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Institut des Télécommunications

Abdelhafid Boussof - Oran

دروس

ع ألقمار الصطناعيالتصاالملخص

Extraits deCours de Télécommunications par Satellite

CHAPITRE : VSECTEUR TERRESTRE

LES STATIONS TERRIENNES

Par : Mr SEDDIK BOUTIOUTA C.C

IGE / TS

2004 / 2005

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CHAPITRE V

Les stations terriennes

1) Introduction :…………………………………………………………………………. 12) Classification des stations terriennes…………………………………………………. 2

3) Classes d’antennes……………………………………………………………………. 3

4) Montures d’antenne ……………………………………………………………….…. 4

1) Monture X-Y…………………………………………………………………. 5

2) Monture AZ / EL……………………………………………………………… 6

3) Monture polaire ………………………………………………………….…… 7

Principe d’une antenne périscopique………………………………………………… 8

Schéma synoptique d’une grande station terrienne ………………………………… 9-10

5)CHAINES EMISSION ET RECEPTION D’UNE STATION TERRIENNE…. 11

1 - rôle des différents étages des chaines émission et réception ……………………….

1.1 introduction …………………………………………………………………………1.2 types de porteuses a emettre ou recevoir……………………………………………

a) Téléphonie ……………………………………………………………………... 12

b) Télévision………………………………………………………………………. 12

2.2 ENSEMBLE D’EMISSION …………………………………… 132.2.1 Caractéristiques générales…………………………………………………………

2.2.2 Description……………………………………………………………………….

2.2.3 Conception……………………………………………………………………….

2.2.4 Ensemble d’émission pour une porteuse……………………………………….. 14

2.2.5 Ensemble d’émission pour plusieurs porteuses……………………………….. 15

a) Couplage des chaînes après amplification ……………………………………... 16 b) Couplage des porteuses avant amplification…………………………………….

2.2.6 Sous-ensemble de modulation…………………………………………………… 17

Description………………………………………………………………………………

a) Téléphonie…………………………………………………………………….

b) Télévision …………………………………………………………………….. 18

2.2.7 Sous-ensemble de filtrage ………………………………………………………... 18

2.2.8 Sous-ensemble de transposition…………………………………………………. 19

2.2.9 Sous-ensemble d’amplification de puissance……………………………………. 21

a) Description………………………………………………………………….. 21

b) fonctionnement en monoporteuse …………………………………………. 21

c) fonctionnement en multiporteuses………………………………………….. 21

3.3) ENSEMBLE DE RECEPTION………………………………………………… 27

3.1) Description générale………………………………………………………

3.2) Caractéristiques générales…………………………………………………

3.3) Préamplificateur à faible bruit…………………………………………….

3.4) Liaison entre le préamplificateur à faible bruit et les chaînes de réception .. 30

3.5) Sous-ensemble de transposition de réception ……………………………. 30

3.6) Sous-ensemble de filtrage…………………………………………………. 32

3.7) Sous-ensemble de démodulation………………………………………….. 32

a) Démodulateur classique ……………………………………………… 33

b) Démodulateur à seuil amélioré………………………………………... 34CONCLUSION………………………………………………………………………… 35

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Les stations terriennes

1) Introduction :

C’est ce que nous avons appelée par le secteur terrien , plus particulièrement leséquipements des stations terriennes ( c’est à dire les équipements de traitement du signal au sol ) .

De point de vu développement , ces équipements ont connu les mêmes pas que les satellites . En général

la partie stations terriennes est le complément du secteur spatiale (les satellites ) .

2) Classification des stations terriennes

Plusieurs classes de stations terriennes existe à l‘heur actuel , les classes standards de L’INTALSAT

sont:

Classe A : C’est ce qu’on avait coutume d’appels « grandes stations terriennes » et qui sont

utilisées dans le système INTELSAT depuis 1965 (INTELSAT1 - « Oiseau du matin »).

Ces dernières années , une nouvelle spécification pour les antennes de classe A a été instaurée

pour répondre aux niveaux de puissance plus élevés qu’offrent les satellites récents

1. Diamètre du réflecteur de 30 mètres environ ; nouvelle spécification : de 13 à 18 mètres .

2. Elles sont exploitées dans la bande 6/4 GHz mais peuvent être modifiées dans certains cas

pour fonctionner dans la bande 11/14 GHz .

3. Le facteur de qualité est de 40,7 dB/K , la nouvelle spécification est de 35,0 dB/K .

Les stations terriennes de classe A sont équipées pour fonctionner dans tous les modes

d’exploitation .

Classe B : Ce type de stations a été crée pour constituer une solution plus économique que les

stations terriennes de classe A pour les artères à faible densité acheminant un faible volume de

trafic.

1. Diamètre du réflecteur de 10 à 13 mètres.

2. Elles sont exploitées dans la bande 6/4 GHz .

3. Le facteur de qualité est de 31,7 dB/K.

Les stations terriennes de classe B peuvent être équipées pour l’émission et la réception des

services SCPC / MIC / MDP-4 , MRF-C , IDR et télévision .

Classe C : Cette classe de station a été crée avec l’arrivée des INTELSAT V qui fonctionnent

non seulement en bande C mais aussi en bande Ku. Ces dernières années , la spécification a

également été révisée.

1. Diamètre du réflecteur de 14 à 18 mètres , nouvelle spécification : de 13 à 15 mètres .

2. Elles sont exploitées dans la bande 11/14 GHz.

3. Le facteur de qualité est de 40,0 dB/K. Nouvelle spécification : 37,0 dB/K .

Les stations terriennes de classe C peuvent être équipées pour assurer tous les services disponibles

en bande Ku. Elles peuvent être exploitées avec toute autre station utilisant la bande Ku ainsi

qu’avec les stations travaillant en bande C au moyen de répéteurs en connexion croisée .

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Classe D : Cette classe de station a été créée essentiellement pour le système VISTA à

faible densité de trafic . Une station de classe D1 est une petite antenne (5 mètres de

diamètre) de faible coût conçue pour les zones rurales / éloignées fournissant une capacité

minimale.

