Brevet FR2074724A1 — publié le 19711008

La présente invention concerne le pointage radioélectrique c'est-à-dire l'orientation d'une antenne directive dans une direction déterminée, selon laquelle se propagent des ondes radioélectriques. Une telle antenne permet par exemple des télécommunications entre.la terre et un satellite artificiel de celle-ci. On sait 5 que de tels satellites sont et seront de plus en plus utilisés notamment pour la transmission d'ondes de fréquence nettement supérieures au gigahertz entre deux points de la surface terrestre trop éloignés pour que les communications directes soient faciles. Plus particulièrement encore on utilise des satellites synchrones c'est-à-dire placés en orbite circulaire au-dessus de l'équateur à 3B 000 Kms 10 environ de la surface terrestre, de sorte que, compte tenu de la rotation de la terre sur elle-même, la position de ces satellites soit fixe par rapport à cette surface. Si par exemple un tel satellite est utilisé pour la transmission de programmes de télévision sur le territoire français, ce satellite comportera une grande antenne directive qui sera utilisée à la fois pour recevoir les signaux 15 de télévision émis par un poste émetteur situé en France et, après amplification de ces signaux dans le satellite, pour la réémission de ces signaux de télévision en direction de l'ensemble du territoire français. Les signaux émis et reçus peuvent différer par exemple par la fréquence de leurs ondes porteuses. Le problème se pose alors de maintenir cette antenne orientée dans la direc-20 tion convenable, c'est-à-dire approximativement vers le centre de la France et un système de pointage automatique doit être prévu. Pour réaliser un système de ce genre, il est connu d'utiliser la directivité même de l'antenne pour assurer son pointage, par exemple à l'aide d'une balise radioélectrique située au point sur lequel on souhaite maintenir l'antenne poin-25 tée. Plus précisément il a déjà été proposé de munir l'antenne de cornets de réception légèrement excentrés de telle sorte que le gain de l'antenne soit maximal, lorsque l'on utilise l'un de ces cornets, dans une direction légèrement décalée angulairement par rapport à l'axe principal de l'antenne. La comparaison des signaux reçus par deux tels cornets excentrés symétriquement permet alors de 30 détecter un léger dépointage de l'antenne par rapport à la balise. En effet, si cette antenne est dépointée du côté correspondant à l'un de ces cornets, le signal reçu par ce cornet sera augmenté et le signal reçu par le cornet symétrique sera diminué. Ceci permet de réaliser une boucle d'asservissement de la direction de l'antenne à celle de la balise. 35 II est bien évident que le problème qui vient d'être évoqué n'est pas spé cifique du pointage de l'antenne d'un satellite artificiel de la terre. C'est pourquoi dans la suite du présent texte, il faudra entendre par satellite non seulement les satellites artificiels de la terre, mais encore tout engin mobile susceptible de porter une antenne radioélectrique directive qu'il s'agit de poin-40 ter dans des directions définies par des balises radioélectriques [navire par 70 02171 ;; 2074724 exemple). De plus, il est tout aussi évident que ces balises peuvent être soit émettrices soit réceptrices. Dans ce dernier cas, l'antenne directive du satellite est utilisée en émission et les cornets excentrés doivent émettre des signaux différents par certaines de leurs caractéristiques [fréquence, polarisa-5 tion, période d'émission etc.,.). Il est alors possible au niveau de la balise de comparer l'intensité des signaux reçus en provenance de ces deux cornets et d'en déduire l'angle de dépointage de l'antenne. Un signal d'erreur représentant cet angle est alors envoyé vers le satellite de manière à commander une modification de l'orientation de l'antenne dans le sens propre à diminuer et annuler cet angle 10 de dépointage. Il est enfin évident que les cornets qui ont été mentionnés précédemment et qui, à des fréquences de plusieurs gigahertz, coopèrent généralement avec des réflecteurs, peuvent être remplacés par des organes équivalents. Par exemple, dans le cas où une antenne directive émettrice serait constituée par un réseau d'éléments émetteurs en phase, l'équivalent d'un cornet excentré serait 15 constitué par un système d'alimentation de ces éléments émetteurs avec introduction d'un déphasage qui serait une fonction linéaire des coordonnées de l'élément émetteur. Un but de la présente invention est la réalisation d'un système de pointage radioélectrique dont l'emploi reste simple lorsque la direction dans laquelle 20 se trouve la balise diffère notablement