'antennes dipôles. En jouant sur le déphasage entre ses éléments rayonnant on peut confiner et orienter le diagramme dans une direction bien définie.



Figure II.11 : antennes sectorielles pour station de base

Source : Document LIKUSASA

Les avantages des antennes sectorielles sont :



améliorer la portée sans avoir recours à l'augmentation de la puissance d'émission, gérer la couverture et les interférences,

augmenter la capacité du réseau et d'améliorer le taux d'utilisation des fréquences.

Les paramètres essentiels de ces antennes à prendre en compte dans le cadre de notre étude sont le gain et le diagramme de rayonnement. La figure II.11 ci-dessous illustre les diagrammes des antennes sectorielles et omnidirectionnelles :



Figure II.12 : Diagrammes de rayonnement des antennes omnidirectionnelles et
sectorielles

Source : http://www.pcc.qub.ac.uk/tec/courses/network/SDH-SONET/SDH-SONET.html

Les antennes utilisées ont des gains : Au niveau de la BS :

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Omnidirectionnel : 6, 9 ou 11 dBi,

Directionnel : 14, 16, 18 ou 20 dBi.



Au niveau de la RBS : 2 interfaces radio indépendantes (BS/RBS et RBS/FRS) A la BS : 14 dBi, 20 dBi

A l'équipement abonné : 6 dBi, 9 dBi, 14 dBi, 20 dBi

Nous tiendrons compte de ces paramètres dans le cadre de notre étude pour assurer la meilleure qualité de liaison radio.

Tous ces paramètres seront vérifiés et optimisés grâce à « AntennaDesigner ». Pour chaque antenne il faudra déterminer ses paramètres de dimensionnement : Bande de fréquence : Wi MAX Mobile 5,47-5,725 GHz



Polarisation : Verticale

Rayonnement : Sectoriel en azimut :

Gain : fort gain 24 Db

Encombrement : quasi-planaire

Adaptation : inférieure à -10 Db sur toute la bande

III.2.Antennes pour station terrienne

Depuis 1965, l'utilisation de diverses classes d'antennes dans le système Intelsat [5] a été approuvée. Ces classes d'antennes sont fonction des paramètres de base suivants : Diamètre du réflecteur



Fréquence dans le spectre RF

Facteur de qualité (Rapport gain à température de bruit)

Mode d'exploitation

Le tableau III.1 présente un récapitulatif des paramètres de base pour les différentes classes d'antennes.

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* Les services loués peuvent être des services internationaux et/ou nationaux. Il n'y a pas de définition du G/T, du diamètre et des services fournis par le biais de cette application

Tableau III.1. Récapitulatif des stations terriennes normalisées d'Intelsat

Dans ce rapport nous nous intéresserons à la classe E qui fonctionne en bande Cet Ku et de type Cassegrain :



3.7m C-Band Antenna 3.7m Ku-Band Antenna

Figure II.13 : Antennes en bande C et Ku

Source : Document LIKUSASA, [11]

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III.3.Antennes pour station terrienne VSAT

La station terrienne quant à elle, peut être décomposée en deux parties, indoor et outdoor :



^{1 2 3 4 5 6 7 8 9} * 8 #

Telephone

démodulateur

BTTD

ODU

FAX

IDU

PABX

IFL modulateur

Television

Figure II.14 : Terminal VSAT

Source : Document LIKUSASA [11]

a) La partie indoor

(i) L'interconnexion avec le réseau terrestre

La station VSAT est connectée au reste du réseau terrestre par l'intermédiaire de l'ensemble des équipements d'interconnexion présents dans la salle télécoms. Nous y trouvons notamment un multiplexeur chargé de concaténer les données de types variés provenant du réseau filaire dans des trames circulant sur un PVC (Permanent Virtual Circuit).

En effet, le système VSAT permet une liaison spécialisée sur support électromagnétique.



Multiplexeur (a)



Fonctionnement du multiplexeur (b)

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Les données binaires doivent ensuite être transformées pour pourvoir être transmises sur un faisceau hertzien.

Dès lors le multiplexeur sera directement connecté au modem satellite situé à proximité. (ii) Le modem satellite



Modem satellite ( c )

Un modulateur se charge de transformer les données arrivant en entrée. Les modems satellites utilisent notamment les modulations de phase (BPSK, QPSK, 8-PSK, etc.) choisies en fonction de la bande passante et/ou de la puissance désirées. C'est aussi à ce niveau que sont introduites les procédures de codage (Viterbi, Turbo Code...) pour la correction d'erreur et le gain en efficacité spectrale. Le choix du modem est évidemment conditionné par les besoins du client.

b) La partie outdoor

(i) L'équipement RF

L'équipement Radiofréquence, a deux fonctions essentielles dans la transmission par satellite, le but initial étant de minimiser les pertes lors de la transmission. Dès lors, cette partie du système va se charger d'une part, d'amplifier le signal pour pourvoir être traité par les équipements, et d'autre part, de convertir les fréquences de travail du satellite en fréquences intermédiaires et vice-versa.

+ Le convertisseur de fréquence

Les fréquences satellites étant très élevées (jusqu'à quelques dizaines de GHz), l'atténuation serait trop importante lors du transport sur câble. En effet, l'antenne et la salle de réception télévision sont généralement éloignées l'une de l'autre (2m à 10m). Il existe deux types de fréquences intermédiaires en fonction des équipements. Il y a d'une part les fréquences 70 MHz +/- 18 MHz (option 140 MHz +/- 36 MHz) et la bande L comprise entre 950 MHz et 1450 MHz.

A l'émission, il y a donc un upconverter charger de convertir la fréquence intermédiaire en fréquence radio satellitaire (6 GHZ ou 14 GHz). Cette fonction est assurée, soit par un équipement isolé upconverter, soit par un BUC (Block UpConverter), soit par un transceiver. A la réception on a soit un downconverter indépendant soit un transceiver et un LNB (Low Noise Block Converter) ou LNC (Low Noise Converter), des dispositifs combinant la conversion de fréquences et l'amplification du signal.

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RF Transceiver (d ) Fonctionnement d'un transceiver (e)



BUC (f ) LNB ( g)

Figure II.15 : Equipement indoor VSAT ( a,b,c,d,e,f )

Source : Document LIKUSASA

+ L'amplification

Le signal reçu et celui émis par le satellite doit être d'une puissance suffisante pour pouvoir être correctement traité par le transpondeur spatial ou le modem terrestre avec le moins d'interférences possible. Ainsi sur la chaîne d'émission et celle de réception, il est impératif d'amplifier le signal grâce à un amplificateur indépendant ou bien le transceiver, le BUC ou le LNA/LNB/LNC.

(ii) La source

+ La polarisation



L'OMT (a)

Le signal provenant du transceiver ou du BUC entre directement dans le duplexeur ou OMT
(OrthoModeTransducer) ou s'effectue la polarisation. La polarisation du signal est effectuée

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pour séparer les fréquences d'émission et celles de réception. En général, en polarisation linéaire, l'émission se fait en polarisation horizontale et la réception en verticale. La polarisation circulaire est aussi utilisée.

