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Télécommunications · Écoles d'ingénieurs — INPT

Communications par satellites

Le cours expliqué simplement, les questions que tous les élèves se posent et des exercices type examen national. Programme marocain, gratuit.

📘 Fiche de cours

L'essentiel du cours

Les systèmes de communication par satellite utilisent des satellites en orbite (souvent géostationnaire, GEO, à 35 786 km) comme relais.

  • Bilan de liaison : L'équation fondamentale est : $P_r = P_e + G_e + G_r - L_p - L_a$, où $P$ est la puissance (dBW), $G$ le gain (dBi) et $L$ les pertes (dB).
  • Loi de Friis : $L_p = 20 \log_{10}(\frac{4\pi d}{\lambda})$ représente les pertes en espace libre.
  • Rapport signal sur bruit : $\frac{C}{N} = P_r - N$, avec $N = k \cdot T \cdot B$ ($k$ : constante de Boltzmann, $T$ : température de bruit, $B$ : bande passante).

Méthodes à maîtriser

  1. Calculer la distance $d$ entre une station au sol et le satellite en utilisant la trigonométrie sphérique.
  2. Déterminer le rapport $C/N$ (Carrier-to-Noise) pour vérifier la qualité de la liaison.
  3. Calculer le décalage Doppler si le satellite n'est pas géostationnaire (à vérifier par le professeur).

Exemples corrigés

Exemple : Calculer $L_p$ à 12 GHz pour $d = 36000$ km. $\lambda = c/f = 3 \cdot 10^8 / 12 \cdot 10^9 = 0,025$ m. $L_p = 20 \log_{10}(\frac{4\pi \cdot 36 \cdot 10^6}{0,025}) \approx 205$ dB.

Erreurs fréquentes

  • Oublier de convertir les puissances en dBW ou dBm.
  • Confondre la température de bruit de l'antenne avec la température ambiante.
  • Négliger les pertes atmosphériques (pluie, gaz) dans le bilan de liaison.

🌉 Jisr : les mots du chapitre FR ⇄ AR

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Défi flash : 4 questions

Sans compte

🎯 Communications par satellites

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Quelle est la valeur approximative de l'altitude d'un satellite géostationnaire ?

❓ Questions fréquentes

Qu'est-ce qu'un satellite géostationnaire ?

C'est un satellite qui orbite dans le plan équatorial à une altitude précise (35 786 km). Sa période de révolution est égale à la période de rotation de la Terre (23h 56min 4s), ce qui le rend fixe par rapport à un point au sol.

💡 À retenir : Il reste immobile dans le ciel pour une antenne fixe.

Kifach n7seb l'bilan de liaison f l'examen ?
  1. Convertis toutes les puissances en dBW ($10 \log_{10}(P/1W)$).
  2. Additionne les gains (antennes).
  3. Soustrais les pertes (espace libre, câbles, atmosphère).
  4. Le résultat final doit être supérieur au seuil de réception du récepteur.

💡 À retenir : Travaille toujours en décibels (dB) pour transformer les multiplications en additions.

Pourquoi utilise-t-on des fréquences différentes pour la montée et la descente ?

Pour éviter l'interférence entre le signal émis par la station terrestre (très puissant) et le signal reçu (très faible) au niveau du satellite.

💡 À retenir : L'isolation fréquentielle protège le récepteur du satellite.

Chno hiya l'fayda dyal l'transpondeur ?

L'transpondeur kaystqbel l'signal, kaynqqih mn l'bruit, kaybdel l'frequence (pour éviter l'auto-interférence) et kayamplifih bach y'siftou l'ard.

💡 À retenir : C'est le cœur actif du satellite.

Comment calculer la distance satellite-station ?

En utilisant la loi des cosinus dans le triangle formé par le centre de la Terre, la station et le satellite. On a besoin de l'altitude $h$ et de l'angle d'élévation $\epsilon$.

💡 À retenir : $d = \sqrt{R_T^2 \sin^2 \epsilon + 2R_T h + h^2} - R_T \sin \epsilon$.

Wach l'bruit thermique kayt2ter b l'harara ?

Oui, le bruit thermique est directement proportionnel à la température absolue $T$ en Kelvin selon la formule $N = kTB$. Plus il fait chaud, plus le bruit augmente.

💡 À retenir : $N$ (en Watts) augmente linéairement avec $T$.

Qu'est-ce que le gain d'une antenne ?

C'est la capacité d'une antenne à concentrer l'énergie électromagnétique dans une direction donnée par rapport à une antenne isotrope.

💡 À retenir : Plus le gain est élevé, plus l'antenne est directive.

C'est quoi la bande passante d'un transpondeur ?

C'est la largeur du spectre de fréquences que le transpondeur peut traiter simultanément sans distorsion majeure.

💡 À retenir : Elle limite le débit binaire total du satellite.

Pourquoi le signal s'affaiblit-il dans l'espace ?

À cause de la divergence des ondes (loi en $1/d^2$) et de l'absorption par les gaz atmosphériques et la pluie.

💡 À retenir : L'affaiblissement en espace libre est la perte dominante.

Comment on choisit la position orbitale d'un satellite ?

Elle est choisie en fonction de la zone de couverture terrestre souhaitée (footprint) et des accords internationaux pour éviter les collisions et les brouillages.

💡 À retenir : La position est définie par sa longitude sur l'orbite géostationnaire.

Quelle est la différence entre liaison montante et descendante ?

La liaison montante va de la station vers le satellite (souvent bande Ku ou Ka), la descendante va du satellite vers les récepteurs (souvent bande C ou Ku).

💡 À retenir : Les fréquences montantes sont généralement plus élevées.

Est-ce que le satellite peut tomber ?

Non, il est en équilibre entre la force gravitationnelle et la force centrifuge due à sa vitesse orbitale.

💡 À retenir : La vitesse orbitale maintient le satellite en orbite.

✍️ Exercices type examen national

Exercice 1

Un satellite géostationnaire émet avec une puissance de 20 W vers une station au sol située à 38 000 km. Le gain de l'antenne d'émission est de 30 dBi et celui de réception est de 45 dBi. La fréquence est de 12 GHz. Calculer la puissance reçue en dBW.

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Exercice 2

On considère un transpondeur de bande passante $B = 36$ MHz. La température de bruit est $T = 500$ K. Calculer la puissance du bruit thermique $N$ en dBW. ($k = 1,38 \cdot 10^{-23}$ J/K).

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Exercice 3

Expliquer l'impact d'une pluie intense sur une liaison satellite en bande Ka (30 GHz).

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