Soutenance mémoire
L’innovation dans ce domaine n’est pas exclusivement réservée à la capacité des satellites à offrir toujours plus de performances. En effet, ce système de communication nécessite aussi des moyens de réception au sol à commencer par les antennes. Dans ce contexte, de nombreuses contributions scientifiques [62, 76, 56] proposent des solutions originales pour répondre aux nouvelles spécifications liées `ces évolutions. Nous pouvons citer en exemple , l’accord passé en 2015 entre Intelsat et Phasor [36] afin de proposer à ses client des antennes intélligentes dotées de la capacité de dépointage électronique. C’est dans ce cadre que s’inscrivent ces travaux de recherches .
Le marché des services par satellites
Plusieurs opérateurs se partagent le marché des services par satellites. Les plus connus sont Intelsat, mis en service par les américains, et Eutelsat, par les pays européens. Mais, ils ne sont pas les seuls fournisseurs. Nous allons voir dans ce qui suit l’évolution du marché mondial et des services assurés par satellites. Une étude réalisée par TNS Sofres et IPSOS publiée en 2015 [21] pour le compte d’Eutelsat communications du groupe Eutelsat, premier opérateur satellite en Europe, en Afrique du Nord et au Moyen-Orient, estime à 274 millions le nombre de foyers bénéficiant des programmes de télévision diffusés par l’un des satellites d’Eutelsat, confirmant ainsi l’importance de la réception TV directe par satellite. Par ailleurs, cette étude affirme que seulement pour les huit satellites phares d’Eutelsat, l’audience a subi une augmentation de 44% par rapport à celle de 2010 et ce, uniquement, pour la réception TV classique directe au moyen d’une parabole.
Cette croissance est justifiée, en partie, par la diversité des programmes diffusés en clair (chaînes non payantes). En europe, la télédiffusion par astellite reste le mode de réception le plus déployé. À titre d’exemple, le satellite HOTBIRD voit son audience continuellement progresser : elle est ainsi passée de 52 millions d’abonnés en 2010 à 66 millions à la fin de l’année 2014. Le nombre de foyers équipés en antennes de réception satellite est passée, lui aussi, de 62 millions à 67 millions sur cette période de 4 ans. Autre exemple, plus de 52 millions de foyers profitent des services diffusés par le satellites NILESAT dans la zone MENA (Middle East-North Africa) contre 27 millions en 2010 grâce à un large choix de programmes. Il faut noter que ces chiffres sont représentatifs de seulement 8 satellites de la flotte Eutelsat qui en compte 34 en orbite géostationnaire. Cette dernière permet ainsi de couvrir environ deux tiers de la population mondiale depuis la côte Est du continent américain jusqu’au pacifique coté Asie.
Eutelsat est classé premier en Europe et troisième mondial parmi les fournisseurs de services par satellites. La place de leader mondial est, quant à elle, occupée par l’opérateur américain Intelsat. Depuis 50 ans, Intelsat propose des services de diffusion d’informations et de divertissements pour de nombreux grands médias, des entreprises, des multinationales, des fournisseurs de services Internet, des agences gouvernementales et militaires. Ses collaborations avec ces différentes entreprises renforcent sa position de leader en tant que distributeur rapide, fiable et sécurisé de services.
Toutes les zones géographiques du globe sont ainsi couvertes par au moins un satellite de la flotte Intelsat. Quoi de plus parlant que les chiffres pour montrer l’importance des communications par satellites et l’industrie construite autour. Intelsat estime à 1.2 milliard, le nombre des foyers autour du monde bénéficiant du service Direct To Home TV au moyen des antennes de réception satellites avec plus de 28 700 chaînes de télévision de toutes les nations et dans toutes les langues.
Orbite géostationnaire
Afin de fixer les bases du cahier des charges, nous allons rappeler quelques notions importantes sur les satellites géostationnaires et leur bilan de liaison. Il existe plusieurs types de satellites qui sont définis selon leur orbite. Nous rappelons qu’une orbite est la trajectoire d’un satellite autour d’une planète. On peut distinguer les orbites elliptiques ou circulaires à différentes altitudes : basse, moyenne ou élevée. Parmi les les orbites circulaires à altitude élevées, on peut distinguer les orbites géosynchrone et une orbite géostationnaire. L’orbite du satellite est définie selon l’application visée. Généralement, les services de communications sont assurés par des satellites géostationnaires. Il n’existe qu’une seule orbite géostationnaire possible autour de la terre. C’est une orbite circulaire située dans le plan de l’équateur à une altitude de 35 786 Km permettant d’assurer une période de révolution égale à la période de la rotation de la Terre. Le satellite possède alors une vitesse instantanée de 3.075 km/s et sera perçu comme étant fixe relativement à n’importe quel point sur Terre. C’est l’équilibre entre la force centrifuge et la force gravitationnelle de la Terre qui permet de le maintenir sur son orbite.
Les antennes terrestres n’ont donc pas besoin d’intégrer un système de traçabilité pour poursuivre leur déplacement. Ce qui permet de réduire, à la fois, le coût de fabrication et la complexité des antennes au niveau de la Terre. Ceci n’est plus vrai dès lors que la communication doit être assurée avec plusieurs satellites géostationnaires concuremment. Dans ce contexte , actuellement la mise en place de plusieurs liens de communication fixe est privilégiée. Cependant, la possibilité d’intégrer au niveau de l’antenne la fonctionnalité de commutation de faisceau permettrait de lever le verrou de la multiplicité des têtes de réception RF.
