Brevet FR2261629A1 — publié le 19750912

La présente invention concerne un dispositif de renvoi à la base d'une antenne pour station spatiale et notamment un systeme permettant de renvoyer de l'énergie électromagnétique d'une antenne mobile vers des organes de réception fixes ou vice-versa d'un émetteur fixe vers une antenne mobile, On sait que dans les systemes anciens de télécommunications spatiales le cornet d'emission-reception, les amplificateurs paramétriques et l'émetteur étaient disposés dans une cabine solidaire de l'antenne et étaient aptes se mouvoir avec elle.L'antenne étant de larges dimensions nécessitait la présence d'un ascenseur pour accéder aux organes de réception et d'émission0 Ceux-ci devaient être refroidis par des canalisations d'eau qu'il fallait amener jusqu'a à l'intérieur de la cabine, Cette structure compliquée de base de l'antenne et de ses annexes a été simplifiée grâce au renvoi à la base de antenne de l'énergie électromagnétique au moyen de miroirs.Ceux-ci sont disposés entre le centre de l'antenne et le cornet, 1' antenneétant mobile en site et en azimut et le cornet étant fixe ainsi que l'ensemble émission-réception, disposé à la base de l'antenne Cette réalisation nécessite évidemment une mobilité en site et en azimut de l'un des miroirs et une mobilité en azimut des autres miroirs afin de transmettre à l'antenne un rayonnement de révolution autour d'un axe constant quelle que soit ltorientation de celle-ci, Cependant dans ces systemes réalisés avec quatre miroirs dont deux sont plans et deux elliptiques il sue produit un phénomene de polarisation croisée préjudiciable dû d'une part à un défaut d'alignement des miroirs et d'autre part à l'utilisation des miroirs eux-mtees et notamment des miroirs elliptiques, Ceux-ci présentent en effet des défauts dans la symétrie du rayonnement étant donnée la presence de deux foyers. Un rayonnement électromagnétique émergeant d'un foyer pour un miroir elliptique présentant un diagramme de révolution autour d'un axe sera réflechi vers l'autre foyer avec un diagramne qui ne sera plus de symétrie de révolution. I1 s'ensuit que des vecteurs polarisation parallèles à l'entrée du miroir elliptique ne le sont plus à la sortie et qu'il en résulte une polarisation orthogonale supplémentaire perturbatrice et cause de bruit. A la réception, le rapport gain sur bruit thermique est détérioré ce qui a pour conséquence la difficulté de séparer le signal du bruit qui l'accompagne. Le dispositif de renvoi à la base selon la présente invention permet de remédier à cet inconvénient. Dans celui-ci en effet il est possible d'améliorer le rapport gain sur bruit thermique et de rendre ainsi les antennes plus performantes. La présente invention a pour objet un dispositif de renvoi à la base d'une antenne pour station spatiale comprenant dans tordre, un reflecteur secondaire et un réflecteur principal Cassegrain solidaires et mobiles en site et en azimut, un système de quatre miroirs renvoyant l'énergie électromagnétique en provenance ou à destina'tiôù dudit réflecteur secondaire, un cornet, ledit cornet et un ensemble émission-réception associé étant fixes et situés à la base de l'antenne caractérisé en ce que dans le même ordre, le premier miroir est un miroir plan, le second miroir est un miroir parabolique, le troisième miroir est un miroir plan et le quatrième miroir est un miroir parabolique, l'image du foyer du second miroir parabolique par rapport au premier miroir plan étant confondue avec le foyer dudit'réflecteur secondaire et le foyer du quatrième miroir parabolique étant situé au centre de phase dudit cornet. Selon une particularité de l'invention ledit premier miroir plan est mobile en site et en azimut et lesdits second, troisième et quatrième miroirs sont mobiles en azimut seulement. Selon une autre particularité de l'invention une gaine électrostatique entoure les espaces compris entre lesdits miroirs et un joint tournant est disposé sur la gaine comprise entre le premier miroir plan et le deuxième miroir parabolique. Un exemple de mise en oeuvre de la présente invention donné à titre purement illustratif et nullement limitatif va être decrit en référence à la figure unique qui représente schématiquement le principe du dispositif de renvoi à la base. Tel que représenté sur la figure 1, on voit une antenne cassegrain pointée vers le zénith. Elle est constituée d'un réflecteur secondaire 1 épousant la forme d'un hyperboloide de révolution et d'un réflecteur principal 2 dont la section est une grande parabole. Le réflecteur principal 2 possède en son centre un orifice 3 permettant le passage des ondes électromagnétiques d'émission ou de réception provenant du réflecteur secondaire ou se dirigeant vers ce dernier. L'antenne Cassegrain est mobile en site et en azimut afin de pouvoir être dirigée vers un satellite géostationnaire, en principe immobile par rapport à la terre, mais dont l'inclinaison sur l'horizon varie selon la longitude et la latitude du lieu de l'antenne. Sous le réflecteur principal 2 et en face de l'orifice 3 est disposé un miroir plan 10 de 1,9 mètre sur 1,3 mètre, par exemple, formant un angle de 450 avec l'axe azimut de l'antenne. Il est situé à 4,5 mètres par exemple du centre du réflecteur principal 2. Perpendiculairement à l'axe de l'antenne en un point situé sur le point de rencontre des diagonales du miroir plan 10, passe l'axe de rotation en