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La réception des satellites

Avis aux passionnés des ondes-courtes (I)

Nous allons décrire les moyens mis à notre disposition pour recevoir les transmissions des satellites radioamateurs et autres laboratoires orbitaux (RS, ISS, METEOSAT, NOAA, INMARSAT, etc).

A l'image du matériel de radioastronomie, un système de réception satellitaire nécessite du matériel spécifique qui fait souvent partie de la panoplie des accessoires du radioamateur ou de tout passionné des ondes-courtes. 

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Equipement d'une station de réception

Voyons tout d'abord quels sont les éléments constituant une installation type avant d'envisager d'autres solutions, plus compactes ou intégrées.

Pour être fonctionnelle, de manière générale une station d'écoute satellite de base nécessite du matériel élémentaire : une simple antenne VHF et un récepteur accordé sur la même fréquence.

Antennes à faible gain

L'antenne doit être accordée sur 137 MHz pour recevoir les satellites défilant en orbite polaire (également appelés "Polar Orbiting Environmental Satellites" ou POES). L'antenne la plus simple mais efficace est la turnstile ou dipôle croisé (70-80 € chez Thiecom ou Timestep), la même que celle utilisée sur d'autres fréquences par les stations de radiodiffusion AM, mais à une échelle plus petite. 

Une solution plus efficace consiste à utiliser une antenne hélicoïdale quadrifilaire (QHA). Elle offre l'avantage d'être fixe, elle ne requiert donc pas de moteur d'antenne, et change automatiquement d'élévation et d'azimut en fonction de la direction du satellite sans interrompre la réception. Elle présente une polarisation circulaire droite et une bande passante relativement étroite. Si vous êtes bricoleur vous pouvez facilement construire ces antennes vous-même à très faible coût. Malheureusement, les plans ne sont pas faciles à trouver et je n'en possède aucun.

Tout d'abord deux antennes adaptées à la réception des satellites défilants dans la bande des 136-138 MHz. A gauche, un dipôle croisé en polarisation circulaire droite offrant un gain de 6.0 dBi. Au centre, une antenne hélicoïdale quadrifilaire (QHA) en acier trempé et plastique derelin. Ses performances sont légèrement supérieures à celle du dipôle croisé mais son prix est beaucoup plus élevé. A droite, une antenne discone AOR DS3000A. C'est une antenne à large bande capable de recevoir entre 75 MHz et 3 GHz et de transmettre sur les bandes amateurs de 144, 430, 904 et 1200 MHz. Elle supporte 50 W maximum. Elle est plus adaptée aux communications terrestres mais on peut l'utiliser pour capter d'autres signaux, y compris ceux des satellites lorsqu'ils passent assez bas sur l'horizon. Cette antenne est livrée avec un câble RG-58A/U et des connecteurs N. Documents Timestep et AOR USA.

Comme toute antenne fonctionnant sur les bandes VHF, ces aériens travaillent sans préamplificateur mais requièrent un câble coaxial de qualité pour éviter les pertes qui sont beaucoup plus importantes en VHF qu'en HF. Dans cette configuration, la longueur du coax ne devrait pas dépasser 15 mètres. Si votre coax mesure 15 mètres ou plus, vous devrez utiliser un préamplificateur 137 MHz qui sera monté directement sous l'antenne. De telles antennes fonctionnent également très bien pour recevoir les signaux de la Station Spatiale International ISS sur 145.800 MHz dans la bande amateur des 2 mètres.

Un préamplificateur à placer juste sous l'antenne de réception. Son niveau de bruit est de 0.5 dB et son système de filtrage permet de rejeter les pagers émettant sur 153 MHz au-delà de 50 dB. Document Timestep.

