Brevet FR2656959A1 — publié le 19910712

Antenne pour une station terrestre de radiocommunications par satellite L'invention concerne une antenne pour une station terrestre de radiocommunications par satellite, montée sur un châssis tournant et comportant un système d'alimentation et un réflecteur qui possède une ouverture ovale ou rectangu- laire et émet, comme faisceau principal d'antenne, un lobe de rayonnement possédant une section transversale au moins ap- proximativement elliptique. Etant donné que le trafic mondial des communica- tions est en croissance rapide, de plus en plus de satellites de transmission d'informations sont placés sur une orbite géostationnaire Ceci a en partie déjà conduit actuellement à certains encombrements Les problèmes de parasitage, qui ap- paraissent, requièrent que des satellites voisins soient sé- parés par une certaine distance angulaire minimale Les an- tennes de stations terrestres, qui émettent en direction d'un satellite déterminé, peuvent perturber d'autres satellites qui reçoivent des signaux possédant une même fréquence et une même polarisation, par des lobes secondaires et éventuelle- ment par la zone marginale du lobe principal du diagramme d'antenne Un cas analogue apparaît lorsque l'antenne de la station terrestre reçoit non seulement des signaux du satel- lite désiré, mais également des signaux de satellites voi- sins. Afin de pouvoir encore accroître davantage, égale- ment à l'avenir, le nombre des satellites de transmission d'informations sur orbites géostationnaires, et par consé- quent la capacité de transmission d'informations, il faut améliorer l'atténuation des lobes secondaires des antennes de stations terrestres de manière que des satellites voisins ne puissent provoquer aucune perturbation Ce qui est important, c'est surtout l'allure des lobes secondaires en direction du plan de l'orbite du satellite Au contraire, d'après les pro- grammes des recommandations assez récents du comité CCIR, l'allure perpendiculairement au plan de l'orbite ne joue pas un rôle aussi important, étant donné que dans cette direc- tion, il n'y a pas de satellites disposés côte-à-côte, qui pourraient être perturbés. Avec les antennes à double réflecteur, usuelles jusqu'alors et possédant une structure à symétrie de révolu- tion, on a obtenu certaines améliorations du point de vue de l'atténuation des lobes secondaires, par exemple par modifi- cation de l'agencement d'ouverture, passage au principe Gré- gory, meilleure disposition des appuis des réflecteurs secon- daires et optimisation par ordinateur de l'ensemble du sys- tème d'antenne Récemment, on a essayé d'apporter des amélio- rations en passant à une alimentation latérale (alimentation offset), lors de laquelle il n'apparaît aucun blocage du rayonnement Des améliorations conséquentes sont souhai- tables, mais ne peuvent être obtenues que difficilement Dans ces conditions, il se pose la question de savoir dans quelle mesure les modifications déjà mentionnées dans les recomman- dations CCIR permettent des améliorations supplémentaires, lorsqu'on part de la forme circulaire, jusqu'alors usuelle la plupart du temps, des ouvertures d'antenne Assurément, on connaît également des antennes possédant une ouverture ellip- tique utilisée dans des stations terrestres de radiocommuni- cations par satellite La forme elliptique, en principe plus favorable, n'a été cependant choisie qu'en raison de la capa- cité de transport plus commode par exemple dans un avion, et n'est envisageable, à proprement parler, d'une manière plus aléatoire, en raison du montage plus complexe de l'antenne sur le châssis tournant, uniquement dans le cas de satellites proches de leur direction sud. Si l'on passe d'une ouverture circulaire à une ou- verture elliptique de même surface, la focalisation et l'atténuation des lobes secondaires augmentent dans le plan principal passant par le grand axe de l'ellipse Dans le cas o l'intensité initiale du champ diminue par exemple avec la puissance angulaire 1/JP, un allongement de