Le facteur de qualité pour ce type de station est de 22,7 dB/K.

Une station de type D2 a la même spécification qu’une station de classe B et a été conçue à

titre de station centrale pour les réseaux VISTA .

Toutes deux sont exploitées dans les fréquences en bande C .

Classe E : Ces stations étaient initialement destinées aux services de communications d’entreprises

d’INTELSAT (IBS) en bande Ku. Les deux plus grand diamètres d’antenne dans cette

classe de stations peuvent également être utilisés pour le débit binaire intermédiaire

(IDR).

E1 3,5 mètres de diamètre ; facteur de qualité : 25 dB/K .E2 5,5 mètres de diamètre ; facteur de qualité : 29 dB/K .

E3 8,0 mètres de diamètre ; facteur de qualité : 34 dB/K .

Le choix de la station est fonction des besoins des usagers.

Classe F : Tout comme les stations de classe E , ce type d’antenne était initialement destiné

au service IBS mais , depuis , son utilisation a été approuvée pour IDR (à l’exception de la

station F1). Les stations de classe F sont exploitées en bande C .

F1 5 mètre de diamètre ; facteur de qualité : 22,7 dB/K .F2 7 mètre de diamètre ; facteur de qualité : 27 dB/K .

F3 9 mètre de diamètre ; facteur de qualité : 29 dB/K .

Classe G : Les stations de classe G ont été conçue pour la prestation de services

internationaux dans le cas de stations terriennes qui ne sont conformes à aucune des classes

énoncées ci-avant .

Elles ne sont assujetties à aucune taille d’antenne spécifique , ni à un facteur de qualité ou

à une méthode de modulation , mais elles doivent tenir les spécifications obligatoires telles

que le gain dans les lobes latéraux , etc. .

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3) Classes d’antennes

Depuis 1965 , l’utilisation de diverses classes d’antennes dans le système INTELSAT a

été approuvée. Ces classes d’antennes sont fonction des paramètres de base suivants :

1. Diamètre du réflecteur2. Fréquence dans le spectre R.F.

3. Facteur de qualité ( Rapport gain à température de bruit )

4. Mode d’exploitation

Le tableau suivant présente un récapitulatif des paramètres de base pour les différentes

classes d’antennes .

Classe d’antenne Bande de fréquence G/T Diamètre Services Document

( GHz) (dB/K) (mètres) fournis

D’INTELSAT

A 6 / 4 35 15 - 18 TOUS IESS207

B 6 / 4 31,7 10 - 13 TOUS sauf AMRT IESS207

C 14 / 11,12 37 11 - 13 IDR / IBS IESS208

D1 6 / 4 22,7 4,5 - 6 VISTA

IESS207D2 6 / 4 31,7 11 VISTA

E1 14 / 11,12 25 3,5 - 4,5 IBS

E2 14 / 11,12 29 5,5 - 6,5 IDR IESS208

E3 14 / 11,12 34 8 - 10 IBS , IDR

F1 6 / 4 22,7 4,5 - 5,0 IBS

F2 6 / 4 27 7 - 8 IBS , IDR IESS207

F3 6 / 4 29 9 - 10 IBS , IDR

G 6 / 4 ou 14 / 11,12 Toutes tailles Services loues * IESS601

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4) Montures d’antenne

Une station terrienne exige généralement une structure de support en acier rigide ainsi qu’une

surface de réflecteur précise, et doit être dotée des paliers, engrenages et entraînementsnécessaires pour obtenir une précision de pointage à quelques centièmes de degré prés .

Elle doit également pouvoir résister aux conditions météorologiques extrêmes , de la chaleur

intense aux ouragans . La monture X-Y, la monture AZ/EL , et la monture polaire sont trois

types courants de montures .

1) Monture X-Y

Cette monture est utilisée pour des antennes de diamètre moyen (10 à 13 mètres).

La figure 1 illustre une monture X-Y . Pour cette monture, l’axe inférieur (X) est parallèle

au sol.

La rotation autour de cet axe déplace l’antenne en élévation. L’axe supérieur (Y) se trouvedans le plan vertical , perpendiculairement à l’axe X et varie du plan vertical au plan

horizontal .

Il s’agit du type de monture le plus simple mais qui offre une couverture limitée , pouvant

aller jusqu’à 90° dans l’axe X mais , dans certains cas , de ± 5° seulement sur l’axe Y .

figure 1 : Monture X-Y

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2) Monture AZ / EL

La position d’un point sur la Terre peut être définie à l’aide du système de cordonnées

en azimut / élévation . L’azimut est défini comme l’angle formé par la rotation autour d’un

axe perpendiculaire au plan horizontal local . La rotation en azimut entraîne celle del’axe d’élévation dans le plan horizontal . Une modification de l’angle d’élévation entraîne

une rotation de l’antenne dans le plan vertical .

L’installation d’une monture AZ / EL est relativement simple et ne présente pas de

problèmes critiques . L’axe azimutal doit être presque vertical par rapport au sol local pour

réduire les modifications de l’angle d’élévation lorsqu’il y a balayage en azimut .

La figure 2 présente la monture AZ / EL la plus simple . Ce type de monture assure une

couverture complète en élévation et ± 180° en azimut .

figure 2 : Monture AZ / EL

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3) Monture polaire

Une monture polaire a deux axes de rotation , comme l’illustre la figure 3 . Le premier

est l’angle d’axe horaire qui est parallèle à l’axe de la terre et qui est incliné dans le sens N/S

à partir du plan horizontal local jusqu’à un angle égal à la latitude du lieu . Par conséquent ,

l’axe horaire est parallèle au sol à l’équateur et il est perpendiculaire au sol au pôle Nord etau Sud . Le deuxième axe est la déclinaison . La déclinaison requise est déterminée par la

longitude du satellite ainsi que par la latitude et la longitude de la station .

figure 3: Monture polaire

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5)CHAINES EMISSION ET RECEPTION D’UNE STATION TERRIENNE

1 - ROLE DES DIFFERENTS ETAGES DES CHAINES EMISSION ET RECEPTION

1.1 INTRODUCTION

Les équipements de télécommunications d’une station terrienne ont pour rôle d’une part d’élaborer et de

moduler les porteuses à émettre vers le satellite et d’autre part de sélectionner et de démoduler les

porteuses à recevoir du satellite. En général les équipements qui traitent le signal avant les équipements

de modulation et après les équipements de démodulation ne font pas partie des équipements de

télécommunications de la station terrienne ; ils sont inclus dans les équipements du réseau terrestre .

