Brevet FR2637129A1 — publié le 19900330

Antenne à optique cassegrain à réflecteurs de révolution L'invention concerne une antenne à optique cassegrain à réflecteurs de révolution. Les antennes du type à optique cassegrain à réflecteurs de révolution sont bien connues. Elles comprennent un réflecteur principal de type paraboloidal, un sub-réflecteur de forme soit hyperboloIdale soit ellipsoidale, et une source primaire. Leurs performances sont les suivantes - en co-polarisation : - niveau du premier lobe secondaire de l'ordre de -16dB maximum - rendement de l'ordre de 0,55 - 0,65 - niveau des lobes lointains -5 à - 15dB en dessous du niveau isotropique. - en contra-polarisation : - niveau dans l'axe :de l'ordre de -35db, - niveau au plus haut : -22 à -30dB maximum. En supposant que la source primaire ait de très bonnes performances (cornet du type corrugué à profit exponentiel par exemple), les performances d'une antenne cassegrain dépendent essentiellement des qualités mécaniques des réflecteurs soient - précision des profils du réflecteur principal et du sub-réflecteur, - précision du positionnement relatif entre les deux réflecteurs, - forme, quantité et précision de positionnement des brins du support du sub-réflecteur. Plus ces performances sont mauvaises, moins sont bonnes les performances rayonnantes de l'antenne :Ainsi, pour une tolérance du profil 8 comparée à la longueur d'onde j , soit le rapport d'environ f1/20, les performances d'une antenne cassegrain à réflecteurs de révolution sont telles que citées précédemment. Pendant la période où seuls les faisceaux hertziens analogiques étaient utilisés, ces performances correspondaient aux besoins. Depuis l'emploi des faisceaux hertziens numériques, les performances en contra-polarisation deviennent cruciales. Elles sont fonction en particulier de la qualité de la modulation : 4, 16, 64 ou 256 QAM ("quadrature amplitude modulation"). Ainsi pour une modulation donnée on a une valeur de la contra-pola risation correspondante, comme suit 16 QAM > -22 à -32dB maximum 64 QAM -28 à -38dB maximum 256 QAM - -35 à -45dB maximum Par conséquent, déjà pour les faisceaux hertziens numériques à 64 QAM, il est nécessaire de sélectionner les éléments constituants de l'antenne pour que la contra-polarisation soit plus basse que celle existante. Mais pour les faisceaux hertziens numériques de 256 QAM, les performances contra-polaires des antennes existantes, ou ajustées, sont nettement insuffisantes. L'invention a donc pour objet de résoudre ces différents problèmes. Elle propose donc une antenne à optique cassegrain comprenant une source primaire et deux réflecteurs paraboloidaux de révolution, caractérisée en ce que le réflecteur principal est obtenu par centrifugation. Dans l'antenne de l'invention, il s'agit d'un réflecteur paraboloIdal de révolution obtenu par centrifugation ce qui permet une très grande précision du profil du réflecteur, de l'ordre de dix fois meilleur que celle des antennes cassegrain existantes. Avantageusement les deux réflecteurs paraboloIdaux sont confocaux, c'est-à-dire de même rapport focale/diamètre, le rapport focale/diamètre des deux réflecteurs étant par exemple d'environ 0,45. Le support du sub-réflecteur est constitué de quatre bras placés en croix, fixés sur la circonférence du réflecteur principal, la section de chaque bras étant triangulaire, le sommet du triangle regardant la face concave paraboloidale du réflecteur principal. Dans un exemple de réalisation la source est de type cornet corrugué à profil exponentiel. Avantageusement ce cornet corrugué peut être plié à l'aide d'un plan à 450 de manière à diminuer l'encombrement de la source primaire. L'invention présente les avantages suivants - La technique de centrifugation permet d'obtenir un réflecteur principal de forme paraboloidale très précise, - le dimensionnement des éléments influence au mieux la contra-polarisation de l'antenne, un rapport focale/diamètre de l'ordre de 0,45 donnant une plus longue focale que pour les antennes de l'art connu, dans lesquelles ce rapport se situe entre 0,25 et 0,35 ; ce qui permet d'obtenir un profil moins incurvé et plus plat, et donc une meilleure contra-polarisation, - la section triangulaire des bras supports réduit l'effet de réflexion sur la contra-polarisation. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre, à titre d'exemple non limitatif, en référence aux figures annexées sur lesquelles - la figure 1 illustre une vue en coupe longitudinale partielle de l'antenne selon l'invention, - la figure 2 illustre une vue de face de l'antenne selon l'invention, - les figures 3 et 4 illustrent une variante du duplexeur de polarisation de l'antenne selon l'invention avec, respectivement, une vue de face et une vue de coté, - la figure 5 illustre une variante de la source de l'antenne selon l'invention, - la figure 6 illustre le fonctionnement de l'antenne selon l'invention. L'invention porte sur une antenne à optique cassegrain, telle que représentée sur la figure 1, comprenant - deux réflecteurs paraboloIdaux confocaux 10 et 11, possédant fF le même rapport focale/diamètre soit d=D D . Le réflecteur. principal 10 est obtenu par la technique dite de "centrifugation" soit par du métal (cuivre ou aluminium) soit par dépôt d'une couche métallique 26 sur du polyester par exemple, et le sub-réflecteur 71 par usinage dans la masse. La précision des profils paraboloidaux est ainsi excellente : inférieure a 10,1 mm crête-à-crête.Elle est à comparer à celle des réflecteurs existants fabriqués soit en moulage en stratifié polyester soit en redressage métallique ; elle est en général supérieure au millimètre pour des diamètres de réflecteurs de quatre mètres. Ce paramètre contribue pour une grande part à la diminution des valeurs en contra-polarisation. - Une source primaire 12 de type cornet corrugué à profil exponentiel 18. Elle est définie pour avoir un centre de phase 0 le plus stable possible : ce qui permet, dans une large bande de fréquence, de garder ses excellentes performances contra-polaires. Un duplexeur de polarisation 13 est disposé à l'extrémité libre du cornet corrugué 18. Ce duplexeur de polarisation 13, fonctionnant suivant deux polarisations orthogonales verticale et horizontale, comporte une partie 14 en guide circulaire et deux accès 15 et 16 en guide rectangulaire, le second accès 16 étant aligné avec le guide circulaire 14, une plaque réflectrice 17 étant disposée entre le niveau du premier accès 15 et le second accès 16. Ce duplexeur sert donc à grouper ces deux polarisation linéaires orthogonales verticale et horizontale : Si une onde bipolaire arrive par l'entrée du guide circulaire 14, l'onde à polarisation horizontale frappe la plaque réflectrice 17 qui lui est parallèle. Elle se réfléchit et passe dans le premier accès 15 tandis que l'onde à polarisation verticale traverse normalement (et perpendiculairement) la plaque réflectrice 17 et arrive au deuxième accès 16. La réciprocité est la suivante : une onde arrivant par le premier accès 15 se réfléchit sur la plaque réflectrice 17 et sort par le guide circulaire 14. Le deuxième accès 16 est en quelque sorte "équilibré" car l'onde venant de cet accès attaque le guide circulaire 14 par le centre.Tandis que le premier accès 15, attaquant le guide circulaire 14 par le bord, est plutôt "dissymétrique" et non équilibré. Une lentille 19 se trouve à l'ouverture du cornet corrugué 18. Elle a pour rôle de transformer l'onde sphérique issue du cornet corrugué en une onde plane. Elle est de forme "parabole-plate", le foyer de cette lentille 19 étant confondu avec le centre de phase 0 du cornet corrugué 18. Elle est réalisée en matériau diélectrique par exemple en polytétrafluoréthylène ou "téflon". Comme représenté sur les figures 1 et 2 ce support du sub-réflecteur 11 est constitué par quatre brins 20 (ou bras) positionnant et supportant ce sub-réflecteur 11 avec précision. Ils sont avantageusement placés "en croix". Ces quatre bras 20 sont fixés sur la circonférence du réflecteur principal 10. De cette manière le profil de ce dernier garde une parfaite continuité paraboloidale et n'est donc pas modifié aux endroits où ces quatre bras se fixent, comme dans les antennes de l'art connu. De même, le profil "en croix" et non pas "en X" de ces quatre bras permet de ne pas influencer la contra-polarisation dont le champ se trouve concentré à 450 des axes vertical et horizontal. De plus, la section de chaque bras 20 est de préférence triangulaire (triangle isocèle), le sommet regardant la face paraboloidale du réflecteur principal 10. De cette manière, toute réflection du champ rayonné sur les quatre bras 20 sera minimisée ; ce qui contribue à la diminution contra-polaire. Dans une autre réalisation du duplexeur, comme représentée aux figures 3 et 4, le premier accès 15 est obtenu par un "T magique dont les deux bras 22 et 23 rejoignent deux accès rectangulaires 24 et 25 diamétralement opposés sur- la