l'ouverture, du facteur sf 2, entraîne théoriquement une diminution de 3 p (d B) des lobes secondaires Dans le cas d'un agencement de l'ouverture diminuant de façon quadratique, p possède ap- proximativement la valeur 2,5 de sorte qu'on peut obtenir des améliorations considérables au moins dans la zone de proxi- mité, non perturbée, autour du lobe principal de l'antenne. Cependant, on n'obtient ces améliorations que lorsque le grand axe de l'ouverture est orienté, pour chaque position du satellite, parallèlement à la tangente de l'orbite du satel- lite Dans le cas de satellites positionnés très à l'est ou à l'ouest, lorsqu'on regarde à partir du lieu de l'antenne, la tangente à l'orbite est cependant éventuellement très oblique par rapport au plan horizontal, en fonction de la latitude géographique Au niveau de l'équateur lui-même, la tangente à l'orbite est dans le plan vertical Avec l'une des antennes elliptiques connues, le grand axe de l'ouverture elliptique est toujours horizontal, de sorte que, dans ce cas, l'antenne possède en général une orientation totalement erronée, qui conduirait à un accroissement du lobe secondaire par rapport au cas d'une antenne à ouverture circulaire Une exception serait uniquement celle o le satellite de transmission d'in- formations est exactement à la perpendiculaire au-dessus de la station terrestre. L'invention a pour but de développer une antenne de station terrestre de radiocommunications par satellite qui coopère avec un satellite de transmission d'informations si- tués sur une orbite géostationnaire et possède un lobe de rayonnement à section transversale au moins approximativement elliptique, de manière que l'antenne puisse être toujours réglée de façon optimale, en ce qui concerne l'atténuation des lobes secondaires, en direction du plan de l'orbite du satellite. Conformément à l'invention, qui concerne une an- tenne pour une station terrestre de radiocommunications par satellite, montée sur un châssis tournant et comportant un système d'alimentation et un réflecteur qui possède une ouverture ovale ou rectangulaire et émet, comme faisceau principal d'antenne, un lobe de rayonnement à section transversale au moins approximativement elliptique, ce problème est résolu grâce au fait que l'antenne est montée de manière à pouvoir tourner sur le châssis tournant pour que le petit axe de la section transversale du lobe de rayonnement, c'est-à-dire le grand axe de l'ouverture, vienne s'orienter au moins approximativement parallèlement à la tangente de l'orbite du satellite, dans la position de ce dernier, lors de l'alignement de la direction d'émission principale de l'antenne en direction du satellite L'idée de l'invention est de prévoir, dans le cas d'une antenne pivotante compor- tant par exemple un châssis usuel tournant, orientable en élévation et en azimut, un axe coïncidant avec la direction du faisceau principal et qui permette à tout moment le ré- glage correct de l'ouverture elliptique, ovale ou rec- tangulaire de l'antenne par rapport au plan de l'orbite géo- stationnaire Etant donné qu'ici seuls sont nécessaires d'éventuelles rotations lentes, le support peut être réalisé d'une manière extrêmement simple et bon marché. Dans le cas d'une antenne comportant un système de support de réglage de l'angle horaire et de la déclinaison, on pourrait se passer du troisième axe, étant donné qu'ici, lors de la rotation de l'antenne autour de l'axe horaire, le grand axe, aligné une fois pour toutes, de l'ouverture ellip- tique, ovale ou rectangulaire de l'antenne reste maintenu automatiquement dans le plan de l'orbite, lors d'un aligne- ment perpendiculaire par rapport à l'axe horaire Cependant, un tel châssis tournant convient moins, en raison de sa base qui la plupart du temps est en porte-à-faux, pour l'installation de l'antenne sur un véhicule porteur, c'est-à- dire une application, particulièrement importante dans l'avenir, d'antennes de stations terrestres de radiocommuni- cations par satellites. Selon une caractéristique de réalisation