+ La source (feed)

Le cornet d'alimentation, situé au point focal du réflecteur parabolique, qui rayonne l'énergie RF vers le réflecteur d'antenne ou recueille l'énergie RF reçue du réflecteur d'antenne et redirige le signal Tx vers les réflecteurs de l'antenne qui le transmettent vers le satellite. L'antenne aura un diamètre variant entre 0.6m et 3.8m.

(b)

Antenne parabolique (c)

Figure II.16 : Equipements outdoor VSAT (a, b, c)

Source : Rapport technologie VSAT, [6]

Après l'étude des équipements de base constituant une station terrienne, et après avoir défini leur utilisation intéressons nous maintenant aux paramètres nécessaires pour la conception de l'outil d'aide au dimensionnement des antennes.

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TROISIEME PARTIE

CONCEPTION ET REALISATION DE

L'UTILITAIRE





CHAPITRE 3 : CONCEPTION GENERALE DE L'UTILITAIRE CHAPITRE 4 : RESULTATS ET DISCUSSIONS

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CHAPITRE III

CONCEPTION GENERALE DE L'UTILITAIRE

I. Introduction.

Dans ce chapitre, il est question de s'intéresser à l'implémentation des modules qui simuleront les fonctions qui découlent du cahier des charges. Ainsi, il sera présenté dans un premier temps, les outils informatiques utilisés ; puis une description sera faite de l'architecture globale des environnements de simulation à développer pour la plateforme.

II. Méthodologie de conception globale de l'utilitaire.

Pour élaborer une plateforme répondant au cahier des charges, il convient de retenir la méthodologie suivante :

a) Documentation et choix des logiciels.

Cette première phase permet, compte tenu du problème posé, d'identifier les documents et projets pouvant aider à la résolution de notre problème. Par ailleurs, les outils informatiques devant nous servir à élaborer la plateforme devront être choisis judicieusement en fonction des besoins.

b) Principe de calcul des caractéristiques : approche analytique

En entrée on écrit les formules du champ en respectant la syntaxe de Matlab. Les variables sont thêta et phi, c'est la méthode analytique. D'autres méthodes existent comme la méthode des moments basée sur l'approche statistique ou celles des éléments finis basée sur l'approche matricielle.

c) Les algorithmes de calcul des caractéristiques du rayonnement

Nous allons présenter les algorithmes de calcul des caractéristiques du rayonnement. Il regroupe un certain nombre de tâches à effectuer au préalable. Très souvent ces tâches constituent à leur tour des algorithmes à implémenter. C'est ainsi que l'évaluation des caractéristiques de rayonnement fait appel à l'implémentation préalable de l'algorithme de calcul du gain, directivité, angle d'ouverture, angle sous-tendant, longueur d'onde.

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d) Conception de l'application : la base de données.

La gestion des antennes fait intervenir plusieurs informations et en l'occurrence les caractéristiques des antennes, et ceci d'autant plus que la plateforme doit pouvoir permettre d'intégrer par la suite d'autres types d'informations. Toutes ces informations doivent provenir d'une base des données intégrée à la plateforme.

e) Codes sources.

Dans cette partie (voir annexe), il est présenté les principaux codes sources qui sous-tendent le fonctionnement de l'outil d'aide au paramétrage réalisé sous l'environnement Matlab 7.0. Nous commencerons tout d'abord par les principales classes, par la suite s'enchaînent les procédures et fonctions et enfin les interfaces.

f) Simulation des caractéristiques et comparaison avec les résultats de Balanis. En vue d'apprécier approximativement les portées des différentes antennes, nous allons simuler certaines antennes et comparer leurs caractéristiques à celles de Constantine Balanis[5].

g) Communication homme-machine.

Pour échanger les informations avec la machine, on va mettre sur pied un ensemble d'interfaces permettant de rentrer certaines grandeurs (grandeurs d'entrée) et d'afficher le résultat après traitement (résumé des grandeurs d'entrée et fourniture des valeurs de sortie).

h) Déploiement et publication.

Cette partie finalise l'outil en permettant de le rendre plus apte à s'installer dans une machine. La publication va concerner la possibilité de l'exploiter en réseau.

La figure III.1 ci-après détaille toutes les étapes du processus de paramétrage d'une antenne.



Simulation des caractéristiques

-

Trafic
+
couverture

Principe de
Calcul des

Caractéristiques

Données
D u
Terrain

Algorithmes Codes sources

Outils ' informatiques

de Pointes

Déduction

des caractéristiques de rayonnement

Type
Services

Figure III.1 : Etapes de paramétrage des antennes

Source : Auteurs

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II.1. Documentation et choix des logiciels.

a) Documentation

Les différentes formules qui seront implémentées sont issues des revues scientifiques référencées. Pour notre outil, nous avons utilisés les documents suivants :



« Antenna Theory Analysis and Design, 2^nd edition Wiley, » de Constantine Balanis [6].

« Antennes », E. Roubine, S. Drabowitch, C. Ancona

« Antennes », E Roubine et J.Ch Bolomey

b) Choix des logiciels

Pour répondre efficacement au cahier des charges, nous avons utilisé les outils informatiques qui respectent les normes technologiques en matière de programmation. Ainsi, fort du fait que nous sommes dotée d'une licence d'exploitation des logiciels Microsoft nous avons retenu les outils suivants : Matlab 7.1, Microsoft Access 2003.



Matlab

Les différents calculs peuvent être effectués sous Java, moyennant un effort non négligeable ; cependant, ils sont plus rapidement effectués sous MATLAB, grâce à sa particularité de gérer efficacement les calculs. En effet, MATLAB dispose d'un grand nombre de bibliothèques et représente un outil dont on connaît l'efficacité en matière de calculs. Une fois que les résultats sont obtenus, on les intègre à notre plateforme pour exploitation.



Microsoft Access 2003

Microsoft Access 2003 est un SGBDR (Système de Gestion de Base de Données Relationnelles) de Microsoft particulièrement adapté aux systèmes d'E-Business et de DataWare Housing (on parle aussi de Workflow). Il inclut un support XML et HTTP, permettant d'accéder aux données depuis un navigateur, ou une application pouvant créer des requêtes HTTP.

Ses avantages sont multiples :



Performant : Microsoft Access se classe parmi les SGBDR les plus rapides ;

Evolutif et fiable : vous pouvez repartir la charge sur plusieurs serveurs, bénéficier des avantages des systèmes multiprocesseurs (SMP - Sysmetric Multi Processing) et

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profiter par exemple des performances de Windows 2000 DataCenter Server qui supporte 32 processeurs et 64 Go de RAM ;

Rapidité de mise en oeuvre : avec Microsoft Access 2003, le développement, le déploiement et l'administration d'applications destinées au Web sont accélérés grâce à de nombreuses fonctionnalités dédiées, ainsi qu'au support du Web.