circonférence du guide circulaire 14. Ce dispositif est équilibré. Pour éviter l'encombrement de la source primaire 12, on peut "plier" le cornet corrugué à l'aide d'un plan à 450 comme représenté sur la figure 5, le cornet étant en position verticale. En fonctionnement, tel que schématisé sur la figure 6, si l'on considère l'émission, une onde sphérique 1 se forme à l'ouverture du cornet 18. Elle est transformée en onde plane 2 après avoir traversé la lentille 19. Cette dernière onde # 2 après réflexion sur le sub-réflecteur 11 parabololdal, devient une onde sphérique3 qui, se réfléchissant sur le réflecteur principal parabololdal 10, devient une onde plane5; à la sortie de l'antenne. Le principe de réprocité pour la réception est bien entendu valable. Une onde plane # 4 venant de l'infini se réfléchit sur le réflecteur principal paraboloIdal 10. Elle devient une onde sphérique f;3 après réflexion et frappe le sub-réflecteur paraboloIdal 11. A la sortie elle devient une onde plane 42 qui frappe la lentille 19. Cette dernière la transforme en une onde sphérique # 1 qui se propage dans le cornet corrugué 18 et sort par les accès du duplexeur de polarisation 13. Dans un exemple de réalisation on a les valeurs suivantes - Bande de fréquence : 6,43 - 7,11 GHz ; - Diamètre du réflecteur principal 10: D=4m ; - Diamètre du sub-réflecteur 11: d=0,60m; - Rapport focale/diamètre : 0,45 ; - Réflecteur principal 10 fabriqué par centrifugation : ce réflecteur étant par exemple obtenu par centrifugation d'un matériau plastique puis par dépôt d'une couche de métal : par exemple par choupage d'une couche de zinc de quelques dizaines de micromètres, - sub-réflecteur 11 fabriqué par usinage dans la masse, par exemple dans un métal tel que l'aluminium ; - tolérance de profil des réflecteurs : 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. Ainsi la source primaire 12 peut être de forme carrée, rectangulaire ou circulaire, alimentée respectivement par un guide d'onde de section carrée, rectangulaire ou circulaire. Ainsi le sub-réflecteur 11 peut ne pas être confocal avec le réflecteur principal 10, mais peut être hyperbololdal ou ellipsoIdal. Dans ces deux cas la source primaire est un cornet non équipé de lentille. Le rendement de l'antenne est, dans ce cas, plus faible, mais les caractéristiques rayonnées demeurent très bonnes grâce au réflecteur principal 10 centrifugé. REVENDICATIONS 1/ Antenne à optique cassegrain à réflecteurs de révolution comprenant une source primaire (12) et deux réflecteurs paraboloidaux (10, 11), caractérisée en ce que le réflecteur principal (10) est obtenu par centrifugation. 2/ Antenne selon la revendication 1, caractérisée en ce que les deux réflecteurs paraboloidaux (10, 11) sont confocaux ; c'est-à-dire de même rapport focale/diamètre. 3/ Antenne selon la revendication 2, caractérisée en ce que le rapport focale/diamètre des deux réflecteurs est d'environ 0,45. 4/ Antenne selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le sub-réflecteur (11) à un support constitué de quatre bras (20) placés en croix, fixés sur la circonférence du réflecteur principal (10). 5/ Antenne selon la revendication 4, caractérisée en ce que la section de chaque bras (20) est triangulaire, le sommet du triangle regardant la face concave paraboloidale du réflecteur principal (10). 6/ Antenne selon la revendication 1, caractérisée en ce que la source est de type cornet corrugué à profil exponentiel (18). 7/ Antenne selon la revendication 6, caractérisée en ce que le cornet corrugué (18) est plié à l'aide d'un plan à 450. 8/ Antenne selon les revendications 6 ou 7, caractérisée en ce qu'une lentille (19) se trouve à l'ouverture du cornet corrugué (18). 9/ Antenne selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisée en ce qu'un duplexeur de polarisation est disposé à l'extrémité libre du cornet corrugué (18). 10/ Antenne selon la revendication 9, caractérisée en ce que le duplexeur de polarisation (13) comporte une partie en guide circulaire (14) et deux accès (15 et 16) en guide rectangulaire, le second accès (16) étant aligné avec le guide circulaire (14), une plaque réflectrice (17) étant disposée entre le niveau du premier accès et le second accès. 11/ Antenne selon la revendication 10, caractérisée en ce que le premier accès (15) est obtenu par un "T magique" (21) dont les deux bras (22, 23) rejoignent deux accès rectangulaires (24, 25) diamètralement opposés sur la circonférence du guide circulaire (14).