Brevet FR2533763A1 — publié le 19840330

la présente invention concerne des systèmes d'antennes à faisceaux modelés, avec possibilité de chan- gement de configuration, et elle porte en particulier sur des systèmes utilisant un diviseur de puissance à deux mo- des Un diviseur de puissance à deux modes est un ré- seau a delux entrées et N sorties qui: (a) donne une répar- tition de puissance donnée sur N accès de sortie lorsqu'un signal est appliqué sur lun seul des deux accès d'entrée et (b) donne la même répartition de puissance donnée lorsque le signal est appliqué uniquement à l'autre accès d'entrée. Les N signaux de sortie qui sont ainsi produits ont une progression de phase données Pour réaliser un réseau sans perte, la progression de phase des N signaux de sortie qui sont produits sous l'effet du signal appliqué à un accès d'entrée doit être conjuguée de la progression de phase des N signaux de sortie qui sont produits sous l'effet du signal applique à l'autre accès d'entrée. Les diviseurs de puissance à deux modes sont largement utilisés dans les structures d'antennes à fais- ceaux modelés pour les télécommunications par satellites, dans le but de séparer des canaux de télécommunications pairs et impairs adjacents, ce qui permet d'éviter la né- cessité d'un multiplexage entre canaux contigus Les bre- vets des E U A 4 223 285 et 3 988 705 donnent des exemples de tels diviseurs de puissance. Les satellites de télécommunications géosynchro- nes peuvent 6 tre placés sur un arc orbital couvrant lune grande étendue longitudinales A bord du satellite peut se trouvrer un système d'antenne dont on peut modifier le dia- granme de rayonnement, lorsqu'on le désire, pour obtenir une couverture au sol particulière désirée pour une dif- fusion. Le système d'antenne de l'invention permet de modifier le diagramme de rayonnement correspondant à un faisceau modelé, par commutation de puissance entre les éléments d'un réseau d'alimentation d'antenne à réflecteur et faisceau modelé, et il fait simultanément en sorte que des faisceaux d'éléments adjacents aient une relation de phase appropriée pour former un diagramme de rayonnement correspondant à un faisceau modelé optimal. Dans un système d'antenne conforme à l'invention, N-1 des N accès de sortie d'un diviseur de puissance sont respectivement couplés à INT-1 éléments rayonnants Le Nième accès de sortiepeut 4 tre commuté sélectivement soit direc- tement vers un Nième élément rayonnant, pour obtenir une configuration de diagramme de rayonnement, soit vers un (N-l)ième élément rayonnant, par l'intermédiaire d'un dé- phaseur, pour obtenir une autre configuration de diagramme de rayonnement La structure est telle que la progression de phase entre les signaux d'entrée dirigés vers les élé- ments rayonnants est la même pour les deux configurations de diagramme. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- ventlon seront mieux compris à la lecture de la descrip- tion qui va suivre d'un mode de réalisation et en se réfé- rant aux dessins annexés sur lesquels: Ia figure 1 est un schéma synoptique d'un réseau diviseur de pnissance à deux modes de type 2:4 de l'art antérieur; Ia figure 2 est un tableau montrant la réparti- Uion de phase et d'amplitude pour un tel réseau; La figure 3 est un schéma synoptique du diviseur de puissance du type 2:4 de la figure 1, avec un accès de sortie comruté; la figure 4 est un tableau monf;rant une réparti- tion de phase et d'amplitude pour les Etats contigus des E.U A (C O ONS), l'Alaska et Porto-Rico; Ia figure 5 représente en traits continus les phases des faisceaux pour le système de la figure 3 et en pointillés les phases des faisceaux clour le systeme cor:res- pondant à uan mode de réalisation préféré de l'invention La figure 6 est un schéma synoptique du,ystère d'antermnne avec possibilité de modification de la configu- ration des faisceaux, conforme à wul mode de réalisation préféré de l'invention; et Les figures 7 A et 7 83 montrent les vecteurzs pour les faisceaux dans le cas de la figure 6, lorsque le sys- t,.:e est com uté de façon à supprimer la couverture pour l'Alaska et pour assurer la couverture pour Porto-Rico. La figure 1 montre un schéma synoptique d'un rê- seau à deux modes de type 2:4 classique, 10 Le réseau comprend quatre coupleurs 3 db, 11, 12, 13 et 14 Chaque coupleur divise également la puissance d'entrée qu'il re- çoit et applique un déphasage différentiel de 90 aux