avanta- geuse, le châssis rotatif comporte, pour le pivotement de l'antenne, un système au moins rapproché de support permet- tant le réglage de l'angle horaire et de la déclinaison et le grand axe d'ouverture, c'est-à-dire le petit axe de la section transversale du lobe de rayonnement, est orienté per- pendiculairement à l'axe horaire. Selon une caractéristique avantageuse, le châssis tournant comporte, pour le pivotement de l'antenne, un sys- tème de support de réglage de l'angle en élévation et en azi- mut, et outre, il est prévu un support rotatif autour de la direction du faisceau principal de l'antenne en tant qu'axe. Selon une autre caractéristique avantageuse, le réflecteur est le réflecteur principal d'une antenne possédant en outre un ou plusieurs réflecteurs secondaires. Selon une autre caractéristique avantageuse, le système d'alimentation et éventuellement le réflecteur secondaire ou les réflecteurs secondaires sont situés, à la manière d'une alimentation offset, latéralement à l'extérieur du faisceau de rayonnement émis à l'émission et reçu lors de la réception, par le réflecteur. Selon une caractéristique également avantageuse, elle possède une structure en forme d'antenne à réflecteur double selon le principe Grégory, c'est-à-dire moyennant l'utilisation d'un récepteur concave en tant que réflecteur secondaire. Selon une particularité l'antenne possède un ré- flecteur cylindrique comportant une ouverture au moins ap- proximativement rectangulaire et un système d'alimentation agissant en tant que source linéaire. Une particularité de l'antenne est de pouvoir être montée sur un châssis tournant sur un véhicule de support mobile. Selon une caractéristique avantageuse, le système d'alimentation et éventuellement le réflecteur secondaire ou les réflecteurs secondaires peuvent être pivotés vers le haut ou être amenés dans une autre direction, conjointement avec un bras les portant, autour d'une articulation de ce bras disposée à proximité du réflecteur, pendant la phase de transport. Selon une autre caractéristique avantageuse, l'ouverture possède des dimensions égales approximativement à 1,7 m x 3,4 m, pour la gamme de fréquences 11/14 G Hz. Avantageusement, le réflecteur et éventuellement le réflecteur secondaire ou les réflecteurs secondaires sont constitués par un stratifié formé de fibres de verre métalli- sées. D'autres caractéristiques et avantages de la pré- sente invention ressortiront de la description donnée ci- après prise en référence aux dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 montre la représentation graphique de la surface de référence de lobes secondaires CCIR, pour des antennes au sol de radiocommunications par satellites, conformément à une ancienne recommandation; la figure 2 est la représentation graphique de la surface de référence de lobes secondaires CCIR, pour des antennes au sol de radiocommunications par satellites, conformément à une nouvelle recommandation; et la figure 3 représente, selon une vue en éléva- tion latérale, un exemple de réalisation d'une antenne de station terrestre de radiocommunications par satellite, conforme à l'invention. Les figures 1 et 2 montrent respectivement, au moyen d'une représentation graphique dans l'espace, une sur- face de référence des lobes secondaires pour des antennes au sol de radiocommunications par satellite Sur la figure 1, on a représenté les anciennes recommandations du CCIR sur la fi- gure 2 des nouvelles recommandations Dans les deux cas, la référence 1 désigne le plan de l'orbite, c'est-à-dire le plan de l'orbite géostationnaire, la référence 2 le plan tangen- tiel, la référence 3 la direction du faisceau principal, la référence 4 les lignes iso-radioélectriques et S, W, N, O les quatre directions cardinales sud, ouest, nord et est La sur- face de référence 5 représentée sur la figure 1 et correspon- dant à l'ancienne recommandation se rétrécit avec une symé- trie de révolution et est adaptée à la symétrie de révolution des lobes principaux de la plupart des antennes usuelles