Brevet FR2648278A1 — publié le 19901214

La présente invention est relative b une an tenne a faisceaux commutables permettant d'établir une liaison entre deux points par ondes radio-électriques très fortement concentrées, a savoir par faisceaux hert zlens. Elle se rapporte surtout aux antennes de satel lites à faisceau(x) conformé(s). Une liaison par faisceaux hertziens permet de transmettre selon les cas et notamment par satellites - les conversations téléphoniques groupées en un multiplex fréquentiel. temporel ou par codage - des programmes de télévision - des données. On connaît les trois tvpes d'antennes suivants: 1) Antennes multi-sources à répartiteur reconfigurable. Ce type d'antennes est représenté schématiquement à la figure 1 accompssant la descrlpt:.n de l'invention. Ces antennes comportent un reflecteur 1. un réseau de sources 2 et un répartiteur reconfigurable par réglage des déphaseurs 3 et des diviseurs variables ou commutateurs 4. L'avantage de ce dispositif est de pouvoir créer plusieurs états. et non deux seulement. du faisceau rayonné. Les inconvénients sont la complexite du reseau sources et du répartiteur. l'existence de perte dans les composants variables et dans les guides d'ondes ainsi que la nécessité d'un répartiteur par polarisation. 2) Antennes à deux entrées. Ce type d'antennes est représenté aux figures 2a et 2b. L'antenne de la figure 2a comporte un réflecteur principal 5 de surface paraboloidale ou conformée. un réflecteur auxiliaire 6 de surface hyperboloidale ou conformée et deux sources 7 et 8. A chaque source correspond un faisceau différent. accessible par commutation l'entrée. Pour des faisceaux bien séparés et de forme similaire, le dispositif est valable. Toutefois. dans les autres cas, le réflecteur principal est mal utilisé. Une version simplifiée sans réflecteur auxiliaire existe également, mais elle est moins performante. L'antenne de la figure 2b comporte un réflecteur 9. un réseau sources 10 et un répartiteur fixe sans perte et à deux entrées 11 et 12. chacune correspondant à un mode commutable. Les illuminations créées sur le réseau sources pour les deux modes sont dites orthogonales et engendrent des faisceaux qui peuvent être soit séparés. soit -S la limite- coincidents (au prix, dans ce dernier cas. d'un agrandissement du réflecteur par rapport au cas du système à un seul faisceau de même forme). Le principal inconvénient des antennes à deux entrées est le faible rendement d'utilisation de la surface du réflecteur pour des faisceaux avec recouvrement. 3) Antennes à réflecteurs déformables. Ces antennes sont illustrées a la figure 3. où on peut remarquer la présence d'une source 13 llluml- nant un réflecteur 14 dont la surface peut être variée par déformation obtenue en plaçant un système de moteurs télécommandés 15 en un certain nombre de points 16. A chaque configuration de la surface correspond un faisceau. L'avantage de ce dispositif est qu'un nombre élevé de faisceaux différents peut être obtenu et non pas seulement deux. Toutefois, ce dispositif présente l'inconvénient mateur dû à sa complexité mécanique et au fait que, à cause du nombre limité des points de contrôle de la surface déformable. le contrôle des diagrammes de rayonnement n'est que relativement grossier. La présente invention s'est donc donnée pour but de pourvoir å une antenne a faisceaux commutables qui répond mieux aux nécessités de la pratique que les antennes du même type et visant le même but antérieurement connues. En particulier. on vise à éliminer les lnconvé- nients évoqués plus haut en rapport avec les antennes de l'Art antérieur. La présente invention a pour obJet une antenne à faisceaux commutables, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins un réflecteur pourvu d'au moins deux surfaces réfléchissantes destinées à être exposées séparément à une source de rayonnement, chaque surface ayant un profil approprié pour réaliser un diagramme de rayonnement de forme spécifique et prédéterminée. Selon un mode de réalisation préféré de l'antenne conforme à l'.nventlon, le réflecteur est un réflecteur pivotant comportant deux surfaces réflGehls- santes opposees supportées par un axe pivotant. chaque surface étant expcsée à la source de raycnnement par rotation du réflecteur autour de cet axe. Selon une disposition