site 4 du miroir plan 10. Sur cet axe 4 à 2,5 mètres par exemple se trouve le centre d'un miroir parabolique 20 ayant pour dimensions 3 mètres sur 2 mètres environ et pour foyer F200 L'image de ce foyer F20 par rapport au miroir plan 10 est FI qui est confondu avec le foyer de l'hyperboloide constituant le réflecteur secondaire 1.A 8 mètres plus bas que le miroir. para bolique 20 se trouve un miroir plan 30 de dimensions 3 mètres sur 2,15 metres, à titre d'exemple. A la meme hauteur et sur le côté est disposé à 2,5 mètres environ un miroir parabolique 40 de 3 mètres sur 2 mètres, sensiblement identique au miroir parabolique 200 La distance focale du miroir parabolique 40 peut être de 5 mètres. Le foyer F40 du miroir parabolique 40 est confondu avec le centre de phase du cornet 5 de l'antenne. Le cornet 5 est fixe et est relié à l'ensemble émission-réception fixe également constitué d'un émetteur, d'amplificateurs paramétriques et d'organes de réception non représentés. L'axe 6 de rotation en azimut passe par l'axe du cornet 5 et le sommet du réflecteur principal 2. Le cornet 5 présente une symétrie de révolution du-diagramme de rayonnement. Les ondes qui en sortent ou qui y viennent sont sphériques; Comme elles proviennent du foyer F40 du miroir parabolique 40 les ondes réfléchies par celui-ci sont planes. Le trajet des ondes est representé par des lignes en tirets; Le miroir plan 30 renvoie des ondes planes vers le miroir parabolique 20 lequel réfléchit des ondes sphériques vers le foyer F20. On peut noter que le miroir plan 30 n'introduit pas de défaut de parallélisme et n'a qu'un rôle de plan de symétrie. Le miroir parabolique 40 introduit un défaut de parallélisme donc une polarisation croisée lorsqu'il émet des rayons parallèles après avoir été illuminé par des ondes en provenance du foyer.Réciproquement, des rayons parallèles comportant un défaut de parallélisme seront réfléchis sans défauts vers ce foyer. C'est ce qui se produit avec les miroirs paraboliques 40 et 20, qui sont identiques. La polarisation croisée introduite par le miroir 40 est supprimée à la sortie du miroir parabolique 20. En utilisant une couple de miroirs paraboliques identiques on arrive à diminuer le facteur du bruit donc à améliorer le rendement de l'antenne. Les ondes sphériques se dirigeant vers le foyer F20 sont réfléchies par le miroir plan 10 vers le foyer FI de l'hyperboloide et atteignent celui-ci pour être renvoyées vers le ciel par la grande parabole 2. Les miroirs 10, 20, 30, 40 sont aptes à tourner autour de cet axe en rotation en azimut 6 en meme temps que 11 antenne cassegrain. De plus le miroir 10 est apte à tourner en site autour de l'axe de rotation 4 en même temps que l'antenne. La correspondance pour un même rayon entre l'angle a à la sortie du cornet 5 et l'angle ssd'illumination de l'antenne cassegrain est pratiquement parfaite. Ainsi pour un angle a + de 10 on a ss + = 80,22 et pour un angle a- de 100 on a BD 8e,46. Les miroirs de renvoi introduisent au maximum une perte de 25 dB par rapport au niveau obtenu dans l'axe du rayonnement du cornet. Les trajets des ondes électromagnétiques situés entre les miroirs 10, 20, 30, 40 et le cornet 5 sont entourés d'un blindage électrostatique en forme de gaine cylindrique pouvant être en aluminium. il a pour rôle de protéger les miroirs contre les influences exterieures. Entre le miroir 10 et le miroir 20 il existe un joint tournant afin de permettre la rotation en site du miroir 10 A l'endroit du joint tournant la gaine du blindage, côté miroir 10 est apte à tourner dans la gaine du blindage, côté miroir 20. Le dispositif de renvoi à la base peut être utilisé dans tous les cas où l'on a besoin de transmettre de l'énergie électromagnétique d'un guide d'ondes fixe à un endroit difficilement accessible et mobile. Les applications particulièrement intéressantes concernent le renvoi à la base d'une antenne pour station spatiale. REVENDICATIONS 1/ Dispositii-de renvoi à la base d'une antenne pour station spatiale comprenant dans l'ordre un réflecteur secondaire et un réflecteur principal Cassegrain solidaires et mobiles en site en en azimut, un système de quatre miroirs renvoyant l'énergie électromagnétique en provenance ou à destination dudit réflecteur secouer daire et un cornet, ledit cornet et un ensemble émission-réception associé étant fixes et situés à la base de l'antenne, caractérisé en ce que dans le même ordre, le premier miroir (10) est un miroir plan, le second miroir (20) est un miroir parabolique, le troisième miroir (30) est un miroir plan et le quatrième miroir (40) est un miroir parabolique, l'image du foyer (F20) du second miroir parabolique (20) par rapport au premier miroir plan (10) étant confondue avec le foyer (FI) dudit réflecteur secondaire et le foyer (F40) du quatrième miroir parabolique étant situé au centre de phase dudit cornet. 2/ Dispositif de renvoi à la base selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit premier miroir plan (10) est mobile en site et en azimut èt que lesdits second (20), troisième (30) et quatrième (40) miroirs sont mobiles en azimut seulement; 3/ Dispositif de renvoi à la base selon les revendications 1 et 2, caractérisé par le fait qu'une gaine électrostatique entoure les espaces compris entre lesdits miroirs et qu'un joint tournant est disposé sur la gaine comprise entre le premier miroir plan et le deuxième miroir parabolique.