La surface de référence 6 représentée sur la figure et corres- pondant à la nouvelle recommandation possède un profil de ré- trécissement prescrit uniquement dans la direction du plan 1 de l'orbite. La figure 3 représente, selon une vue en élévation latérale, un exemple de réalisation d'une antenne de station terrestre de radiocommunications par satellite conforme à l'invention Il s'agit, quant au principe, d'une antenne Gré- gory dissymétrique, c'est-à-dire à alimentation latérale (alimentation offset), qui fonctionne dans la bande Ku, dans la plage de fréquences 11/14 G Hz et dont l'ouverture doit avoir pour dimensions approximatives 1,7 m x 3,4 m L'antenne possède un châssis tournant 7, qui est monté sur une plate- forme 8 d'un véhicule porteur L'antenne peut tourner, avec son châssis tournant 7, autour de l'axe azimutal 10, par exemple sur un rail circulaire de roulement 9 L'angle d'élévation de l'antenne est réglé à l'aide d'une barre d'ajustement 11, qui est articulée à la partie inférieure du châssis tournant 7 et à la partie supérieure de laquelle s'appuie un support 12, déplaçable longitudinalement Le sup- port 12 est en outre articulé, à sa partie inférieure, sur le châssis tournant 7, et ce en un emplacement par lequel passe l'angle de rotation en élévation 13, perpendiculairement au plan du dessin L'antenne ellemême est constitué par un ré- flecteur principal ovale 14, un système d'alimentation 15 se présentant sous la forme d'un émetteur en cornet rainuré et un réflecteur secondaire 16 Sur le trajet d'alimentation aboutissant au système d'alimentation 15 est en outre disposé un boîtier contenant des réseaux d'alimentation, par exemple un amplificateur de réception à faible bruit et un transduc- teur de mode ortho Le système d'alimentation 15, le bottier 7 et le réflecteur secondaire 16 sont fixés sur un bras de support 18, qui peut être écarté par pivotement vers le haut ou dans une autre direction, pendant la phase de transport, autour d'une articulation 19 montée à proximité du réflecteur principal 14 Le réflecteur principal 14 et le réflecteur secondaire 16 sont constitués par exemple par un stratifié formés de fibres de verre métallisées. Pour éviter un blocage du rayonnement et réduire l'effet de Spillover au niveau du réflecteur secondaire 16, le système 15 d'alimentation en cornet et le réflecteur se- condaire Grégory 16 sont placés dans une position offset (dé- calée) Il en résulte que l'on obtient des lobes secondaires nettement plus petits, y compris le premier lobe secondaire. La partie d'antenne proprement dite, c'est-à-dire le réflecteur principal 14, le réflecteur secondaire 16 et le système d'alimentation primaire 15 réalisé sous la forme de l'émetteur à cornet rainuré, est montée de manière à pouvoir tourner, dans son ensemble, autour d'un troisième axe 20, qui coïncide avec la direction du faisceau principal de l'antenne La capacité de rotation de l'antenne autour de l'axe 20 permet à tout moment le réglage correct de l'ouverture ovale de l'antenne, ou du lobe de rayonnement qui possède au moins une section transversale approximativement elliptique, par rapport au plan de l'orbite géostationnaire. On fait tourner l'antenne de façon continue autour de l'axe jusqu'à ce que le petit axe de la section transversale du lobe de rayonnement, c'està-dire le grand axe de l'ouverture, vienne se placer au moins approximativement pa- rallèlement à la tangente de la trajectoire du satellite, au niveau de la position de ce dernier, lors de l'alignement de la direction du faisceau principal d'antenne, qui est iden- tique à la direction de l'axe de rotation 20, sur le satel- lite Etant donné qu'ici seules d'occasionnelles rotations lentes sont nécessaires, on peut agencer le support avec une structure extrêmement simple et bon marché Dans l'exemple de réalisation, sur le support 12 du châssis tournant 7 est ins- tallé un système simple de support rotatif 21, dans lequel est maintenue une unité de support 22 pour l'antenne propre- ment dite. Lors du fonctionnement