II.2. Principe de calcul des caractéristiques de l'antenne : approche

analytique

Pour chaque type d'antenne :



Définir l'expression de la caractéristique dans les systèmes de coordonnées cartésien, polaire ou sphérique par exemple pour le gain d'une antenne on a l'expression :

(9)

Ou : G est le gain de l'antenne ;

ecd est l'efficacité de l'antenne qui prend en compte : Réflexion-conduction perte diélectrique ;

U : intensité de rayonnement direction donnée

N.B : Quelques formules de rayonnements sont données en annexes.



fixer les valeurs réelles. Par exemple, pour une antenne hélicoïdale, il faut N= nombre de spires, D= diamètre d'une spire ; S= distance entre deux spires.

on écrit les formules du champ en respectant la syntaxe de Matlab. Les variables sont thêta et phi.

II.3. Présentation des algorithmes de calcul des caractéristiques de l'antenne.

Affichage de l'image de l'antenne :

Une fois que l'antenne est sélectionnée dans l'uicontrol AntennaName (Nom de l'antenne), AntennaParameter retrouve dans son dossier de travail le fichier image (au format .png : Portable Network Graphic) correspondant à l'antenne choisie et l'affiche.



Le nom de ce fichier est fourni à la fonction imread() de Matlab pendant le développement du logiciel.

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Le résultat renvoyée par la fonction imread() est ensuite affichée à l'aide de la fonction imshow().

N.B : Si le fichier image n'est pas au format .png, il peut être converti sous ce format grâce à l'utilitaire Microsoft Picture Manager à l'aide la commande Exporter du menu Fichier. Pour l'antenne parabolique nous aurons :

set(handles.DisplayerText,'String','Image : Antenne parabolique' ); % Affichage du nom de l'antenne % axes(handles.Displayer) ; % Initialisation, aux valeurs par defaut, des axes du repares %

Bild,Farbei = imread('Parabole.png'); % Chargement de l'image %

imshow(Bild) ; % Affichage de l'image %

Expression du champ :

Le guide de Matlab ne permettant pas d'éditer les expressions du champ comme Microsoft Office Word par exemple, pour obtenir une expression du champ compréhensible nous convertissons le résultat de l'édition fait sur Microsoft Office Word en image au format .png.

Diagramme de rayonnement :

Le diagramme de rayonnement peut être obtenu de plusieurs façons [AF : Facteur de Réseau, H(T), H(0), H(r), H, E(T), E(0), E(r), E] et sous différents types de coordonnées [Cartésien 2D, Polaire, Cartésien 3D, Sphérique)].

Une fois le type de diagramme de rayonnement et de coordonnées choisis (le choix par défaut étant AF en coordonnées sphérique), AntennaDesigner effectue le tracé en appelant les fonctions plot (Polaire et Cartésien 2D), mesh (cartésien 3D) et surfc (sphérique). Les arguments de ces fonctions sont des vecteurs x, y et éventuellement z dont les composantes sont obtenues au moyen de nombreuses autres fonctions Matlab selon le type de diagramme à représenter.

Pour l'antenne parabolique nous aurons :

Facteur de Réseau pour l'antenne parabolique, en coordonnées Cartésiennes 2D

AF = /.5*(sin (theta))."2 ; % Saisie de l'expression de AF % axis(1-/.5 /.5 -/.5 /.5.) ; %Initialisation des axes du repires % plot(theta,AF) ; % Traci du diagramme de rayonnement %

Facteur de Réseau pour l'antenne parabolique, en coordonnées polaire ezpolar('/.5*(sin(t))."2') ; % Traci du diagramme de rayonnement % axis(1-/.5 /.5 -/.5 /.5.) ; % Initialisation des axes du reperes %

Facteur de Réseau pour l'antenne parabolique, en coordonnées Cartésiennes 3D AF = /.5*(sin(theta))."2 ; % Saisie de l'expression de AF %

mesh(theta,phi,AF) ; % Traci du diagramme de rayonnement %

axis([-/ / -/.5 /.5 0 /0.) ; % Initialisation des axes du repires %

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Facteur de Réseau pour l'antenne parabolique, en coordonnées sphériques Lambda = str2double(get(handles.Lambda,'String')) ; % Calcul de la longueur d'onde % 0 = str2double(get(handles.EnterPara_2_Val,'String')) ; % Calcul de la Directivite % AF = /.5*(sin(theta))."2 ; % Saisie de l'expression de AF %

ix,y,zJ = sph2cart(phi,-pi/2 + theta,AF) ; % Obtention des vecteurs x, y et z % surfc(x,y,z) ; % Trace du diagramme de rayonnement %

axis(1-/.5 /.5 -/.5 /.5 -/ /J) ; % Initialisation des axes du reperes %

Caractéristiques du rayonnement : Surface effective, Gain, Directivité, Angle d'ouverture, Longueur d'onde

Ces paramètres constituent les caractéristiques du rayonnement. Ils sont évalués par AntennaDesigner à chaque clic effectué sur le bouton Valider de l'interface principale. Les expressions de ces paramètres étant fonctions des antennes, elles sont éditées au moment du développement du logiciel.

Exemples de calcul pour l'antenne parabolique

Gain

set(handles.60,'String',num2str(/0*log/0(0.75)+20*log/0(0.00/*str2double(get(handles.fc,'String')))+20*log/0(0)+20. 4)) ;% Calcul et Affichage du Gain d'antenne %

Directivité

~ = str2double(get(handles.EnterPara_2_Val,'String')) ; % Obtention du diametre de l'antenne % set(handles.00,'String',num2str((pi*D/Lambda)"2)) ; % Calcul et affichage de la Directivite %

if get(handles.00Unit,'Value') == 2

set(handles.00,'String',num2str(/0*log/0(str2double(get(handles.00,'String'))))) ; end % Si DO = 2, affichage en dB, sinon en decimal

Angle d'ouverture

set(handles.HPBW,'String',num2str(2*pi*58*Lambda/(360*0))) ; % Calcul et affichage if get(handles.HPBWUnit,'Value') == 2

set(handles.HPBW,'String',num2str(str2double(get(handles.HPBW,'String'))*/80/pi)) ; end % Si HPBWUnit = 2, affichage en dégré, sinon en radian

Surface équivalente

set(handles.Ae,'String',num2str(/0"(str2double(get(handles.60,'String'))//0)*pi*(0/2)"2)) ; % Calcul et affichage de la surface eguivalente %

III. Conception générale de l'application : la base de données.

Le problème tel qu'il est posé peut être vu sous plusieurs angles. Dans cette partie, nous donnons une orientation au travail qui sera être fait. Tout d'abord, il s'agira d'acquérir des données provenant d'une part du terrain (bilan de liaison), et d'autre part des bases de données existantes. Ensuite, une fois ces données acquises, elles sont stockées dans une base de données locale à l'application où elles seront ensuite traitées et mises à la disposition de l'utilisateur. Enfin, des algorithmes mis en place permettront à l'utilisateur d'exécuter des actions telles que, la visualisation de l'image de l'antenne, le diagramme de rayonnement de l'antenne, ainsi que les caractéristiques du rayonnement...

