Brevet FR2806839A1 — publié le 20010928

SYSTEMES D'ANTENNES A OUVERTURE DE FAISCEAU VARIABLE La présente invention se rapporte, de façon générale, à des antennes destinées à une utilisation sur un aéronef et, plus particulièrement, à des systèmes d'antennes à ouverture de faisceau variable qui sont conçus en vue d'une utilisation sur un astronef. La présente invention se rapporte à des améliorations apportées à des systèmes d'antennes à réflecteur excentré du type Grégorien en vue d'une utilisation sur des satellites de communication. En raison de l'imprévisibilité du trafic de communication, il est souhaitable que l'ouverture de faisceau du diagramme de rayonnement d'antenne puisse être modifiée alors que l'astronef se trouve en orbite. Par voie de conséquence, il serait avantageux de disposer de systèmes d'antennes à ouverture de faisceau variable améliorés, qui puissent être utilisés sur un astronef dont l'ouverture de faisceau est modifiable. Le système d'antenne à ouverture de faisceau variable comprend du réflecteur principal, un mécanisme de déplacement de réflecteur, un réflecteur secondaire, un cornet d'alimentation et un mécanisme de déplacement du cornet d'alimentation. Le mécanisme de déplacement du réflecteur est en mesure de placer le réflecteur principal en un point désiré quelconque, le mécanisme de déplacement du cornet d'alimentation pouvant placer le cornet d'alimentation en un point désiré quelconque. Plus spécifiquement, le mécanisme de déplacement du réflecteur principal commande l'écartement entre le réflecteur principal et le réflecteur secondaire; tandis que le mécanisme de déplacement du cornet d'alimentation commande l'écartement entre l'alimentation et le réflecteur secondaire. Afin de mettre en oeuvre la présente invention, deux mouvements mécaniques sont requis. Premièrement, le cornet d'alimentation RF et le réflecteur secondaire sont rapprochés. Deuxièmement, le réflecteur principal est écarté du réflecteur secondaire. Alternativement, le réflecteur secondaire est rapproché du cornet d'alimentation RF et le réflecteur principal est écarté du réflecteur secondaire. Les deux mouvements mécaniques ne sont pas indépendants. Ils sont liés par d2x = c -_ x(c + d) o "x" est la distance de déplacement du cornet d'alimentation RF, et "y" est la distance de déplacement du réflecteur principal. Lorsque x = y = 0, l'ensemble d'antenne est en condition de focalisation. Dans la condition de focalisation, le point focal du réflecteur principal paraboloidal coïncide avec l'un des foyers du réflecteur secondaire elliptique, et le cornet d'alimentation est situé à l'autre foyer du réflecteur secondaire. Les termes "c" et "d" dans l'équation ci-dessus sont la distance séparant le cornet d'alimentation RF du réflecteur secondaire, et la distance séparant le point focal du réflecteur principal du réflecteur secondaire, respectivement, lorsque l'antenne se trouve en condition de focalisation. Un mode de réalisation de la présente antenne à ouverture de faisceau variable présente une ouverture de faisceau de 3 dB, qui peut être modifiée alors que l'astronef se trouve en orbite en déplaçant de manière appropriée deux composants quelconques parmi le réflecteur principal, le réflecteur secondaire et l'alimentation. Les divers caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront plus clairement en se référant à la description détaillée suivante prise conjointement avec les dessins annexés, dans lesquels des numéros de référence identiques désignent des éléments structurels identiques, et dans lesquels: la figure 1 illustre un premier mode de réalisation d'un système d'antenne à ouverture de faisceau variable selon les principes de la présente invention; la figure 2 illustre un mode de réalisation du système d'antenne à ouverture de faisceau variable montré sur la figure 1; la figure 3 illustre les paramètres de conception d'un système d'antenne à ouverture de faisceau variable montré à titre d'exemple lorsque l'antenne se trouve en condition de focalisation; la figure 4 illustre le diagramme de rayonnement de l'antenne montrée sur la figure 3; la figure 5 illustre le diagramme de rayonnement élargi de l'antenne montrée sur la figure 3, après déplacement du réflecteur principal et déplacement du cornet d'alimentation conformément au principe de cette invention; la figure 6 illustre un second mode de réalisation d'un système d'antenne à ouverture de faisceau variable selon les principes de la présente invention; et la figure 7 illustre un troisième mode de réalisation d'un système d'antenne à ouverture de faisceau variable selon les principes de la présente invention. En se référant aux figures des dessins, la figure 1 illustre un premier mode de réalisation d'un système d'antenne à ouverture de faisceau variable 10 selon les principes de la présente invention. Le système d'antenne à ouverture de faisceau variable 10 comprend un réflecteur principal 11, un réflecteur secondaire 12, un cornet d'alimentation 13, un mécanisme de déplacement du cornet d'alimentation 14 et un mécanisme de déplacement du réflecteur principal 15. La fonction du mécanisme de déplacement du cornet d'alimentation 14 est de repositionner le cornet d'alimentation 13, et la fonction du