de celle dans laquelle l'antenne doit être pointée. La présente invention a pour objet un système de pointage radioélectrique pour antenne directive portée par un "satellite", à partir d'au moins une balise, ce satellite comportant des moyens d'orientation de cette antenne, plusieurs 25 "voies de pointage", constituées par des signaux se propageant sous forme radioélectrique entre cette balise et cette antenne, étant définies, chacune en correspondance avec l'un de ces cornets excentrés, par le fait que les signaux de cette voie passent par ce cornet et les organes qui lui sont associés, un comparateur d'amplitude recevant les signaux présents en des points homologues de ces 30 voies et élaborant un signal d'erreur propre à commander' lesdits moyens d!orientation, système caractérisé en ce que ledit comparateur reçoit certains desdits signaux des voies de pointage, par l'intermédiaire d'organes appelés ici atténuateurs qui correspondent chacun à l'une desdites voies de pointage et qui présentent des rapports de transmission en amplitude susceptibles de prendre des va-35 leurs différentes pour ces diverses voies. Se référant aux figures 1 à 8 ci-jointes, on va décrire ci-après un exemple de mise en oeuvre de l'invention, exemple donné à titre purement illustratif et nullement limitatif. - _ Les éléments représentés sur plusieurs de ces figures portent sur toutes 40 celles-ci les mêmes nombres de référence. 70 02171 3 2074724 La figure 1 représente le schéma par Dlocs d'une première variante du système de pointage selon l'invention à bord du satellite. La figure 2 représente le schéma par blc-cs de la partie du système de la figure 1 liée à une balise. 5 La figure 3 représente le scnéma par blocs d'u^e deuxième variante du système de pnintage selon l'invention à Dord du satellite. La figure 4 représente le schéma par blocs de la partie du système de la figure 3 liée à une balise. u.a figure 5 représente le schéma par blocs d'une troisième variante du sys-10 tème de pointage selon l'invention à bord du satellite. La figure 6 représente le schéma par blocs de la partie du système de la figure 5 liée à une balise. Les figures 7 et 8 représentent des diagrammes d'émission et réception» les gains étant portés en ordonnée et les écarts angulaires par rapport à l'axe prin-15 cipal de l'antenne en abscisses. Ces figures correspondent à un ensemble de transmission de programmes de télévision par satellite synchrone. On voit sur la figure 1 le grand réflecteur 2 et le petit réflecteur 4 d'une antenne directive de type Cassegrain. La transmission des programmes de télévi-20 sion se fait par l'intermédiaire de cette antenne et d'un cornet principal 6 auquel sont reliés des organes d'émission et. de réception non représentés. De part et d'autre du cornet- 6 sont disposées symétriquement deux paires de cornets excentrés, les deux cornets excentrés d'une même paire étant diamétralement opposés par rapport au carnet B, les deux diamètres correspondant aux deux paires 25 étant perpendiculaires. Chacune de ces paires est affectée à la correction des erreurs de pointage dans une direction, l'une correspondant par exemple à la direction nord-sud, et l'autre à la direction est.-ouest. Seule l'une de ces paires, constituée par les cornets 8 et 10, et correspondant à la direction nord-sud, est représentée sur la figure 1 pour plus de clarté. Il est bien évident que certains 30 des organes qui vont être décrits peuvent être communs à cette paire et à la paire non représentée, tandis que d'autres sont nécessairement spécifiques de cette paire, des organes analogues étant prévus pour l'autre paire. De plus, à condition de disposer de circuits logiques convenables, *il est tout aussi évident qu'il n'est pas nécessaire d'utiliser deux pdires de carnets excentrés, mais seulement trois 35 tels cornets, la description qui va suivre étant facilement transposable au cas de trois voies de pointage. Sur la figure 1, le cornet 8 est suivi d'un interrupteur 12 et le cornet 10 d'un interrupteur 14, ces deux interrupteurs étant commandés par un Dloc de commutation 16 pouvant être commun aux deux paires. Le signal de sortie du cornet 8 40 parvient, par l'intermédiaire de l'interrupteur 12 à un atténuateur réglable 18 1 BAD 70 02171 4 2074724 auquel correspond pour le cornet 10 un atténuateur réglable 20. Les signaux de sortie de ces deux atténuateurs sont appliqués à un comparateur 22 pouvant être commun aux deux, paires. Ce dernier commande un moteur 24 d'orientation nord-sud qui entraîne un engrenage 26 susceptible, par des moyens non représentés d'orien-5 ter l'ensemble de l'antenne (réflecteurs 2 et 4, cornets 6, 8 