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La figure III.2 ci-après résume les grandes étapes du travail.



Figure III.2 : Conception du problème

Source : Auteurs

III.1. Acquisition des données

Comme nous le montre l'architecture de plateforme, nos données proviennent de deux sources :



Données provenant du terrain

Données provenant des bases de données existantes. III.2. Extraction des données du terrain

Les données provenant du terrain concernent généralement les informations issues des documentations techniques utilisées par les entreprises installatrices des antennes. Ces données représentent les rapports des bilans de liaison entre les sites. On y trouve notamment les pertes de pointage de la station émettrice, les fréquences des services, les coordonnées géographiques desdits sites, les pertes engendrées par la traversée de l'atmosphère (gaz, nuages), les pertes de pluie si le bilan de liaison est calculé en condition de pluie etc.

a) Base de données existantes

Dans un premier temps, nous avons crée notre base de données sous MicroSoft Access2003. Lorsque l'utilisateur lance l'exécution du test de dimensionnement d'une nouvelle antenne par exemple, les multiples requêtes qui en découlent arrivent au niveau de la base de données où elles sont traitées. L'information souhaitée y est ensuite extraite puis exploitée.

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Figure III.3 : Banque de données

Source : Auteurs

b) Fichiers d'indicateurs des bande de fréquence

Il s'agit d'un fichier contenant les données sur la bande de fréquence. Voici un exemple de

fichier extrait de la base de données :



Figure III.4 : Fichier donnant la bande de fréquence

Source : Auteurs

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Voici l'algorithme de traitement de ce fichier :

Récupération du chemin du fichier à traiter Ouverture puis transposition du fichier afin de réorganiser les champs de ce dernier. Remplacement des caractères indésirés par l'espace ou le point virgule afin de séparer les valeurs des différents champs utiles Récupération des champs destinés à être exportés vers la Base de Données.

c) Mise à jour des données

L'actualisation de la banque de données se fera de deux manières.

1. la mise à jour manuelle, Avec cette option, l'utilisateur en `double cliquant' sur un élément, voit apparaître une boite de dialogue de données qu'il peut modifier et enregistrer dans la banque de données.

2. la mise à jour automatique assistée par l'utilisateur. Cette option, permet à l'utilisateur de mettre automatiquement à jour les donnés de la base de données en indiquant l'emplacement du fichier contenant les informations à jour à l'application.

IV Conception, réalisation et chargement de la base de données

IV.1 Analyse

Les informations à exploiter sont fournies par le système via les fichiers précédemment traités. Ces fichiers servent à remplir les tables de notre base de données dont celles relatives aux données exploitées (par notre application). La section suivante présente leur schéma relationnel.

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Figure III.5 : Tables exploitées par l'application

Source : Auteurs

La table TypeAntenne est destinée à stocker les types d'antennes utilisés dans les réseaux de télécommunications sans fils. La table BandeFréquence a pour rôle le stockage les différentes bandes de fréquences utilisées pour les réseaux de télécommunications sans fils. La table GammeFréquence est dédiée au stockage des gammes de fréquences.

IV.2 Chargement de la base de données

Les tables de la Base de données sont chargées grâce au service DTS (Data Transformation

Service) de Microsoft Access. C'est un service qui assure les opérations d'importation et exportation des données relativement à des emplacements (source et destination) précisés à l'avance. En plus du simple chargement instantané que l'on puisse effectuer dans une table, le service DTS offre la possibilité à des configurations de chargement périodique. Cette caractéristique s'avère salutaire pour le fonctionnement au quotidien de notre utilitaire.

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IV.3. Conception de l'utilitaire

Cet organigramme présente sommairement les principales fonctionnalités de l'utilitaire, notamment les services offerts à l'utilisateur tels que : le choix d'une antenne en fonction des caractéristiques propres à chaque antenne (Bande de fréquence, gamme de fréquence, diamètre de l'antenne), l'image de l'antenne; et les options de mise à jour de la banque de données.

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Figure III.6 : Organigrammes de l'application
Source : Auteurs



Application

Blocage

Comparaison
ressources
disponibles
(Rd)

Oui

Alerte
A l'utilisateur

Services

Servi ces

Accessoires

Stockage manuel

Modification

Services
Ponctuels

Services
Permanents

Configurations

Paramètres choisis

Paramétres
entrées

Ajout /Supp

Configurations

Acquisition de données

Acquisition manuelle

Par
Télécharge
ment

Stockage dans la BD

Stockage automatique assisté par l' utilisateur

Suppression du L'application

Choix
Suppression/

Ajout / Supp Antennes

Ressources correspondan tes (Rc)

Acquisition Image / champ

Actions de
clic/ double-
clic

Configuration générale de l'application

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IV.3.1 Services accessoires

L'utilitaire offre à l'utilisateur la possibilité d'afficher l'image de l'antenne et l'aide sur l'antenne. L'ajout d'un nouvel élément (antenne) s'opéra par un `click' sur la palette de composants en `Mode Construction' et sur l'environnement de dessin. Une fois cela fait, l'utilisateur pourra configurer l'élément en `double cliquant' sur ce dernier. La suppression se fait par un `clic` sur le bouton supprimer.

IV.3.2 Services ponctuels

Les services ponctuels englobent les caractéristiques propres de l'antenne, les tests de dimensionnement de l'antenne, la consultation des paramètres d'une antenne, la configuration de l'utilitaire, les ajouts et suppression d'éléments ...

IV.3.3 L'architecture de la plateforme

L'architecture ci-après a été retenue pour l'élaboration de l'outil en question :



Paramètres d'entrée

Bande de fréquence

Access

Gamme de

ggG

fréquence

Access

Choix de l'antenne

Access

Fréquence centrale

Access

Type d'antenne

Matlab

Distance

Puissance

Cartésien 3D

Cartésien 2D

Graphes

Dimensions

Matlab

Sphériques

Paramètres d'antenne

Polaire

Type de diagrammes de rayonnement

Diagrammes de rayonnement

Matlab

Puissance rayonnée

Longueur d'onde

Directivité

_Gain

Caractéristiques de l'antenne

Paramètres de sortie

Matlab

Schéma de

l'antenne

Résistance de rayonnement

Surface effective

Angle d'ouverture

E arriére/ E avant

Matlab

Champ max

Distance

Exp-Champ

Base de

BD
Access

Figure III.7 : Architecture de la plateforme

Source : Auteurs

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CHAPITRE IV

RESULTATS ET DISCUSSIONS

I. Introduction

L'application nommée « AntennaParameter » que nous avons réalisée tourne sur un terminal (PC) dont les caractéristiques minimales sont les suivantes :



Système d'exploitation : Microsoft Windows 2000

128 Méga Octets de RAM

Espace disque de 2 Giga Octets libre

Vitesse du processeur 1Giga Hertz

Pour que l'application puisse communiquer avec la base de données il est nécessaire d'installer Microsoft Access.

