Brevet FR2947104A1 — publié le 20101224

Antenne à réflecteur à flexibilité de couverture et de fréquence et satellite comportant une telle antenne La présente invention concerne une antenne à réflecteur à flexibilité de couverture et de fréquence et un satellite comportant une telle antenne. Elle s'applique notamment au domaine des antennes de télécommunication par satellite. La durée de vie croissante des satellites de télécommunications et l'évolution des exigences associées aux différentes missions qui peuvent leur être confiées, impose que les charges utiles, et en particulier les antennes, des futures générations de satellites soient flexibles. Cette flexibilité peut être réalisée au niveau de la zone de couverture géographique de l'antenne et/ou au niveau de la polarisation et/ou au niveau de la bande de fréquences de fonctionnement. Cette flexibilité n'a pas pour objectif de couvrir toutes les zones de couverture géographiques simultanément mais d'avoir le choix entre plusieurs couvertures géographiques pouvant être générées par la même antenne et de pouvoir modifier, en orbite, la mission du satellite. Les antennes placées à bord des satellites comportent typiquement un réflecteur, géométriquement formé, éclairé par une source unique pour couvrir une zone de couverture pointée sur la Terre. Un satellite comporte généralement une antenne d'émission et de réception, ou une antenne d'émission et une antenne de réception, par zone de couverture. La forme géométrique du réflecteur peut éventuellement être définie de façon à être optimisée pour plusieurs positions orbitales du satellite mais généralement pour couvrir une unique couverture géographique. La flexibilité de fréquence sur un spectre à large bande, par exemple le plan de fréquences Ku, Ku+ couvrant les fréquences comprises entre 10,7GHz et 18,4GHz et une seule zone de couverture, ne peut pas être obtenue avec une seule source car aucune source n'est actuellement suffisamment à large bande. En outre, il existe un point critique concernant le diplexage entre les bandes d'émission et de réception et il est nécessaire de conserver une marge de l'ordre de 250MHz entre la fréquence haute de la bande d'émission et la fréquence basse de la bande de réception. Une première solution connue est d'utiliser deux antennes distinctes pour couvrir la même zone géographique, mais cette solution engendre des problèmes de masse, d'encombrement et de coût. Une deuxième solution connue consiste à placer deux sources côte à côte devant un réflecteur surdimensionné de manière à minimiser la défocalisation des deux sources. Les centres de phase des deux sources sont placés dans le plan focal du réflecteur et leurs axes de rayonnement sont parallèles. Les deux sources sont positionnées au plus près du foyer du réflecteur pour réduire la défocalisation des sources et les pertes en directivité de l'antenne qui en résultent. Cependant cette solution n'est pas optimale. Une autre possibilité consiste à utiliser une seule source placée au foyer d'un réflecteur, la source étant reliée à une architecture électrique complexe combinant deux chaînes radiofréquences, la première chaîne fonctionnant dans un premier plan de fréquences, la seconde chaîne fonctionnant dans un second plan de fréquences. Cependant cette architecture induit une complexité engendrant des pertes ohmiques non négligeables et un coût de réalisation important. Par ailleurs, pour réaliser deux zones de couverture distinctes, les solutions actuelles nécessitent d'utiliser deux antennes distinctes et indépendantes comportant chacune un réflecteur déployable, le réflecteur devant être associé à deux sources différentes pour couvrir entièrement une bande de fréquence choisie, ce qui impose donc quatre sources au total, placées sur une face latérale d'un satellite et un double système de gerbage pour déployer ou stocker les deux réflecteurs des deux antennes. Le brevet US 6 859 188 décrit une autre solution consistant à utiliser un réflecteur retournable comportant deux surfaces réfléchissantes couvrant deux zones de couvertures différentes le réflecteur étant associé à une seule source. Le positionnement de l'une des surfaces réfléchissantes devant la source permet de sélectionner l'une des zones de couverture, cependant cette solution ne comporte aucune flexibilité de fréquence et ne permet pas un fonctionnement dans un plan de fréquence à large bande. Le but de l'invention est de réaliser une antenne optimale permettant 35 de répondre aux besoins de flexibilité en couverture et en fréquence, permettant de supprimer les aberrations et les pertes dues à la défocalisation, simple à mettre en oeuvre, et dont la géométrie ne résulte pas d'un compromis en performances et permet de réduire les pertes ohmiques par rapport aux solutions antérieures. Pour cela, l'invention concerne une antenne à réflecteur à flexibilité de couverture et de fréquence comportant un réflecteur retournable ayant deux surfaces réfléchissantes distinctes formées géométriquement de