Trafic radioamateur en phonie via satellites

Les radioamateurs via satellites

Les radioamateurs à la conquête de l'espace !

Au début des années 60 les radioamateurs ont commencé à s'intéresser à l'espace pour élargir leurs champs d'expérimentations. Un satellite de 4,5 kg équipé d'une balise et baptisé Oscar-1 (Orbiting Satellite Carrying Amateur Radio), développé par Lance Ginner, K6GSJ, est lancé en décembre 1961 et c'est le début de la conquête de l'espace par les radioamateurs ! Sa balise envoyait les lettres HI sur 144.983 MHz en CW. Les satellites suivants, conçus et réalisés sous la tutelle de l'AMSAT (organisation mondiale de radioamateurs dont le but est de concevoir, construire et maintenir des satellites expérimentaux et de promouvoir l'éducation spatiale.), ont embarqué des répéteurs permettant aux terriens que nous sommes, d'échanger des messages en SSB, CW, FM, Packet-radio...
Nous nous intéresserons ici aux bases du trafic amateur via satellites en phonie SSB et FM. Nous ne parlerons pas de l'ISS puisque ce n'est pas tout à fait un satellite et qu'il y a sur ce site une rubrique qui lui est dédiée. C'est ici.

Lance Ginner et OSCAR 1

Comment ça marche ?

Il existe 2 types de satellites

- Les satellites géostationnaires.
- Les satellites défilants héliosynchrones. Ce sont ceux qui vont nous intéresser ici et plus particulièrement, les LEO (Low Earth Orbit). Il s'agit des satellites évoluant en basse altitude.

Vous trouverez quelques informations sur ce qui les différencie sur cette page.

Les satellites radioamateurs déstinés à la phonie embarquent en général l'équivalent d'un transpondeur (émission sur une bande et réception sur une autre bande). En orbite à une altitude allant de 500 à 2000 kilomètres de la terre, ils se déplacent en permanence à très grande vitesse.

C'est cette vitesse qui provoque les phénomènes suivants

- les fréquences d'émission et de réception varient à cause de l'effet Doppler-Fizeau. Ce phénomène impacte de manière importante les liaisons en SSB alors qu'il est négligeable en FM.
- le satellite tourne sur lui-même provoquant sans cesse des rotations de polarisations de l'onde rayonnée. D'où l'intérêt d'utiliser des antennes à polarisation circulaire ou de pouvoir changer de polarisation au cours du passage.
- Le satellite n'est pas toujours visible. Le pointage des antennes doit donc être corrigée en permanence, en site et en azimut.

Quelques satellites actifs aujourd'hui

Comment vous équiper pour le trafic via satellite ?

Si vous utilisez un tranceiver multibande, je vous conseille des appareils possédant 2 vrais VFOs. Si ce n'est pas le cas, il faudra privilégier le trafic sur 2 tranceivers distincts. Un appareil multibande à simple VFO ne vous permettra pas d'entendre votre retour quand vous passerez en émission, hors pour savoir si vous êtes bien sur la bonne fréquence d'émission, vous avez besoin d'entendre votre retour.
Un préamplificateur en tête de mât n'est pas forcément indispensable mais je vous le conseille fortement pour pouvoir trafiquer avec des signaux faibles.
5 à 20 watts suffiront si vous avez de quoi suivre les satellites en site et en azimut. Si ce n'est pas le cas, 40 à 50 watts vous aideront à vous faire entendre. Dans la majorité des cas et il faut éviter une P.A.R trop importante. La règle est toujours la même; travaillez plutôt sur la qualité de vos aériens que sur la puissance.

La majorité des satellites actifs actuellement en orbite utilise les voies VHF et UHF. Même si il est tout à fait possible de trafiquer avec des antennes directives à polarisation horizontale ou verticale il sera préférable d'opter pour des antennes de type Yagi à polarisation croisée. Elles sont la plupart du temps meilleures à cause des rotations de polarisation : 2x9 éléments croisés sur 2m et 2x15 éléments croisés sur 70cm seront suffisants si vous avez de quoi suivre en site et en azimut. En effet, en plus de l'azimut, vos antennes devront pouvoir être réglables en site pour suivre le satellite dans le ciel. Mais, pas de panique ! Pour comencer, il est possible de trafiquer avec seulement un réglage en azimut lorsque le satellite est bas sur l'horizon. Vous le perdrez certainement quand il vous passera au dessus de la tête, c'est tout.

Pour savoir comment orienter vos antennes et prévoir les heures de passage des satellites, utilisez votre ordinateur et installez un logiciel comme Orbitron par exemple. C'est un logiciel gratuit qui en plus de vous permettre de suivre les satellites radioamateurs vous permettra de suivre l'ISS et pratiquement l'intégralité de tout ce qui gravite autour de la Terre. Autant vous dire qu'il y a du monde là haut  (plus de 6000 satellites sont en orbite autour de la terre actuellement) ! Pour les plus équipés, ce programme vous permettra également de gérer le suivis satellite automatiquement en commandant vos rotors à votre place.

