Brevet FR2806214A1 — publié le 20010914

ANTENNE REFLECTRICE COMPORTANT UNE PLURALITE DE PANNEAUX La présente invention a pour objet une antenne réflectrice utilisable en mode émission et/ou réception et notamment pour des satellites géostationnaires de communication. De tels satellites présentent de grands réflecteurs déployables dont les dimensions atteignent couramment 10 à 15 mètres. Ils sont alimentés par des réseaux d'alimentation de grandes dimensions. De manière à approximer un profil parabolique, les réflecteurs sont organisés selon un réseau maillé qui est mis en place et maintenu en tension par un système complexe qui met en oeuvre des câbles. Un tel réflecteur parabolique et déployable est décrit dans le brevet des Etats-Unis 4,811,034 (TRW). A titre indicatif, un réflecteur de 12 mètres de diamètre réalisé selon cette technologie présente un poids de 100 kg et coûte environ 10 000 000 f. La présente invention a pour objet une antenne réflectrice permettant de réaliser l'approximation d'une surface de référence telle qu'une surface parabolique à partir d'un nombre de panneaux nettement moins élevé. L'idée de base de l'invention est de réaliser une correction électronique au moins partielle de l'approximation de la surface de référence qui est due à la mise en oeuvre de panneaux multiples. L'invention concerne ainsi une antenne réflectrice caractérisée en ce qu'elle comporte une pluralité de panneaux assemblés bord à bord pour former une surface non-plane constituant une approximation de surface de référence, ainsi qu'un dispositif formateur de faisceaux générant une fonction de formation de faisceaux pour un réseau d'éléments d'antenne couplés auxdits panneaux, et en ce que ladite fonction présente un terme de correction d'erreur de surface destiné à compenser au moins partiellement l'écart entre la surface constituée par l'assemblage des panneaux, notamment des panneaux plans, et ladite surface de référence, notamment une parabole et/ou en ce qu'au moins certains desdits panneaux comportent des éléments réfléchissants pourvus de moyens de compensation fixes ou variables pour compenser au moins partiellement ledit écart. Les panneaux peuvent être en fibre de carbone ou bien être constitués d'un réseau métallique sous tension mécanique ou bien d'un 2 2806214 réseau sous tension mécanique recouvert de métal. Il peut aussi être constitué par des membranes. En variante, les panneaux peuvent être des réseaux réfléchissants dont chacun est constitué d'un réseau de dits éléments réfléchissants. Au moins certains desdits éléments réfléchissants peuvent être couplés à des déphaseurs introduisant des retards fixes et/ou à des déphaseurs introduisant des retards variables, et constituant desdits moyens de compensation. io Au moins certains des éléments réfléchissants peuvent présenter deux éléments polarisés perpendiculairement l'un par rapport à l'autre et connectés par une ligne de transmission introduisant un retard fixe. Au moins certains éléments réfléchissants peuvent présenter deux éléments polarisés perpendiculairement l'un par rapport à l'autre et connectés par un déphaseur introduisant un retard variable. Les panneaux peuvent être plans et rigides. En variante, les panneaux, par exemple plans, peuvent être flexibles et soumis à une tension mécanique, par exemple par câble, pour leur conférer une forme non plane. La formation de faisceaux peut être réalisée en bande de base ou bien à une fréquence intermédiaire. Le dispositif formateur de faisceaux peut être analogique, numérique, ou bien encore de technologie mixte, analogique-numérique. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif, en liaison avec les dessins dans lesquels: - la figure 1 représente un premier mode de réalisation de I' invention; - la figure 2 représente un deuxième mode de réalisation de I'invention; - la figure 3 représente un mode de réalisation préféré de l'invention, dont des variantes sont illustrées aux figures 4a et 4b. La figure 1 représente une antenne réflectrice 1 présentant une pluralité de panneaux plans articulés entre eux 11, 12......I n pour former un réseau à une ou deux dimensions qui constituent une approximation d'une parabole. Il présente un dispositif formateur de faisceaux BFD comprenant des bornes d'entrée-sortie 4, un circuit électronique 3 fonctionnant, de 3 2806214 manière connue en soi, à l'émission et/ou à la réception et assurant la génération d'une fonction de formation de faisceaux, et un réseau d'antennes 2 qui alimente l'antenne 1 à l'émission et/ou à la réception. La figure 1 illustre une configuration symétrique, alors que la figure 2 illustre une alimentation asymétrique dans laquelle le dispositif formateur de faisceaux BFD est décalé de manière à se situer en dehors de la zone de couverture 20 de l'antenne 1 à l'émission et/ou à la réception. Les panneaux 11, 12, etc... peuvent être de panneaux minces en fibre de carbone. Ils peuvent être constitués par des membranes 1o ou bien encore par un réseau de mailles métalliques sous tension ou bien par un réseau de maille sous tension recouverte de métal. En mode réception, le réflecteur 1 recueille la puissance électrique incidente sur les antennes du dispositif formateur de faisceaux BFD qui opère à radiofréquence, à une fréquence intermédiaire ou bien en bande de base. Le circuit 3 du dispositif formateur de faisceaux BFD réalise à la fois la fonction proprement dite de formation de faisceaux et de compensation des erreurs de surface qui sont dues à l'utilisation d'une succession de panneaux, en particuliers de panneaux plans, qui ne constituent qu'une approximation de la forme parabolique recherchée. En mode transmission, le fonctionnement est symétrique, le réseau formateur de faisceaux 3 étant, de manière classique, susceptible de fonctionner aussi bien à l'émission qu'à la réception de même que le réseau d'antennes 2. Les panneaux réflecteurs peuvent être remplacés, comme représenté à la figure 3, par des réseaux réflecteurs 91, 92, 93.... 