Brevet FR2760900A1 — publié le 19980918

La présente invention est relative aux antennes pour satellites à défilement. A ce jour, les antennes utilisées par les satellites à défilement sont soit des antennes de type omnidirectionnel (SPOT, ERS, etc) soit de type directif pointable (LANDSAT, etc). Dans ce dernier cas, le faisceau est gaussien et le balayage est réalisé à l'aide d'un mécanisme de pointage, l'antenne se comportant quant à elle comme un réflecteur parabolique centré de conception classique. Un but de l'invention est de proposer une antenne pour satellite à défilement qui ne nécessite aucun mécanisme de pointage, qui présente un gain supérieur aux antennes omnidirectionnelles et qui est peu encombrante et d'un faible coût. A cet effet, l'invention propose une antenne pour satellite à défilement, caractérisée en ce qu'elle comporte une pluralité d'éléments rayonnants élémentaires du type présentant une pluralité de brins répartis régulièrement en hélice autour d'une même génératrice de révolution et en ce qu'elle comporte des moyens de déphasage de l'alimentation de ces différentes antennes élémentaires qui sont aptes à être commandés par une unité de gestion du satellite pour réaliser un dépointage électronique de l'antenne. Cette antenne est avantageusement complétée par les différentes caractéristiques suivantes prises seules ou selon toutes leurs combinaisons possibles - le nombre d'éléments rayonnants élémentaires est égal ou supérieur à cinq - les éléments rayonnants élémentaires sont décalés les uns par rapport aux autres avec un pas choisi de façon à éviter les lobes de réseaux - pour une fréquence d'émission à 8000 MHz, le pas entre deux antennes élémentaires est de l'ordre de 19 mm - les moyens de déphasage sont codés sur 3 à 8 bits - les moyens de déphasage sont du type à ferrite. L'invention concerne également l'utilisation d'une antenne pour la retransmission au sol d'images collectées par des instruments de prise de vue d'un satellite. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront encore de la description qui suit. Cette description est purement illustrative et non limitative. Elle doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels - la figure 1 est une représentation schématique illustrant une antenne conforme à un mode de réalisation de l'invention - la figure 2 est un graphe sur lequel on a porté le diagramme d'un élément rayonnant élémentaire de l'antenne de la figure 1 - les figures 3 à 6 illustrent différents diagrammes de couvertures obtenus avec l'antenne de la figure 1. L'antenne illustrée sur la figure 1 comporte une pluralité d'éléments rayonnants élémentaires référencés par 1. Ces éléments rayonnants élémentaires 1 comportent chacun une pluralité de brins hélicoïdaux répartis régulièrement autour d'une même génératrice de révolution. La génératrice est par exemple conique ou cylindrique. Ces brins sont alimentés de façon équi-amplitude. Par exemple, ces brins sont au nombre de quatre et définissent quatre hélices identiques, décalées de n/2 les unes par rapport aux autres. Ces quatre brins sont avantageusement alimentés en quadrature de phase. Le diagramme angulaire de rayonnement d'un tel élément rayonnant élémentaire est du type de celui illustré sur la figure 2. Ce diagramme correspond au diagramme obtenu pour une hauteur axiale d'élément rayonnant de 0,050 m, un rayon de base de 0,018 m, ainsi qu'une fréquence d'émission de 8000 MHz. Il est rapporté à une sphère de mesure de 10 m de diamètre. On notera que les éléments rayonnants élémentaires à plusieurs brins en hélice présentent, comme on le verra plus loin, l'avantage de présenter plus de gains à 50 qu'à 0 et donc de permettre de compenser les pertes de dépointage. Les éléments rayonnants élémentaires 1 sont répartis en ligne selon la direction du vecteur vitesse, en étant disposés de façon que leurs axes soient parallèles, dans un même plan et espacés régulièrement. Le pas entre lesdits éléments rayonnants 1 est par exemple de 19 mm pour une fréquence d'émission de 8000 MHz, ce qui permet de ne pas avoir de lobes de réseau. De façon plus générale, le pas d du réseau est tel que d Les éléments rayonnants 1 sont alimentés via des déphaseurs 2 de type à ferrite et des coupleurs 3, par un répartiteur de puissance 6 (en l'occurrence 1:5), qui est par exemple de type guide d'onde. Les déphaseurs 2 sont commandés par une unité 4, qui est le calculateur de bord du satellite, à laquelle ils sont reliés par une électronique de commande 5. Les déphasages imposés aux différents éléments rayonnants 1 permettent de réaliser les dépointages souhaités, et ce jusqu'à + 62". Le choix pour les éléments rayonnants 1 d'une structure à hélice permet de disposer d'un gain à 50 supérieur de 2 dB au gain présenté à O" (hors terme de compensation de différence d'atténuation d'espace -620 lever satellite par rapport au zénith) et donc de compenser naturellement les pertes de dépointage. Le nombre optimal d'élément rayonnant élémentaire variera de cinq à douze en fonction des besoins