Brevet FR2688944A1 — publié le 19930924

Antenne de réception à pointage unique pour plusieurs satellites de positions orbitales différentes L'invention se rapporte aux matériels de réception de satellites disponibles sous forme de stations individuelles de réception et a plus particulièrement pour objet une antenne de réception à pointage unique pour plusieurs satellites de positions orbitales différentes. Lorsque plusieurs satellites placés sur des positions orbitales différentes doivent être reçus en un même lieu, il faut actuellement disposer au minimum: d'une antenne équipée d'une monture équatoriale motori- sée, d'une source large bande associée à un ou plusieurs démodulateurs faible bruit, d'un dispositif de commande et d'un dispositif de mémori- sation des coordonnées des satellites choisis. Le passage de la réception d'un satellite sur une première position orbitale à la réception d'un satellite sur une autre position orbitale nécessite plusieurs secondes voire dizaines de secondes. Lorsque, de plus, plusieurs satellites ainsi placés sur des positions orbitales différentes doivent être reçus simultanément pour des raisons de service, le problème devient beaucoup plus complexe Une solution évidente consiste à faire viser les satellites par autant d'antennes qu'il y a de positions orbitales. Plusieurs raisons rendent cette solution inapplicable à grande échelle Tout d'abord il existe des raisons d'ordre économique: le coût de l'installation est multiplié par le nombre d'antennes et l'installation est complexe et onéreuse Il existe également des raisons d'ordre esthétique: outre l'encombrement d'un champ de deux ou trois paraboles, un ensemble de paraboles s'intègre difficilement dans les architectures rectilignes des constructions actuelles Enfin il existe également des raisons d'ordre réglementaire car, dans de nombreux pays, une seule parabole est tolérée par immeuble; de plus la prise au vent des antennes peut être une source d'insécurité, non tolérée. Un nouveau besoin apparaît donc pour une antenne unique permettant de recevoir simultanément ou séquentiellement plu- sieurs satellites situés sur des positions orbitales différentes, sans modifier le pointage de l'antenne de façon à éviter les équipements motorisés et les commandes correspondantes, et à gagner du temps en minimisant les interruptions de service lors des changements. On connaît par la demande de brevet français n' 89 14287 déposée le 31 octobre 1989 au nom des Demanderesses une an- tenne de réception multifocale à direction de pointage unique pour plusieurs satellites situés sur la même position orbitale. Pour cela le réflecteur est multi-secteurs, les différents secteurs du réflecteur focalisant le rayonnement qu'ils reçoivent de la direction visée vers des sources placées en des positions différentes correspondant aux foyers des différents secteurs. Avec l'antenne décrite dans cette demande la réception peut donc avoir lieu sur plusieurs satellites de position orbitale prédéfinie, soit simultanément soit séquentiellement suivant l'équipement de l'antenne (une ou plusieurs têtes hyperfréquences); mais les satellites reçus sont toujours situés sur la même position orbitale, et leur sélection s'opère par un choix de polarisation et de fréquence, du fait d'une séparation spatiale des polarisations, l'antenne étant multifocale. L'invention a pour objet de répondre au besoin d'une an- tenne susceptible de recevoir simultanément ou séquentiellement plusieurs satellites situés sur des positions orbitales différentes par un seul pointage, et un seul ensemble électronique Pour cela le réflecteur de l'antenne est multi-secteurs, chaque secteur étant adapté à la réception d'un satellite, et ces secteurs ont des foyers qui coïncident spatialement; une source large bande et multipolarisation transmet les différents signaux reçus à l'ensemble électronique qui les sépare. Selon l'invention, une antenne de réception à pointage unique, pour plusieurs satellites de positions orbitales diffé- rentes, comportant un réflecteur multi-secteurs comportant un secteur central et au moins un secteur extérieur en anneau au- tour du secteur central, est caractérisée en ce que les secteurs du réflecteur sont formés à partir de portions de paraboloides d'axes différents définissant les directions de réception corres- pondant aux différentes positions orbitales, les secteurs focali- sant les rayonnements qu'ils reçoivent dans une même zone de focalisation, et en ce qu'une source large bande multipolarisation est placée dans la zone, la source étant couplée à une voie de traitement électronique pour la sélection des signaux utiles. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristi- ques apparaîtront à l'aide de la description qui suit en référence aux figures annexées: La figure 1 illustre, en coupe, une antenne de réception à pointage unique pour plusieurs satellites situés sur des posi- tions orbitales différentes dans un premier mode de réalisation; La figure 2 illustre un second mode de réalisation en coupe de l'antenne suivant l'invention ayant une forme "plate", pour la réception de deux satellites; La figure 3 représente en coupe un autre mode de réali- sation d'une antenne plate selon l'invention, pour la réception de trois satellites. La figure 4 représente en plan un troisième mode de réalisation de l'antenne. Selon l'invention les antennes comportent des secteurs de paraboloides dont les caractéristiques sont telles qu'ils focalisent en un même point des rayonnements en provenance de directions différentes. La figure 1 illustre schématiquement le principe de l'an- tenne selon l'invention pour la réception de deux satellites: deux secteurs de paraboloides 1 et 2 reliés par un tronc de cône 3, focalisent le rayonnement en provenance des directions respec- tivement D 1 et D 2 en un même foyer F Les deux secteurs 1 et 2 ont donc des axes différents, Fx 1 et Fx 2 décalés angulairement de la différence entre les positions orbitales des deux satellites à viser La forme du réflecteur avec ses deux secteurs 1 et 2 telle qu'illustrée sur la figure 1 est utilisable Mais il y a un avantage à utiliser un réflecteur produisant le même résultat, mais dont l'encombrement est réduit. Pour cela, le second mode de réalisation de l'antenne représenté sur la figure 2 est tel que le secteur de paraboloïde extérieur 1 est en fait constitué par plusieurs portions de paraboloïdes différents dont les sommets virtuels sur l'axe Fxi sont décalés d'un nombre entier de demi longueur d'onde, et qui sont reliés par des troncs de cônes, chacune de ces portions de paraboloïde focalisant le rayonnement reçu selon la même direction D 1 que précédemment, au foyer F Cette structure permet de minimiser l'encombrement et permet d'obtenir une structure quasi plane formée, pour le secteur extérieur, d'un ensemble "d'anneaux" de paraboloïdes Le secteur central 2 dont la dimension est relativement réduite s'il est choisi pour la réception du satellite ayant la plus forte puissance apparente rayonnée s'intègre bien dans l'antenne en formant avec le réflec- teur 1 une structure quasi plane pour le récepteur. L'intérêt principal de la planéïté de l'antenne due à cette structure à groupement d'anneaux est de diminuer le coût par unité de volume notamment pour tout ce qui concerne le conditionnement préalable à l'installation Pour faciliter encore les procédures préalables à l'installation en particulier l'emballage pour le transport du lieu de fabrication au lieu de l'installation, le secteur extérieur 1 en anneaux peut être découpé pour former une structure rectangulaire ou carrée qui permet d'optimiser la surface réceptrice par rapport aux moyens traditionnels d'emballage et de stockage Ce mode de réalisation est représenté en plan sur la figure 3 Le secteur central 2 ' hachuré est également en anneaux sur sa partie extérieure, et est associé aux satellites à forte puissance apparente rayonnée (P I R E selon l'abréviation anglo-saxonne), TDF 1 par exemple, et le secteur extérieur 1 ' découpé en carré est associé aux satellites à puissance rayonnée plus faible, EUTELSAT 2, par exemple Les secteurs 1 ' et 2 ' peuvent tourner l'un par rapport à l'autre pour permettre d'ajuster leurs positions relatives Pour cela un axe de rotation Y'Y, permet de définir avec précision l'angle existant entre les deux directions de pointage. La figure 4 illustre une structure dans laquelle le réflec- teur permet de focaliser en un même foyer F les rayonnements en provenance de trois directions différentes Pour cela la partie centrale est constituée d'une portion de paraboloïde focalisant en F le rayonnement dans la direction D 3; une partie intermédiaire est formée d'anneaux concentriques formés de secteurs de paraboloides et de troncs de