deux signaux à puissance divisée Les signalux d'entrée sur l'ac- cès 1 sont soumis à une division de puissance en parties égales dans le coupleur 11 i, et ces signaux à puissance di- visée sont soumis à une nouvelle division de puissance en parties égales dans les coupleurs 12 et 13, pour donner quatre signaux ayant des puissances divisées de façon éga- le Un signal de sortie du coupleur 12 et un signal de sor- tie du coupleur 13 sont en outre combinés dans le coupleur 14 potu' produire avec les dêphaseuzs de-90 15 et 16 les répartition de phase et d'amplitude qui est indiquée dans le tableau de la figure 2 Pour un satellte de lécou- nications de type caractéristique destizé aux télécomnnmi- cations intérieures pour les E U A, sur l'arc orbital ouest (au-dessus de l'équateur mais à une longit'ude égale ou presque égale à celle de la côte ouest des E U A), cette répar-ition peut 9 tre appli quée unl réseau cali en- tation à qà a;re cornets, pour produire un diagramme à faisceaux modelés couvrant CONUS (partie des E U A form::ées par les Etats contigus) et l'Alaska, en utilisant trois faisceaux provenant de ces accès (accès de sortie 2,3 et 4 m: la figue 1) rour la couverture de OCINUS Est (CE), OEJS Centre (C 00) et CC'T:S Ouest ( 00), et un uatr i,me accs (accès de sortne 1) pour la couvertuze de l'Alaska. 3 i ce tllite avec sonr antenne est rey oiitionné dans une_ position correspondant à wue orbite plus orientale, au-dessus de l'équateur et à une longitude égale ou presque égale a celle de la cote est des ETU, et si la couvrsrtlire de Portc-Rico est nécessaire, il peut être seouhaitable de 2 zrou:uire un faisceau supplément;aire pour Porto-Rico (fais- ceau, PR) et de coualter de la puissance vers ce faisceau à partir des éléments rayonnants pour la couverture de l'Alaska (A) Si on utilise une commutation telle que celle représen- tée sur la figure 3 (avec le commutateur 21 couplé à la sor- tie du réseau à deux modes 10, du type 2:4), c'est-à-dire sans changement de la configuration de phase, les affecta- tions d'amplitude/phase des faisceaux seront celles indiquées dans le tableau de la figure 4 Comme il est indiqué dans la figure 4, les faisceaux CONES Est et Porto-Rico ont une dif- férence de phase relative élevée, c'est-à-dire une différence de 157,5 22,5 ou 135,50 Cette différence de phase ex- cessive produit des interférences soustractives excessives dans la région située entre le faisceau CONUS Est et le faisceau Porto-Rico, et elle produit une diminution rapide du gain dans la reégion orientale du faiseeau CE m 'deléè Ce te diminution rapide constitue un danger pour la couver- ture de Porto-P Rico et de la c Ste est des EUJA Des Lz vecteurs représentant les signaux de sortie à deux modes du réseau 2:4 classique sont tracés en traits continus sur la fgure 5. XO va ma Eintenant considérer la mis;e en place d 'un dépheseur fixe de 1800 dans le faisceau de Porto-Rico? sur -la sertie co Lmmutée du réseau 10, comme le montre la figure -C Avec cette c iguration, les vecteurs sont modifiés de la ma:nière indiquée par les lignes en pointillés 101 et 103 sur la figure 5 La configuration vectorielle des faisceaux que produit la structure de la figture 6 est représentée sur les figures 7 A et 7 B pour des signaux respectivement appli- qués aux accès dl entrée 1 et 2 La phase du signal -rov-e- nant de l'accès de sortie 1 est alors amenée en correspon- dance étroite avec la phase du signal provenant de l'accès de sortie 4, ce qui fait que les faisceaux qui sont couplés vers ces accès se combinent de façon additive dans la for- mation d'un diagramme correspondant à des faisceaux modelés. La figure 6 montre le système d'antenne dont on peut modifier la configuration Les s-naux d'entrée pré- sents sur l'accès d-entrée 1 sont couplés par le réseau à deux modes, 10, de type 2:4, vers les accès de sortie 1, 2, 3 et 4, commne précédemment Les signaux présents sur les accès de sortie 2, 3 et 4 sont appliquées à des cornets correspondants 22, 23 et 24 pour assurer la couverture de CONUS Les signaux présents sur l'accès de sortie 1 sont appliqués à un circuit de commutation 21 qui couple les signaux de l'accès de sortie 1 vers le cornet 25 (pour la couverture de l'Alaska), ou qui couple ces signaux vers le cornet 26 (pour la couverture de Porto-Rico), par l'inter- médiaire d'un déphaseur de 1800, 55 Lorsque le satellite assure la couverture de l'Alaska, le circuit de commutation 