9n, dont chacun est constitué d'un réseau d'éléments connectés entre eux. De tels réseaux réflecteurs sont par exemple décrits dans l'article de J. Huang intitulé " Review and Design of Printed Reflect-Array Antennas " publié aux pages 483 à 490 du rapport sur l'international Symposium and Antennas JINA 98, qui s'est tenu à Nice en 1998, ou bien dans le Brevet US 4,684,952 (BALL Corp.). Chacun des panneaux 91, 92, etc... présente une pluralité d'éléments réflecteurs actifs ou passifs qui peuvent par exemple être réalisés par impression, auxquels on peut donner des propriétés de focalisation qui permettent de réduire la taille du réseau d'alimentation 2. La multiplicité des facettes de ces réseaux réfléchissants permet d'augmenter la bande passante 4 2806214 de l'antenne étant donné que l'écart, exprimé en longueur d'onde, entre le profil désiré et celui qui doit être compensé est réduit. Un autre avantage de l'utilisation d'une pluralité de panneaux de ce type est que la puissance qui est réfléchie directement et qui résulte des radiations parasites est réduite. Ceci est dû au fait que l'angle d'incidence à partir des antennes 2 sur les facettes est plus faible que dans le cas d'un panneau unique. Chaque panneau réflecteur en réseau présente des facettes couvertes d'éléments réfléchissants pour lesquels le déphasage introduit peut être ajusté de manière fixe ou variable. Comme le montrent les figures 4a ou 4b, un élément réflecteur comporte un élément radiant (dipole imprimé, etc...) 6,6'connecté à une ligne de transmission 7,7' qui se termine par un court-circuit ou un déphaseur variable 8,8'. La longueur de la ligne qui introduit un déphasage est réglée en fonction de la position de l'élément dans le panneau, de manière à réfléchir d'énergie incidence avec la phase désirée pour que l'énergie soit focalisée de manière désirée. Dans le cas de la mise en ceuvre d'un déphaseur variable, la forme du faisceau et la commande de pointage peuvent être réalisées de manière dynamique, ce qui est souhaitable pour réaliser les radars à synthèse d'ouvertures. Les éléments peuvent présenter une seule polarisation ou être disposés suivant deux polarisations. La figure 4a représente des éléments 7 disposés suivant deux polarisations orthogonales, chacun d'entre eux étant équipé d'un déphaseur 8 ce qui permet une commande indépendante des signaux pour chaque polarisation. La figure 4b montre une configuration particulièrement intéressante des éléments réfléchissants qui présente deux éléments 6' polarisés orthogonalement et qui sont couplés par une ligne de transmission 7' dont la longueur est optimisée, en fonction de la position de l'élément et de la forme désirée du faisceau et du pointage. Si des déphaseurs variables sont introduits dans les lignes, un avantage d'une telle configuration est de diviser par 2 le nombre de déphaseurs 8' désirés, ce qui réduit le coût et la masse. 2806214 L'idée de base de l'invention est ainsi l'utilisation pour des antennes de surfaces réfléchissantes constitués de panneaux (généralement plans donc plus faciles à fabriquer et à déployer) approximant une surface courbe, par exemple paraboloïdale et de compenser au mieux les effets de cette approximation de surface par une correction électronique, soit au niveau des sources illuminatrices, soit par des ajustements fixes ou variables sur des éléments réfléchissants disposés ou intégrés sur les panneaux, soit par une combinaison des deux dispositifs. Dans le cas o le réflecteur est réalisé par des panneaux à io surface réfléchissante (aluminium, fibre de carbone, treillis métallique), la correction électronique s'effectue préférentiellement au niveau de l'illuminateur du système réflecteur. Cet illuminateur est alors constitué d'un réseau de sources multiples dont le nombre et la disposition dépendent de la géométrie du système et des faisceaux de rayonnement prescrits. Le champ rayonné par chacune de ces sources excitée seule en présence du système réfléchissant imparfait est utilisé pour synthétiser les amplitudes et phases d'excitation du réseau illuminateur pour approximer au mieux le ou les faisceaux prescrits. Cette synthèse se fait par les méthodes classiques bien connues applicables dans le mode d'émission et de transmission (par exemple formation de faisceau). La réalisation de ces excitations se fait par les méthodes classiques à fréquence micro-onde, intermédiaire ou de manière numérique. Dans le cas o le réflecteur est réalisé par