avantageuse de ce mode de réalisation, la source de rayonnement est commune aux deux surfaces réfléchlssantes. Selon une variante avantageuse de cette disposition à chaque surface réfléchissante est associée une source de rayonnement séparée. Selon un autre mode de réalisation t ntageux de l'antenne conforme à l'invention, le réflecteur est un réflecteur à translation comportant des surfaces réfléchissantes constituées par une pluralité de portions profilées ménagées dans une surface unique supportée par une glissière, chaque portion réfléchissante étant exposée à la source de rayonnement par translation du réf lec- teur sur la glissière qui le supporte, la source étant commune aux différentes portions réfléchissantes. Selon encore un autre mode de réalisation avantageux de l'antenne conforme à l'invention, le réflecteur est un ref lecteur fixe comportant des surfaces réfléchissantes constituées par une pluralité de portions profilées ménagées dans une surface unique fixe, chaque portion réfléchissante étant directement exposée à une source de rayonnement séparée. Selon une disposition préférée de chacun des modes de réalisation précités, chacune des surfaces réfléchissantes, qui sont destinées à être exposées séparément à une source de rayonnement et qui ensemble constituent un réflecteur auxiliaire, rayonne à son tour sur une surface réfléchissante distincte des précédentes et constituant un réflecteur principal. Outre les dispositions qui précèdent, l'invention comprend encore d'autres dispositions, qui ressortiront de la description qui va sui e. L'invention sera mieux comprise à l'aide du complément de description qui va suivre, qui se réfère aux dessins annexés dans lesquels - les fulgures 1 à 3 illustrent schématiquement les solutions de l'Art antérieur, qui ont déJà été décrites dans le préambule de la description ayant trait à l'Art antérieur - la figure 4 illustre schématiquement un premier mode de réalisation de l'antenne à faisceaux commutables selon l'invention comportant un réflecteur auxiliaire pivotant - la figure 5 illustre une légère variante de l'antenne illustrée à la figure 4 - la figure 6 illustre une antenne à faisceaux commutables utilisant un réflecteur ilxillaire à translation et qui est aussi représentée schématiquement; - la figure 7 illustre, toujours schématique- ment, un troisième mode de réalisation de l'antenne à faisceaux commutables selon l'invention comportant un réflecteur auxiliaire fixe. La solution de base de l'invention en ins- tance est définie par une antenne comportant au moins un réflecteur pourvu d'au moins deux surfaces réfléchis- santes destinées à être exposées séparément à une source de rayonnement, chaque surface ayant un profil approprie pour réaliser le diagramme de rayonnement spécifique désiré pour une a-pllcatlon donnée. Un mode de réalisation préféré est représenté par l'antenne 100 de la figure 4 qui comporte un rEflec- teur principal 101, un réflecteur auxiliaire 102 et une source primaire 103. Le réflecteur auxiliaire 102 est un réflecteur pivotant comportant deux surfaces refléchis- santes opposées 104 et 105 de profils différents. de facon a obtenir deux faisceaux de directions et/ou de formes différents. Ce réflecteur auxiliaire est supporte par un axe pivotant 106 ce qui permet d'exposer à la source de rayonnement 103 l'une ou l'autre des surfaces réfléchissantes par simple rotation du réflecteur 102 autour de l'axe 106. Une configuration a deux sources est aussi possible, comme illustrée à la figure 5, où les deux sources séparées 103a et 103b sont associées, respectivement, aux surfaces 104 et 105 'du réflecteur auxiliaire 102. Un deuxième mode de réalisation est illustre par l'antenne 200 de la figure 6 qui comporte un réflecteur principal 201, un réflecteur auxiliaire 202 et une source 203. Le réflecteur auxiliaire 202 est un réflecteur à translation comportant deux surfaces réf léchis- santes constituées par deux portions profilées 204 et 205 ménagées dans une surface unique supportées par une glissière 206. Dans ce cas. l'exposition de chaque portion réfléchissante 204 ou 205 à la source de rayonnement 203 est obtenue essentiellement par translation du réflecteur 202 sur la glissière 206 qui le supporte, de façon à associer l'une ou l'autre des deux portions à la source