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 (à
installer dans un espace ouvert et pas trop près des habitations), un
récepteur accordé sur la même fréquence et quelques mètres de câble
coaxial.
La solution la plus économique
Voici
la solution la moins chère pour capter les satellites météos. Le
résultat n'est pas garanti car le matériel n'est pas optimal et le
signal ne sera pas puissant mais vous pourrez recevoir et décoder les images
des satellites météos ou d'autres émetteurs. Ces accessoires sont proposés sur
Amazon ou chez WiMo mais d'autres revendeurs les proposent également :
-
Récepteur VHF : Récepteur
RTL-SDR USB (14.99 €)
-
Antenne fouet VHF : Tram
1185 bi-bande ($24.99), Diamond MR-77 avec connecteur PL (35 €)
ou boucle magnétique active MegaLoop ML200 ou FX de Bonito
(369 ou 399 €)
-
Câble coaxial M/F SMA vers SO-239 : Câble
coaxial RF (9.70 €)
-
Logiciel SDR (gratuit) : SDR
console pour Windows ou Cubic SDR
pour Mac OS X
-
Logiciel de traitement d'images météos (gratuit) : WXtoImg
pour Windows et Mac OS X
-
Logiciel de capture audio (gratuit) : VB-Audio
Virtual cable pour Windows ou Soundflower
pour Mac OS X
-
Un ordinateur.
Coût
total : pour un minimum de 60 € plus l'ordinateur vous pouvez déjà installer une station de réception !
NB.
Si vous avez des difficultés pour trouver l'antenne et le câble coaxial, consultez
un magasin dédié au matériel radioamateur.
Nous
verrons page suivante les caractéristiques des dongles RTL-SDR et des logiciels.
Antennes
à faible gain
Pour
capter les émissions des satellites défilant en orbite polaire
(également appelés "Polar Orbiting Environmental Satellites"
ou POES), l'antenne doit être accordée sur 137 MHz. L'antenne la plus
simple mais efficace est la turnstile ou dipôle croisé
(70-80 € chez Thiecom ou Timestep)
présentée ci-dessous à gauche, 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 ou QFH) comme celle présentée ci-dessous au centre. 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.
Enfin,
il y a l'antenne discône présentée ci-dessous à droite. 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.
A
lire : Quadrifilar Helix Antennas,
Gogan.org
Le
dipôle croisé ou la quadrifilaire fonctionnent très bien, même lorsque le satellite
météo est seulement 20° au-dessus de l'horizon. Si vous utilisez une antenne
directionnelle, l'idéal est d'utiliser un rotor mais compte-tenue de la
précision demandée et du poids de l'antenne, ce moteur sera souvent la
partie la plus onéreux de votre installation (300-1500 €).
Comme
toute antenne fonctionnant dans 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 météos travaillent à différentes fréquences, nous avons
besoin de plusieurs types d'antennes. Pour recevoir les satellites météos 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 1 m à 2 m 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. 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.
Antennes
compactes

|
Antenne log
périodique compacte AX-31B de WinRADIO pour la réception de toutes
les fréquences comprises entre 230 MHz et 1600 MHz. |
Ce matériel
assez encombrant et qui doit être installé à l'extérieur risque de faire peur
aux débutants découvrant ce type d'installation. En effet, ça change de l'antenne
télescopique d'une radio portative !
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 discône, il existe
une solution "compacte" qui plaira sans doute à tous les
écouteurs et aux amateurs vivant en appartement ne disposant que moyens
et/ou d'espace limité.
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.
Comme on le voit à droite, malgré les apparences, c'est une Yagi, une beam
mais 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 €).
En
dessous de 200 MHz, si une antenne fouet de 1 à 2 m de longueur
permet de capter les émissions HF ou VHF dans un rayon de 100 à 1000 km
selon les fréquences, ce type d'antenne électrique
est limitée à une bande de fréquences relativement étroite et reste
très sensible aux parasites et à toutes les formes de QRM local.
