Dimensionnement d'une liaison descendante UHF à 9600 bauds pour un CubeSat 3U : procédure pas à pas complète

La mission

Vous concevez un cubesat 3U pour une mission de radio amateur dans le cadre d'une université ou d'une start-up. Fréquence de liaison descendante : 437,5 MHz (UHF amateur). Débit de données : 9600 bauds, BPSK ou GMSK. Station au sol : une configuration d'arrière-cour modeste avec un Yagi croisé sur un rotor azimut/élévation, ou une station SatNogs gérée à partir d'un Raspberry Pi.

Le lien peut-il être fermé ? De quelle marge disposez-vous ? Que se passe-t-il lors d'un col qui efface à peine l'horizon ?

Découvrons-le avec le rftools Satellite Link Budget Analyzer et son préréglage intégré Amateur CubeSat (UHF, AMSAT/Satnogs) .

Le préréglage

Chargez le préréglage Amateur CubeSat (UHF, AMSAT/SATNOGS) et vous obtenez :

Le satellite émet environ 500 mW à partir d'une petite antenne à tourniquet en angle, qui donne un EIRP de -3 dBW (27 dBm). La station sol G/T de −12 dB/K est une station typique de classe SATNOGS : un Yagi croisé d'environ 12 dBi, quelques dB de perte d'alimentation et un récepteur dont le bruit du système est d'environ 1,5 dB plus le bruit du ciel.

La distance de trajectoire est la plage d'inclinaison, et non l'altitude de l'orbite. Un satellite sur une orbite de 400 km se trouve à 400 km uniquement lorsqu'il est directement au-dessus de la tête. À 30° d'altitude, elle se trouve à 739 km :

avec $R_E$ = 6378 km, $h$ = 400 km et $\theta$ = 30°. La saisie de l'altitude sous-estimerait plutôt la perte d'espace libre de 5,3 dB.

Étape 1 : Le budget à 30° d'altitude

Cliquez sur Exécuter et l'outil calcule :

• FSPL = $20\log_{10}(4\pi \cdot 739\,\mathrm{km} \cdot 437\,\mathrm{MHz}/c)$ = 142,6 dB.
• Absorption gazeuse = 0,02 dB. L'atténuation des nuages et de la pluie est arrondie à zéro en UHF.
• C/N0 = EIRP + G/T − FSPL − pertes + 228,6 = 70,65 dBHz, y compris 0,3 dB de perte de pointage et de polarisation.
• C/N0 requis = $E_b/N_0 + 10\log_{10}(R_b) = 5 + 10\log_{10}(9600)$ = 44,82 dBHz.
• Marge = 25,8 dB.

Deux mises en garde. Les modèles de pluie et de gaz de l'UIT-R sont spécifiés à partir de 1 GHz. À 437 MHz, l'outil les extrapole : les pertes sont de quelques centièmes de dB dans les deux cas. Et le seul terme de pointage et de polarisation de 0,3 dB de l'outil est faible pour un cubesat qui culbute : comptez 0,5 à 3 dB de perte de polarisation entre un tourniquet incliné et un Yagi croisé, selon l'attitude.

Une marge de 25,8 dB est énorme. Les liaisons amateurs UHF sont généreuses car le débit de données est très faible : 9600 bit/s ne nécessitent que 44,8 dBHz.

Étape 2 : La géométrie de la passe

Le même satellite sur l'ensemble d'un pass :

Même à 5°, la marge du budget de liaison est de 18 dB. Les liaisons UHF Cubesat ne sont pas interrompues faute de budget. Ils abandonnent leurs études pour les raisons suivantes :

1. Doppler — à 437 MHz, un passage LEO déplace la porteuse jusqu'à environ ±10 kHz en quelques minutes. Le récepteur doit le suivre.
2. Le vaisseau spatial chute : un cubesat non contrôlé balaie les zones nulles de son antenne à travers la station au sol. Budget : marge de chute de 5 à 10 dB.
3. Trajectoire multiple au sol : les faibles altitudes provoquent des réflexions au sol qui atténuent le signal.
4. Bruit local : le bourdonnement des lignes électriques, les fuites de la télévision par câble et les commutateurs d'alimentation dans la cabane peuvent augmenter la température sonore effective de 10 à 20 dB.

