Brevet FR2684809A1 — publié le 19930611

Antenne passive multifaisceaux à réflecteur(s) conformé (s) L'invention concerne une antenne passive multi- faisceaux à réflecteur(s) conformés (s). Les antennes passives multifaisceaux connues sont: soit des systèmes focalisant classiques constitués de un ou plusieurs réflecteurs illuminés par autant de blocs-source distincts que de faisceaux distincts. L'inconvénient est alors que l'espacement entre faisceaux étant régi directement par l'espacement entre sources et par la focale équivalente du système focalisant, le gain au point de recoupement entre faisceaux adjacents est médiocre (typiquement 3 d B plus bas que le gain optimum): soit parce que les faiceaux étant trop écartés, le niveau de recoupement entre faisceaux est très bas (typiquement 8 à 12 d B en dessous du gain maximum du faisceau), ce qui ne permet pas d'optimiser le gain en ce point; soit parce que l'ouverture des sources génératri- ces des faisceaux étant limitée par l'espacement entre faisceaux, une grande partie de l'énergie rayonnée par les sources est perdue par débordement sur le système réflecteur, ce qui conduit à une mauvaise efficacité de l'antenne et donc à un gain faible au point de recoupement; soit des systèmes focalisants dits "à faisceaux orthogonaux" constitués d'un ou plusieurs réflecteurs illuminés par une multisource composée d'éléments rayonnants partagés entre faisceaux adjacents Le gain au point de recoupement entre faisceaux peut alors être optimisé en surdimensionnant le diamètre du réflecteur principal de manière à obtenir un échantillonnage correct de la couverture par l'ensemble des éléments rayonnants et en alimentant chaque élément de la multisource par un répartiteur d'énergie à accès orthogonaux Les inconvénients majeurs, outre la nécessité de surdimensionner le réflecteur, résident alors: dans la complexité et le poids de la multisource qui comprend un nombre très important d'éléments rayonnants, bien supérieur au nombre de faisceaux, dans la complexité du répartiteur d'énergie ou formateur de faisceaux orthogonaux Par ailleurs, la nécessité d'utiliser ce formateur de faisceaux engendre des pertes résistives supplémentaires peu propices à l'optimisation du gain sur la couverture. L'invention a pour objet d'optimiser le gain de l'antenne au point de recoupement entre faisceaux adjacents, et sur la couverture composite formée par l'ensemble des faisceaux. Elle propose, à cet effet, une antenne passive multifaisceaux à réflecteurs, caractérisée en ce que le ou les réflecteurs de l'antenne sont conformés de manière à optimiser le gain d'antenne au point de recoupement entre faisceaux ou sur la couverture composite, chaque faisceau distinct étant généré par un bloc source distinct. Avantageusement une telle antenne permet d'optimiser le gain au point de recoupement entre faisceaux adjacents sans nécessiter de partage de sources entre faisceaux et donc sans le besoin de formateur de faisceaux à accès orthogonaux, un bloc source distinct étant attribué à chaque faisceau L'ensemble source reste donc extrêmement simple et léger, et ceci pour un gain optimal d'antenne sur l'ensemble de la couverture composite Le surdimensionnement du réflecteur reste toutefois nécessaire. Dans une réalisation avantageuse chaque réflecteur peut être une surface simple conformée ou peut être constitué de deux surfaces distinctes conformées, pourvues de grilles à fils parallèles entre eux. L'intérêt de l'invention réside donc dans la conformation du (ou des) réflecteur(s) de l'antenne, cette conformation permettant d'associer à chaque bloc source distinct un faisceau distinct présentant un gain optimum sans qu'il n'y ait réutilisation ou partage de sources entre deux faisceaux adjacents L'invention permet ainsi de réaliser une couverture multifaisceaux à grand gain en n'utilisant qu'un seul système de réflecteur commun à tous les faisceaux, chaque faisceau étant généré par une source ou un bloc source simple et dédié uniquement à ce faisceau. L'invention va être décrite de façon plus détaillée ci-après, à l'aide de la description et des dessins annexés. Sur ces dessins: Les figures 1 à 4 illustrent une première réalisation de l'antenne selon l'invention; Les figures 5 à 8 illustrent une