mécanisme de déplacement du réflecteur principal 15 est de repositionner le réflecteur principal 11. Le réflecteur secondaire 12 est un secteur d'une surface ellipsoidale, dont les deux foyers sont en O' et O. Le réflecteur principal est un secteur d'une surface paraboloidale. Lorsque l'antenne se trouve dans la position de focalisation, c'est-à-dire, lorsqu'il s'agit du cas dans lequel ni le réflecteur principal 11 ni le cornet d'alimentation 13 ne sont déplacés, le point focal du réflecteur principal 11 est situé en O' et le cornet d'alimentation 13 est situé en O, comme montré sur la figure 1. Le point A sur la figure 1 est le point de croisement de l'axe du cornet d'alimentation 13 et de la surface du réflecteur secondaire 12. Le point B est le croisement de la surface du réflecteur principal 11 et de la ligne AO'. La distance OA est "c" dans l'équation (1) ci-dessous, et la distance AO' est "d" dans l'équation (1). C2_x(c+d) (1) o "x" est la distance du déplacement de cornet d'alimentation RF, et "y" est la distance du déplacement de réflecteur principal. Dans la position de focalisation, le système d'antenne 10 offre la configuration de rayonnement la plus étroite. La figure 2 illustre l'action d'un mode de réalisation du système d'antenne à ouverture de faisceau variable 10. De manière à élargir l'ouverture de faisceau, deux mouvements mécaniques sont requis. Premièrement, le mécanisme de déplacement d'alimentation 14 doit pousser (ou repositionner) le cornet d'alimentation 13 en l'approchant du réflecteur secondaire 12. 13a sur la figure 2 constitue la nouvelle position du cornet d'alimentation. Deuxièmement, le mécanisme de déplacement du réflecteur 15 doit tirer (ou repositionner) le réflecteur principal 11 en l'éloignant du réflecteur secondaire 12. La nouvelle position du réflecteur principal est identifiée par le réflecteur principal lia sur la figure 2. Le déplacement du cornet d'alimentation "x" et le déplacement du réflecteur principal "y" ne sont pas deux variables indépendantes. Elles sont reliées par l'équation (1). Un exemple numérique sera à présent illustré. Un système d'antenne à ouverture de faisceau variable 10 donné à titre d'exemple et associé à des paramètres de conception donnés à titre d'exemple, est montré sur la figure 3. Pour cette géométrie d'antenne, c = 38,138 pouces (96,87 cm) et d = 36,826 pouces (93,54 cm). La figure 4 montre les contours de rayonnement du système 10 donné à titre d'exemple lorsque ce système se trouve en condition de focalisation, c'est-à-dire, lorsque x = y = 0. L'ouverture de faisceau à 3 dB du faisceau montré sur la figure 4 est approximativement de 0,7 degré. La figure 5 montre les contours de rayonnement du système 10 donné à titre d'exemple, lorsque x = 11,0 pouces (27,94 cm) et y = 23,68 pouces (60,15 cm) (à partir de l'équation (1)). L'ouverture de faisceau à 3 dB du faisceau montré sur la figure 4 s'est élargie à 1,45 degré en partant de 0,71 degré. En raison de l'aberration optique, l'équation (1) est une expression approximative du déplacement du réflecteur principal lla du système d'antenne à ouverture de faisceau variable 10. Pour des applications pratiques, un ajustement fin de la position du réflecteur principal lia risque d'être requis. Il doit également être compris que le cornet d'alimentation RF 13 peut être rendu fixe, à la place du réflecteur secondaire 12, comme montré sur la figure 6. Plus particulièrement, la figure 6 illustre un second mode de réalisation d'un système d'antenne à ouverture de faisceau variable 10a selon le principe de la présente invention. Dans le second mode de réalisation du système d'antenne à ouverture de faisceau variable lOa, le mécanisme de déplacement du réflecteur secondaire 16 déplace le réflecteur secondaire 12 jusqu'à une position appropriée, et le mécanisme de déplacement du réflecteur principal 15 déplace le réflecteur principal 11 jusqu'à une position appropriée tout en gardant fixe le cornet d'alimentation RF. Ce système 10a de la figure 6 est équivalent au système d'antenne à ouverture de faisceau variable 10 décrit ci-dessus en se référant à la figure 2. En se référant à présent à la figure 7, est illustré un troisième mode de réalisation d'un système d'antenne à ouverture de faisceau variable 10b selon les principes de la présente invention. Dans le troisième mode de réalisation du système d'antenne à ouverture de faisceau variable 0lb montré sur la figure 7, sont utilisés une pluralité de cornets d'alimentation RF 13b à la place d'un cornet d'alimentation RF 13 unique. En conséquence, de multiples faisceaux variables seront produits par le système 10b. De la sorte, des systèmes d'antennes à ouverture de faisceau variable améliorés ont été décrits. Il doit être compris que les modes de réalisation décrits ne sont donnés qu'à titre d'illustration de certains des nombreux modes de réalisation spécifiques qui représentent les applications des principes de la présente invention. Clairement, des agencements nombreux et différents peuvent être aisément imaginés par les spécialistes de l'art sans sortir de l'étendue de l'invention. REVENDICATIONS 1. Système d'antenne à ouverture de faisceau variable (10), comprenant: un réflecteur secondaire (12) comprenant un