Brevet FR2589284A1 — publié le 19870430

- 1 - 2589284 Antenne multiréflecteurs rayonnant un faisceau orientable avec un grand débattement La présente invention se rapporte à une antenne multiréflecteurs rayonnant un faisceau orientable avec un grand débattement. Elle permet d'orienter le faisceau rayonné dans des directions recouvrant plus d'une demi-sphère. Une application d'une telle antenne se rencontre en télécommunica- tions spatiales lorsqu'il faut réaliser une liaison radioélectrique entre deux satellites ayant des orbites très différentes, ce qui est le cas d'une liaison entre un satellite à défilement basse altitude, qui est par exemple un satellite utilisateur ou un satellite d'observation, et un satellite géostationnaire appelé satellite relais. Ce problème est actuellement résolu par l'utilisation de mécanismes de pointage à deux axes de rotation, l'antenne étant alors une antenne à réflecteur classique; par exemple une antenne cassegrain centrée pour les satellites utilisateurs actuellement étudiés. Mais, d'une part les fréquences utilisées pour ces liaisons sont élevées (fréquences millimétriques), et d'autre part l'antenne doit comporter un système d'écartométrie assurant le pointage. La liaison entre les équipements d'émission-réception ne peut donc être réalisée par des joints tournants hyperfréquences. De ce fait les équipements sont solidaires de l'antenne et sont soumis aux mêmes mouvements que celle-ci. Le mécanisme de pointage de l'antenne est donc pénalisé par une masse plus importante et par un couple de rappel dû à la présence d'un enrouleur de câble; ce câble assurant les liaisons élec- triques nécessaires. Un autre défaut de ce système réside en la difficulté de réalisation d'un contrôle thermique de l'ensemble des équipements électroniques en mouvement. L'invention a pour objet la réalisation d'un système rayonnant permettant d'éliminer ces différents défauts. La présente invention présente à cet effet une antenne multiréflecteurs rayonnant un faisceau orientable avec un grand débattement, caractérisée en ce qu'elle comprend une source primaire située sur un axe azimuth et au moins deux réflecteurs orien- tables solidaires d'un même bâti mobile autour de cet axe azimuth. - 2 - 2589284 Avec une telle antenne, quelle que soit l'orientation du faisceau en sortie, on conserve sa qualité et on évite les pertes liées à l'utili- sation de Joints tournants. Plus précisément le premier réflecteur forme une portion d'ellipsolde de révolution centré sur l'axe azimuth et le second réflec- teur forme une portion de parabololde qui tourne autour d'un axe éléva- tion de manière à renvoyer en sortie le faisceau dans une direction désirée. Selon une forme préférée de réalisation de l'invention l'antenne comprend deux réflecteurs supplémentaires qui sont des miroirs plans solidaires du bâti mobile. Plus précisément le second de ces deux miroirs plans, qui est le miroir de sortie, est mobile autour de l'axe élévation; Ce dernier miroir étant centré sur l'intersection des axes azimuth et élévation. Cette caractéristique assure une position constante de l'ouverture de l'antenne au cours de rotations successives. On n'introduit ainsi aucun effet de parallaxe en fonction de la direction visée par l'antenne. Des systèmes à quatre miroirs appelés systèmes d'alimentation périscopique sont utilisés dans des stations terriennes de télécommuni- cations comme dispositifs d'alimentation. Ils assurent la transmission du faisceau d'ondes de la source primaire aux réflecteurs de l'antenne. Le dispositif de l'invention différe de ces systèmes car il est conçu comme dispositif rayonnant fonctionnant par un choix et un arran- gement correct des miroirs et non comme un système d'alimentation d'une antenne. En effet la technique d'alimentation périscopique, telle qu'elle est utilisée dans les stations terriennes, n'est applicable que lorsque les dimensions des antennes, en longueur d'ondes, sont suffisam- ment importantes, par exemple pour une ouverture supérieure à 100 \. Par contre le dispositif rayonnant de l'invention peut fonctionner avec des ouvertures d'antenne beaucoup plus petites par exemple à partir de 20. