SwissCube Ground Stations
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Analyse station au sol de l'EPFL pour SwissCube
Cahier des charges
L'objectif et de proposé et de monté une station au sol à l'EPFL afin d'assuré la communication avec le satellite SwissCube. La communication ce fait pour le flux montant en AFSK 1200 b/s en VHF (145 MHz), en descente en morse et en AFSK ou en FSK à 1200 b/s sur 437.5 MHz. Nous rappelons que selon le bilan des liaisons RF les signaux arrivent avec la puissance suivante:
- Balise -126 dBm, bruit ~-144.6 dBm, BW 500 Hz
- Data -118 dBm, bruit ~-138 dBm, BW 2200 Hz
Ceci fait que l'on à rapport S/N d'environ 18.5 dB pour la CW et 20 dB pour la FSK 1200 b/s. Ceci revient à environ 3 point au S-mètre. Pour décoder la FSK avec le taux d'erreur requis il faut avoir au moins 12 dB de S/N et il faut compter environ 10 dB pour la CW.
Matériel déjà existant
Transceiver
Un tranceiver TS2000-X de Kenwood, ce transceiver n'a pas une très bonne sensibilité mais par contre offre un bon système de filtrage.
Rotors
Les rotors OR2800P-DC (rotation) et M1000 (élévation), tous deux de M2 sont a dispositions avec leur commandes. Il semble que les deux utilises un connexion RS232 mais hélas la page de support de M2 ne fournit pas d'information au sujet du M1000. Il faut également signaler que le M1000 ne comporte pas de protection contre les intempérie sur la vis sans fin.
Schéma de principe
Liste du matériel et des programmes requis
Container
Au vue de la configuration ou serra placée la station au sol, il s'avère que l'on est obligé d'avoir un endroit plus proche des antennes que celui qui est proposé. Pour cette raison l'utilisation d'un "container" sur le toit soit la solution la plus simple. Pour le moment nous n'avons qu'une solutions, c'est l'achat d'un container démontable de chez Kovobel. Un container de ce type revient à environ 1500 à 2000 CHF selon les options (il faudrait prévoir une fenêtre pour avoir un visu des antennes est améliorer l'érgonomie). A ceci il faut rajouter une climatisation et une isolation comme par exemple avec du contre-plaquer sur les 5 faces afin que l'air fasse isolant.
Nous avons actuellement deux autres possibilité, un container proposé par l'entreprise Müller Jodag SA (http://www.muller-jodag.com) qui est isolés (sandwitch tôle-tôle), il mesure 3 x 2.45 x 2.62 (hauteur). Il a une entrée 380 volts, un FI, une prise 220V et un néon. Il comporte une fenêtre isolante à double vitrage de 125 x 87.5 cm avec store . une image fournie pa Müller d'un d'un container de même type que celui proposé.
Il vendrait ce container 7500 CHF HT.
Michel (HB9AFO) en à trouver un chez Balmer à Ecublens qui est légèrement moins cher (7000 CHF) et qui semble mieux convenir. Il a un surface supérieur de 1.5 m² (3.15 x 2.90 x 2.75 m), il a un chauffage électrique et il est démontable en deux partie. On ne sait pas encore si il a une fenêtre et si il quelques chose côté électricité mais normalement des photos et des informations complémentaires devraient suivre.
Pour information il faut compter d'après Friderici entre 700 et 750 CHF HT pour monter un container sur le toit du bâtiment EL de l'EPFL (évaluer à 12 mètre de haut) mais il faudrait faire une visite de chantier pour confirmer.
Mât
Pour le moment aucunes solutions n'est trouvées, il faudra probablement faire appel à une entreprise Suisse comme MLetrona. Gregoire (HB9TWU) à éventuellement un mât qui pourrait convenir juste bien qu'il soit un poil petit (24 cm de coté).
Suite à de multiple démarche une solution temporaire en remplacent le mât HF actuel par nôtre installation, cependant cette situation devrait changé le semestre suivant avec soit un montage sur façade ou sur un autre toit.