précitée. Un troisième mode de réalisation est illustré par l'antenne 300 de la figure 7 et comporte un réflecteur principal 301, un réflecteur auxiliaire 302 et deux sources 303a et 303b. Dans ce cas le réflecteur aux i- liaire est un réflecteur fixe comportant deux surfaces réfléchissantes constituées par deux portions profilées 304 et 305 ménagées dans une surface unique fixe. Chacune de ces portions est exposée directement à la source correspondante, sans faire bouger le réflecteur auxiliaire. Il va de soi que l'antenne 200 à réflecteur auxiliaire à translation est une configuration qui peut être étendue au cas où ce réflecteur auxiliaire comporte plus de deux portions profilées. De même. l'antenne 300 à réflecteur auxiliaire fixe est une configuration qui peut être étendue à plus de deux sources et donc à plus de deux portions profilées. En ce qui concerne le contour délimitant le réflecteur principal 101, 201 et 301 dans chaque mode de réalisation évoqué plus haut, ainsi que le contour du réflecteur auxiliaire correspondant 102, 202 et 302. respectivement, ils ne sont pas nécessairement circulaires : ils peuvent être, en fait, aussi elliptiques, rectangulaires ou avoir d'autres contours. En ce qui concerne les sources. celles-ci peuvent être constituées par des cornets, corrugués ou non, circulaires. elliptiques, rectangulaires ou d'une autre forme, le cornet étant le moyen le plus couramment utilisé pour obtenir le rayonnement lorsque le signal provient d'un guide d'ondes. Cela est obtenu, de façon connue des techniciens en la matière. en élargissant progressivement l'une et/ou l'autre des dimensions du guide, ce qui )ustifie la représentation schématique à entonnoir des sources indiquées aux figures. De facon alternative, on peut utiliser comme source n importe quel type de sources rayonnantes illuminant le réflecteur auxilaire, y compris une source composée d'un groupe d'éléments rayonnants ou comportant des sous-réflecteurs ou lentilles. Bien que la forme du réflecteur principal. dans toutes les configurations décrites plus haut peut être constituée de préférence par une portion de paraboloïde (ce choix étant dicté par la nécessltd d'obtenir une plus grande directivité et étant basé sur la propriété des paraboles qui permettent la transforma- tion d'ondes sphbriques en ondes planes), il est possible d'adopter pour le réflecteur principal des pcrtions d'hyperboloides, d'ellipsoïdes. de sphères, de surfaces a double courbures ou encore a profil optimisé. En outre. il y a l;eu de souligner que dans chacune des configurations évoquees plus haut le réf lec- teur principal peut être supprimé dans ce cas le faisceau commutable prend origine du réflecteur aux i- haire illuminé par la (ou les) source(s) primaire(s). La présente invention permet donc de réaliser une antenne à faisceaux commutables qui est basée sur le principe, ou procédé. de génération de faisceaux par exposition séparée d'au moins deux surfaces réfléchls- santes à la source de rayonnement, l'exposition pouvant se faire par rotation ou translation d'un réflecteur pourvu de surfaces réfléchissantes, destinées à être exposées séparément à la source de rayonnement, ou encore par exposition directe d'une pluralite de portions d'un réflecteur fixe å une pluralité de sources, chaque source étant associée à une portion réfléchissante. De façon équivalente, on peut dire que l'on utilise un réflecteur pivotant à surfaces réfléchissantes opposées ou un réflecteur à surfaces réfléchissantes Juxtaposées dont l'exposition se fait par translation ou en utilisant des sources séparées. Ce principe permet d'éliminer les lnccnvé- nients des solutions connues de l'Art antérieur. En particulier, l'antenne selon l'invention permet de réduire à moitié la surface du réflecteur par rapport à une antenne a deux entrées du type représenté à la figure 2. En ce qui concerne les applications de l'antenne selon l'invention, il y a lieu de noter qu'une application typique est celle qui consiste à couvrir, au choix, à partir d'un satellite muni d'une telle antenne, un pays ou un autre, cette propriété étant appréciable notamment pour un satellite de diffusion de télévision, qui peut ainsi couvrir une région ou une autre suivant la face ou la partie du réflecteur auxiliaire ou principal qui est illuminé. Ceci peut