d'une antenne de station terrestre conforme à l'invention, par exemple en République Fédérale d'Allemagne, en liaison avec des satellites de transmission d'informations situés dans une position éloignée à l'est ou à l'ouest, on obtient une position fortement in- clinée du grand axe de l'ellipse Ce fait doit être pris en compte lors du dimensionnement en hauteur de l'antenne. REVENDICATIONS 1 Antenne pour une station terrestre de radiocommunications par satellite, montée sur un châssis tournant et comportant un système d'alimentation et un réflecteur qui possède une ouverture ovale ou rectangulaire et émet, comme faisceau principal d'antenne, un lobe de rayonnement possédant une section transversale au moins approximativement elliptique, caractérisée par le fait que l'antenne est montée de manière à pouvoir tourner sur le châssis tournant ( 7) pour que le petit axe de la section transversale du lobe de rayonnement, c'est-à-dire le grand axe de l'ouverture, vienne s'orienter au moins approximativement parallèlement à la tangente de l'orbite du satellite, dans la position de ce dernier, lors de l'alignement de la direction d'émission principale de l'antenne en direction du satellite. 2 Antenne suivant la revendication 1, caractérisée par le fait que le châssis tournant comporte, pour le pivote- ment de l'antenne, un système au moins rapproché de support permettant le réglage de l'angle horaire et de la déclinaison et que le grand axe d'ouverture, c'est-à-dire le petit axe de la section transversale du lobe de rayonnement, est orienté perpendiculairement à l'axe horaire. 3 Antenne suivant la revendication 1, caractérisée par le fait que le châssis tournant ( 7) comporte, pour le pi- votement de 1 ' antenne, un système de support de réglage de l'angle en élévation et en azimut, et qu'en outre, il est 1 0 prévu un support rotatif ( 21) autour de la direction du fais- ceau principal de l'antenne en tant qu'axe ( 20). 4 Antenne suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisée par le fait que le réflecteur ( 14) est le ré- flecteur principal d'une antenne possédant en outre un ou plusieurs réflecteurs secondaires ( 16). Antenne suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisée par le fait que le système d'alimentation ( 15) et éventuellement le réflecteur secondaire ( 16) ou les réflecteurs secondaires sont situés, à la manière d'une alimentation offset, latéralement à l'extérieur du faisceau de rayonnement émis à l'émission et reçu lors de la réception par le réflecteur ( 14). 6 Antenne suivant la revendication 4 ou 5, carac- térisée en ce qu'elle possède une structure en forme d'antenne à réflecteur double selon le principe Grégory, c'est-à-dire moyennant l'utilisation d'un récepteur concave en tant que réflecteur secondaire ( 16). 7 Antenne suivant l'une des revendications 1 à 5, caractérisée par un réflecteur cylindrique comportant une ou- verture au moins approximativement rectangulaire et un sys- tème d'alimentation agissant en tant que source linéaire. 8 Antenne suivant l'une des revendications 1 à 7, caractérisée par un montage du châssis tournant ( 7) sur un véhicule de support mobile. 9 Antenne suivant l'une des revendications 1 à 8, caractérisée par le fait que le système d'alimentation ( 15) et éventuellement le réflecteur secondaire ( 16) ou les ré- flecteurs secondaires peuvent être pivotés vers le haut ou être amenés dans une autre direction, conjointement avec un bras ( 18) les portant, autour d'une articulation ( 19) de ce bras disposée à proximité du réflecteur ( 14), pendant la phase de transport. Antenne suivant les revendications 6,8 et 9, caractérisée en ce que l'ouverture possède des dimensions 1 1 égales approximativement à 1,7 m x 3,4 m, pour la bande de fréquences 11/14 G Hz. il Antenne suivant l'une des revendications précé- dentes, caractérisée par le fait que le réflecteur ( 14) et éventuellement le réflecteur secondaire ( 16) ou les réflec- teurs secondaires sont constitués par un stratifié formé de fibres de verre métallisées.