façon à couvrir respectivement une première et une deuxième zones géographiques différentes et de formes prédéterminées, caractérisée en ce que les deux surfaces réfléchissantes sont fixées dos à dos sur un support commun , et en ce que l'antenne comporte en outre au moins deux sources indépendantes disposées dans une configuration fixe et reliées à des chaînes d'alimentation radiofréquence distinctes définissant des plans de fréquences de fonctionnement différents et prédéfinis, le réflecteur comportant une première position de déploiement selon laquelle le foyer de la première surface réfléchissante est placé au centre de phase de la première source S1 et une deuxième position de déploiement selon laquelle le foyer de la deuxième surface réfléchissante est placé au centre de phase de la deuxième source S2. Avantageusement, l'antenne comporte des moyens de déploiement du réflecteur comportant au moins un premier moteur et des moyens de retournement du réflecteur comportant au moins un deuxième moteur, les deux moteurs ayant des axes de rotation perpendiculaires entre eux, le deuxième moteur actionnant le retournement du réflecteur de la première position à la deuxième position par une rotation d'un angle prédéterminé du support commun. Avantageusement, le réflecteur comporte une troisième position de déploiement selon laquelle le foyer de la première surface réfléchissante est placé au centre de phase de la deuxième source et une quatrième position de déploiement selon laquelle le foyer de la deuxième surface réfléchissante est placé au centre de phase de la première source.35 Avantageusement, l'antenne comporte en outre des moyens de translation du réflecteur comportant un troisième moteur relié au premier moteur et au deuxième moteur par des bras de levier, le troisième moteur ayant un axe de rotation parallèle à l'axe de rotation du premier moteur, le premier et le troisième moteur actionnant le réflecteur en translation permettant un changement de la position du foyer de la première surface réfléchissante, respectivement de la deuxième surface réfléchissante, de la première source à la deuxième source. Avantageusement, les sources peuvent être fixées côte à côte ou l'une au-dessus de l'autre. L'invention concerne également un satellite de télécommunications comportant une telle antenne. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront clairement dans la suite de la description donnée à titre d'exemple purement illustratif et non limitatif, en référence aux dessins schématiques annexés qui représentent : figure 1 a : un schéma en perspective d'un exemple d'antenne à réflecteur à flexibilité de couverture, montée sur la plate-forme d'un satellite, le réflecteur étant dans une position stockée, selon l'invention; figure 1 b : un schéma en perspective du réflecteur en position déployée montrant les deux surfaces réfléchissantes du réflecteur montées sur un support commun, selon l'invention ; figures 2a, 2b: deux schémas de la même antenne pour deux directions de pointage différentes, selon l'invention ; figures 3a, 3b : deux schémas de la même antenne dans une deuxième et une troisième positions selon lesquelles la source S1, respectivement la source S2, est au foyer du réflecteur pointé dans une même direction, selon l'invention ; Sur l'exemple représenté sur la figure la, l'antenne passive simple 35 offset comporte un réflecteur 10 en position stockée sur la plate-forme 11 20 25 30 d'un satellite, par exemple sur une face latérale parallèle à un plan YZ, et deux sources indépendantes SI, S2 de signaux radiofréquence. Un mécanisme de déploiement 12 visible sur les figures suivantes, permet de déployer le réflecteur 10 pour que dans une position déployée, les deux sources SI, S2 soient disposées devant le réflecteur, dans son plan focal. Le réflecteur 10 comporte deux surfaces réfléchissantes RI, R2 distinctes et de formes différentes fixées dos à dos sur un support commun 15, comme représenté par exemple sur la figure 1 b. Chaque surface réfléchissante est formée géométriquement et optimisée pour une mission donnée de façon à illuminer une zone de couverture au sol ayant des dimensions prédéterminées lorsqu'une seule source est placée à son foyer. Cette forme a approximativement l'allure d'une parabole et n'en diffère que légèrement. Les sources SI, S2, par exemple de type cornets, sont fixées sur un plan incliné 16 aménagé sur la plate-forme 11 et sont disposées selon une configuration fixe prédéterminée par exemple l'une à côté de l'autre. Les sources SI et S2 peuvent dans certains cas être placées l'une au dessus de l'autre ou dans toute autre configuration. En position déployée, l'une des surfaces réfléchissantes RI, R2 est positionnée en regard des deux sources S1, S2 et est orientée selon une direction de pointage prédéterminée 17. Le réflecteur 10 est retournable par rapport au plan du support 15 par une rotation de l'ensemble constitué par le support 15 et les deux surfaces réfléchissantes RI, R2, ce qui permet de pouvoir changer de