En complément vous pouvez ajouter les accessoires suivants :

- Un préamplificateur d'antenne pour améliorer la réception des signaux dont la puissance est limitée à 5 W (37 dBm)

- Un ou plusieurs récepteurs SSB et FM couvrant les fréquences de 30 MHz, 135-145 MHz (la plus utilisée), 430-440 MHz et 1.691-1.694 GHz (pour METEOSAT), équipé optionnellement de convertisseurs

- Le récepteur VHF doit accepter des filtres FM présentant une bande passante de 30 à 50 kHz (ni trop étroite ni trop large) afin de capter les signaux APT sur 137 MHz

- En option, un modem DSP (V.92 digital) permettant de capter les signaux fax transmis par ces satellites et les autres transmissions digitales par ondes-courtes (par exemple la télémétrie en PSK à 400 bps des satellites OSCAR).

En général la réception des satellites en orbite polaire ne pose jamais de problème. Orbitant entre 200 km (ISS) et plus de 1000 km d'altitude, même avec 5 W de puissance, vous capterez assez facilement les signaux transmis en VHF. Toutefois, vu leur distance, les satellites géostationnaires requièrent une antenne à haut gain.

Antennes à haut gain

Sachant que les satellites météo travaillent à différentes fréquences, nous avons besoin de plusieurs types d'antennes. Pour recevoir les satellites météo en VHF vous pouvez utiliser votre dipôle croisé ou la quadrifilaire. Ce type d'antenne est suffisant mais présente un faible gain. Pour recevoir les METEOSAT vous avez besoin de quelque chose de plus grand et à bande étroite, accordé sur les micro-ondes (bande L). Cela nous conduit à choisir une antenne présentant un gain élevé parmi l'un des modèles suivants :

Une parabole Timestep de 90 cm de diamètre pour recevoir les satellites géostationnaires. Elle offre un gain de 22.5 dBic.

- Une antenne Yagi VHF à polarisation circulaire croisée (en forme de X) ou une une antenne hélicoïdale (en forme de tire-bouchon) à polarisation circulaire à droite accordée sur 137 MHz, et offrant un gain d'au moins 14 dBic si vous désirez capter les signaux des satellites défilants en orbite polaire (NOAA, METEOR, etc)

- Une antenne parabolique de 1m à 2m de diamètre (90 cm est le minimum) accordée sur 1.69 GHz et offrant un gain d'au moins 22 dBic pour capter les satellites géostationnaires (METEOSAT, etc).

Cette parabole est faite soit d'une surface métallique pleine soit constituée d'un treillis métallique. Elles sont proposées avec ou sans trépied. Les modèles tactiques haut de gamme sont très chers mais il existe des produits amateurs plus accessibles. 

Beaucoup d'amateurs se reportent également sur les antennes de TV par satellite[1]. Ces deux types d'antennes à gain élevé doivent être équipées d'un moteur du fait que leur angle d'ouverture est très étroit (10-20°).

Enfin, si vous désirez utiliser un logiciel de poursuite de satellites pour diriger votre antenne et suivre les satellites en temps réel, David H. Lamont, ZL2AMD, propose une carte UNI-TRAC, une interface de poursuite et tuner pour PC qui, connectée à un moteur, assure un suivi automatique et en temp réel de n'importe quel satellite. Cette interface remplace la carte Kansas City Tracker/Tuner qui n'est plus disponible.

Tous ces accessoires sont disponibles chez tout bon revendeur de matériel électronique ou radioamateur tel ICOM, Kenwood, Yaesu, AOR et autre UKW-Berichte. La plupart d'entre eux vendent également des antennes Yagi en polarisation croisée et des antennes paraboliques.

Petites antennes

Je me doute bien que ce matériel risque de vous faire peur si vous lisez ceci pour la première fois. Ca vous change de l'antenne télescopique de votre radio portative ! 

Antenne log périodique compacte AX-31B de WinRADIO pour la réception de toutes les fréquences comprises entre 230 MHz et 1600 MHz.

Mais on peut se passer de ce matériel. Si vous disposez de vraiment peu d'espace pour installer plusieurs antennes ou même pour ériger une verticale, une parabole ou une discone, il existe une solution "compacte" qui plaira sans doute à tous les écouteurs et aux amateurs vivant en appartement.