cônes et focalise en F le rayonnement provenant de la direction D 2 Cette partie médiane est jointive à la partie centrale vers l'intérieur et jointive avec une seconde structure en anneaux extérieure destinée à focaliser toujours en F le rayonnement provenant de la direction D De la même façon que décrit en référence à la figure 2 les anneaux des secteurs 1 et 2 du réflecteur sont formés de portions de paraboloïdes dont les sommets sont décalés d'un nombre entier de fois la demi longueur d'onde des rayonnements reçus, sur les axes Fx 1 et Fx 2 respectivement, l'axe Fx 3 parallèle à D étant l'axe du secteur central 3. L'ensemble de ces modes de réalisation permet sans déplace- ment du réflecteur, donc avec une direction de pointage unique, de recevoir dans les différentes directions prédéterminées Au point de Localisation F est placée une source multipolarisation et multibande ou large bande Cette source reçoit les signaux de satellites différents, par exemple des signaux en provenance de satellites de télécommunications, bande FSS, soit 10,7 à 11,7 G Hz ou 12,5 à 12, 75 G Hz, ou des signaux en provenance de satellites de télédiffusion grand public dans la bande BSS, soit 11,7 à 12, 5 G Hz Ces satellites sont sur des positions orbitales diffé- rentes et émettent à des fréquences différentes dans les bandes mentionnées suivant des polarisations différentes (circulaire droite, circulaire gauche, horizontale ou verticale) La source multipolarisation peut être un réseau imprimé multipolarisation plan équipé de moyens électroniques de commutation pour sélec- tionner l'une ou l'autre des polarisations La source peut être réalisée notamment suivant les structures décrites par M DUBOST dans un article intitulé "Dual polarized flat folded dipoles application to an array in KU Band" publié dans "Asia-Pacifie Microwave conférence (AGMC 1990), TOKYO Après la source il est bien entendu nécessaire de prévoir un séparateur ou un commutateur de polarisation pour sélectionner le ou les signaux requis. Les figures 5 et 6 illustrent les voies nécessaires dans l'ensemble électronique associé à l'antenne pour que les satellites émettant dans des directions D 1 et D 2 puissent être reçus La figure 5 illustre le cas o l'on ne souhaite recevoir le rayonnement en provenance de deux satellites que séquentiellement Une seule tête hyperfréquence 10 est néces- saire Elle est précédée d'un commutateur (ou séparateur) de polarisation 11 adapté à la sélection de l'un des quatre types de polarisation mentionnés (circulaire droite, circulaire gauche, horizontal et vertical) dont l'entrée est reliée à la source large bande multipolarisation S. La figure 6 illustre le cas o l'on souhaite recevoir simultanément le rayonnement en provenance de deux satellites. Deux têtes hyperfréquence 20 et 30 sont alors nécessaires Elles comportent chacune un amplificateur faible bruit et un convertis- seur de fréquence Chacune de ces têtes hyperfréquence ou "LNB (pour "Low Noise Block" selon la terminologie anglo-saxonne) est précédée d'un commutateur de polarisation, respectivement 21 et 31 Si les têtes hyperfréquence 20 et 30 sont affectées au traitement des signaux transmis respectivement en polarisation circulaire et en polarisation linéaire, le commutateur de polarisation 21 sélectionne le rayonnement polarisé en circulaire droite ou gauche et le commutateur de polarisation 31 sélectionne le rayonnement polarisé linéairement soit en vertical, soit en horizontal Les entrées des commutateurs sont reliées à la source large bande multipolarisation. Ces structures présentent un grand nombre d'avantages l'ensemble de réception voit son coût diminuer du fait de la présence d'un seul réflecteur, d'une seule source et d'un ensem- ble de circuits électroniques communs pour la réception de plu- sieurs satellites Même si les circuits électroniques doivent prévoir comme indiqué ci-dessus des moyens de commutation et de séparation, l'ensemble obtenu est bien sûr de coût inférieur à une juxtaposition de systèmes spécialisés dans la réception des différents satellites. Un autre avantage d'une telle structure est la simplicité de son installation puisque par un seul réglage de la position du réflecteur de l'antenne plusieurs directions de réception sont obtenues. De plus le système est polyvalent puisqu'il est adapté à la réception de plusieurs types de satellites appliqués à des