Pour réduire cette sensibilité inhérente aux
antennes verticales, l'entreprise Bonito (Ham Radio Shop) propose deux
boucles magnétiques actives constituées d'un simple fil formant un
cercle ou un carré de 5 m de diamètre qui couvrent en continu et uniquement en
réception les fréquences comprises entre 9 kHz et 200 MHz (MegaLoop ML200,
369 €) ou entre 9 kHz et 180 MHz (MegaLoop
FX, 399 €). Ce genre d'antenne ne doit même pas nécessairement se placer à
l'extérieur; on peut la fixer sur un balcon ou sur une fenêtre. Vu son
faible encombrement, elle convient à une installation portable ou pour un dongle
SDR (voir page suivante).
Pour
les bandes GO (LW) et HF, notons que Wellbrook propose également une boucle
magnétique active de réception ALA-1530 (240 £) en tube
d'aluminium mesurant 1 m de diamètre mais couvrant uniquement les fréquences comprises
entre 50 kHz et 30 MHz. Elle est aussi efficace qu'un dipôle pour capter les émissions
radioamateurs, les messages codés et les stations de radiodiffusion. Elle
fonctionne également très bien à l'intérieur.
Une
boucle magnétique n'est toutefois pas une antenne magique. Si ce genre d'antenne est capable
de capter tout type d'émission (radiodiffusion, amateur, militaire, services
civils, etc.) dans un rayon d'environ 10000 km voire davantage si la propagation
est très bonne (pendant le maximum du cycle solaire), cette conception n'est
pas aussi performante qu'une antenne Yagi orientale taillée à la longueur d'onde
de travail. De plus, comme toute antenne, elle est sensible aux émetteurs de
radiodiffusion proches qui peuvent noyer les signaux plus faibles des stations
lointaines. Une boucle magnétique est équivalente aux performances d'un dipôle
tout en captant moins de parasites. Les modèles en tube d'aluminium sont
même orientables. Ainsi, depuis l'Europe par exemple, à part les
émetteurs radios internationaux très puissants (Russie, Brésil, Midwest américain,
Afrique centrale, Inde, Chine, etc) que l'on capte assez facilement, il est pratiquement
impossible de capter les émissions d'émetteurs locaux situés outre-Atlantique,
en Asie ou dans le Pacifique. Pour y parvenir (et ce n'est même pas certain vu
leur faible puissance), il faudrait installer une antenne HF ou VHF extérieure
orientale accordée sur la fréquence d'émission recherchée et l'équiper
d'un amplificateur pour garantir une bonne réception.
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 discône.
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 images d'ISS Concernant
la réception directe des images vidéos transmises depuis ISS (et
auparavant de 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 cryptées pour des raisons de sécurité. La transmission est établie
dans la bande micro-ondes 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!
Réception
des fax HF
Pour
la réception des fax et autres messages météos dans les bandes HF
(80-10 m), 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 précitée 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 !
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 météos en orbite polaire (GOES, etc).
A
consulter : Tele
Satellite
France Satellite
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.
Il
y a également la chaîne Publique et Média de la NASA Television qui
émet en modulation QPSK/DVB-S via le satellite AMC-3 situé à 87° Ouest.
La fréquence de downlink est de 4000 MHz, polarisation horizontale,
signaux en bande C au format numérique MPEG-2.
Notons
qu'un décodeur Integrated Receiver Decoder (IRD) compatible Digital Video
Broadcast (DVB) est nécessaire pour décoder ce signal.
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 (>4 m 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. En effet,
sachant que 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 2 m ou 128 m de diamètre !) pour obtenir un signal de
même qualité... En revanche, si vous passez par les Etats-Unis, vous
avez toutes les chances de pouvoir capter cette chaîne.
Rappelons toutefois que ces émissions sont également accessibles
moyennant beaucoup moins de ressources sur Internet
et en streaming HD tandis
que des extraits sont téléchargeables à partir de divers sites d'actualité (Spacelink, Space.com, CNN, etc).
Deuxième partie
La
réception des images météos |