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre, à titre d'exemple non limita- tif, en référence aux figures annexées sur lesquelles: - la figure 1 est une représentation schématique de l'antenne selon - 3 -2589284 l'invention, - la figure 2 est une représentation schématique d'une variante de réali- sation de l'antenne selon l'invention. L'antenne selon l'invention comporte un ensemble de quatre réflec- teurs mobiles en rotation par rapport à deux axes perpendicu- laires aet a'. On se sert dans la suite de cette description, à titre d'exemple, des deux axes élévation et azimuth; -soient et ' respec- tivement ces deux axes. L'antenne de l'invention, représentée à la figure 1 comprend: - une source primaire 1 fixe placée sur l'axe azimuth L'. - un ensemble de quatre miroirs 3, 4, 5 et 6 solidaires d'un même bâti 2, représenté sur la figure 1,mobile en rotation 14 autour de cet axe . Les miroirs 4 et 6 sont des miroirs plans, et les miroirs 3 et 5 deux miroirs focalisant: Le miroir 3 est par exemple un miroir ellipsoidal et le miroir 5 est un miroir paraboidal. Le premier miroir 3 est centré sur l'axe azimuth ài', les miroirs 3, 4, 5 solidaires du bâti 2 sont mobiles autour de l'axe azimuth S'. Le quatrième miroir 6 est mobile en rotation 15 autour de cet axe azimuth ô' mais aussi autour de l'axe élévation t. Ce quatrième miroir 6 est centré sur l'intersection des axes azimuth t' et élévation à. En fonctionnement la source primaire, qui est un cornet fixe 1, émet un faisceau d'ondes hyperfréquences qui se réfléchit successivement sur les quatre miroirs 3, 4, 5, 6 que l'on appelle respectivement premier, deuxième, troisième et quatrième miroirs. Le premier miroir 3 formant une section d'ellipsoide de révolu- tion, ce faisceau d'ondes hyperfréquences, après réflexion sur ce miroir est tout d'abord convergent 9, il redevient divergent 10 au cours de sa propagation après être passé par une zone 11 o la surface d'onde est plane. En cette zone 11 le faisceau est concentré autour de l'axe de propagation. Le miroir plan 4 est situé au voisinage de cette zone, de ce fait les dimensions de ce miroir sont faibles, ear l'énergie est concentrée autour de l'axe de propagation. Le faisceau est ensuite dirigé vers le réflecteur paraboidal 5. Le faisceau incident 12 sur le réflecteur paraboloide doit présenter un front d'onde sphérique bien établi; ce réflecteur transformant alors, 4 i, 2589284 après réflexion, ce faisceau en un faisceau 13 à front d'onde plan. C'est ce réflecteur 5 qui détermine les caractéristiques du faisceau rayonné par l'antenne, son ouverture est dimensionnée de façon classique connue de l'homme de l'art. L'axe de ce faisceau 13 à front d'onde plan, émergeant du réflec- teur 5, est l'axe élévation L. Le miroir plan 6, placé sur cet axe, suivant un angle par exemple de 450, permet par rotation d'orienter le faisceau émergeant dans la direction désirée. Le faisceau issu du dispo- sitif de l'invention peut alors balayer une large z8ne angulaire supérieure à - 120 dans le plan azimuthal choisi. Pour maintenir constantes les caractéristiques du faisceau rayonné pendant les rotations des miroirs, la source primaire 1 a un diagramme de rayonnement de révolution, par exemple du type de celui d'un cornet corrugue. L'intersection des axes et à' au centre du miroir plan 6 de sortie du dispositif assure une position constante de l'ouverture de l'antenne au cours des rotations, ainsi on n'introduit