21 est dans une position dans laquelle il couple directe- ment vers le colmet 25 les signaux présents sur l'accès de sortie 1 Lorsque lc satellite est déplacé pour être amené à poste fixe près de la c 8 te est (orbite orientale), la source 56 applique un signal de commande pour placer le circuit de commutation 21 dans une position dans laquelle il couple les signaux présents sur l'accès de sortie 1 vers le cornet 26, par l'intermédiaire d'un déDhaseur de 1800, 55, pour la couverture de Porto-Rico Les sigr aux de com- mande pour comîander la position du circuit de commutation 21 (et donc pour changer l'état de couplage) peuvent pro- venir d'une station terrienne, par l'intermédiaire du sys- *eme de télémesure du satellite. Le système d'antenne à bord du satellite peut etre semblable à celui qui est représenté sur la figure 6, sur laquelle les accès de sortie 1, 2, 3 et 4 sont couplés à des éléments rayonnants à cornet alignés, 25, 22, 23 et 24, et 26 Le cornet rayonnant 26 posr Porto-Rico est ali- gné avec le cornet 24 pour CE, et adjacent à celui-ci Le cornet 25 pour l'Alaska est adjacent au cornet pour 00, 22, et aligné avec celui-ci Ces cornets rayonnants sont de façon générale places au foyer du réflecteur parabolique Bien que le réseau à deux modes décrit ici divise la puissance de façon égale entre les accès de sortie, le système décrit cidessus peut utiliser un réseau diviseur de puissance dans lequel la puissance de signaux d'entrée est divisée de façon inégale entre les accès de sortie De plus, il n'est pas obligatoire que la progression de phase soit linéaire dans tous les cas. Bien entendu diverses modifications peuvent être au procédé et au dispositif décrits et représentés, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Système d'antenne avec possibilité de modifier la configuration de faisceaux, pour produire sélectivement des premier et second faisceaux modelés, ce système compre- 5.nant: des moyens diviseurs de puissance ayant deux accès d'entrée et N accès de sortie(l, 2, 3, 4), en désignant par N un nombre entier, ces moyens de division de puissance réagissant à un signal d'entrée appliqué à un se;ul des accès d'entrée ( 1) en produisant sur les Ni accès de sortie N si- gnaux respectifs divisés en puissance ayant des puissances relatives données, avec une première progression de phase, et réagissant à un signal d'entrée appliqué seulement à l'autre accès d'entrée ( 2) en produisant sur les N accès de sortie N signaux respectifs divisés en puissance ayant les puissances relatives données, avec une progression de phase conjuguée; et des moyens pour coupler les N signaux divisés en puissance vers N éléments rayonnants respectifs, caracté- risé en ce qu'il comporte un (N+ 1)ième élément rayonnant ( 26); et en ce que les moyens de couplage comprennent des moyens déphaseurs ( 55) et des moyens de commutation ( 21); ces moyens de commutation réagissant à un signal de commnan- de (venant de 56) en commutant le signal divisé en puissan- ce qui provient de l'un particulier des accès de sortie ( 1) et qui est par ailleurs appliqué à l'un particulier des N éléments rayonnants ( 25 A) ,vers le (N+ 1)i rme élément rayonnant, par l'intermédiaire des moyens dephaseu)rs, dans le but d'introduire dans l'énergie appliquée au ( 1 N+ 1)ième élément rayonnant un déphasage approprié pour maintenir la progression de phase dans les signaux respectifs appliqués au x N éléments rayonnants qui comprernient le '(N+i)ième élément rayonnant, identique à la progression de phase dans les signaux respectifs qui sont appliqués auxdits N éléments rayonnants. 2 Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que les Net(N+l)ièméléments rayonnants sont disposes en une ligne et en ce que les moeyens de commutation couplent un signal divisé en puissance proverunrl dudit accès de sor- tie particulier vers l'-n ou l'autre des éléments rayonnants qui se trouvent aux extrémités respectives de ladite ligne. 3 Système selon l'une quelconque des revendica- tions I ou 2, caractérisé en ce que les moyens déphaseurs ( 55) comprenmnent un déphaseur de 180 o 4 Système selon l'une quelconque des revendica- tions 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que les moyens diviseurs de puissance ( 10) consistent en un diviseur de puissance à deux modes du type 2:4. Système selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 4, caractérisé en ce que l'entier N est égal à 4 o