seconde réalisation de l'antenne selon l'invention. L'invention concerne une antenne à réflecteur(s) formé(s) permettant de générer une couverture multifaiceaux, chaque faisceau étant de forme voisine et ayant la particularité de présenter un gain optimum au point de recoupement entre faisceaux adjacents correspondant à un niveau de recoupement élevé; le niveau de recoupement étant de l'ordre de 3 à 5 d B en dessous du gain maximum de chaque faisceau Chaque faisceau est généré à partir d'un bloc source qui lui est propre, chaque bloc source pouvant être une source simple telle que guide ouvert, cornet, hélice, élément imprimé, dipôle, etc ou un regroupement de ces sources. Le système réflecteur peut être: soit un simple réflecteur conformé à géométrie centrée ou offset pour une utilisation en polarisation linéaire ou circulaire, soit un réflecteur à double grille à géométrie centrée ou offset pour utilisation en focalisation linéaire double Dans ce cas les surfaces à grilles sont conformées différemment ou non l'une de l'autre suivant la nature des faisceaux, les grilles permettant de séparer les signaux de polarisation orthogonaux sur deux ensembles source primaires distincts et d'améliorer les caractéristiques de polarisation croisée Chacun des deux ensembles source assure un fonctionnement multifaisceaux; soit un système à double réflecteur, à géométrie centrée ou offset, dérivé d'une optique de type cassegrain ou grégorien, les réflecteurs étant conformés à coque plane ou à grilles Ce dernier système quoique plus encombrant et plus complexe permet de diminuer les pertes et déformations des faisceaux éloignés du centre de la couverture dues au dépointage de ces faiceaux. Dans chaque cas, le réflecteur principal, et le réflecteur auxiliaire le cas échéant, sont conformés de manière à optimiser le gain en bord de couverture de chaque faisceau à produire ou de manière à optimiser le gain en un point quelconque de la couverture composite éclairée par l'ensemble des faisceaux Les paramètres permettant d'optimiser le gain en bordure de couverture de chaque faisceau sont: le diamètre du réflecteur, les tailles des sources, la forme de surface du ou des réflecteurs, cette forme étant modifiée et optimisée par logiciel par rapport à la forme de l'optique focalisante d'origine telle que réflecteur parabolique simple ou bigrille ou optique cassegrain ou optique grégorienne. La figure 1 représente un satellite 10 sur lequel est disposé une antenne multipinceaux de l'invention dans le cas d'un fonctionnement en double polarisation linéaire et dans le cas d'une utilisation en bande C. L'antenne est constituée d'un réflecteur bigrille il illuminé par deux ensembles source primaire 12 et 13. Chaque coque 14 et 15 du réflecteur il est conformée pour optimiser le gain d'antenne au point de recoupement entre deux faisceaux adjacents L'utilisation d'un réflecteur bigrille il permet de séparer les signaux polarisés linéairement suivant ox ou oy sur les sources 12 et 13. La coque 14 est pourvue d'une grille de fils imprimés 16 parallèles (pour un observateur à l'infini) au vecteur ox et focalise les ondes polarisées linéairement suivant ox sur l'ensemble source primaire 12 La coque 15, qui peut elle-aussi être pourvue d'une grille de fils imprimés 17 mais parallèles au vecteur o, focalise les ondes polarisées linéairement suivant le vecteur oy orthogonal au vecteur ox sur l'ensemble source primaire 13. Ce système à double grille sépare donc les ondes sur deux ensembles source primaire distincts; le premier recevant et/ou transmettant les ondes polarisées linéairement suivant le sens de la grille avant, l'autre recevant et/ou transmettant les ondes polarisées linéairement orthogonalement à la grille avant Chacune des sources primaires est constituée d'autant de blocs sources distincts que de faisceaux distincts assurant le fonctionnement multifaisceaux pour chacune des deux polarisations linéaires considérées: Ainsi dans l'exemple considéré, chacun des ensembles source primaire 12 et 13 est constitué de cornets pyramidaux distincts affectés à des faisceaux distincts Les sources primaires 12 et 13 peuvent être formées respectivement de cornets 20, 21 et 22, 23, 24 représentés sur les figures 2 et 3 en vues perpendiculaires