Un ensemble de télécommunications d’Emission qui élabore les porteuses émises par la station.

Il comporte autant d’accès d’entrée qu’il y a de porteuses à émettre et un accès de sortie qui correspond

à l’accès d’entrée Emission du système d’antenne. Lorsque la station doit émettre des porteuses dans

deux polarisations orthogonales l’ensemble de télécommunications d’émission comporte alors deux accès

de sortie, un accès par polarisation. Les accès d’entrée, qui sont également les accès d’entrée desmodulateurs, constituent l’interface d’entrée entre le segment spatial et le segment terrestre d’une

liaison par satellite .

b) L’ensemble de télécommunications de réception qui sélectionne et démodule les porteuses reçues .

Il comporte un accès d’entrée correspondant à l’accès de sortie du système d’antenne et autant d’accès

de sortie qu’il y a de porteuses à recevoir . Lorsque la station doit recevoir des porteuses dans deux

polarisations orthogonales , l’ensemble de télécommunications comporte deux accès d’entrée , un accès

par polarisation . Les accès de sortie de l’ensemble , qui sont les accès de sortie des démodulateurs ,

constituent

l’interface de sortie entre le segment spatial et le segment terrestre d’une liaison par satellite .

1.2 TYPES DE PORTEUSES A EMETTRE OU RECEVOIR

Les satellite de télécommunications sont utilisés pour écouler du trafic téléphonique échanger des

programmes de télévision . Un signal de téléphonie étant très différent d’un signal de télévision, il en

découle des critères de qualités de transmission différents . Pour obtenir les qualités demandées en

téléphonie et en télévision , il est obligatoire de spécialiser des équipements de télécommunications

pour la téléphonie et des

équipements pour la télévision, d’où la distinction faite entre porteuse de téléphonie et porteuse de

télévision.

Dans les systèmes de télécommunications par satellites , le mode d’accès au satellite est en AMRF.Les caractéristiques des porteuses sont alors déterminées par les bilans de liaison en tenant compte des

imperfections d’équipements, afin d’obtenir la qualité de transmission requise pour n’importe quelle

liaison téléphonique et pour les liaisons de télévision . Ces caractéristiques constituent des

spécifications du système que toutes les stations terriennes du système devront respecter aussi bien en

émission qu’en réception .

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a) Téléphonie

On peut transmettre une seule voie téléphonique par porteuse : c’est le système monovoie, dans lequel

la porteuse est modulée par une seule voie. Pour transmettre plusieurs voies téléphoniques sur une

porteuse , les voies sont groupées pour former un multiplex à répartition en fréquence . La capacité du

multiplex téléphonie est un multiple de 12 voies qui est la capacité de base normalisée dans lestransmissions internationales . Les porteuses téléphonie d’un système sont donc normées en fonction de

leur capacité. Pour chaque porteuse on aura les paramètres suivants en fonction de la capacité : excursion

de fréquence , bande de fréquence allouée, puissance d’émission , rapport du niveau porteuse à

température de bruit à la réception .

b) Télévision

Un programme de télévision est composé de deux informations, l’image et le son associés à l’image

La transmission simultanée de ces deux informations peut se faire :

- Soit sur une porteuse unique modulée en fréquence par un signal composite issu du

multiplexage des signaux image et son .

- Soit sur deux porteuses émises simultanément, une porteuse modulée par le signal image , une

porteuse modulée par le signal son .

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2.2 Ensemble d’émission

2.2.1 Caractéristiques générales

Les paramètres de transmission : fréquence , puissance , capacité , excursion de fréquence des

porteuses à émettre étant imposés , l’ensemble d’émission doit également satisfaire aux spécifications

concernant le bruit apporté par les équipements dans une liaison . En particulier la qualité de

transmission de téléphonie exigée d’une liaison par satellite impose que la puissance de bruit pondéré

dans n’importe

quelle voie ne dépasse pas 10.000 pW comme défini dans l’avis 352-2 du C.C.I.R .

Dans le système INTELSAT , la part du bruit pondéré attribué aux équipements d’émission de la

station terrienne ne doit pas dépasser une puissance de 750 pW . Cette puissance de bruit est répartie

entre les causes comme suit :

* 500 pW pour le bruit causé par les produits d’intermodulation entre porteuses .* 250 pW pour les bruits d’équipements dus à des non linéarités d’amplitude , bruit de phase

bruit des amplificateurs , etc....

En conséquence , en plus des paramètres de transmission , les caractéristiques générales suivantes sont

spécifiées :

* caractéristiques amplitude-fréquence et temps de propagation de groupe pour chaque capacité

de porteuse .

* stabilité de puissance et de fréquence .

* niveau de modulation d’amplitude résiduelle .

* niveau de puissance des produits d’intermodulation émis .

* niveau du bruit émis autre que les produits d’intermodulation .

Enfin une dispersion d’énergie des porteuses est exigée afin de réduire les diverses formes

d’interférence entre les systèmes par satellite et les systèmes terrestres utilisant la même bande de

fréquence .

2.2.2 Description

L’ensemble de télécommunications d’émission est composé d’un ensemble de chaînes d’émission.

Une chaîne d’émission est constituée des quatre sous-ensembles suivants :

- le sous-ensemble de modulation qui élabore une porteuse à 70 Mhz et la module .