être, en particulier, applicable dans les cas suivants - satellite (de secours) commun pour deux ou plusieurs pays (ou régions) - satellite à deux ou plusieurs positions orbitales, nécessitant la réconfiguration du diagramme de rayonnement de l'antienne en cas de changement de posi- tison - satellite à deux ou plusieurs régimes de fonctionnement (par exemple, diagrammes larges de jour, faisceaux fins de nuit). Bien entendu, dans chaque cas les surfaces réfléchissantes, notamment du réflecteur auxiliaire, å faisceaux commutables peuvent etre du type dit à faisceau conformé, qui permet, notamment pour les satellites de diffusion directe de programmes de télévision, d'utiliser une surface pour éclairer de façon optimale une région en fonction de sa configuration, alors que l'autre surface est utilisée pour éclairer une autre région. L'antenne selon l'invention s'applique également à des radars, radiomètres ou radiotélescopes pour lesquels deux ou plusieurs faisceaux commutables sont requis. Ces radars, radiometres ou radiotélescopes peuvent être fixes ou à bord de véhicules spatiaux ou non. En outre, l'antenne conforme à l'invention s'applique à des stations au sol où deux ou plusieurs faisceaux commutables sont requis, par exemple pour passer d'un satellite d un autre. Ainsi que cela ressort de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes de mise en oeuvre de réalisation et d'application qui viennent d'être décrits de façon plus explicite ; elle en embrasse au contraire, toutes les variantes qui peuvent venir à l'esprit du technicien en la matière, sans s'écarter du cadre, ni de la portée, de la présente invention. REVENDICATIONS 1.- Antenne à faisceaux commutables, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins un réflecteur (102 ; 202 ; 302) pourvu d'au moins deux surfaces réfléchissantes (104, 105 ; 204, 205 ; 304, 305) destinées à être exposées séparément à une source de rayonnement (103 ; 103a. 103b ; 203 : 303a, 303b), chaque surface ayant un profil approprié pour réaliser un diagramme de rayonnement de forme spécifique et prédétermlnée. 2.- Antenne selon la revendication 1, caractérisée en ce que le réflecteur est un réflecteur pivotant (102) comportant deux surfaces réfléchissantes opposées (104. 105) supportées par un axe vivotant (1C6). chaque surface (104, 105) étant exposée la source de rayonnement (103) par rotation du réflecteur (102) autour de cet axe (106). 3.- Antenne selon la revendication caractérisée en ce que la source de rayonnement (103) est commune aux deux surfaces réfléchissantes (154, 105). 4.- Antenne selon la revendication 2. caractérisée en ce que à chaque surface réfléchissante (104. 105) est associée une source de rayonnement séparée (103a, 103b). 5.- Antenne selon la revendication 1. caractérisée en ce que le réflecteur est un réflecteur à translation (202) comportant des surfaces réfléchissantes constituées par une pluralité de portions profilées (204. 205) ménagées dans une surface unique supportée par une glissière (206), chaque portion réfléchissant (204, 205) étant exposée à la source de rayonnement (203) par translation du réflecteur (206) sur la glissière qui le supporte, la source (203) étant commune aux différentes portions réfléchissantes (204. 205). 6.- Antenne selon la revendication 1. caractérisée en ce que le réflecteur est un réflecteur (302) fixe comportant des surfaces réfléchissantes constituées par une pluralité de portions profilées (304. 305) ménagées dans une surface unique fixe, chaque portison réfléchissante (304, 305) étant directement exposée à une source de rayonnement séparée (303a, 303b). 7.- Antenne selon l'une quelconque des revendications 1 a 6, caractérisée en ce que chacune des surfaces réfléchissantes (104, 105 ; 204. 205 ; 304, 305), qui sont destinées à être exposées séparément à une source de rayonnement (103 ; 103a, 103b ; 203 ; 303a. 303b) et qui ensemtle constituent un réflecteur auxilinaire (102 202; 302). rayonne à son tour sur une surface réféchissante distincte des précédente et constituant un réflecteur principal (101 : 201 3C1). 8.- Antenne selon l'une quelconque des revendications 1 a 7, caractérisée en ce que chacune des es surfaces réfléchissantes destinées à être exposées séparément a une source de rayonnement est du type dnt à faisceau conforme.