et 10, etc...), ou une partie de l'antenne Cpar exemple le miroir 4). Bien entendu un moteur analogue doit être prévu pour le pointage est-ouest. Les atténuateurs 18 et 20 sont commandés par un récepteur de signal de commande d'atténuation 28 muni d'une antenne 30. La balise représentée sur la figure 2 comporte un émetteur de balise 102 10 émettant par l'intermédiaire d'une antenne 104, et un émetteur de commande d'atténuation 106 muni d'une antenne 108. Les signaux de balise provenant de l'émetteur 102 sont reçus sur les cornets 8 et 10 avec des amplitudes différentes dans le cas où, vue du satellite, la direction de la balise s'écarte de l'axe principal de l'antenne. Ceci peut être 15 expliqué à l'aide de la figure 7 sur laquelle on voit les diagrammes de gain de l'antenne correspondant à l'utilisation des cornets 8 (diagramme 80), 6 (diagramme 60), et 10 (diagramme 100). Dans l'axe principal de l'antenne le gain correspondant au cornet 6 est maximal et la différence entre les gains des cornets 8 et 10 est nulle, alors que dans toute autre direction cette différence n'est pas nulle. 20 C'est pourquoi les signaux de sortie des cornets B et 10, recevant les ondes de l'émetteur 102 dont la direction présente un écart angulaire avec l'axe principal, sont inégaux. Cependant si l'antenne est convenablement pointée les signaux de sortie des atténuateurs 18 et 20 sont égaux si l'on a choisi des rapports d'atténuation convenables caractéristiques ds la valeur A souhaitée pour l'écart an-25 gulaire. Cette valeur apparaît sur la figure 8 sur laquelle sont représentés les diagrammes 81 et 101 correspondant aux gains de l'antenne en série avec les atténuateurs 18 et 20. C'est donc lorsque l'axe principal de l'antenne fait avec la direction de la balise l'angle A, dans la direction nord-sud, que les signaux appliqués au 30 comparateur 22 à partir des cornets 8 et 10 sont égaux. Si l'écart angulaire entre ces deux directions vient à changer, les signaux appliqués au comparateur 22 ne sont plus égaux et celui-ci envoie au moteur 24 un signal d'erreur. Ce dernier par l'intermédiaire de l'engrenage 26, ramène l'antenne dans la- direction souhaitée, l'ensemble constituant une chaîne d'asservissement. ' ' 35 Les signaux de sortie des cornets 8 et 10 sont avantageusement appliqués au comparateur 22 par l'intermédiaire d'un ensemble de commutation constitué par le bloc 16 et les interrupteurs 12 et 14. Un tel système de commutation est bien connu et permet au comparateur 22 d'élaborer un signal d*erreur dans des conditions particulièrement simples. ' 40 Le pointage de l'antenne se fait successivement à partir de plusieurs balises 70 02171 5 2074724 à chacune desquelles doit correspondre un ensemble distinct de rapports d'atténuation. C'est pourquoi lorsqu'elle entre en fonction, chacune des balises émet, par l'intermédiaire de l'émetteur 106, un signal caractéristique de commande d'atténuation qui est reçu à bord du satellite par le récepteur 28 et donne aux 5 atténuateurs 18 et 20 des rapports d'atténuation prédéterminés convenables caractéristiques de cette balise. Il est d'ailleurs évident que pour la correction de pointage nord-sud, un seul atténuateur réglable pourrait suffir, un autre correspondant alors à la direction est-ouêst. En effet, seul importe le rapport des rapports d'atténuation des atténuateurs 18 et 20. Il convient seulement que ce 10 rapport puisse prendre toutes les valeurs correspondant aux diverses balises. L'un des atténuateurs peut avoir un rapport d'atténuation constant, par exemple, et l'autre un rapport d'atténuation variant de un jusqu'à une valeur maximale. C'est pourquoij sur la figure 8, le rapport d'atténuation correspondant au cornet 8 est considéré comme égal à un. 15 Sur la figure 3 correspondant à une deuxième variante on voit les éléments 2, 4, B, 8, 10, 12, 14 et 16 jouant le même rôle que précédemment. Cependant les cornets 8 et 10 travaillent à l'émission et non à la réception, ce qui ne change rien au fonctionnement des interrupteurs 12 et 14 et du commutateur 16. Ces cornets 8 et 10 sont alimentés à partir d'un générateur de pointage 202. De même le 20 moteur 24 et l'engrenage 26 jouent le même rôle que précédemment. On voit en outre un récepteur de commande de pointage 204 recevant par l'intermédiaire de l'antenne 206 un signal de commande de pointage. Le moteur 24 est commandé par le récepteur 204. On voit sur la figure 4 un récepteur de balise 208 recevant, par une antenne 25 210, les signaux émis par le générateur de pointage 202 à travers les cornets 8 et 10. Ce récepteur est suivi par un commutateur 212 synchronisé à partir du récepteur 208 sur le bloc