- le sous-ensemble de filtrage qui limite l’étendue du spectre de la porteuse modulée .

- le sous-ensemble de transposition de fréquence qui transpose la porteuse de fréquence

intermédiaire dans sa fréquence d’émission .

- le sous-ensemble d’amplification de puissance qui élève le niveau de puissance de la

porteuse

au niveau d’émission requis .

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FIG 1- CHAINE D’EMISSION

30 à 60 dBm -7 à 8 dBm 0 dBm -24 dBm

Accès sortie Amplification Transposition Filtrage Modulation Accèsentrée

Vers antenne Signal Tph

(T.V. : 0,5 à 1 Vcc)

L’ensemble de télécommunications comprendra autant de chaînes d’émission qu’il y aura de porteuses

à émettre . Cependant le sous-ensemble d’amplification pourra être commun à toutes les porteuses .

2.2.3 Conception

Dans la conception d’un ensemble d’émission , on devra avoir toujours à l’esprit l’évolution

croissante du trafic et l’obtention d’un taux de disponibilité le plus élevé possible . L’évolution du trafic

entraîne au niveau du système certains remaniements du plan de fréquence des porteuses et au niveau

de la station un accroissement de la capacité des porteuses accompagné souvent d’un changement de

fréquence d’émission. Aussi le choix des équipements se fixera sur des équipements facilement

adaptables aux porteuses normées du système et réglables dans toute la bande de fréquence allouée aux

télécommunications par satellite , soit 5625 Mhz -6425 Mhz ou 14000 Mhz - 14500 Mhz pour la

plupart des systèmes de télécommunications par satellite en service .

L’obtention d’un taux de disponibilité le plus élevé possible exige une redondance des équipements .

2.2.4 Ensemble d’émission pour une porteuse

Le cas le plus simple qu’on peut rencontrer est l’émission d’une seule porteuse . La figure 2 illustre

un ensemble d’émission pour une porteuse .

Amplification Transposition Modulation

de

puissance filtrage

Accès Accès entrée

sortie 1 transposition Modulation Signal multiplexvers 2 ou T.V.

antenne Amplification

de

puissance filtrage

FIG 2- CHAINE AVEC REDONDANCE

La redondance d’équipement permet en cas de panne de secourir la partie de chaîne en service

avant l’amplificateur de puissance par la manoeuvre du commutateur 1 et l’amplification de

puissance par le commutateur 2 .

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2.2.5 Ensemble d’émission pour plusieurs porteuses

Lorsque plusieurs porteuses sont à émettre simultanément , la conception de l’ensemble d’émission

devient un peu plus compliquée car il faut coupler les porteuses sur un accès de sortie unique .On peut envisager :

- soit de coupler les chaînes d’émission après l’amplification de puissance. Dans ce cas il

y a une chaîne complète par porteuse .

- soit de coupler les chaînes d’émission avant l’amplification de puissance . Dan ce cas , les

porteuses sont amplifiées simultanément et le sous-ensemble d’amplification fonctionne en

mode multiporteuse .

a) Couplage des chaînes après amplification

Un ensemble d’émission utilisant un couplage de chaînes après amplification des porteuses présente

l’avantage de ne pas créer de produits d’inter modulation entre porteuses . En effet, le couplage des

chaînes est réalisé par des éléments passifs donc linéaires .

b) Couplage des porteuses avant amplification

Cette disposition est le plus fréquemment rencontrée dans les stations terriennes parce qu’elle

présente une grande souplesse d’exploitation ; car le couplage des porteuses (figure couplage

porteuses) est apériodique et est effectué à faible niveau . Par contre , l’amplification de puissance

qui fonctionne en mode multiporteuse crée des produits d’inter modulation . On devra

dimensionner le sous-ensemble d’amplification de puissance pour travailler en régime linéaire defaçon à ne pas dépasser les niveaux Spécifiés de produits d’inter modulation entre porteuses.

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2.2.6 Sous-ensemble de modulation

Un sous-ensemble de modulation , en plus des fonctions élaboration et modulation d’une porteuse,

assure la fonction dispersion d’énergie. Pour rendre l’exploitation simple et économique, les sous-

ensembles de modulation de la station seront semblables et pourront être adaptés aux divers types de

porteuses par des réglages et le remplacement simple de certains éléments.

Description

a) Téléphonie

Un sous-ensemble de téléphonie (fig 4) comporte six éléments principaux :

* Une platine de dispersion destinée à recevoir le signal multiplex de téléphonie , deux voies de service

pour la liaison entre stations correspondantes , une onde pilote de continuité de liaison . Elle comporte :

une cellule de préaccentuation et un générateur de signal triangulaire qui assure un étalement du spectre

de la porteuse lorsque la charge du multiplex devient trop faible, c’est-à-dire lorsqu’il y a peu ou pas de

voies actives. Le signal de dispersion est déclenché par le niveau de charge et est superposé au signal

multiplex . La courbe de préaccentuation dépendant de la capacité du multiplex , la cellule de

préaccentuation est prévue amovible .

* Un filtre coupe-bande qui a pour but de constituer une fenêtre de mesure vide de tout bruit

au-dessus de la fréquence la plus élevée de du multiplex téléphonique transmit. Ceci permet à la

réception , de mesurer dans cette fenêtre le bruit apporte par la liaison . La fréquence centrale de ce filtre

dépendant de la capacité du multiplex , le filtre est donc prévu amovible .

FIG 4 - SOUS-ENSEMBLE DE MODULATION TELEPHONIE

Filtre F1 Dispersion

+ CTPG

Modulateur d’énergie Mux- 24 dBm

CTPG CAF CTPG Modu fil coupe v.ser

Satellite B

Sortie

+ 0,8 dBm Réglage préacc onde pil

excursion -44 dBm

* Un modulateur qui élabore la porteuse de 70 Mhz . Il est composé de deux oscillateurs dont lesfréquences sont espacées de 70 Mhz pour obtenir une raie à 70 MHz dans un mélangeur à cristal . Le

réglage de l’excursion de fréquence est obtenu par atténuateur réglable qui agit sur l’amplitude du signal

modulant .