de la mission. Les déphaseurs 2 présentent par exemple des pas de quantification de 22,50 et sont codés sur 4 bits. Les faisceaux générés par une telle antenne sont elliptiques (grand axe des ellipses parallèle à la trace du satellite). On a illustré sur la figure 3 la couverture obtenue avec l'antenne qui vient d'être décrite, dans le cas d'un déphasage nul entre les différents éléments rayonnants 1. Il n'y a alors pas de dépointage et la directivité maximale de l'antenne est de 11,55 dB. Sur la figure 4, on a représenté la couverture obtenue dans le cas de déphasages respectivement d'un élément rayonnant d'extrémité 1 à l'autre de 90 , 45 , 00, - 450 et 900. Le diagramme est alors dépointé de + 180. La directivité est 11,52 dB. Sur la figure 5, on a illustré la couverture obtenue dans le cas d'un déphasage respectivement de 1800, 900, 0 , - 900, -1800. Le dépointage est alors de 32 , la directivité de 11,49 dB. Sur la figure 6, enfin, on a représenté la couverture obtenue respectivement pour des déphasages de 270 , 135 , 00, - 1350 et -2700. Le dépointage obtenu est de 480, la directivité maximale de 11,45 dB. Sur ces différentes figures 3 à 6, les cercles représentés en traits pointillés correspondent aux cercles de visibilité respectivement à + 60 et + 65 . On note que, d'un diagramme à l'autre, la directivité maximale n'évolue que très peu (11,54 dB à 11,45 dB). La directivité obtenue à 650 est supérieure à 9 dB, soit un gain supérieur à 7,5 dB si l'on considère des pertes de 0,5 dB sur les répartiteurs, de 0,5 dB pour les déphaseurs, de 0,25 dB au niveau de la connectique et de 0,25 dB au niveau de l'alimentation. L'antenne à dépointage qui vient d'être décrite est avantageusement utilisée pour la retransmission au sol d'images collectées par des instruments de prise de vue d'un satellite. La commutation du faisceau s'effectue préférentiellement avant passage, de façon à éviter les problèmes de saut de phase sur la couverture générée. Dans le cas où le diagramme antenne ne compense pas l'atténuation d'espace, on peut envisager des changements de vitesse de transmission pour utiliser au mieux les gains de l'antenne dans les zones proches du passage au zénith. L'antenne à dépointage qui vient d'être décrite présente l'avantage d'être d'un faible coût et surtout d'un faible encombrement. L'encombrement de la partie rayonnante est de 90 mm en longueur, de 5 mm en largeur et de 50 mm en hauteur. Avantageusement encore, l'antenne comporte plusieurs antennes en ligne du type qui vient d'être décrit et des moyens de commutation permettant de basculer d'une antenne en ligne à une autre en fonction des mouvements du satellite, et notamment de ses mouvements de roulis. En variante, l'antenne comporte des moyens de motorisation qui permettent de modifier l'orientation de la (ou des) ligne(s) d'éléments rayonnants élémentaires pour compenser les mouvements potentiels du satellite, notamment ses mouvements de roulis. REVENDICATIONS 1. Antenne pour satellite à défilement, caractérisée en ce qu'elle comporte une pluralité d'éléments rayonnants élémentaires (1) du type présentant une pluralité de brins répartis régulièrement en hélice autour d'une même génératrice de révolution ainsi que des moyens d'alimentation équi-amplitude des différents brins et en ce qu'elle comporte également des moyens (2) de déphasage de l'alimentation de ces différentes antennes élémentaires qui sont aptes à être commandés par une unité de gestion (4) du satellite pour réaliser un dépointage électronique de l'antenne. 2. Antenne selon la revendication 1, caractérisée en ce que le nombre d'éléments rayonnants élémentaires (1) est égal ou supérieur à cinq. 3. Antenne selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les éléments rayonnants élémentaires (1) sont décalés les uns par rapport aux autres avec un pas choisi de façon à éviter les lobes de réseaux. 4. Antenne selon la revendication 3, caractérisée en ce que, pour une fréquence d'émission de 8000 MHz, le pas entre deux éléments rayonnants élémentaires est de l'ordre de 19 mm. 5. Antenne selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les moyens de déphasage sont codés sur trois à huit bits. 6. Antenne selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les moyens de déphasage (2) sont du type à ferrite. 7. Antenne caractérisée en ce qu'elle comporte plusieurs antennes en ligne selon l'une des revendications précédentes et des moyens de commutation permettant de basculer d'une antenne en ligne à une autre en fonction des mouvements du satellite, et notamment de ses mouvements de roulis. 8. Antenne selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens de motorisation qui permettent de modifier l'orientation de la (ou des) ligne(s) d'éléments rayonnants élémentaires pour compenser les mouvements potentiels du satellite, notamment ses mouvements de roulis. 9. Utilisation d'une antenne selon l'une des revendications précédentes pour la retransmission au sol d'images collectées par des instruments de prise de vue d'un satellite.