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De nouvelles antennes compactes pour améliorer les communications par nanosatellite

Des scientifiques financés par l’UE ont fait la démonstration d’antennes compactes simples et peu coûteuses qui pourraient élargir le rôle des nanosatellites dans la télédétection et les communications spatiales. Ces nouvelles conceptions améliorent la largeur de bande des antennes et permettent une meilleure communication entre les stations au sol et les satellites.

Espace

Les nanosatellites et les picosatellites sont des catégories de plateformes spatiales miniaturisées peu coûteuses, construites selon des dimensions et des formes standard. Les deux plateformes sont modulaires et peuvent être empilées pour créer des engins plus grands. Leur utilité dans l’espace ne semble limitée que par leur taille et l’imagination de leurs concepteurs et utilisateurs. Les secteurs privé et public comptent de plus en plus sur celles-ci pour observer la Terre ainsi que pour tester de nouvelles technologies de communication. Les données recueillies par les satellites miniaturisés sont d’aussi bonne qualité que le signal qu’ils envoient à la Terre, tandis que le signal est d’aussi bonne qualité que l’antenne qui l’envoie. Les antennes des petits satellites nécessitent généralement des espaces dédiés sur le module de service et doivent souvent être déployées mécaniquement après le lancement du satellite. Cela ajoute un poids supplémentaire et occupe un espace précieux qui pourrait être utilisé à d’autres fins, tout en soulevant des problèmes de fiabilité. Le projet CSA-EU, financé dans le cadre du programme Actions Marie Skłodowska-Curie, a proposé de nouvelles conceptions d’antennes planaires qui améliorent de plusieurs façons les conceptions existantes. Fait important, ces antennes sont plus compactes et ne nécessitent pas de mécanisme de déploiement. Ces avancées constituent de bons prémices à la réduction du volume et du coût des petits satellites. En ce qui concerne leur utilisation, elles sont particulièrement bien adaptées à l’observation de la Terre, où l’imagerie à haute résolution et en temps réel revêt une grande importance.

Concevoir des antennes patch sur la surface des panneaux solaires

Au cours des dernières années, des progrès considérables ont été réalisés pour optimiser le fonctionnement en tandem des antennes patch avec des panneaux solaires. Cette fusion permet un gain de place à la surface des nanosatellites. Les antennes patch sont également moins coûteuses que les autres types d’antennes en raison de la simplicité de leur fabrication sur des circuits imprimés. Dans un premier temps, les chercheurs du projet ont développé une antenne à double alimentation et à polarisation circulaire placée au-dessus des panneaux solaires des nanosatellites. L’antenne a été fabriquée à partir d’une maille carrée conductrice montée sur un matériau de substrat transparent – une couche de verre borosilicate. «Le matériau transparent laisse intacte la structure originale de la cellule solaire, et ne compromet donc pas ses performances. Des valeurs élevées de transparence permettent aux panneaux solaires de fonctionner à haut rendement», fait remarquer George Goussetis, coordinateur du projet CSA-UE. La polarisation circulaire du signal permet au satellite et à la station au sol de maintenir la communication même si le satellite est en rotation par rapport au récepteur. Dans l’ensemble, l’antenne a fait preuve d’une bonne largeur de bande d’impédance, d’un diagramme de rayonnement stable et de niveaux minimum d’ombrage. Les résultats des recherches ont été publiés par le journal en libre accès de l’IEEE.

Augmenter la directivité en utilisant des réseaux end-fire

Une autre partie de l’étude était consacrée à la conception de réseaux end-fire. Ces réseaux d’antennes, qui émettent un rayonnement maximal à une extrémité, améliorent la directivité du signal. Le concept de cette nouvelle antenne impliquait un lanceur de guide d’ondes à plaques parallèles basé sur un guide d’ondes intégré au substrat. Le signal du satellite se propage à travers le guide d’ondes intégré au substrat qui le coaxialise en un motif connu sous le nom d’électromagnétisme transversal (TEM). C’était la première fois que des chercheurs faisaient la démonstration du mode TEM avec une propagation planaire du front d’onde. Là encore, l’IEEE a publié les résultats de ces importants travaux de recherche. «Les nanosatellites en orbite terrestre basse traversent le ciel pendant leur orbite, de sorte qu’ils n’ont pas une ligne de visée constante vers l’antenne de réception. Le but ultime est d’améliorer la capacité de diffusion de vidéos et d’images de la Terre en temps réel et à haute résolution en tirant le meilleur parti du champ de vision étroit de l’antenne. Cela implique de toute évidence une optimisation de la directivité et de la largeur de bande», conclut George Goussetis.

Mots‑clés

CSA-EU, nanosatellite, panneau solaire, antennes patch, largeur de bande, directivité, observation de la Terre, réseau end-fire, électromagnétisme transversal

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