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

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