* Un ensemble filtre et correcteur de temps de propagation de groupe (CTPG) qui , d’une part , limite la

largeur du spectre à la bande maximale allouée (40 Mhz dans le système INTELSAT) pour la capacité

de voie maximale à transmettre et d’autre part corrige les variations de temps de propagation de groupe

du sous-ensemble .

* Un contrôle automatique de fréquence (CAF) qui comporte un discriminateur de fréquence à 70 MHz

compensé en température et qui délivre une tension continue proportionnelle à l’écart de fréquence

moyen entre la porteuse et la fréquence de référence 70 Mhz .

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b) Télévision

Ce sous-ensemble de modulation de télévision (fig 5) est sensiblement identique au sous-ensemble de

modulation de téléphonie , sauf en ce qui concerne la dispersion d’énergie et le filtre coupe bande qui est

supprimé . La platine d’énergie ne comporte pas de cellule de préaccentuation . D’autre part le signal de

dispersion d’énergie est émis continuellement et est synchronisé avec le signal de synchro-trame del’image.

La cellule de préaccentuation pour le standard 625 lignes ou 525 lignes est montée sur le modulateur .

Filtre F1 Dispersion

+ CTPG Modulateur d’énergie

CTPG CAF CTPG Modu pré Signal

Sortie Satellite

+ 0,8dBm Réglage excursion T.V.(0,5 à 1V

crête à crête)

FIG-5 SOUS-ENSEMBLE DE MODULATION DE TELEVISION

2.2.7 Sous-ensemble de filtrage

Le sous-ensemble de filtrage est composé d’un filtre passe bande associé à un correcteur de temps de

propagation de groupe. Il a pour but de limiter dans un gabarit défini , le spectre de la porteuse et de

corriger les variations de temps de propagation du filtre et du reste de la chaîne (transposition et

amplification de puissance) . Le filtre et le correcteur sont donc réglables et prévus amovibles .

Les caractéristiques radioélectriques dépendront du type et de la capacité de la porteuse .

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2.2.8 Sous-ensemble de transposition

1) Description

Le sous-ensemble de transposition peut être constitué soit :

a) Par une transposition à simple changement de fréquence qui amène directement la porteuse modulée

de

70 Mhz à la fréquence d’émission . La transposition à simple changement de fréquence est composée

comme (fig 6) d’un amplificateur FI , d’un mélangeur à diodes , d’un oscillateur local et de deux

filtres passe bande accordables, l’un en série avec l’oscillateur pour éliminer les raies éventuelles de

l’oscillateur, l’autre en sortie du mélangeur pour atténuer au maximum la fréquence image et le résidu de

la raie de l’oscillateur local . Le filtre de sortie a une largeur de bande suffisante pour transmettre

n’importe quelle porteuse c’est-à-dire de l’ordre de 40 Mhz pour les porteuses INTELSAT .

Filtre de

sortie Mélangeur Amplificateur FI = 70 Mhz

-7 à +8dBm + 08 dBm

FPB

X Oscillateur

local

FIG 6 - SCHEMA D’UNE TRANSPOSITION A SIMPLE CHANGEMENT DE FREQUENCE

Tout changement de fréquence d’émission demande le changement du quartz pilote (ou le changement de

la fréquence du synthétiseur) et le réglage de deux filtres.

b) par une transposition à double changement de fréquence qui amène d’abord la porteuse de 70 Mhz à

une fréquence de l’ordre de 825 Mhz . Puis de 825 Mhz à la fréquence d’émission , comme montré fig 7 .Ceci permet d’avoir en sortie un filtre à très large bande 5925 - 6425 Mhz (ou 14.000-14.500) Mhz . En

cas de changement de fréquence d’émission , les opérations à effecteur se réduisent au changement de la

fréquence du 2éme oscillateur .

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Ampli FI Amplificateur

Filtre HF (825 Mhz) Filtre FI = 70 Mhz

Fem porteuse

=Fo+ 825 modulée

70MHz

2e Oscillateur local 1e Oscillateur local

Fo = Fem - 825 Mhz Fo - 755 MHz

FIG 7 - SCHEMA D’UNE TRANSPOSITION A DOUBLE CHANGEMENT DE

FREQUENCE

Les principales performances d’un sous-ensemble de transposition sont :

* la stabilité de fréquence qui doit être supérieure à 10-6 pour la plupart des porteuses . Elle doit être de

10-8

pour les transpositions de porteuses monovoies SCPC .

* le bruit de phase des oscillateur locaux .

* la linéarité du mélangeur à diode pour les porteuses monovoies qui sont transposées simultanément àleur

fréquence d’émission .

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2.2.9 Sous-ensemble d’amplification de puissance

a) Description

Ce sous-ensemble d’amplification comprend , en général , deux amplificateurs équipés de

tubes à ondes progressives : un préamplificateur ,un amplificateur de puissance . Les tubes à ondes

progressives (T O P) ont une bande de fréquence d’amplification instantanée supérieure à 500 Mhz ;largeur de bande qui correspond aux bandes d’émission des télécommunications par satellite (5925-6425

et 14.000 -14.500 ) MHz . De ce fait , ils sont utilisés de préférence aux klystrons dont la largeur de

bande ne dépasse pas 70 Mhz à 3dB .

La puissance du sous-ensemble d’amplification dépend de l’importance et du nombre de porteuses à

transmettre. Elle peut aller de quelques centaines de watts jusqu’à 10 KW de puissance à saturation .