II. Simulation de l'utilitaire II.1 Interface d'ouverture de la plateforme

Pour lancer l'application, ouvrir une session MATLAB, puis double-cliquer sur « AntennaParameter ». Il apparaît un formulaire identique à celui de la figure IV.1 cidessus.



Cliquer ici pour continuer

Figure IV.1 : Page de garde de l'utilitaire

Source : Auteurs

Cette page donne quelques informations sur l'utilitaire, notamment son nom, sa version et la date de la dernière mise en forme.



Figure IV.2: Page de démarrage

Source : Auteurs



Sur la page de garde, tapé « Quitter » : la fenêtre de la figure 18 apparaît : Le bouton « Quitter » permet à l'utilisateur de quitter l'application ; Le bouton « Continuer » permet d'accéder à l'interface de la plateforme.

II.2. Interface principal de la plateforme

A partir de la page d'accueil de la figure IV.2, cliquer sur le bouton « Continuer» ; on obtient

la fenêtre de la figure IV.3. Cette interface offre sept modules correspondant chacun à des fonctions assignées à la plateforme. Quelques modules seront présentés.

II.2.1 Module paramètres choisis



Cette partie permet d'entrée les données suivantes :

1. Gamme de fréquence ;

2. Bande de fréquence ;

3. Nom de l'antenne ;

4. Fréquence centrale.

Figure IV.3 : Paramètres choisis

Source : Auteurs

II.2.2 Module paramètres d'entrées



1°) Le diamètre de l'antenne ; 2°) Distance couverte ;

3°) Diamètre de l'ouverture ; 4°) Largeur d'ouverture ;

Cette partie permet de rentrer les paramètres d'entrée de l'antenne à savoir

:

Figure IV.4 : Paramètres d'entrée

Source : Auteurs

La figure IV.4 représente l'entrée des données. On peut, grâce à ce module:



Choisir le diamètre de l'antenne facteur très déterminant dans la propagation notamment la réception des ondes électromagnétiques;

Le diamètre de l'ouverture, facteur très important pour le feed.

II.2.3 Module expression du champ



En entrée on doit écrire les formules du champ en respectant la syntaxe de Matlab. Les variables sont thêta et phi.

Figure IV.5 : Formules du champ électrique

Source : Auteurs

La figure IV.5 donne l'expression du champ électrique. C'est l'une des caractéristiques importantes d'un rayonnement électromagnétique il indique la concentration du rayonnement électromagnétique dans une direction privilégiée ; ainsi que la polarisation.

II.2.4 Module diagramme de rayonnement

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Cette partie permet de faire un tracer de la distribution du courant, le champ et l'admittance de l'antenne choisi en coordonnées cartésiens 2D et en coordonnées polaires, sphériques.

Figure IV.6 : Diagramme de rayonnement

Source : Auteurs

Le diagramme de rayonnement de l'antenne est une représentation graphique en zone éloignée du champ de radiation de l'antenne. Plus précisément c'est la représentation graphique de la puissance émise par une antenne par unité d'angle solide ou Intensité de la radiation U exprimé en watts/unité d'angle solide.

U= r²S (10)

Où :

r : distance entre l'antenne et un point quelconque ;

S:densité de puissance (module du vecteur de poynting (en moyenne) en w/m²) ;

II.2.5 Module caractéristiques du rayonnement

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Cette partie permet de donner les caractéristiques propres à l'antenne à savoir :

1. Surface effective ;

2. Directivité ;

3. Gain ;

4. Angle d'ouverture

5. Longueur d'onde

Figure IV.7 : Caractéristiques du rayonnement

Source : Auteurs

Le module caractéristiques du rayonnement permet de donner quelques caractéristiques de la radiation électrique comme la surface effective, la directivité, le gain, l'angle d'ouverture.

II.2.6 Module aide

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Cette partie permet de donner les informations complémentaires sur l'antenne

Figure IV.8 : Aide

Source : Auteurs

Le modulaire aide donne les informations nécessaires à l'antenne à savoir son historique, sa définition, la propagation des ondes électromagnétiques, et dans les perspectives : la documentation technique nécessaire au dimensionnement, ainsi que son algorithme seront implémentée.

II.2.7 Exemple de simulation

Cette partie comporte les résultats sous forme de courbes que les modules précédemment présentés ont pu donner. On gardera à l'esprit, lors de l'analyse des résultats, que ceux-ci sont fortement lié aux paramètres choisis.

Cahier des charges :

On se propose d'analyser un système rayonnant, de prédire ses caractéristiques et celles du rayonnement émis ; par l'étude d'une liaison à 4 Mhz (Bande C) entre un satellite géostationnaire et une antenne parabolique d'un mètre de diamètre grâce au logiciel AntenneDesigner 1.0.0

Les paramètres choisis sont :

La gamme de fréquence : transmissions satellitaires ;

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Bande de fréquence : bande C (4 à 6 Mhz) ;

Nom de l'antenne : antenne parabolique ;

Fréquence centrale : 5 Mhz.

Les paramètres à entrer sont :

Le diamètre de l'antenne : 1m

Après validation de ces paramètres, nous obtenons les résultats ci-dessous :



Figure IV.10 : Diagramme de rayonnement suite à la projection, en coordonnées polaires

Source : Auteurs

Interprétons les résultats ci-dessous : L'image de l'antenne :

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L'image de l'antenne permet à l'utilisateur de voir quel type d'antenne fera l'objet du dimensionnement. Ici nous avons une antenne à réflecteur parabolique multifaisceaux permettant de recevoir les signaux émissent par deux ou trois satellites avec la même antenne. Applications : réception satellite, radar, etc.

Expression du champ électrique :

La modélisation étant supposée être celle d'un réseau d'éléments à courants d'équiamplitudes, le champ et le facteur de réseau donnés par les formules suivantes :

(11)

s'interprètent comme suit :

En coordonnées sphériques ( ) qui est le système de coordonnées approprié pour décrire le champ électromagnétique, des deux équations précédentes, il ressort que :



Les champs varient sinusoïdalement dans le temps ;

Les champs sont nuls dès que vaut 0 ou

Le vecteur de poynting est dans la direction de et transporte ainsi la puissance dans cette direction.

Diagramme de rayonnement :

Le diagramme de rayonnement d'une antenne directive a l'aspect décrit par la figure IV.10 Les lobes secondaires correspondent à des maxima secondaires sur le diagramme de rayonnement, ils sont situés en dessous du lobe principal. En dehors de la direction privilégiée, la puissance reçue est toujours inférieure de 20 dB à la puissance maximale reçue d'après Balanis [4]. Si l'antenne est correctement pointée et si l'on effectue une rotation de 90° de la parabole autour du foyer, la perte de puissance sur la liaison sera de 30 dB [4]. Ce diagramme est conforme aux résultats de Balanis [4]. On remarque, conformément à la théorie que plus le diamètre de l'antenne est important, plus le gain de l'antenne est élevé et plus l'angle d'ouverture est étroit.