De la configuration optimale à celle qui l'est moins

Sur les photos ci-dessus, vous avez à gauche une configuration idéale des aériens (Antennes VHF et UHF à éléments croisés en polarisation circulaire sur le même pylône avec rotor en site et en azimut). Au milieu, nous sommes dans mon schack radio avec à gauche un Icom-IC275H pour la voie VHF et au milieu un Yaesu FT-991 utilisé sur la voix UHF. Nous sommes dans le cas de 2 tranceivers distincts pour pouvoir écouter son retour voix. La photo de droite vous montre une installation qui n'est pas vraiment adaptée. Ce sont mes aériens. Pour la voie VHF il y a sur un pylône un groupement de 2 antennes "13B2" de chez Cushcraft. Pour la voie UHF, il y a sur un autre mât une antenne Tonna 2 X 19 éléments croisés. Le fait d'avoir mes antennes sur 2 mâts distincts m'oblige à faire tourner 2 rotors pour suivre les satellites en émission et en réception. La polarisation Horizontale et uniquement horizontale sur la voie VHF entraine quelques trous à la réception comme à l'émission mais rien de dramatique. Le fait que pour le moment les rotors ne gèrent que les azimuts, limite également la couverture lors des passage des satellites. Vous constatez donc que côté aériens, l'infrastructure demande à être optimisée. Quoiqu'il en soit c'est avec ce matériel que j'ai commencé à faire des liaisons radioamateurs via satellites et cela fonctionne tout même pas trop mal. Vous voyez donc qu'il n'est pas obligatoire de se lancer dans les grand travaux dès le départ pour passer à la pratique. Si vous avez une antenne VHF et une antenne UHF, cela suffit pour démarrer. En ce qui me concerne, j'attends les beau jours pour optimiser l'installation. La première chose à faire sera de mettre sur le même pylône, les antennes VHF et UHF, puis ...

Où trouver ces satellites radioamateurs ?

Voici un tableau regroupant l'ensemble des satellites actuellements actifs, dédiés aux liaisons en phonie. Ce sont tous des transpondeurs. Un seul propose une liaison VHF/HF (Oscar 7), les autres sont des transpondeurs VHF/UHF ou l'inverse.

Et si nous passions à la pratique ?

Chaque satellite survole la France plusieurs fois quotidiennement avec une périodicité orbitale d' environ 102 minutes. Pour faire simple, ils passent au dessus de nos têtes toutes les 1h40 environ 2 à 4 fois par jour en fonction de leurs trajectoires orbitales pour une durée de 10 à 15mn.
Plus l'élévation est importante, plus le satellite est proche de vous et plus son signal sera fort. C'est donc au zénith, c'est-à-dire à une élévation de 90 degrés par rapport à l'horizon, que le satellite est le plus proche.

Les émetteurs embarqués sur les satellites radioamateurs vont de 250 milliwatts à 4 watts, rayonnées par des dipôles ou des ¼ d'onde. Avec ces puissances, les signaux peuvent être entendus jusqu'à une distance de 3000 km (en vision directe) avec un équipement simple et peu onéreux. Il est tout à fait envisageable de pouvoir déclencher un répéteur ou transpondeur FM avec 5 watts. Un simple pocket bi-bandes vous permettra donc de faire vos premières expériences.

Un appareil full-duplexe ou deux appreils distincts vous permettront de pouvoir entendre vos propres signaux via le satellite et être sûr que le message transmis est par conséquent rediffusé par le répéteur. Il vous faudra tout d'abord prendre en compte l'effet Doppler. Quand un émetteur et un récepteur se rapprochent, la fréquence reçue est plus haute que la fréquence émise. Quand ils s'éloignent, la fréquence reçue est inférieur à la fréquence émise. La fréquence de reception sera la même que la fréquence émise quand le satellite sera au zénith de votre station, donc juste au dessus de votre tête.

En liaison montante (uplink ou fréquence d'émission) sur la bande des 2 m, l'effet Doppler étant inférieur à 5 Khz, et donc inférieur à la bande passante, aucun ajustement de la fréquence de l'émetteur n'est nécessaire pour permettre la capture d'un signal FM. En SSB par contre il faudra ajuster votre fréquence en permanence.
Sur la bande des 70 cm, l'effet Doppler est trois fois plus grand, le signal reçu apparaissant jusqu'à environ 10 KHz au dessus ou au dessous de la fréquence d'émission en fonction de l'approche ou de l'éloignement du satellite. Dans ce cas, il vous faudra ajuster votre fréquence en permanence, même en FM.

Pour le suivis du satellite, vous devrez positionner continuellement l'antenne, en fonction du passage prédit, en maximisant le signal reçu. Ceci aussi bien en élévation qu'en azimut mais également en recherchant la meilleure polarisation de l'antenne. Si vous utilisez une antenne qui n'est pas réglable en polarisation, il apparaîtra de longues périodes de non réception du signal satellite pendant le passage. Il sera donc possible d'établir quelques contacts, mais sur une grande partie du temps du passage, le satellite sera inutilisable.
Pour avoir un accès certain et continu durant un passage, il faut ajuster fréquemment l'angle de polarisation de l'antenne de réception pour suivre la polarisation courante de l'émetteur du satellite.
Si vous utilisez l'antenne fouet bibande de votre pocket, vous pourrez réaliser des QSO quand le satellite sera au zénith où presque.