Les sous-ensemble d’amplification de puissance de chaque station terrienne sont des cas particuliers

liés à la conception de l’ensemble d’émission . On peut donner à titre purement indicatif un ordre de

grandeur de puissance à saturation des ensembles d’amplification des stations INTELSAT selon le

mode de fonctionnement des amplificateurs :

b) fonctionnement en monoporteuse

Dans ce mode d’amplificateur de puissance peut travailler prés du point de saturation . Selon la perte

de

la liaison entre la sortie du TOP de puissance et de accès émission de l’antenne , une puissance à

saturation de 250 watts à 600 watts convient pour transmettre n’importe quelle porteuse jusqu’à une

capacité de 312 voies.

c) fonctionnement en multiporteuses

Dans ce mode , les amplificateurs ne peuvent pas travailler prés du point de saturation à cause desniveaux

de produits d’intermodulation qu’il créent. Par exemple pour les niveaux des produits d’intermodulation

spécifiés dans le système INTELSAT, le recul de puissance de sortie par rapport au point de saturation

doit être au moins de 7 dB ; cela dépend de la répartition en puissance des porteuses . On peut dire à

priori que pour émettre une puissance de 2 KW en mode multiporteuses , il faudra un T.O.P de 10 KW de

puissance à saturation . On peut améliorer le rendement de ce mode de fonctionnement en utilisant un

linéariseur inventé par la compagnie THOMSON-CSF, qui apporte un effet de non-linéarité inverse à

celle des T.O.P . Si la variation de gain de l’ensemble d’émission est inférieure à 2 dB dans la bande , la

puissance d’émission utilisable peut être améliorée de 3 dB. La figure 8 donne le schéma synoptique

d’un sous-ensemble d’émission utilisant un linéariseur .

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Amplificateur

de puissance correcteur préamplificateur

à TOP d’amplitude à TOP linéariseur

-30 dBw 23 dBm 24 dBm -16 dBm

FIG 8 - SOUS-ENSEMBLE D’AMPLIFICATION AVEC LINEARISEUR

En résume , le choix des T.O.P , de puissance et de préamplification est imposé par la puissance à émettre

, le gain à obtenir et par le niveau des produits d’intermodulation permis. En dehors des produits

d’intermodulation , on fait également attention au niveau de bruit de sortie qui est principalement fixé par

le facteur de bruits du tube préamplificateur et le gain du sous-ensemble d’amplification .

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3.3) ENSEMBLE DE RECEPTION

3.1) Description générale

L’ensemble de télécommunications de réception reçoit toutes les porteuses captées par l’antenne etamplifiées par le récepteur à faible bruit. Il a pour rôle de sélectionner et de démoduler les porteuses des

correspondants .

Il comporte autant de chaînes de réception qu’il y a de destinations à l’émission , c’est-à-dire que le

nombre de chaînes de réception est plus élevé que le nombre de chaînes d’émission (une porteuse à

l’émission étant à multidestinations) .

De même que pour l’ensemble d’émission , on cherche à obtenir des équipements une grande souplesse

d’exploitation et en particulier on prévoit la possibilité d’extension du nombre de chaînes. En effet la

station terrienne étant en service, pour établir une liaison téléphonique avec une station nouvelle il suffit

peut être à l’émission d’ajouter une ou plusieurs voies sur une porteuse de capacité incomplète, tandis

qu’à la réception il faudra recevoir la porteuse de cette nouvelle station .Un ensemble de réception comprend un système d’amplification à faible bruit un répartiteur de porteuse

dénommé diviseur réception et un ensemble de chaînes de réception . Chaque chaîne de réception , à

l’image d’une chaîne d’émission , est composée de trois sous-ensemble .

Amplificateur à faible bruit Diviseur de réception Chaîne réception

Transposition

Filtrage

Démodulation

sortie

multiplex

-35 dBm -40 dBm -30 dBm

-90dBm

Amplis Amplis

paramétriques de ligne n chaînes de réception

Accès

rec

FIG 9 - ENSEMBLE RECEPTION

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* le sous-ensemble de transposition de réception qui convertit la fréquence de réception d’une porteuse

en

une fréquence intermédiaire de 70 mhz.

* le sous-ensemble de filtrage qui limite la bande de bruit.

* le sous-ensemble de démodulation .

En réception , les voies de retour des circuits téléphonique : sont réparties sur un grand nombre de

porteuse

et il ne serait pas rentable d’avoir une redondance de 1 sur 1 pour toutes les chaînes de réception . Le

critère de la redondance en fonction des porteuses reçus est déterminé non pas principalement par la

capacité de la porteuse, mais par le nombre de voies de retour qu’elle transporte ou l’importance des

circuits établis .

Certaines chaînes seront entièrement redondantes et d’autre chaînes auront une redondance de 1 pour x ,

x étant déterminé par la fiabilité des équipements de la chaîne .

3.2. Caractéristiques générales

Les paramètres des porteuses reçues tels que rapport porteuse à température de bruit et excursion de

fréquence étant définis, les divers équipements de réception devront avoir des performances suffisantes

pour obtenir la qualité de liaison requise .

Les caractéristiques essentielles de l’ensemble de télécommunications de réception seront :

* la bande de fréquence de fonctionnement . Elle est de 3700-4200 MHz pour les satellites de

télécommunications en service .

* la contribution de l’ensemble de réception à la température de bruit globale de la station . Un facteurde

bruit , mesuré à l’accès d’entrée de l’ensemble de réception à n’importe quel point de la bande, sera

spécifié .

* le bruit dans une voie téléphonique, du aux équipements de réception le niveau de ce bruit pondéré

dans

une voie téléphonique ne doit pas dépasser 250 picowatts pour les liaisons du systèmes INTELSAT .

3.3 Préamplificateur à faible bruit

Le préamplificateur de réception a pour but d’amplifier les signaux de très faible niveau (quelques picowatts) existant à l’accès réception de la station terrienne . Il doit en outre avoir une contribution de

bruit la plus faible possible .

Le système de réception est caractérisé par son facteur de qualité (ou mérite) G/T . Celui-ci s’exprime

comme le rapport du gain d’antenne en réception à la température globale de bruit ramenée à l’entrée du

préamplificateur de réception (cf. bruit) . Il faut donc que la température de bruit globale soit la plus

faible possible .