pas d'effet de parallaxe variable avec la direction visée par l'antenne. Cette caractéristique est importante lorsque l'on utilise un système d'écartométrie assurant le pointage de l'antenne. A titre d'exemple non limitatif, pour un faisceau rayonné ayant une largeur à mi-puissance de 30 avec un gain de 36dB, à la fréquence 26 GHz, les dimensions de l'antenne sont les suivantes: - ouverture de l'antenne: 277 mm; - OM1 =100 mm; M1 M2 = M3 M4 = 300 mm; M2 M3 = 420 mm; - focale du miroir parabolique 5 = 277 mm; - interfocale du miroir ellipsodal 3 323 mm; excentricité de ce miroir = 0,718; - diamètres du miroir plan 4 = 150 x 100 mm; - diamètres du miroir plan 6 = 400 x 280 mm; - dimension du miroir 3 = 200 x 120 mm. Une variante de réalisation de l'invention est représentée à la figure 2. Les miroirs plans ont été supprimés. L'antenne peut être alors par exemple du type antenne Grégory à réflecteurs excentrés. Cette variante comprend: - la source primaire 1 fixe placée sur l'axe azimuth à ', -5 - 2589284 - un ensemble de deux miroirs 3 et 4 solidaires d'un même bâti mobile autour de l'axe A. Le miroir 3 est, comme précédemment, une portion d'ellipsoide le miroir 4 n'est plus alors un miroir plan mais une portion de paraboloide. Le premier miroir 3 est centré sur l'axe à. L'axe est confondu avec l'axe du faisceau intermédiaire entre les miroirs 3 et 4. Le deuxième miroir 4 tourne autour de cet axe aet renvoit le faisceau dans la direction désirée. Cette variante plus simple que la précédente à quatre miroirs, présente un phénomène de parallaxe, car l'ouverture de l'antenne se déplace lors des rotations des réflecteurs. Cet inconvénient rend cette variante du dispositif de l'invention moins attractive que celle décrite précédemment. Il est bien entendu que la présente invention n'a été décrite et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel et que l'on pourra remplacer ses éléments constitutifs par des éléments équivalents sans pour autant sortir du cadre de l'invention. - 6 2589284 REVENDICATIONS 1/ Antenne multiréflecteurs rayonnant un faisceau orientable avec un grand débattement, caractérisée en ce qu'elle comprend une source pri- maire (1) située sur un axe azimuth ( A') et au moins deux réflecteurs (3, 4) orientables solidaires d'un même bâti (2) mobile (14) autour de cet axe azimuth ( d '). 2/ Antenne selon la revendication 1, caractérisée en ce que le premier réflepteur (3) est un miroir focalisant. 3/ Antenne selon la revendication 2, caractérisée en ce que le premier réflecteur (3) forme une portion d'ellipsolde de révolution centré sur l'axe azimuth ( '). 4/ Antenne selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le second réflecteur (4) forme une portion de parabololde qui tourne autour d'un axe élévation () de manière à renvoyer en sortie le faisceau dans une direction désirée. / Antenne selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'elle comprend deux réflecteurs supplémentaires (5, 6) qui sont solidaires du bâti (2) mobile (14) autour de l'axe azimuth ( t'). 6/ Antenne selon la revendication 4, caractérisée en ce que le second (4) et le quatrième (6) réflecteur sont des miroirs plans. 7/ Antenne selon la revendication 6, caractérisée en ce que le second (6) des deux miroirs plans est un miroir de sortie mobile (15) autour d'un axe élévation () et centré sur l'intersection des axes élévation (A) et azimuth ( a'). 8/ Antenne selon la revendication 7, caractérisée en ce que le second miroir plan (6) forme un angle de 45 par rapport à l'axe élévation(). 9/ Antenne selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, caractérisée en ce que le troisième réflecteur (5) est un miroir focalisant. / Antenne selon la revendication 9, caractérisée en ce que ce miroir focalisant (5) est une portion de paraboloide.