Aide sur l'antenne :

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Elle permet à l'utilisateur d'avoir le minimum d'informations sur l'opération qu'il est entrain d'effectuer. Ici nous avions la définition de l'antenne parabolique d'après [4], ainsi qu'une information sur le rayonnement.

Caractéristiques du rayonnement :



La surface équivalente : Cette grandeur caractérise la surface de captation de l'antenne, le résultat obtenu ici est conforme à l'abaque de Balanis [4] pour des fréquences inférieures à la bande Ku.

Le gain : on remarque, conformément à la théorie [4] que plus le diamètre de l'antenne n'est important, plus le gain de l'antenne est élevé et plus l'angle d'ouverture n'est étroit. Le pointage des grandes antennes doit être précis.

La directivité : conforme à la théorie de Balanis [4] concentration de la densité de puissance dans une direction privilégiée (lobe principale).

L'angle d'ouverture : ici elle de 1,0123 ° conforme aux angles de dépointage de la plupart des satellites géostationnaires, c'est-à-dire inférieur à 2 °.

Longueur d'onde : L'atténuation sera maximale (pire cas), lorsque ë est minimale. On prendra le canal à la fréquence la plus haute (fMAX = 8Mhz) soit ëMAX = 37,5m.

Conclusion :

Les caractéristiques du rayonnement électromagnétique obtenues peuvent amener les remarques suivantes :

Les rayonnements électromagnétiques obtenus à l'issu de ces simulations sont conformes avec les résultats de Constantine Balanis; Les caractérisques du rayonnement obtenues, permettent de dimensionner efficacement une antenne; Un didacticiel pour l'enseignement de l'électronique de la communication ; plus précisément le cours sur les antennes.

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Figure IV.11 : Diagramme de rayonnement suite à la projection, en coordonnées sphériques

Source : Auteurs



Figure IV.12 : Simulation de l'antenne pour station de base

Source : Auteurs

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CHAPITRE 5

Conclusion générale





5.1 BILAN DU TRAVAIL ACCOMPLI 5.2 PERSPECTIVES

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CONCLUSION GENERALE

V.1 Bilan du travail accompli

Arrivé au terme de ce travail dont l'objectif était de réaliser une plateforme pour l'étude des antennes et l'analyse du rayonnement électromagnétique en tenant compte des caractéristiques propres à chaque antenne, il nous semble opportun de dire effectivement ce qui a été fait.



Nous avons au premier chapitre, proposé l'état de l'art sur les antennes pour mettre en évidence la diversité des antennes.

Dans le deuxième chapitre, l'attention a porté principalement sur la présentation et l'analyse des outils existants, et des éventuelles améliorations.

Dans le troisième chapitre, nous avons mentionné la démarche suivie dans la réalisation du projet. Nous avons principalement présenté les algorithmes implémentés et l'architecture fonctionnelle de l'utilitaire.

L'utilitaire réalisé et les principaux résultats obtenus sont au centre du dernier chapitre. Celui-ci, permet globalement de choisir une antenne en fonction des contraintes techniques et légales ; de fournir des interfaces ou pages Web pour l'exploitation des données ; de fournir un modèle de sauvegarde des données sur les antennes. En quelques mots, il permet de fournir les caractéristiques sur le rayonnement.

Ce travail revêt une dimension toute particulière quand on connaît l'importance des caractéristiques des antennes sur la qualité de service en radiocommunication.

Il nous semble donc important que les entreprises des télécommunications se penchent davantage sur les possibilités d'amélioration des résultats auxquels nous sommes parvenus afin de garantir la fiabilité de l'outil qui, il faut le reconnaître, reste pour l'instant un projet développé au sein de l'Ecole Normale.

Sur un autre plan ce mémoire nous a permis d'acquérir des bases solides sur la conception d'antennes permettant le dimensionnement d'un élément rayonnant, à la lumière des technologies et des outils de conception actuels. Comprendre les mécanismes qui régissent le fonctionnement des antennes. Analyser la pertinence d'une technologie par rapport à une autre.

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V.2 Perspectives

Ce travail dans le fond et dans la forme peut subir des améliorations. En effet, l'utilitaire réalisé pourrait être amélioré en intégrant d'autres modules permettant d'entrer les données numériques (la méthode numérique). D'autre part l'optimisation de la base de données, la souplesse sont là des points qu'il faudra développer pour en arriver à un outil plus efficace.

L'utilisation des méthodes statistiques (la méthode des moments), ou encore celle des éléments finis basée sur les matrices peuvent permettre d'optimiser cet outil.

D'autre part l'outil doit tenir compte des effets de sol, des interactions, des phénomènes climatiques, du relief, ainsi que de la végétation, pour donner une approximation de la réalité du milieu de propagation. L'association des Systèmes d'Information Géographique, et des modèles numériques (Modèle de HATA, de COST, etc.) optimisera cette application.

Le travail présenté dans ce mémoire est un immense chantier ouvert, notre effort correspond certainement à la pose de ses premières pierres, des développements ultérieurs compte tenu des suggestions faites précédemment, permettront sans doute d'avoir de meilleurs résultats.

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BIBLIOGRAPHIE-MEDIAGRAPHIE

[1] Alcatel University, « Introduction to the Alcatel GSM Network », ref 8 AS 90125 0216 VT ZZA Ed 01, Edition 2002, 160p.

[2] Alcatel, « Bilan de liaison satellite transparent Alcatel Space », document PDF, Mars 2008

[3] Intelsat, «Documentation technique, Technologie des Télécommunications Numérique par Satellite »,

[4] Balanis Constantine, « Antenna Theory Analysis and Design », 2nd edition, Juin 2005.

[5] Tchad, « Documentation technique d'appui à la recherche », CNAR, Mai 2003.

[6] Laure Fretay, « Conception, réalisation et caractérisation d'antennes pour stations de base des réseaux de télécommunications sans fil », Thèse de Doctorat n° 29-2004 U.E.R des Sciences, Université de Limoges, Novembre 2004.

[7] Sami Tabanne, « Réseaux Mobiles», Hermès, Paris, 1997.

[8] Zoua Zabi David, « Outils de dimensionnement des antennes de Creolink Cameroon », Mémoire de fin d'études ENSP, Yaoundé, 2004.

[9] Gercel FLORES, « Etude de la technologie VSAT», Rapport de fin d'études, IUT de Nice Sophia-Antipolis Côte d'Azur, France.

[10] Mbana Mba, « Développement d'un logiciel de dimensionnement des liaisons du réseau mobile sous C++Builder », Mémoire de fin d'études ENSP, Yaoundé, 2005.