Liaison satellite-terre
La liaison satellitaire est globalement composée, de :
– Une station d’émission au sol munie d’un support de liaison montante (antennes d’émission).
– Un satellite équipé lui aussi d’antennes pour assurer la réception et la retransmission des signaux reçus de la station terrestre, de systèmes d’amplification et de transposition de fréquence, le tout, alimenté par des panneaux solaires embarqués sur le satellite. Les chaînes de TV, quant à elles, sont retransmises sur des porteuses de fréquences différentes dans la bande allouée avec des polarisations verticales ou horizontales de telle sorte que deux porteuses successives aient deux polarisations différentes.
– Une station terrestre munie d’un support de liaison descendante, voire même montante dans le cas d’une liaison bidirectionnelle (Internet haut débit).
Antennes de réception motorisées
Les antennes de réception fixes classiques comme les paraboles peuvent, au moyen d’un moteur, opérer le dépointage du faisceau de façon mécanique et sans l’intervention de l’utilisateur. Cette solution a vu le jour pour suivre l’évolution dans ce secteur et pour parvenir à satisfaire les exigences des clients en leur permettant de changer de satellite sans toucher au réglage initiale de l’antenne.
L’antenne est alors associée à un vérin électro-mécanique permettant, à partir d’une commande, d’orienter le faisceau principal dans la direction du satellite visé . Cette commande provient soit du sélectionneur de programmes via un démodulateur spécifique, soit d’un accessoire externe devant être lié au démodulateur pour associer la chaîne reçue avec le satellite qui la diffuse. Une étape d’étalonnage et de mémorisation des différentes positions recherchées est la plupart du temps nécessaire lors de l’installation de l’antenne.
État de l’art au niveau de la recherche
La croissance des services commerciaux par satellites a entraîné avec elle des exigences de flexibilité supplémentaires des terminaux au sol (antennes de réception). La réception de la télévision par satellite n’est pas exemptée et doit s’adapter à ces nouvelles demandes. Actuellement, l’antenne la plus utilisée dans ce domaine est la parabole. Comme nous venons de le montrer, ce type d’antenne possède plusieurs inconvénients et limitations tels que son installation délicate et aussi son manque d’esthétique lié à sa forme géométrique et son encombrement peu discret. Par ailleurs, l’incapacité des paraboles à assurer un dépointage automatique est devenu une véritable limitation, un axe de développement et d’innovation important pour les fournisseurs de services avec la multiplication du nombre de satellites permettant ainsi d’enrichir les offres existantes Le manque de discrétion de l’antenne parabolique en milieu urbain combiné au manque de fonctionnalité en terme de balayage électronique automatique sont à l’origine de plusieurs travaux de recherche depuis ces dernières années visant à proposer des structures d’antennes de réception satellite alternative permettant de s’adapter au mieux aux nouvelles normes et exigences imposées. Dans ce contexte, Rammos [67] a proposé en 1983 une structure d’antenne planaire à large bande passante, sous forme d’un réseau de 16 éléments rayonnants et d’une empreinte de 10×10 cm² . Ce dernier est composé de deux plans métalliques avec chacun des ouvertures circulaires correspondantes aux résonateurs excités suivant la technique de la ligne suspendue. Le gain de cette antenne est de l’ordre de 22 dBi dans la bande de fréquence 11.6–12.6 GHz avec une efficacité qui varie entre 70% et 90% dans cette bande de fréquence. Pour atteindre un gain plus élevé, l’auteur propose d’intégrer cette structure comme un sous-réseau d’à peu près 500 éléments.
|
Table des matières
1 Introduction générale
2 État de l’art
2.1 Intérêt de l’étude
2.1.1 Le marché des services par satellites
2.1.2 Orbite géostationnaire
2.2 Liaison satellite-terre
2.2.1 Bilan de liaison hertzienne
2.3 Antennes existantes
2.3.1 Antennes de réception fixes
2.3.2 Antennes de réception motorisées
2.3.3 Antennes de réception autonomes
2.4 État de l’art au niveau de la recherche
2.5 Cahier des charges
3 Conception et réalisation de l’antenne imprimée large bande
3.1 Introduction
3.2 Famille d’antennes large bande .
3.2.1 Antennes à ondes progressives
3.2.2 Antennes indépendantes de la fréquence
3.2.3 Antennes Monopôles planaires
3.2.4 Conclusion
3.3 Antenne patch
3.3.1 Antenne patch rectangulaire et définitions
3.3.2 Problématique au niveau de la bande passante d’une antenne patch
3.4 Nouvelle méthode de conception d’une antenne large bande
3.4.1 Antenne patch rectangle
3.4.2 Antenne patch polygonale
3.4.3 Antenne patch polygonale avec radôme
3.4.4 Antenne patch polygonale avec fente circulaire
3.4.5 Simulation de l’antenne polygonale avec fente circulaire
3.4.6 Étude paramétrique sur les dimensions de la fente
3.4.7 Ditribution des champs électriques de l’antenne proposée
3.4.8 Polaristaion principale et polarisation croisée
3.4.9 Antenne en bande 10.7 GHz – 12.7 GHz
3.4.10 Solution pour maîtriser le diagramme de rayonnement de l’antenne proposée
3.5 Prototypes et comparaisons
3.5.1 Antenne Montre dans la bande de fréquences 11.6 GHz-15 GHz
3.5.2 Antenne Montre Ailée
3.6 Conclusion
4 Étude de la mise en réseau de l’antenne large bande
5 Conclusion générale