des panneaux comportant des éléments antennes, par exemple dipoles, fentes ou éléments microrubans imprimés ou multicouches, chacun de ceux-ci est connecté à un segment de ligne de transmission comportant un déphaseur fixe ou variable. Le déphaseur peut être connecté à un court-circuit qui re- réfléchit la puissance vers l'élément rayonnant. Le signal est donc déphasé deux fois et re-rayonné avec une phase optimisée pour compenser l'erreur de surface et former un ou plusieurs faisceau(x) prescrit(s). La méthode d'optimisation des phases combine des techniques de correction de trajet et de synthèse connues en soi, par exemple, de l'ouvrage Handbook of Antenna Design de A.W. RUDGE et al., publié en 1986 par PEREGRINUS Ltd. pour le compte de I.E.E.E. (p. 40 à 46. En général, I'objectif est d'obtenir un diagramme de rayonnement le plus proche possible d'un certain gabarit imposé soit à 6 2806214 l'émission, soit à la réception, soit par exemple pour le radar, pour un aller retour émission et réception. Dans les deux premiers cas, on se rapporte souvent à une ouverture plane perpendiculaire à l'axe de rayonnement de l'antenne ou l'on tente de recréer la distribution d'amplitude et phase correspondant par transformée de Fourier à celle du diagramme souhaité. (Voir par exemple The Antenna Design Handbook de A. RUDGE et al., 1986, Peter PELEGRINUS Ltd p. 40 à 46. La page 468 du même ouvrage montre une antenne à deux îo réflecteurs multisources à réflecteur parabolique. Ce dernier pourrait être remplacé, dans le cadre de l'invention, par un assemblage de facettes planes réfléchissantes et/ou d'éléments réfléchissants intégrés et contrôlables en phase. Dans un tel cas, la synthèse pourrait comporter: a) la correction de trajet par compensation de phase au niveau de tels éléments pour restaurer le front de phase qui aurait été produit par un réflecteur parabolique; b) toutes technique de synthèse ou de balayage du faisceau par contrôle des excitations des sources. Le déphaseur peut, dans une autre configuration, être connecté à un autre élément rayonnant ou à une autre porte du même élément dans la polarisation orthogonale. Le signal n'est alors déphasé qu'une fois et rerayonné avec une phase optimisée pour compenser l'erreur de surface et former un ou plusieurs faisceau(x) prescrit(s). L'avantage de cette dernière configuration est qu'elle permet de diviser par deux le nombre de déphaseurs dans certaines applications à double polarisation, en particulier pour le radar. 7 2806214 REVENDICATIONS 1. Antenne réflectrice caractérisée en ce qu'elle comporte une pluralité de panneaux (1) assemblés bord à bord pour former une surface non plane constituant une approximation d'une surface de référence ainsi s qu'un dispositif formateur de faisceau (3) générant une fonction de formation de faisceau pour un réseau d'éléments d'antenne (2) couplés auxdits panneaux, et en ce que ladite fonction de formation de faisceau présente au moins un terme de correction d'erreur de surface destiné à compenser au moins partiellement l'écart entre la surface constituée par l'ensemble des panneaux (1) et une surface de référence et/ou en ce qu'au moins certains desdits panneaux (1) comportent des éléments réfléchissants pourvus de moyens de compensation fixes ou variables pour compenser au moins partiellement ledit écart. 2. Antenne selon la revendication 1, caractérisée en ce que la surface de référence est une parabole. 3. Antenne selon une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que les panneaux (1) sont en fibre de carbone, ou bien sont constitués d'un réseau métallique sous tension mécanique ou bien d'un réseau sous tension mécanique, recouvert de métal, ou bien encore de membranes. 4. Antenne selon une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que les panneaux (1) sont des réseaux réfléchissants dont chacun est constitué d'un réseau de dits éléments réfléchissants (6, 6'). 5. Antenne selon la revendication 4, caractérisée en ce que du moins certains desdits éléments réfléchissants (6, 6') sont couplés à des déphaseurs introduisant des retards fixes, et constituant desdits moyens de compensation. 6. Antenne selon une des revendications 4 ou 5, caractérisée en ce qu'au moins certains des éléments réfléchissants (6, 6') sont couplés à des déphaseurs (8, 8') introduisant des retards variables, et constituant desdits moyens de compensation. 7. Antenne selon une des revendications 5 ou 6, caractérisée en ce qu'au moins certains des éléments réfléchissants présentent deux éléments (6') polarisés perpendiculairement I 'un par rapport à l'autre et connectés par une ligne de transmission (7') introduisant un retard fixe. 8 2806214 8. Antenne selon une des revendications 5 à 7, caractérisée en qu'au moins certains éléments réfléchissants présentent deux éléments (6') polarisés perpendiculairement l'un par rapport à l'autre et connectés par un déphaseur (8') introduisant un retard variable. 9. Antenne selon une des revendications précédentes, caractérisée en que les panneaux (1) sont plans et rigides. 10. Antenne selon une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les panneaux (1) sont flexibles et sont soumis à une tension mécanique pour leur conférer une forme non-plane. O10