[11] C. Rigault, « Principes de communications numériques, du téléphone au multimédia », Edition Humes 1998.

[12] Documents LIKUSASA, « Réseaux Mobiles», 2006.

[13] E Roubine, S Drabowitch et C Ancona « Antennes», Masson, Paris, 1997. Tome II

[14] E Roubine et J. Ch Bolomey, « Antennes», Masson, Paris, 1997. Tome I

Les sites Web suivant ont été consultés pour la rédaction de ce rapport :

[15] http://www.comsoc.org/livepubs/sac/private/2002/aug/pdf/20jsac06-neskovic.pdf Site consulté le 15 Janvier 2010 [16] http://www.cisco.com/univercd/cc/td/doc/product/wireless/bbfw/ptop/p2pspg02/spg02ch2 .htm Site consulté le 10 Mars 2010

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[17] http://www.cisco.com/univercd/cc/td/doc/product/wireless/bbfw/ptop/p2pspg02/spg02ch2 .htm Site consulté le 12 Janvier 2010

[18] http://www.broadcastpapers.com/tvtran/IBCNTLUKPlanningDTTVC.pdf Site consulté le 15 Janvier 2010

[19] http://www.bbc.co.uk/rd/pubs/reports/1971-43.pdf Site consulté le 15 Janvier 2010

[21] www.cttl.com.cn/catrweb/itu/2005/jy/jy050046.doc Site consulté le 17 Janvier 2010

[22] http://www.tde.lth.se/home/ase/Pages/ProjWaveProp.html Site consulté le 16 Janvier 2010

[23] www.euratlas.net : site consulté le 06 mars 2010

[24] http://www.loria.fr/~gsimon/merise.pdf Gilles SIMON, Méthode d'analyse Merise et SGBD relationnels, juin 2005 : site consulté le 13 mars 2010

[25] http://www.inh.fr/enseignements/idp/idp2005/methodes/merise par lexemple.pdfSCANF F Arnaud & THOMAS Carine, La méthode MERISE par l'exemple, juin 2005, 24 pages : site consulté le 30 mars 2010

Autres documents non référencés

Jean-François Essiben Dikoundou « Notes de cours: Cours d'électronique de la communication », ENSET, Décembre 2008.

Emmanuel Tonye «Notes de cours: Antennes », ENSP, Novembre 2005.

Mohamed Tahar MISSAOUI, « Notes de cours : Introduction aux Techniques d'accès », SUP'COM, Décembre 2003.

Mohamed Tahar MISSAOUI & Lammouchi J, « Notes de cours : Radio dans la Boucle Locale », Centre Sectoriel de Formation en Télécommunication, Cité El Khadra, 1998/1999.

ANNEXES

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ANNEXE I : Guide d'utilisation du logiciel AntennaDesigner 1.0.0

I.1 Installation du logiciel

Après s'être rassuré du fonctionnement effectif de Matlab7.0, du serveur Matlab, faites les copies suivantes. Copiez le dossier :



software dans le disque C:\ ;

software dans C:\Document and Setting\Software ;

I.2 Démarrage du logiciel



Ouvrez d'abord Matlab 7.0 ;

Taper « guide » pour appeler la fonction graphique de Matlab ;

Dans la fenêtre de « guide », taper Open Existing GUI ;

Choisir le dossier contenant le soft : C:\Document and Setting\Antennes.fig ; L'application est lancée dès activation du dossier Antennes.fig

I.3 Exploitation du logiciel

Il est à noter que les différentes applications ne sont pas encore complètement terminées. L'utilisateur doit être un professionnel du domaine.



Choisissez d'abord la gamme de fréquence ;

Choisissez la bande de fréquence (ou affichage automatique si tel est le cas) ; suivi du nom de l'antenne ;

Entrer les paramètres d'entrées (Distance couverte, Diamètre de l'antenne, Largeur d'ouverture). Valider;

Automatiquement l'image, l'expression du champ électrique, l'aide apparaissent ; Sur cette interface, visualiser le diagramme de rayonnement en cartésien, polaires et sphériques ;

Analyser et interpréter les caractéristiques du rayonnement (Surface effective, gain,
directivité, angle sous-tendant, efficacité d'ouverture, distance totale, longueur d'onde).

I.4 Fermeture du logiciel



Fermer la fenêtre de travail ;

Aller à la page d'accueil du soft ;

Entrer quitter l'application, antennaDesigner vous demande d'autoriser la fermeture du Soft

ANNEXE II : Classification des ondes EM

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Voici la classification admise des ondes radioélectriques ainsi que quelques domaines d'application.



Voici les fréquences utilisées en radio-diffusion, avec les types de modulation utilisés et les caractéristiques de propagation.



Autres...

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Les types d'antennes varient considérablement selon la fréquence utilisée.



ANNEXE III : Quelques formules utilisées pour le rayonnement de l'antenne parabolique

1. Champ et Facteur de réseau



2. Directivité maximale



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3.



Angle d'ouverture

4.



Gain

D: Diamètre de l'antenne

ANNEXE IV: Quelques codes sources

A- Traitement du fichier des antennes paraboliques

function varargout = Antennes(varargin)

% ANTENNES M-file for Antennes.fig

% ANTENNES, by itself, creates a new ANTENNES or raises the existing % singleton*.

% H = ANTENNES returns the handle to a new ANTENNES or the handle to % the existing singleton*.

% ANTENNES('CALLBACK',hObject,eventData,handles,...) calls the local

% function named CALLBACK in ANTENNES.M with the given input
arguments.

% ANTENNES('Property','Value',...) creates a new ANTENNES or raises the % existing singleton*. Starting from the left, property value pairs are

% applied to the GUI before Antennes_OpeningFunction gets called. An

% unrecognized property name or invalid value makes property application % stop. All inputs are passed to Antennes_OpeningFcn via varargin.

% *See GUI Options on GUIDE's Tools menu. Choose "GUI allows only one % instance to run (singleton)".

% See also: GUIDE, GUIDATA, GUIHANDLES

% Copyright 2002-2003 The MathWorks, Inc.

% Edit the above text to modify the response to help Antennes

% Last Modified by GUIDE v2.5 10-Mar-2010 15:44:43

% Begin initialization code - DO NOT EDIT

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gui_Singleton = 1;

gui_State = struct('gui_Name', mfilename, ...

'gui_Singleton', gui_Singleton, ...

'gui_OpeningFcn', @Antennes_OpeningFcn, ...

'gui_OutputFcn', @Antennes_OutputFcn, ...

'gui_LayoutFcn', [] , ...

'gui_Callback', []);

if nargin && ischar(varargin{1})

gui_State.gui_Callback = str2func(varargin{1});

end

if nargout

[varargout{1:nargout}] = gui_mainfcn(gui_State, varargin{:}); else

gui_mainfcn(gui_State, varargin{:});

end

% End initialization code - DO NOT EDIT

% --- Executes just before Antennes is made visible.

function Antennes_OpeningFcn(hObject, eventdata, handles, varargin) % This function has no output args, see OutputFcn.