surface réfléchissante et donc de zone de couverture souhaitée. L'invention consiste donc à positionner les deux surfaces réfléchissantes RI, R2 sur le support commun 15 de façon que dans une première position du réflecteur 10 correspondant à une première mission du satellite, le centre de phase de la source SI soit placé au foyer de la première surface réfléchissante RI et de façon que dans une deuxième position du réflecteur obtenue par une rotation du réflecteur et correspondant à une deuxième mission du satellite, le centre de phase de la deuxième source S2 soit placée au foyer de la deuxième surface réfléchissante R2. La rotation permettant le retournement du réflecteur de la première position à la deuxième position est réalisée autour d'un axe 22 parallèle au plan du support 15 et sur un angle prédéterminé dépendant du positionnement relatif des surfaces réfléchissantes RI, R2 sur le support 15. A titre d'exemple non limitatif, l'angle de rotation pour le retournement du réflecteur est réglable dans une fourchette de valeurs prédéterminée, par exemple entre 175° et 195°. Le mécanisme de déploiement du réflecteur comporte par exemple un moteur M1 ayant un axe de rotation parallèle au plan YZ et un bras de déploiement 13 pouvant être actionné en rotation par le moteur M1 entre une position dans laquelle le réflecteur 10 est stocké contre la paroi de la plate-forme 11 parallèle au plan YZ du satellite et une position de déploiement. Le mécanisme de retournement du réflecteur 10 comporte par exemple un deuxième moteur M2 d'axe perpendiculaire à l'axe du moteur M1 et relié au bras de déploiement 13 et au réflecteur 10. Le deuxième moteur M2 actionne le retournement du réflecteur 10 de la première position à la deuxième position par une rotation d'un angle prédéterminé du support commun 15. Les deux sources SI, S2 sont alimentées respectivement par l'intermédiaire de deux chaînes 2, 3 différentes d'alimentation en signaux radiofréquence RF de préférence intégrées dans un boîtier 14. Chaque chaîne RF 2, 3 étant dédiée à des fonctions de télécommunication, les deux sources SI, S2 peuvent être alimentées dans des plans de fréquence différents FI et F2, chaque plan de fréquence pouvant comporter une ou plusieurs sous-bandes de fréquence à l'émission et/ou à la réception. Sur la figure 2a, le centre de phase 5 de la source SI est positionné au foyer de la première surface réfléchissante RI qui pointe dans une première direction de pointage 17 située sur une première zone de couverture terrestre correspondant à une première mission prédéterminée. Sur la figure 2b, le centre de phase 6 de la source S2 est positionné au-foyer de la deuxième surface réfléchissante R2 qui pointe dans une deuxième direction de pointage 18 située sur une deuxième zone de couverture terrestre différente de la première zone de couverture et correspondant à une deuxième mission prédéterminée. Le passage de la première mission à la deuxième mission est réalisé par une rotation d'un angle prédéterminé du réflecteur retournable 10, par exemple de 180°, par rapport au plan du support 15. L'entraînement en rotation du réflecteur 10 est réalisé au moyen du deuxième moteur M2. Le changement de direction de pointage souhaité entre la mission 1 et la mission 2 détermine la position relative des deux surfaces réfléchissantes RI, R2 l'une par rapport à l'autre sur le support 15. Outre la flexibilité de couverture obtenue par le retournement du réflecteur 10, il est possible d'obtenir une flexibilité de fréquence sur une même zone de couverture et donc pour une même position et une même direction de pointage du réflecteur, sans pertes ni aberrations dues à une défocalisation. Pour cela, l'invention consiste à sélectionner l'une des sources SI ou S2 en fonction de la fréquence souhaitée puis à déplacer et orienter le réflecteur 10 de façon que la source sélectionnée soit positionnée au foyer du réflecteur et que le réflecteur illumine la zone de couverture sélectionnée. Dans la configuration initiale représentée sur la figure 3a, le centre de phase 5 de la source SI est positionné au foyer de la première surface réfléchissante RI du réflecteur 10 qui pointe dans une direction de pointage 17 située par exemple sur l'équateur terrestre. Si la source SI est par exemple alimentée dans un plan de fréquence FI par l'intermédiaire d'une première chaîne RF et la source S2 est reliée à une deuxième chaîne RF optimisée pour fonctionner dans un plan de fréquence F2, pour passer du plan de fréquence FI au plan de fréquence F2 sans changer le pointage de l'antenne, l'invention consiste à commuter l'alimentation de la source SI à la source S2 et à déplacer le réflecteur en translation de la source SI vers la source S2 pour positionner le foyer de la première surface réfléchissante RI au centre de phase 6 de la source S2, comme représenté sur la figure 3b. Le déplacement et l'orientation du réflecteur 10 devant la source S2 sans changer la direction de pointage 17 de l'antenne peut être réalisé par exemple