domaines différents tels que les télécommunications et la télévi- sion Ces deux types d'informations peuvent même être reçues simultanément pour peu que les circuits électroniques de récep- tion, convertisseur faible bruit notamment, soient doublés et qu'on dispose des moyens de séparation ad-hoc. Enfin un autre avantage non négligeable est l'esthétique du système qui permet avec un seul réflecteur éventuellement de section carrée et quasi plan de minimiser les inconvénients de ces structures disposées sur les immeubles, ces structures s'in- tégrant plus facilement dans l'architecture des villes. L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés En effet il a été indique ci-dessus que les secteurs du réflecteur pouvaient soit être constitués d'un seul secteur de paraboloïde recevant le rayonnement en prove- nance d'une direction D pour le focaliser en F ou de plusieurs portions de paraboloides recevant toujours dans la même direc- tion D et focalisant le rayonnement au même point F Le nombre de secteurs à directions différentes 2 ou 3 dans les exemples représentés peut évidemment être adapté sous réserve que cha- que secteur ait une surface suffisante pour assurer la réception du satellite auquel il est destiné, avec sa puissance apparente rayonnée donnée La limite est donc fixée par la puissance reçue des différents satellites sur les différentes parties des réflec- teurs Enfin, toute combinaison de satellites susceptibles d'être reçus en un même lieu est possible, le rayonnement en provenance de chacun étant défini par sa direction, sa fréquence et sa polarisation, pour peu que les rayonnements en provenance de ces satellites placés sur des positions orbitales différentes n'émettent pas en même temps sur la même fréquence et avec la même polarisation. REVENDICATIONS 1 Antenne de réception à pointage unique, pour plusieurs satellites de positions orbitales différentes, comportant un réflecteur multi-secteurs comportant un secteur central ( 2) et au moins un secteur extérieur ( 1) en anneau autour du secteur central, caractérisée en ce que les secteurs du réflecteur sont formés à partir de portions de paraboloïdes d'axes différents définissant les directions de réception (D 1, D 2) correspondant aux différentes positions orbitales, les secteurs focalisant les rayonnements qu'ils reçoivent dans une même zone de focalisation (E), et en ce qu'une source large bande multipolarisation (S) est placée dans la zone (F), la source étant couplée à une voie de traitement électronique pour la sélection des signaux utiles. 2 Antenne selon la revendication 1, caractérisée en ce que pour une antenne quasi-plane, l'un au moins des secteurs est formé à partir de plusieurs portions de paraboloïdes de même axe dont les sommets virtuels sont décalés d'un nombre entier de demi longueurs d'onde et qui focalisent toutes le rayonnement qu'elles reçoivent dans la zone de focalisation F. 3 Antenne selon l'une des revendications 1 et 2, caracté- risée en ce que la projection du réflecteur sur un plan orthogo- nal à la direction de réception du secteur extérieur est une section rectangulaire. 4 Antenne selon l'une des revendications 1 à 3, caractéri- sée en ce que pour la réception de deux satellites, elle comporte un secteur central ( 2) formé d'une portion de paraboloide pour la réception du satellite ayant la plus faible puissance apparente rayonnée, et un secteur extérieur ( 1) formé de plusieurs portions de paraboloides pour la réception du satellite ayant la plus forte puissance apparente rayonnée, le rapport des surfaces des deux secteurs étant fonction du rapport entre les puissances. Antenne selon l'une des revendications 1 à 3, caractéri- sée en ce que, pour une réception séquentielle des satellites, la voie de traitement électronique comporte un sélecteur de polarisation ( 11) et une tête hyperfréquence de réception ( 10) ayant des moyens de conversion de fréquence et d'amplification faible bruit adaptés aux fréquences à recevoir. 6 Antenne selon l'une des revendications 1 à 3, caractéri- sée en ce que, pour une réception simultanée d'au moins deux satellites la voie de traitement électronique comporte au moins deux sélecteurs de polarisation ( 21, 31), chacun relié à une tête hyperfréquence de réception ( 20, 30) ayant chacune des moyens de conversion de fréquence et d'amplification faible bruit adaptés aux fréquences à recevoir.