La température globale de bruit ramenée à l’entrée du préamplificateur dépend de paramètres :

- la température d’antenne (assez faible , de l’ordre de 30 k)- la température de bruit de la liaison source-préamplificateur. (Pour la réduire le préamplificateur se

trouve

directement derrière la source d’antenne) .

- la température de bruit propre au préamplificateur. On utilise donc un préamplificateur à faible bruit .

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A 4 GHz la température de bruit du préamplificateur est d’environ 60 k à 11 GHz celle est d’environ 140

k Ces préamplificateurs sont à température ambiante.

Des températures de bruit plus faibles (≅ 20 k) sont obtenues sur certains préamplificateurs mais font

appel à une installation de cryogénie importante (température physique de l’ordre de 27 k) .

Un amplificateur à faible bruit est généralement constitué de deux étages paramétriques situés dans une

même enceinte (refroidie à 253° k) suivi d’un étage à semi conducteurs .Chaque étage paramétrique est constitué d’une diode à capacité variable disposée dans une cavité

résonnante, qui reçoit d’une part :

* le signal à amplifier (Ex : 4 GHz , 1pW )

* un signal de pompe (Ex : 32 GHz , 150mW)

1 3 1 3

Signal Signal de sortie

d’entrée 4 GHz

2 2

Diode à capacité Pompe

variable(varactor) 32 GHz (varactor)

cavités résonnantes à 28 GHz

Le signal de pompe est destiné à faire varier la capacité du varactor ; ils transfert l’énergie de la pompe au

signal . Le gain de chaque étage est d’environ 13 dB .

Le gain global d’un préamplificateur à faible bruit est de 55 à 58 dB . La largeur de bande

d’amplification est de 500 mhz ou 750 MHz , largeur correspondant respectivement aux bandes de

réception des télécommunications par satellite du réseau INTELSAT 3700-4200 MHz et 10950-11700

MHz .

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3.4) Liaison entre le préamplificateur à faible bruit et les chaînes de réception .

Pour avoir une bonne souplesse d’exploitation , la liaison entre le préamplificateur de réception et les

chaînes de réception est constituée, comme montre par la figure 10 par une liaison apériodique

comprenant une liaison en guide d’onde ou en câble coaxial suivie d’un ampli de ligne et d’un diviseur de puissance à n sorties où sont connectées les chaînes .

Diviseur

1 / n

Fr Chaîne de réception

Guide d’onde

préampli n chaîne

réception

ou coaxial

FIG 10 -ENSEMBLE DE RECEPTION

3.5 ) Sous-ensemble de transposition de réception

1 Description

Le sous-ensemble de transposition de réception a pour rôle de présélectionner une des porteuses

reçues et de la transposer en fréquence intermédiaire 70 MHz. La transposition de fréquence , comme en

émission , peut être effectuée soit :

a) par un simple changement de fréquence (fig 11) où la porteuse en fréquence intermédiaire de 70 Mhz

est obtenue par mélange du signal de porteuse et du signal d’un oscillateur local dans un mélangeur à

diode.

Un filtre passe bande d’entrée est placé avant le mélangeur pour éliminer les signaux de fréquence image

. La bande passante de ce filtre est suffisante pour transmettre n’importe quel type de porteuses. Le filtre

d’entrée , l’oscillateur local et son filtre doivent être réglables pour transposer une porteuse de fréquence

quelconque dans la bande de réception .

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Filtre Mélangeur

F.rec 70MHz 70 Mhz

Ampli F. I

-23 à -73 dBm + 0,8 dBm

(selon la configura BP = 40 MHz Fo

de la station )

FPB

Oscillateur local

FIG 11 - TRANSPOSITION A SIMPLE CHANGEMENT DE FREQUENCE

b) par double changement de fréquence (fig 12) où la porteuse à recevoir est transposée dans une

première fréquence intermédiaire d’environ 825 MHz , puis elle est transposée dans la fréquence de 70

MHz. Le filtre d’entrée , placé avant le premier changement de fréquence, a une bande passante égale à la bande locale de réception . Le second filtre , placé avant le changement de fréquence 25 - 70 MHz , a une

bande passante suffisante pour transmettre n’importe quel type de porteuse. La sélection de la porteuse

est effectuée uniquement par l’accord en fréquence du 1er oscillateur , le 2eme oscillateur à une

fréquence fixe , d’où une facilité de réglage de ce type de transposition .

Ampli Ampli

825 MHz 70 MHz

Frec 70 MHz

Filtre Filtre825

BP = 500mhz Mhz BP 40mhz 70 MHz-23 a -73 dBm Fo1

(selon la configuration

de la station )

filtre filtre

Oscillateur

local

Oscillateur local 1 à 755 MHz

FIG 12 - TRANSPOSITION A DOUBLE CHANGEMENT DE FREQUENCE

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Les oscillateurs locaux sont généralement pilotés par quartz mais ils pourront être prévus pour être pilotés

par des synthétiseur .

Les caractéristiques essentielles des transpositions sont :

* la stabilité de fréquence (meilleur que 10-5)

* l’excursion de fréquence parasite .

* l’affaiblissement à la fréquence image

* le niveau des produits d’intermodulation en particulier pour les transpositions à double

changement de fréquence et les transpositions à simple changement de fréquence utilisées pour les

porteuses monovoies

(SCPC) .

3.6) Sous-ensemble de filtrage

Ce sous-ensemble a pour rôle de parfaire la sélection de la porteuse transposée à 70 mhz et de délivrer

un

niveau de porteuse bien défini au sous-ensemble de démodulation .

IL est composé :

* D’un filtre passe bande , corrigé en temps de propagation de groupe , qui parfait la sélection de la

porteuse et limite la bande de bruit .

* D’un amplificateur en fréquence intermédiaire 70 mhz à contrôle automatique de gain pour délivrer un

niveau constant à l’entrée du sous-ensemble de démodulation , quel que soit le niveau d’entrée qui est

fonction du type de la porteuse reçue .