Pour capter les signaux au-dessus de 230 MHz, vous pouvez acheter chez WinRADIO une antenne log périodique de réception compacte et multibande AX-31B. C'est une beam pas plus grande qu'une feuille A4 livrée avec un amplificateur d'antenne de 20 dB incorporé et 2 mètres de câble coaxial. C'est un bon compromis et elle fonctionne également à l'intérieur.

La société italienne PKW vend également des antennes log périodiques de réception ou d'émission fonctionnant dans différentes bandes dont la LP-22eV couvrant de 130 MHz à 1.3 GHz (124 €).

Réception d'ISS

Pour capter les émissions de la station ISS (indicatif NA1SS), en Région 1 (Europe, Russie, Afrique) vous devez écouter la fréquence VHF de 145.800 MHz en FM (downlink), les radioamateurs au sol émettant sur 145.200 MHz (uplink).

Une simple antenne dite fouet peut déjà convenir mais pour l'émission (145.200 MHz) il est conseillé d'utiliser une Yagi orientable bien qu'une verticale permette déjà d'établir des contacts (mais ils dureront moins longtemps).

Vous pouvez également utiliser une antenne ground plane verticale ou une discone. Ce type d'antenne étant polarisé verticalement, vous pouvez seulement capter les transmissions d'ISS lorsqu'elle évolue très bas sur l'horizon et durant une période plus courte que si vous utilisiez une antenne Yagi orientable.

Les périodes d'interruption des liaisons amateur sont connues d'avance et correspondent en général aux EVA et aux changements d'équipage d'ISS.

Real Time Satellite Tracking and Prediction

3-line TLE des satellites (CelesTrak)

ISS Fan Club - Les derniers TLE de la station ISS

Satellite Tracking - TLE de 5000 satellites (2006)

Réception des fax HF

Pour la réception des fax et autres messages météo dans les bandes HF (80-10m), vous pouvez tendre à l'extérieur un long fil d'au moins 20m à  plus de 5 mètres de hauteur ou ériger une petite antenne HF verticale d'au moins 5 mètres de hauteur. Une solution plus onéreuse mais plus compacte consiste à acquérir une antenne magnétique active de réception telle la Wellbrook ALA-1530 qui fonctionne également à l'intérieur. 

Position Temp-réel des satellites Amateur au-dessus de l'Europe

AMSAT Pass Prediction Calculator

(Prédictions en ligne valables pour tous les satellites radioamateurs)

Heavens-Above - Spaceweather

Activités radioamateurs

A gauche une antenne radioamateur reconnaissable à sa grande Yagi décamétrique sur laquelle ont été ajouté des éléments directionnels pour le traffic V/UHF. Photographie prise le 27 janvier 1998 lors de la conjonction de la Lune avec Vénus et Mercure. A droite l'astronaute et radioamateur KC50ZX à bord de la navette spatiale américaine en conversion avec des radioamateurs du Goddard Amateur Radio Club sur 145.200/145.800 MHz. L'équipage d'ISS travaille également en packet radio sur 2m. Documents Astroarts et NASA.

De la même manière, si vous êtes radioamateur et désirez travailler par satellite (avec les satellites OSCAR ou ISS) sur les fréquences adéquates, vos antennes devront être à la hauteur de vos espérances. Les composants électroniques réagissant dans ces hautes fréquences différemment qu'en HF, rien ne vaut une antenne Yagi comprenant de 5 à 30 éléments en VHF avec préampli d'antenne, équipée d'au moins deux câbles coaxiaux par antenne, l'un de très bonne qualité pour l'émission, le second de qualité éventuellement moindre pour la réception, les câbles coaxiaux étant aussi courts que possible. Il existe encore des différences selon que vous travaillez en SSB ou en FM. A ma connaissance la seule petite beam d'émission couvrant de manière continue les fréquences comprises entre 1.5 et 200 MHz et supportant jusqu'à 1 kW PEP (pour la HF) est la D2T. Mais ceci est un autre débat.