aux plans focaux respectifs des coques 14 et 15. De tels cornets 20 et 21 génèrent par réflexion sur la grille conformée 16 les faisceaux A et B de la figure 4 Les faisceaux C, D et E de la figure 4 sont générés par les cornets 22, 23 et 24 de la figure 3 après réflexion sur la coque conformée arrière 15 du réflecteur bigrille 11. Le gain minimum calculé sur l'ensemble de la zone à couvrir par les cinq faisceaux est de 26 d B, pertes incluses, ce qui correspond à un optimum pour des faisceaux de cette largeur. Les coques 14 et 15 peuvent avoir, par exemple, un diamètre égal à 2100 mm Les cornets 20, 21, 22, 23 et 24 peuvent avoir par exemple les dimensions respectives suivantes dans le plan des figures 2 et 3: 120 x 160 m 2; x 160 mm 2; 100 x 170 mm 2; 110 x 120 mm 2; 120 x mm 2. La figure 5 illustre une antenne multifaisceaux à réflecteur conformé 25 dans le cas d'un fonctionnement en polarisation circulaire double et d'une utilisation en bande C L'antenne est constituée d'un réflecteur à coque pleine conformée 26 par rapport à la surface parabolique d'origine 27 et de foyer F comme représenté sur la figure 6, de manière à optimiser le gain par faisceau sur l'ensemble de la couverture Le système réflecteur est illuminé par un ensemble source 28 composé, par exemple, de cinq cornets indépendants 30, 31, 32, 33 et 34 d'ouvertures identiques qui peuvent être disposés comme représentés sur la figure 7, dans une vue perpendiculaire au plan focal, générant cinq faisceaux adjacents X, Y, Z, T et U représentés sur la figure 8, après transformation de l'onde par le réflecteur conformé Les deux sens de polarisation circulaire (droite et gauche) peuvent être employés lorsque les cornets sont eux-mêmes équipés de système de polarisation double bien connus de l'homme de l'art. Le gain minimum calculé sur l'ensemble de la couverture composite à cinq faisceaux est également de 26 d B; en utilisant des cornets de diamètre d'ouverture égal à environ 120 mm. Les figures 4 et 8 donnent les diagrammes de rayonnement respectifs des deux antennes décrites précédemment dans le cas d'une couverture multifaisceaux de l'Afrique. Il est bien entendu que la présente invention n'a été décrite et représentée qu'à titre d'exemples préférentiels et que la couverture, la disposition, la forme et le nombre des faisceaux, le nombre et le type d'éléments rayonnants ainsi que les caractéristiques géométriques des réflecteurs peuvent être modifiés sans pour autant sortir du cadre de l'invention En particulier, le nombre de faisceaux générés par l'antenne, bien que limité à cinq dans les exemples précédemment cités peut être étendu à un nombre quelconque De même l'antenne peut être utilisée dans tout autre bande de fréquence De même une couverture quelconque peut être réalisée. REVENDICATIONS 1/ Antenne passive multifaisceaux à réflecteur(s) conformés, caractérisée en ce que le (ou les) réflecteur(s) ( 11; 25) de l'antenne sont conformés de manière à optimiser le gain d'antenne aux points de recoupement entre faisceaux et/ou sur la couverture composite, chaque faisceau distinct étant généré par un bloc source distinct( 12, 13; 28). 2/ Antenne selon la revendication 1, caractérisée en ce que chaque réflecteur est constitué de deux surfaces distinctes conformées ( 14, 15); chacune des deux surfaces étant pourvue de grilles à fils parallèles entre eux ( 16, 17). 3/ Antenne selon la revendication 2, caractérisée en ce que les surfaces avant et arrière du système réflecteur à double grille sont conformées différemment pour produire des faisceaux de formes différentes ou d'agencements différents suivant la polarisation linéaire considérée. 4/ Antenne selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les éléments rayonnants producteurs de faisceaux sont pointés non parallèlement devant le (ou les) réflecteur(s) et ont le centre de leur ouverture placé sur une surface non plane de manière à optimiser au mieux le gain en bord de faisceau. / Antenne selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le(s) réflecteur(s) conformé(s) est(sont) associé(s) à une multisource à accès orthogonaux de manière à réduire le nombre d'éléments rayonnants de la multisource et donc de simplifier le répartiteur formateur de faisceaux orthogonaux. r