La solution sélectionnée et basée sur des éléments de mât de Wimo de 70 cm voir de 90 cm de côté. Voici le schéma des deux versions.
Antennes VHF
Les antennes VHF ne sont pas critiques alors pour l'instant l'option du couplage de 2 modèles 2MXP20 de M2 est la seul candidate. Suite à un ping-pong d'email avec M2 afin d'avoir une offre avec le transport et un délai ferme de leur part, il m'ont persuader d'opter plutôt pour les antennes VHF 2MCP22 qui ont une plus grande largeur de bande et qui semble mieux pour leur système de polarisation circulaire. Pour le moment je n'ai pas encore de réponse de la part de la personne qui détermine le prix du transport et qui me fournira l'offre finale. Il a été évalué la possibilité de commander les antennes chez UKW-Berichte (http://www.ukw-berichte.de/) et il s'avère qu'ils sont environ 50% plus chers. Ceci donc nous permet d'acheter directement chez M2 jusqu'à concurrence de 1000 CHF de frais de transport.
Antennes UHF
Pour les antennes UHF nous avons deux challengers pour effectuer un groupement de 4 antennes, la première est la 436CP42 U/G de M2, la seconde et la 70CM-16ELSat de Gulf Alpha. La M2 offre un gain de 2.2 dB supérieur mais est centrée sur une fréquence plus basse que la Gulf Alpha. La M2 utilise des brins isolé qui lui assure une meilleur constance dans le temps de ces caractéristique contrairement à la Gulf Alpha. La Gulf Alpha par contre offre une meilleurs rapport avant arrière (5 dB de plus). Pour le moment la M2 semble avoir une petite avance mais il faudrai éventuellement envoyer un petit email au deux constructeurs afin de voir si ceux-ci pourrait proposé quelques solutions pour que leur antennes soit encore mieux adaptées a nos besoins. Personnellement j'aurais une petite préférence pour les Gulf Alpha au vue de la qualité du matériel présenté et du diagramme de rayonnement qui n'est pas présent chez M2 avec un petit bémol pour des brins non isolés.
Couplage et sélection polarisation
Il s'avère que M2 offre une solution complète a ce niveau avec des performances très bonne. Il serait possible de faire légèrement mieux mais l'effort pour y arriver n'est pas compatible avec les délais. Nous suggérons donc d'utiliser la solution M2 qui ne génère qu'un atténuation 0.3 dB tout en aillant un bon niveau de bruit thermique.
M2 ne fournit pas un système de sélection polarité pour le UHF par contre il ont un système pour le VHF permettant la sélection de polarité circulaire gauche ou droite, ceci est bien adapter pour le flux montant est il à été donc adopté.
Pour la partie UHF une première solution avait été sélectionnée basée sur un produit de Wimo cependant comme la distance le local et le pied du mat est passée de 10 m à 50 m il a été nécessaire d'envisager une solution plus pointue permettant de grappiller quelques dixièmes de dB sur le rapport S/N.
Voici un schéma de principe du système de sélection de polarité \, /, CG, CD. Cette solution permet également de descendre les deux polarisations sans sélection afin de pouvoir gagné 0 à 3 dB sur le S/N et d'automatiser la sélection de polarité.
Transceiver
Notre choix c'est posé sur le Icom IC910 qui offre des performance légèrement supérieur au TS2000, celui-ci est une valeur sur et joint à un programme de démodulation FSK permettra si il est joint à une bonne carte audio d'avoir de très bonne performance.
Pré-amplificateur
Cette pièce est un des élément les plus importants, il a un impact très important sur le rapport S/N du signal, c'est pour ceci que le bruit qu'il génère doit être le plus faible possible. Le bruit des amplificateurs qui le suive n'ont que peut d'importance car leurs bruit et divisé par le gain par le ou les amplificateurs les précédents. Par exemple si l'on a un LNA aillant un facteur de bruit de 0.4 dB avec un gain de 17 dB et un autre qui le suit avec un NF de 3 dB le NF total et de Erreur math (erreur indéterminée): F = 10^{NF/10}, \quad NF = 10 \ log(F)