Réception d'Inmarsat

Pour les passionnés de mer et d'aventures, rappelons qu'aujourd'hui plus aucune expédition, qu'elle soit maritime, terrestre ou se déroulant dans les airs, ne trafique par les ondes-courtes, excepté les contacts locaux en VHF. A l'ère des satellites toutes les communications entre les membres d'équipage et leur base ou le QG sont établies à travers le réseau mondial des satellites Inmarsat et autre Orbcomm (sauf dans les régions polaires). 

Créé en 1979, Inmarsat comprend aujourd'hui 13 satellites. Ils assurent toutes les communications mobiles à travers le monde. Les satellites Inmarsat sont situés sur quatre "slots" orbitaux appelés IOR, AORE, AORW et POR. Une liaison Inmarsat peut s'établir avec des moyens très modestes mais très onéreux, comprenant un PC portable, un téléphone Inmarsat Mini-M (genre GSM) et une antenne portative. A titre d'information une installation Inmarsat portable d'émission (terminal Inmarsat M4, console Nera avec antenne portefeuille pliable et liaison ISDN) revient à 5000 €, mais c'est autre chose qu'un GSM !

A consulter : France Satellite

Les satellites Inmarsat sont classés en 4 catégories selon les fonctions ou les modes supportés : A (analogique), B (numérique), C (fonction télex) et D (télécopie et téléphonie).

Le premier satellite de cette catégorie est Inmarsat-A qui est opérationnel depuis 1982. Il transmet des communications en clair, y compris des fax, des données et du courrier électronique. Son successeur Inmarsat-B est opérationnel depuis 1993 et a sensiblement réduit le coût des communications. Inmarsat-E transmet les positions des balises à des fins de sécurité et relaye l'information aux stations Inmarsat côtières, etc. 

Connecté sur les satellites Inmarsat, vous y entendrez tous les équipages des courses au grand large, les grands paquebots transatlantiques, certains hommes d'affaires et quantité d'expéditions scientifiques. Inmarsat est également utilisé dans les contrées reculées pour servir de relais entre les étudiants et leur professeur. Enfin, à travers le réseau ISDN (RNIS) et des terminaux Inmarsat GAN, il est également possible de se connecter à Inmarsat par Internet.

Pour écouter ces transmissions, tout ce qu'il vous faut c'est un récepteur (scanner) et une antenne accordés sur la bande L de 1525-1559 MHz (émissions sur 1626.6-1660.5 MHz). Les signaux étant émis à faible puissance, ici également un préamplificateur d'antenne de 20 dB à faible bruit (0.5 dB) est recommandé. L'antenne peut-être soit une parabole offrant un gain d'au moins 20 dBic (ou 10 dBic pour les Mini-M) soit une antenne hélicoïdale à polarisation circulaire à droite. Si vous souhaitez capter ces satellites lorsqu'ils sont près de l'horizon uniquement (comme le font certain bateaux) une antenne omnidirectionnelle accordée sur la bande L peut également convenir. 

Notons enfin que la plupart des antennes Inmarsat peuvent être utilisées pour capter les satellites météo en orbite polaire (GOES, etc).

Quelques solutions parmi d'autres pour capter les satellites de télécommunication. Entourant un portable Motorola pour la bande Ka (Iridium) muni de son antenne micro-onde, à gauche une parabole Inmarsat bande L (1.5 et 1.6 GHz) repliable de 1.44m de diamètre offrant un gain de 23 dBic et à droite, une parabole pour la bande Ka (Iridium, 20-30 GHz) de 1.8m de diamètre offrant un gain de 49.3 dBic. Documents Seavey Antenna et Motorola.