Une antenne yagi tenue à la main est l'idéal pour réaliser ce réglage, en réalisant simplement une torsion du poignet et en tournant l'antenne sur elle même dans son axe pour trouver la meilleure polarisation, donc le plus fort signal reçu. Les habitués utilisent souvent l'antenne Arrow antenna Modèle 146/437-10WBP, démontable et transportable. Elle contient un diplexeur intégré dans sa poignée supportant 10 watts et combine donc les deux signaux d'antennes dans un seul câble coaxial à relier au transmetteur portatif.
Il est donc facile de varier la direction de pointage à la main pour maximiser le signal pendant la poursuite du satellite à travers le ciel, en ayant passé en revue le trajet prévu du satellite à l'avance, grace à un logiciel comme Orbitron.

L'Arrow Antenna 146/437-10WBP

Concernant les installations en fixe, beaucoup affirment qu'il faut utiliser des antennes à polarisation circulaire pour optimiser les signaux émis ou reçus lors du trafic via satellites. Je pense qu'il est tout aussi intéressant d'employer une antenne à double polarisations commutables (verticale ou horizontale).
Il est possible aussi de réaliser en plus de cela, une polarisation circulaire droite ou gauche, mais cela devient compliqué à mettre en œuvre et un peu plus coûteux.
Un préamplificateur de réception pouvant ramener entre 10 et 20dB permettra de profiter plus longtemps du passage (préampli intégrer sur certains tranceivers ou préamplis installés en tête de mât).

Il ne vous reste plus maintenant qu'à lancer le logiciel Orbitron sur votre ordinateur et sélctionner le bon "TLE". Les "TLE" sont les fichiers qui contiennent les trajectoires orbitales des satellites. Celui qui nous intéresse ici s'appelle : "amateur". Cliquez sur "Charger les TLE", sélectionnez "amateur" puis valider. Vous aurez la liste complète des satellites radioamateurs.
Cochez celui que vous désirez suivre et "Orbitron" vous affichera instentanément la trajectoire de ce satellite, sa zone de couverture et sa situation géographique. Vous pourrez faire de même pour chacun d'entre eux. Je vous invite à utiliser les satellites actifs que vous pouvez trouver dans la tableau qui se trouve un peu plus haut sur cette page.

Si par chance le satellite sélectionné couvre votre zone géographie, vous pouvez tenter votre chance. Si ce n'est pas le cas, vous pouvez aller sur l'onglet "Prévision" et en cliquant sur "Prévision" à nouveau, "Orbitron" vous affichera tous les passages prévus pour les 4 jours à venir. Reste à repérer les passages qui vous intéressent et à vous préparer eu peu avant l'heure annoncée pour être prêt à passer à l'action au bon moment.

Le logiciel ORBITRON

Comment réaliser un QSO ?

Sur les premiers passages, contentez-vous d'écouter. Cela vous permettra de développer vos techniques de pointage d'antenne et d'ajustement de la fréquence. Observez le protocole des QSOs pratiqués par les OMs lors d'une liaison via satellite.

Pour commencer, à l'heure d'AOS (aquisition du signal à l'approche du satellite) donnée, pointer l'antenne vers l'horizon correspondant et écouter squelch débrayé, tournez le boom sur son axe pour adapter la polarisation des signaux si vous vous servez d'une antenne à la main ou en alternant la polarisation verticale avec la polarisation horizontale pour choisir la plus adaptée. Si vous utilisez une antenne à polarisation circulaire alternez le déphasage à 90° à droite avec le gauche afin de trouver le meilleur rendement.

Parfois, on reçoit des signaux dès que le satellite est à vue (on dit d'un satellite qu'il se lève quand il apparaît et qu'il se couche quand il disparaît, comme pour un astre), d'autres fois il faut attendre 2 ou 3 minutes avant d'entendre quelque chose.

Le but du jeu est simple : suivre le satellite pour conserver le signal à son niveau le plus élevé et ajuster la fréquence pour que la voix ne soit pas déformée (trop aigüe, trop grave voir incompréensible).

Règles de bases (c'est du bon sens)

- ne pas appeler si le satellite n'est pas entendu au risque de brouiller les échanges en cours
- ne pas passer en émission alors que vous entendez un autre radioamateur parler
- Soyez brefs. Contentez-vous d'échanger les indicatifs, le report,  votre locator et pour finir, votre prénom. Penser que chacun doit pouvoir réaliser un QSO, les passages ne durent pas longtemps !
- Vous ne pourrez être plus locasse que si vous êtes certain d'être seul avec un autre OM. Vous pourrez alors parler du matériel qui compose votre station par exemple...
- Pour enregistrez vos QSOs sur votre carnet de trafic, il est convenu d'utiliser la fréquence d'émission. Si vous émettez sur une fréquence UHF et recevez sur une fréquence VHF, enregistrez la fréquence UHF sur votre carnet et vis versa.

Voilà, vous avez maintenant les bases qui vont vous permettre d'activer les satellites radioamateurs. A vous de jouer...