de commutation 16 par un circuit de synchronisation 214. Cette synchronisation est rendue possible par le fait que, par exemple, la durée d'émission à travers le cornet 8 est plus grande que la durée d'émission 30 à travers le cornet 10. Il est dans ces conditions à la portée de l'homme de l'art de réaliser un circuit tel que 214 apte, en présence de signaux de niveaux différents, a reconnaître la fin de celui dont la durée est la plus grande, et à délivrer lors de cette fin une impulsion de synchronisation. Dans l'hypothèse où la durée d'émission correspondant à trois des cornets excentrés est égale, celle 35 correspondant au quatrième de ces cornets étant plus longue, le circuit 214 peut être constitué de la manière suivante : un différentiateur délivre une impulsion à chacun des changements de niveau du signal de sortie du récepteur 208. Ces Impulsions commandent un monovibrateur qui ferme une porte pendant un laps de temps légèrement supérieur à la durée d'émission la plus faible correspondant aux trois 40 cornets. Il est évident que si les impulsions de sortie du différentiateur sont 70 02171 B 2074724 « "transmises à travers la porte en question, seule subsistera .l'impulsion corres pondant à la fin de la période, d'émission longue. Le commutateur 212 transmet le signal de sortie du récepteur 208 à un comparateur 22 tantôt à travers l'un,- tantôt à travers l'autre de deux atténuateurs 12 ^ et 14. Le signal de sortie du comparateur 22 est appliqué à un émetteur de commande de pointage 21B qui émet, par l'intermédiaire de l'antenne 218, le signal de commande de pointage précédemment mentionné. Le rôle des atténuateurs 12 et 14 est le même dans cette deuxième variante que dans la première : ils permettent, lorsque l'écart angulaire nord-sud entre l'axe principal de l'antenne et la direction de ^ la balise présente la valeur correcte A, de rendre sga.ux les signaux des deux voies de pointage à l'entrée du comparateur 22. Le signal de sortie de ce comparateur n'est donc différent de zéro que lorsque le pointage n'est pas correct. Ce signal de sortie, par l'intermédiaire de l'émetteur et du récepteur de pointage 21B et 204, est alors appliqué au moteur 24 de manière à réaliser l'asservissement de ^ la direction de l'axe principal de l'antenne. Dans cette deuxième variante les atténuateurs 12 et 14 peuvent n'être réglables ni l'un ni l'autre. Ils sont en effet utilisés en liaison avec une seule balise, .celle dans laquelle ils sont incorporés. Plusieurs signaux d'erreurs peuvent donc être élaborés simultanément dans plusieurs balises. nn On voit sur la figure 5, correspondant à une troisième variante, les memes éléments 2, 4, 6, 8, 10, 24, 2B, 204 et 20B jouant les mêmes rôles que précédemment. Les cornets 8 et 10 sont suivis de circuits accordés en fréquence ou filtres 308 et 310, ces filtres étant eux-mêmes suivis de réflecteurs 312 et 31B propres à faire réémettre par ces cornets les signaux qu'ils ont reçus. Les fréquences oc d'.accord des filtres 308 et 310 sont distinctes. Dans la balise Cfigure 6) on trouve.deux émetteurs de pointage 318 et 320 accordés sur les fréquences des filtres 308 et'310 et émettant en direction du satellite, par l'intermédiaire d'antennes 322 et 324. Les signaux reçus par ces cornets et renvoyés par ceux-ci sont reçus par un récepteur de pointage 208 par l'intermédiaire d'une antenne 210. 30 Ils sont transmis à travers deux filtres 326 et 328 aceordés sur les mêmes fréquences que les filtres 308 et 310 à deux atténuateurs 12 et 14, et à un comparateur d'amplitude 22 qui commande un émetteur de commande de pointage 21B muni d'une antenne 218. On voit que, dans cette troisième variante, la différentiation des voies de pointage se fait par la fréquence des ondes porteuses et non pas par 35 les périodes d'existence des signaux. Par ailleurs et d'une manière évidemment indépendante, cette troisième variante évite la présence d'un émetteur de pointage à bord du satellite. Bien entendu les émetteurs tels que 318 et 320 devraient être au nombre de quatre ou tout au moins de trois, de- même que les voies de pointage et les atténuateurs,, et les fréquences d'accord des filtres. 40 Bien que le système qui vient d'être décrit paraisse le,plus avantageux pour 70 02171 7 2074724 la mise en oeuvre de l'invention, dans un situation technique particulière, on comprendra que diverses modifications peuvent lui être apportées sans sortir du cadre de celle-ci, certains de ses éléments pouvant être remplacés par d'autres éléments susceptibles d'y assurer la même fonction technique. 