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Un ballon météo pour mesurer le diagramme de rayonnement de l’émetteur BRAMS

Research Topic Chapter
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Connaître le diagramme de rayonnement de l’émetteur BRAMS est essentiel pour de nombreuses études utilisant les données du réseau. En plaçant une charge utile dédiée sur une petite plateforme sous un ballon météo captif, nous avons obtenu des mesures qui ont révélé que le signal transmis n’était pas polarisé circulairement comme voulu et que le faisceau ne pointait pas vers le zénith mais à environ 10° vers l’ouest. L’émetteur a été modifié en conséquence dans les mois suivants, et la technique sera encore améliorée afin de pouvoir travailler même avec un vent léger.
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Mesures du diagramme de rayonnement de l’émetteur BRAMS

Depuis 2010, l’émetteur BRAMS situé à Dourbes émet une onde sinusoïdale pure vers le zénith à la fréquence de 49.97 MHz. L’antenne est constituée de deux dipôles croisés et d’un plan de masse formé par une grille métallique de 8m × 8m, avec le but d’émettre une onde polarisée circulairement d’une manière isotrope autour du zénith.

A cause d’une mauvaise adaptation des deux antennes, le diagramme de rayonnement était malheureusement très différent de son pendant théorique et des mesures in-situ étaient nécessaires pour déterminer la quantité exacte de puissance émise dans une direction spécifique. Connaître ce diagramme de rayonnement est essentiel pour de nombreuses études utilisant les données BRAMS.

Un ballon météo captif avec une charge utile sur une plateforme

Dans le courant 2019, une charge utile a été développée pour mesurer in-situ le diagramme de rayonnement de l’émetteur. Elle comprend une paire de récepteurs situés sur une plateforme et connectés à deux dipôles courts afin de mesurer les deux composantes de la polarisation.  La plateforme est suspendue à un ballon météo captif gonflé à l’hélium. A cause de la proximité de la plateforme, l’émetteur n’a fonctionné qu’à une toute petite partie de sa puissance nominale.

La plateforme comprenait aussi:

  • un système Linux embarqué
  • une caméra
  • un accéléromètre 3 axes
  • un magnétomètre 3 axes
  • une batterie
  • un récepteur GNSS.

Un autre récepteur GNSS restait au sol et était connecté à un autre système Linux embarqué. Ce matériel fournissait les informations nécessaires sur la position et l’attitude avec une précision suffisante.

Désaccords entre les diagrammes de rayonnement mesurés et attendus

En décembre 2019, le diagramme de rayonnement a été échantillonné dans un seul plan horizontal, 10 mètres au-dessus de l’émetteur. A cause d’un mauvais rapport signal-sur-bruit des signaux GNSS, et donc d’un manque de précision sur les positions GPS, les images prises par la caméra à bord ont été utilisées pour déterminer la position de la plateforme. Son orientation a été calculée en utilisant les données de l’accéléromètre, du magnétomètre et les images de la caméra.

Le diagramme de puissance rayonnée par l’émetteur a été calculé pour des élévations supérieures à 52° et comparé au diagramme de puissance optimal de l’émetteur (obtenu en supposant une adaptation parfaite et 90° de différence de phase entre les points d’alimentation). Les désaccords entre les deux diagrammes sont importants, notamment avec un maximum qui pointe 10° vers l’ouest et un écart important par rapport à la polarisation circulaire voulue. L’émetteur a été amélioré en juin 2020 pour corriger ce comportement.

D’autres améliorations sont planifiées pour réduire le temps de maintien à chaque position, permettant ainsi plus de mesures, même dans des conditions de vent léger.

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Figure 2 caption (legend)
La plateforme et les deux dipôles courts situés sous le ballon météo rempli d’hélium. Les trois cordes utilisées pour stabiliser le ballon sont aussi visibles.
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Diagramme de rayonnement de l’émetteur BRAMS. A gauche : diagramme mesuré lors de l’expérience ; A droite : diagramme de rayonnement attendu. Au-dessus : puissance totale. En bas : rapport entre les composantes polarisées verticalement et horizontalement.
Publication date