3.7) Sous-ensemble de démodulation

Le sous-ensemble de démodulation a pour rôle essentiel de restituer le signal modulant la porteuse ,

de le désaccentuer et de supprimer le signal de dispersion d’énergie . En téléphonie il délivre également

des signaux d’alarme en cas d’anomalie dans la liaison , tel que absence du signal pilote de 60 khz ,

niveau anormal de bruit la fenêtre de mesure située immédiatement au-dessus de la fréquence la plus

élevée du multiplex.Un dispositif dénommé silencieux coupe la sortie multiplex lorsque le bruit dépasse un niveau donnée .

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3.8) Description

Un sous-ensemble de démodulation comparateur de temps de propagation de groupe (CTGP)

corrigeant l’ensemble de la chaîne de réception ,un démodulateur et un équipement de bande de base .

L’organe essentiel du sous-ensemble de démodulateur qui peut être soit classique soit à seuil amélioré .

a) Démodulateur classique

Ce type de démodulateur est utilisé pour démoduler les porteuses de téléphonie de capacité supérieure

à 252 voies et les porteuse de télévision . Il est composé d’un limiteur , d’un discriminateur à circuit

décalé ,d’un amplificateur séparateur , d’une cellule de désaccentuation et d’un amplificateur à gain

réglable pour délivrer le niveau de sortie correct en fonction de l’excursion de fréquence. La cellule de

désaccentuation est amovible pour adapter le démodulateur aux différents types de porteuses à démoduler

. Les sous-ensembles de démodulation de téléphonie et de télévision ne différent que par l’équipement

de bande de base .

La figure 13 donne le schéma synoptique d’un sous-ensemble de téléphonie .

Equipement de bande

de base Téléphonie

-3,5dBm

Filtre niveau

alarme

Démodulateur Classique 60KHz

70mhz Limiteur Séparateur Ampli Filtre niveau

alarme

+0,8dBm

CTPG Discrim désacc attén -20dBm

Filtre voies de

service

4 -12KHz

- 15dBm

Filtre multiplex

passe haut

FIG 13 - SOUS -ENSEMBLE DE DEMODULATION DE TELEPHONIE

En télévision , l’équipement de bande de base est constitué d’un alignieur qui a pour but d’éliminer le

signal de dispersion d’énergie en alignant les signaux de synchronisation ligne à la même valeur . Lafigure 14 donne le schéma synoptique d’un sous-ensemble de télévision .

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Démodulateur Classique Equipement de bande

de base de T.V.

70 Mhz Limiteur Séparat Attén Ampli TV image

Aligneur

CTPG Discrim Désacc Signal d’entrée

FIG 14 - SOUS - ENSEMBLE DE DEMODULATION DE TELEVISION

b) Démodulateur à seuil amélioré

Ce type de démodulateur est utilisé en téléphonie pour des capacités égales ou inférieure à 252 voies. Le

principe des démodulateurs à seuil amélioré consiste à réduire la bande de bruit , donc le niveau de bruit

accompagnant le signal instantané de la porteuse modulée. Pour cela deux méthodes peuvent être

employées :

la compression de fréquence ou le filtre asservi .

Filtre

Mélangeur étroit Ampli Limiteur Discrim Ampli signal

70 MHz multiplex

filtre

20 mhz

Modulateur C.A.F

90 MHz

FIG 15 - DEMODULATEUR A COMPRESSION DE FREQUENCE

La figure 15 donne le schéma synoptique d’un démodulateur à compression fréquence. La porteuse de

fréquence 70 mhz est appliquée à un mélangeur transpose cette porteuse à 20 mhz à l’aide d’un

modulateur de fréquence 90 . Aprés le passage du filtre de bande passante inférieure à la bande de Carson

porteuse est démodulée et le signal obtenu aprés démodulation est appliqué au modulateur 90 MHz . La

fréquence du modulateur tend donc à suivre la fréquence instantanée de la porteuse apportant ainsi une

compression de fréquence surporteuse et non sur le bruit. Le démodulateur comporte une commandeautomatique de fréquence (C.A..F) pour compenser les tolérances sur les différentes fréquences dans la

liaison .Ceci est d’autant plus nécessaire que la capacité de la porteuse est faible, donc le filtre étroit .

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Dans un modulateur à filtre asservi (figure 16) la porteuse reçue appliquée à filtre passe bande à un pôle ,

dont la capacité est constituée par varactor . La sortie du filtre est reliée à un démodulateur classique dont

signal de sortie, proportionné à la fréquence instantanée de la porteuse , appliqué au varactor parés

amplification de sorte que la fréquence d’accord filtre « suive » la fréquence instantanée de la porteuse.

On conçoit alors que la bande passante de ce filtre puisse être réduite en-dessous de la bande de Carson, pour obtenir un niveau de bruit réduit. Pour les mêmes raisons évoqué pour un démodulateur à

compression de fréquence, le démodulateur à filtre asservi est équipé d’une commande automatique de

fréquence . L’avantage démodulateur à filtre asservi est sa simplicité et en outre il utilise démodulateur

classique .

DEMODULATEUR CLASSIQUE

CAF

Ampli Ampli Limiteur Discrim Séparateur

70 Mhz

70mhz signalAmpli multiplex

FILTRE ASSERVI

FIG 16 - DEMODULATEUR A FILTRE ASSERVI

CONCLUSION

L’ensemble de télécommunication d’unestation terrienne est comme on vient de le voir

,un ensemble complexe. Les équipements qui le compose pourraient être comparés aux équipements des

faisceaux hertziens sauf qu’au lieu d’être prévus pour une capacité donnée dans un plan de fréquencefigé , ces équipements doivent pouvoir être adaptés rapidement à l’évolution des paramètres de

transmission découlant de l’évolution croissante du trafic . En conséquence ceci entraîne une évolution et

une amélioration continuelles des équipements et de leurs performances . Les performances de

transmission et de taux de disponibilité des liaisons dans les télécommunications par satellites sont

obtenue par la mise en oeuvre de matériel faible et de techniques avancées .

cours de sat.pdf

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