Les 18 dB à l'horizon en absorbent la majeure partie.

Étape 3 : Une station au sol plus petite

Une station portable, c'est-à-dire une antenne Arrow portative d'environ 8 dBi insérée dans un dongle SDR, a une valeur G/T plus proche de −22 dB/K. Remplacez G/T par −22 dB/K et relancez à 30° :

• C/N0 baisse de 10 dB à 60,65 dBHz.
• Marge = 15,8 dB.

Toujours confortable, c'est pourquoi une station portable constitue une solution de secours viable pour une mission en phase initiale.

Étape 4 : Un débit de données plus élevé

Et si la charge utile nécessite 115 kbit/s pour l'imagerie au lieu de 9 600 bit/s pour la télémétrie ? Changez le Débit de données à 115 000 :

• C/N0 requis = $5 + 10\log_{10}(115{,}000)$ = 55,61 dBHz.
• Marge à 30° = 15,1 dB.

À 1 Mbit/s, la marge à 30° est toujours de 5,7 dB, mais à 5° d'altitude, le budget est inférieur de 7,9 dB, soit environ -2,2 dB. Une liaison descendante de 1 Mbit/s ne fonctionne donc que pour la partie supérieure de chaque passe. À ce stade, c'est la largeur des canaux de l'allocation amateur, et non le budget de liaison, qui fixe généralement la limite.

Étape 5 : Monte Carlo pour la revue du design

Avant une revue de conception ou une demande de coordination de fréquence à l'IARU, lancez le Monte Carlo. Il s'agit d'un modèle d'incertitude autour du budget nominal :

• EIRP et G/T : normal, σ = 0,3 dB chacun.
• Perte de pointage : exponentielle, moyenne de 0,2 dB.
• Taux de pluie : log-normal, σ = 0,5 — non pertinent en UHF.
• Dégradation : |normal|, σ = 0,4 dB.

Pour le préréglage, les marges p5/p50/p95 sont de 24,4/25,3/26,2 dB. L'écart est inférieur à 2 dB car les incertitudes sont faibles à côté de la marge de manœuvre, ce qui indique rapidement que le lien est solide. Il ne modélise pas les chutes ou les trajets multiples. Conservez donc la marge de chute explicite de l'étape 2.

Sauvegarder le scénario

Une fois que vous avez exploré les variantes, cliquez sur Copier l'URL du scénario et collez le lien dans la documentation de votre mission. Les réviseurs voient exactement les mêmes informations. Export CSV écrit le budget dans une feuille de calcul de type AMSAT/IARU pour le dossier de révision de conception.

Plats à emporter pour les équipes Cubesat

1. Entrez la plage d'inclinaison, pas l'altitude. À une altitude de 30° par rapport à une orbite de 400 km, la différence est de 5,3 dB.
2. Les liaisons amateurs UHF ont de grandes marges, soit environ 26 dB à 30° pour 500 mW et 9 600 bit/s.
3. Les contraintes de liaison sont le Doppler, le tumble, le multipath et le bruit local, et non le budget de liaison.
4. Une station portable peut copier le satellite, avec environ 16 dB en réserve.
5. Des débits de données plus élevés fonctionnent pour une partie de chaque passage. Vérifiez le budget à votre altitude utile la plus basse.

Mis à jour 2026-09-19. La distance de trajectoire du préréglage était de 400 km d'altitude orbitale ; il s'agit maintenant de la plage d'inclinaison de 739 km à une altitude de 30°, et les marges ci-dessus ont changé en conséquence (les 31,5 dB précédents étaient la valeur de surcharge). La même correction a été appliquée à chaque préréglage LEO de l'outil. Ouvrez l'analyseur de budget de liaison satellite →