% hObject handle to figure

% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA)

% varargin command line arguments to Antennes (see VARARGIN) % Choose default command line output for Antennes

handles.output = hObject;

% Update handles structure

guidata(hObject, handles);

% UIWAIT makes Antennes wait for user response (see UIRESUME) % uiwait(handles.Main);

% --- Outputs from this function are returned to the command line. function varargout = Antennes_OutputFcn(hObject, eventdata, handles) % varargout cell array for returning output args (see VARARGOUT); % hObject handle to figure

% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA)

% Get default command line output from handles structure varargout{1} = handles.output;

% --------------------------------------------------------------------

function Print_Callback(hObject, eventdata, handles)

% hObject handle to Print (see GCBO)

Mémoire de fin d'études du second cycle pour l'obtention du Diplôme de Professeur d'Enseignement Technique grade II. Rédigé et soutenu par :

ETOUNGOU Bertrand Olivier et BAOK Jeanne Irène GEL5EN lxxx

% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA)

% --------------------------------------------------------------------

function Save_Callback(hObject, eventdata, handles)

% hObject handle to Save (see GCBO)

% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA)

% --------------------------------------------------------------------

function Close_Callback(hObject, eventdata, handles)

% hObject handle to Close (see GCBO)

% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) Close ;

function OpenLength_Callback(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to OpenLength (see GCBO)

% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA)

% Hints: get(hObject,'String') returns contents of OpenLength as text

% str2double(get(hObject,'String')) returns contents of OpenLength as a

double

% --- Executes during object creation, after setting all properties.

function OpenLength_CreateFcn(hObject, eventdata, handles)

% hObject handle to OpenLength (see GCBO)

% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB

% handles empty - handles not created until after all CreateFcns called

% Hint: edit controls usually have a white background on Windows.

% See ISPC and COMPUTER.

if ispc

set(hObject,'BackgroundColor','white');

else

set(hObject,'BackgroundColor',get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor'));

end

function OpenDiameter_Callback(hObject, eventdata, handles)

% hObject handle to OpenDiameter (see GCBO)

% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB

% handles structure with handles and user data (see GUIDATA)

% Hints: get(hObject,'String') returns contents of OpenDiameter as text

% str2double(get(hObject,'String')) returns contents of OpenDiameter as a

double

Mémoire de fin d'études du second cycle pour l'obtention du Diplôme de Professeur d'Enseignement Technique grade II. Rédigé et soutenu par :

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% --- Executes during object creation, after setting all properties. function OpenDiameter_CreateFcn(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to OpenDiameter (see GCBO)

% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB

% handles empty - handles not created until after all CreateFcns called

% Hint: edit controls usually have a white background on Windows.

% See ISPC and COMPUTER.

if ispc

set(hObject,'BackgroundColor','white');

else

set(hObject,'BackgroundColor',get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor'));

end

function Distance_Callback(hObject, eventdata, handles)

% hObject handle to PowerExcit (see GCBO)

% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA)

% Hints: get(hObject,'String') returns contents of PowerExcit as text

% str2double(get(hObject,'String')) returns contents of PowerExcit as a double

% --- Executes during object creation, after setting all properties. function Distance_CreateFcn(hObject, eventdata, handles)

% hObject handle to PowerExcit (see GCBO)

% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB

% handles empty - handles not created until after all CreateFcns called

% Hint: edit controls usually have a white background on Windows.

% See ISPC and COMPUTER.

if ispc

set(hObject,'BackgroundColor','white');

else

set(hObject,'BackgroundColor',get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor'));

end

function PowerExcit_Callback(hObject, eventdata, handles)

Mémoire de fin d'études du second cycle pour l'obtention du Diplôme de Professeur d'Enseignement Technique grade II. Rédigé et soutenu par :

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% hObject handle to PowerExcit (see GCBO)

% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA)

% Hints: get(hObject,'String') returns contents of PowerExcit as text

% str2double(get(hObject,'String')) returns contents of PowerExcit as a double

% --- Executes during object creation, after setting all properties. function PowerExcit_CreateFcn(hObject, eventdata, handles)

% hObject handle to PowerExcit (see GCBO)

% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB

% handles empty - handles not created until after all CreateFcns called

% Hint: edit controls usually have a white background on Windows.

% See ISPC and COMPUTER.

if ispc

set(hObject,'BackgroundColor','white');

else

set(hObject,'BackgroundColor',get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor'));

end

function EnterParaOK_Callback(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to EnterParaOK (see GCBO)

% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA)

% Hints: get(hObject,'String') returns contents of EnterParaOK as text

% str2double(get(hObject,'String')) returns contents of EnterParaOK as a
double

% Test de la valeur de la Ppuissance d'Excitation

user_entry = str2double (get(handles.EnterPara_1_Val,'string')) ; if isnan (user_entry)

msgbox('Valeur numérique attendue','Puissance incorrecte','warn') else

% Test de la valeur de la PowerExcit

user_entry = str2double (get(handles.EnterPara_2_Val,'string')) ; if isnan (user_entry)

msgbox('Valeur numérique attendue','Distance incorrecte','warn') else

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% Test de la valeur du diamètre d'ouverture

user_entry = str2double (get(handles.EnterPara_3_Val,'string')) ;

if isnan (user_entry)

msgbox('Valeur numérique attendue','Diamètre incorrecte','warn')

else

% Test de la valeur de la la largeur de l'ouverture Da

user_entry = str2double (get(handles.EnterPara_4_Val,'string')) ;

if isnan (user_entry)

msgbox('Valeur numérique attendue','Ouverture incorrecte','warn')

end

end end

end

axes(handles.Diagramme) ;

cla

% Connexion à la base de données

logintimeout(5) ;

Connect = database('AntennaData',",") ;

% BandeFrequence : Bande FreqCentrale Gamme % GammeFrequence Gamme

% Calcul de la longueur d'onde du signal LambdaText_ButtonDownFcn(handles.LambdaText, eventdata, handles)

Val = get(handles.AntennaName,'Value') ; String_List = get(handles.AntennaName,'String') ; Selected_String = String_List(Val) ;

Lambda = str2double(get(handles.Lambda,'String')) ;

if strcmp(String_List{Val},'Antenne parabolique') %Antenne parabolique set(handles.Diagramme,'Visible','on') ; set(handles.Carre2D,'Enable','on') ;

set(handles.Polar,'Enable','on') ;

set(handles.Carre3D,'Enable','on') ; set(handles.Sphere,'Enable','on') ; set(handles.Dimensions,'Enable','on') ; set(handles.DiagrammeUnit,'Enable','on') ;

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D = str2double(get(handles.EnterPara_2_Val,'String')) ; if get(handles.EnterPara_1Unit,'Value') == 2

D = D*Lambda ;

end

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