secteur d'une surface ellipsoidale ayant des foyers aux points O' et O; un réflecteur principal (11) comprenant un secteur d'une surface paraboloïdale ayant un sommet V et ayant son point focal situé en O'; un cornet d'alimentation (13) ayant son centre de phase situé en O; un mécanisme de déplacement du réflecteur principal (15); et un mécanisme de déplacement du cornet d'alimentation (14); caractérisé en ce que le cornet d'alimentation (13) est commandé par le mécanisme de déplacement du cornet d'alimentation (14) et est déplacé d'une distance "x" en se rapprochant du réflecteur secondaire (12), et le réflecteur principal (11) est commandé par le mécanisme de déplacement du réflecteur principal (15) qui est déplacé d'une distance "y" en s'écartant du réflecteur secondaire (12), en ce que les déplacements "x" et "y" satisfont à l'équation d2x Y= c2-x(c+d)' "c" et "d" étant respectivement la distance entre le cornet d'alimentation (13) et le réflecteur secondaire (11) et la distance entre le point focal du réflecteur principal (11) et le réflecteur secondaire (12), avant les déplacements du cornet d'alimentation RF (13) et du réflecteur principal (11). 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le point A est le point de croisement d'une ligne passant par l'axe du corrnet d'alimentation (13) et de la surface du réflecteur secondaire (12), et le point B est le point de croisement d'une ligne passant par les points A et O' et la surface du réflecteur principal (11); en ce que le réflecteur principal (11) est écarté du réflecteur secondaire (12) le long d'une ligne passant par les points A, O' et B, et est situé à une distance du point O' qui est égale à la distance entre les points O' et B plus "y", o la distance "y" est déterminée par l'équation; et en ce que "c" est la distance entre O et A, "d" est la distance entre O' et A, et le cornet d'alimentation (13) et le réflecteur secondaire (12) sont séparés, le long d'une ligne passant par les points A et O, d'une distance égale à la distance entre les points A et O moins "x". 3. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que cornet d'alimentation (13) est rapproché du réflecteur secondaire (12) le long d'une ligne passant par les points A et O, d'une distance "x" par rapport au point O. 4. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le réflecteur secondaire (12) est rapproché du cornet d'alimentation (13) le long d'une ligne passant par les points A et O, d'une distance "x" par rapport au point A. 5. Système selon la revendication 1, comprenant une pluralité de cornets d'alimentation (13b). 6. Système d'antenne à ouverture de faisceau variable (10), comprenant: un réflecteur secondaire (12) comprenant un secteur d'une surface ellipsoidale ayant des points focaux situés aux points O' et O; un réflecteur principal (11) comprenant un secteur d'une surface paraboloidale ayant un sommet V et ayant son point focal situé en O'; un cornet d'alimentation (13) ayant son centre de phase situé en O; un mécanisme de déplacement du réflecteur principal (15); et un mécanisme de déplacement du cornet d'alimentation (14); caractérisé en ce que le cornet d'alimentation RF (13) est commandé par le mécanisme de déplacement du cornet d'alimentation (15) et est déplacé d'une distance "x" qui le rapproche du réflecteur secondaire (12), et le réflecteur principal (11) est commandé par le mécanisme de déplacement du réflecteur principal (15) qui est déplacé d'une distance "y" qui l'écarte du réflecteur secondaire (12), caractérisé en ce que les déplacements "x" et "y" satisfont à l'équation d2x Y=c2-x(c + d) "c" et "d" étant respectivement la distance entre le cornet d'alimentation RF (13) et le réflecteur secondaire (12), et la distance entre le point focal du réflecteur principal (11) et le réflecteur secondaire (12), avant les déplacements du cornet d'alimentation RF (13) et du réflecteur principal (11). 7. Système d'antenne à ouverture de faisceau variable (10a), comprenant: un réflecteur secondaire (12) comprenant un secteur d'une surface ellipsoidale ayant des points focaux situés en O' et O; un réflecteur principal (11) comprenant un secteur d'une surface paraboloidale ayant un sommet V et ayant un point focal situé en O'; un cornet d'alimentation (13) situé au point O'; un mécanisme de déplacement du réflecteur principal (15); et un mécanisme de déplacement du réflecteur secondaire (16); caractérisé en ce que le point A est le point de croisement d'une ligne passant par l'axe du cornet d'alimentation (13) et la surface du réflecteur secondaire (12), et le point B est le point de croisement d'une ligne passant par les points A et O' et la surface du réflecteur principal (11); et en ce que le réflecteur principal (11) est écarté du réflecteur secondaire (12) le long d'une ligne passant par les points A, O' et B, et est situé à une distance du point O' qui est égale à la distance entre les points O' et B plus "y", o la distance "y" est donnée par l'équation d2x Y= c2-x(c+d)' "c" étant la distance entre O et A, "d" étant la distance entre O' et A, et le réflecteur secondaire (12) étant rapproché du cornet d'alimentation (13) le long d'une ligne passant par les points A et O, d'une distance "x" par rapport au point A.