Antennes ultra-miniaturisées pour les liaisons satellites IdO

Actualité générale | 14 octobre 2024

Par Daniel Cardon

Le CEA-Leti et la start-up Kineis, acteur spatial basé à Toulouse, opérateur de satellites et fournisseur de connectivité ont développé des antennes ultra-miniaturisées qui améliorent nettement la communication entre objets terrestres et satellites : faible consommation, faible coût, meilleure réception des messages, insensibilité à l’orientation de l’objet et accessiblité radio es partout sur le globe.

Les réseaux cellulaires terrestres ne couvrent que 20% de la planète. Ailleurs, il faut se passer de communications ou recourir à de coûteuses liaisons par satellites. C’est ce qui a motivé l’Agence spatiale européenne (ESA) à lancer en 2020 un ambitieux appel à projets sur des antennes ultra-miniaturisées haute performance.

400 MHz de fréquence avec une antenne de 3 cm d’épaisseur!

Le CEA-Leti et Kineis, soutenus par le CNES, y ont répondu avec succès, et ont confirmé lors d’une démonstration de plusieurs semaines les promesses de leur technologie. La demande principale du cahier des charges de l’ESA portait sur la miniaturisation : comment transmettre efficacement un signal radio à une fréquence de 400 MHz avec une antenne de 3 cm d’épaisseur, alors que les lois de la physique requièrent classiquement 37 cm ?

Polarisation circulaire

De plus, ces antennes devaient être à « polarisation circulaire », c’est-à-dire avoir la même efficacité de rayonnement, quelle que soit l’orientation de l’objet. Par exemple, un container maritime équipé d’une antenne pour être suivi lors de son transport est soumis au roulis et au tangage, incliné lors de son levage par une grue, etc.

Pour Vincent Gamonal Ingénieur test, validation, certification chez Kinéis: « Les applications avec un support métallique sont nombreuses, donc stratégiques pour Kinéis, mais nuisent à l’efficacité de la plupart des antennes. La proposition du CEA-Leti apporte une solution performante pour ces conditions exigeantes ».

Des micro-antennes pilotées électroniquement

Afin de répondre à ces exigences, les ingénieurs du CEA Leti ont profité de leur expertise en miniaturisation d’éléments rayonnants. En effet, l’antenne de 3 cm est en réalité un micro-réseau d’antennes encore plus petites, entre lesquelles la distribution des courants de radiofréquences est pilotée par couplage capacitif. L’antenne permet aussi une émission à 868 MHz sur des réseaux IoT terrestres. La bascule sur cette fréquence se fait, quand l’objet équipé revient dans une zone couverte par le réseau cellulaire terrestre afin de profiter d’une communication moins coûteuse et moins énergivore.

60% de messages supplémentaires transmis

La démonstration réalisée par Kineis a révélé des performances spectaculaires. Malgré la miniaturisation, l’énergie rayonnée est multipliée par 20 par rapport à la meilleure antenne utilisée par Kineis, à consommation du transmetteur radio inchangée avec cependant une amélioration de 60% du nombre de messages reçus par les satellites de Kinéis

CEA Leti, aller plus loin avec un partenaire industriel

« Le développement d’une antenne à polarisation circulaire aussi petite était un challenge énorme ; le prototype du CEA-Leti a atteint l’objectif souhaité. Il reste désormais l’étape de l’industrialisation pour en faire un produit utilisable par nos clients. » indique Vincent Gamonal.

Cette antenne ultra-miniaturisée peut déjà être déployée dans de multiples secteurs comme l’agriculture, le transport maritime, la défense, la sécurité de personnes en milieux naturel hostile. ..

CEA Leti – Kineis

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