10 15 20 25 30 35 40 70 02171 8 2074724 REVENDICATIONS 1/ Système de pointage radioélectrique pour antenne directive portée par un "satellite", à partir d'au moins une balise, ce satellite comportant des moyens d'orientation de cette antenne, plusieurs "voies de pointage", constituées par 5 des signaux se propageant sous forme radioélectrique entre cette balise et cette antenne, étant définies, chacune en correspondance avec l'un de ces cornets excentrés, par le fait que les signaux de cette voie passent par ce cornet et les organes qui lui sont associés, un comparateur d'amplitude recevant les signaux présents en des points homologues de ces voies et élaborant un signal d'erreur 10 propre à commander lesdits moyens d'orientation, système caractérisé en ce que ledit comparateur reçoit certains desdits signaux des voies de pointage, par l'intermédiaire d'organes appelés ici atténuateurs qui correspondent chacun à l'une desdites voies de pointage et qui présentent des rapports de transmission en amplitude susceptibles de prendre des valeurs différentes pour ces diverses 15 voies. 2/ Système de pointage selon la revendication 1, dans lequel ladite balise est émettrice et ledit comparateur est à bord du satellite, lesdites voies de pointage étant communes entre cette balise et lesdits cornets excentrés, qui transmettant les signaux qu'ils reçoivent à ce comparateur par l'intermédiaire desdits 20 atténuateurs, ces atténuateurs étant réglables à distance à partir d'émetteurs de commande d'atténuation liés à cette balise. - " 3/ Système de pointage selon la revendication 1, dans lequel ladite balise est réceptrice, ledit comparateur est lié à cette balise, et un générateur de pointage est disposé à bord du satellite de manière à permettre l'émission, par l'intermé-25 diaire desdits cornets excentrés, de signaux de pointage caractéristiques de ces cornets, lesdites voies de pointage étant donc distinctes entre ces cornets et ladite balise, cette balise comportant un récepteur de balise propre à recevoir sélectivement les signaux des diverses voies de pointage, lesdits atténuateurs étant incorporés audit récepteur de balise de manière que les signaux des diverses 30 voies de pointage soient transmis audit comparateur avec des rapports de transmission distincts, un émetteur de commande de pointage recevant le signal de sortie dudit comparateur, et émettant vers ledit satellite un signal de commande de pointage, ce satellite étant équipé d'un récepteur de commande de pointage recevant ce signal de commande de pointage et commandant lesdits moyens d'orientation. 35 4/ Système de pointage selon la revendication 2, dans lequel les cornets excentrés transmettent les signaux qu'ils reçoivent audit comparateur par l'intermédiaire d'un commutateur connecté en série avec lesdits atténuateurs et propre à mettre en communication séquentiellement lesdits cornets excentrés avec ledit comparateur, les signaux parvenant à ce comparateur en provenance des div-ers cornets excentrés 40 se distinguant donc par les périodes pendant lesquelles ils lui parviennent. 70 02171 9 2074724 5/ Système de pointage selon la revendication 3, dans lequel ledit générateur de pointage est connecté auxdits cornets excentrés par l'intermédiaire d'un commutateur d'émission à séquence, les durées affectées à ces divers cornets n'étant pas toutes les mimes, ledit récepteur de balise comportant un commutateur de réception 5 à séquence identique synchronisé sur ledit commutateur d'émission et apte à introduire un rapport d'atténuation différent pendant les parties de la séquence qui correspondent aux diverses voies de pointage. 6/ Système de pointage selon la revendication 1, dans lequel ladite balise comporte un émetteur de balise et un récepteur de balise, cet émetteur émettant un signal 10 utilisable dans toutes les voies de pointage, chacun desdits cornets excentrés étant muni d'un organe de sélection et d'un organe de réflexion de telle sorte que lorsque les signaux en provenance dudit émetteur de balise parviennent à l'un de ces cornets, ce cornet renvoie sélectivement les signaux correspondant à sa propre voie de pointage, ce récepteur étant propre à recevoir sélectivement les signaux 15 des diverses voies de pointage, lesdits atténuateurs étant incorporés audit récepteur de manière que les signaux des diverses voies de pointage soient transmis audit comparateur avec des rapports de transmission distincts, un émetteur de commande de pointage recevant le signal de sortie dudit comparateur et émettant vers ledit satellite un signal de commande de pointage, ce satellite étant équipé d'un 20 récepteur de commande de pointage, recevant ce signal de commande de pointage et commandant lesdits moyens d'orientation. 25 30 35 40