Réception d'Iridium

Citons pour mémoire la constellation des 66 satellites Iridium (Low-Earth Orbit) orbitant à environ 780 km d'altitude. Ils utilisent la bande Ka (19.4-19.6 GHz pour les transmissions vers le sol - downlink - et 29.1-29.3 GHz pour les liaisons montantes - uplink). Ils utilisent également la bande L (1616-1626.5 MHz) pour les services téléphoniques ainsi que la bande Ka (23.18-23.38 GHz) pour les liaisons entre satellites. Ce réseau est essentiellement utilisé pour les communications en zone rurales et maritimes où les liaisons terrestres sont inexistentes. Le réseau Iridium transmet également des données et peut être relié à tout ordinateur et à Internet. Enfin, Iridium offre un service de Pager qui permet de consulter des messages, des emails et des SMS n'importe où dans le monde.

A l'exception de la bande L, le réseau Iridium n'est donc pas accessible sur un récepteur scanner ordinaire. Il nécessite des downconverters et des paraboles à haut gain, réservant ce genre d'écoute aux bricoleurs les plus habiles capables de fabriquer leur propre installation de réception.

Réception de la NASA TV

Le Centre Spatial Johnson de la NASA diffuse en continu des émissions par satellite, essentiellement sur le satellite géostationnaire AMC-6 situé à 72° ouest. Il s'agit d'un satellite de TV ordinaire transmettant deux signaux : un signal vidéo à polarisation verticale au format NTSC émit en bande C sur 3880 MHz et un signal audio FM monaural sur une sous-porteuse de 6.8 MHz.

Sachant que le signal atteint 40 dBW à New York, mais est 1000 fois plus faible au milieu de l'océan Atlantique Nord, sa réception en Europe requiert une parabole à haut gain (>4m de diamètre) équipée d'un préampli d'antenne et un décodeur NTSC/PAL ou SECAM.

Aussi, si votre signal n'est que de 0 dBW en Europe, vous êtes 40 dB en-dessous et il est vain de vouloir capter quoi que ce soit.

Si le gain d'une parabole n'augmente que de 6 dB quand on double son diamètre, vous avez besoin d'une parabole 64 fois plus grande que celle captant le signal de 40 dBW (soit 64x 2m ou 128m de diamètre !) pour obtenir un signal de même qualité...

Rappelons toutefois que ces émissions sont également accessibles moyennant beaucoup moins de ressources sur Internet tandis que des extraits sont téléchargeables à partir de divers sites d'actualité (Spacelink, CNN, etc).

Réception des images d'ISS

Concernant la réception directe des images vidéos transmises depuis ISS ou la navette spatiale au centre de contrôle, il est vain de vouloir essayer. En effet, les signaux transitent par un relai satellite dénommé TDRS (Tracking & Data Relay Satellite) dont les informations sont encryptées pour des raisons de sécurité. La transmission est établie dans la bande microondes vers 15 GHz. A ces fréquences vous avez besoin de matériel très exotique et de beaucoup de savoir-faire pour mettre au point une installation de réception. Si vous n'êtes pas un ingénieur télécom talentueux, mieux vaut abandonnée l'idée... Mais si vous désirez plus d'information, consultez le site web UHF-Satcom ou inscrivez-vous à l'Amateur DSN Group sur Yahoo!

Deuxième partie

La réception des images météo

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[1] Des sociétés françaises peu scrupuleuses (et sans doute étrangères également) vendent des paraboles pour la TV numérique entre 3 et 5 fois le prix du marché qui est de l'ordre de 1000 euros en 2004 (soit des prix > 3500 euros). N'achetez jamais ce genre de matériel à un démarcheur qui passe à votre domicile. Plusieurs de ces sociétés ont été condamnées pour arnaque mais elles renaissent sous un nouveau nom et tissent leur réseau à travers tout l'Hexagone. Faites-vous bien conseiller dans une boutique spécialisée et demandez à voir les chaînes que l'installation est capable de recevoir... avant de signer quoi que ce soit. Certains satellites ne transmettent en effet aucune chaîne francophone... !


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