au moyen de deux moteurs MI, M3, le moteur M3 étant relié au moteur MI et au moteur M2 par l'intermédiaire de bras de levier 20, 21 correspondants. Les deux moteurs MI, M3 ont des axes de rotation parallèles, ou quasiment parallèles, entre eux et quasiment parallèles au plan YZ de la face latérale de la plate-forme 11 du satellite qui supporte le réflecteur 10. L'actionnement du moteur MI en rotation dans le sens inverse des aiguilles d'une montre et selon un angle de rotation dépendant de l'espacement entre les sources SI et S2, entraîne le premier bras de levier 20 en rotation dans le même sens ce qui a pour effet de déplacer et de rapprocher le moteur M3 et le réflecteur 10 de la plate-forme 11 du satellite, comme le montre la figure 3b et de déplacer ainsi le réflecteur de la source SI vers la source S2. L'actionnement en rotation du moteur M3 dans le sens des aiguilles d'une montre selon un même angle de rotation que le moteur MI, permet ensuite, par l'intermédiaire du bras de levier 21, de basculer le réflecteur 10 en rotation dans l'autre sens jusqu'à ce qu'il soit dans une position parallèle à sa position initiale et que le centre de phase 6 de la source S2 soit ainsi positionné au foyer du réflecteur 10 et illumine la même zone de couverture sur la Terre. Les rotations successives des différents moteurs MI, et M3 font ainsi subir une translation au réflecteur 10 telle que le foyer de la surface réfléchissante RI passe de la source SI à la source S2. En utilisant un nombre de sources supérieur à deux, les mêmes opérations peuvent être reproduites avec une ou plusieurs sources additionnelles, par exemple pour réaliser une ou plusieurs autres missions dans d'autres plans de fréquence si chacune des sources additionnelles est reliée à une chaîne RF dédiée et optimisée pour un autre plan de fréquence que celui des sources SI et S2. Avec une seule antenne comportant deux surfaces réfléchissantes interchangeables, trois moteurs et deux sources SI, S2, il est ainsi possible de déployer l'antenne en orbite, de la positionner de manière à remplir au choix une mission parmi quatre missions possibles. Les deux surfaces réfléchissantes étant interchangeables et mécaniquement solidarisées entre elles, les quatre missions différentes sont remplies en utilisant une seule structure mécanique de support et de déploiement. La première mission est réalisée en plaçant le foyer de la surface réfléchissante RI sur le centre de phase 5 de la première source SI, pour la deuxième mission, le réflecteur est translaté et le centre de phase 6 de la deuxième source S2 est au foyer de la surface réfléchissante RI, pour la troisième mission, le réflecteur est tourné d'un angle réglable prédéterminé, par exemple compris entre 175° et 195° sur les exemples de réalisation, et la première source SI est au foyer de la surface réfléchissante R2 et pour la quatrième mission, la deuxième source S2 est au foyer de la surface réfléchissante R2. Grâce aux trois moteurs, il est ainsi possible de focaliser les sources SI ou S2 au foyer de l'une des surfaces réfléchissantes R1, R2 du réflecteur 10 ce qui permet d'obtenir des performances optimales sur tout le plan de fréquence. En ajoutant des sources supplémentaires, des missions additionnelles dans des plans de fréquence différents deviennent également possibles. Bien que l'invention ait été décrite en liaison avec des modes de réalisation particuliers, il est bien évident qu'elle n'y est nullement limitée et qu'elle comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci entrent dans le cadre de l'invention. REVENDICATIONS1. Antenne à réflecteur à flexibilité de couverture et de fréquence comportant un réflecteur retournable (10) ayant deux surfaces réfléchissantes (RI, R2) distinctes formées géométriquement de façon à couvrir respectivement une première et une deuxième zones géographiques différentes et de formes prédéterminées, caractérisée 1 o en ce que les deux surfaces réfléchissantes (R1, R2) sont fixées dos à dos sur un support commun (15) et en ce que l'antenne comporte en outre au moins deux sources indépendantes (Si, S2) disposées dans une configuration fixe et reliées à des chaînes d'alimentation radiofréquence distinctes (2, 3) définissant des plans de fréquence de 15 fonctionnement (F1, F2) différents et prédéfinis, le réflecteur (10) comportant une première position de déploiement selon laquelle le foyer de la première surface réfléchissante (R1) est placé au centre de phase (5) de la première source (Si) et une deuxième position de déploiement selon laquelle le foyer de la deuxième surface 20 réfléchissante (R2) est placé au centre de phase (6) de la deuxième source (S2). 2. Antenne selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens de déploiement du réflecteur (10) comportant au moins un 25 premier moteur (M1) et des moyens de retournement du réflecteur (10) comportant au moins un deuxième moteur (M2), les deux moteurs (M1, M2) ayant des axes de rotation perpendiculaires entre eux, le deuxième moteur (M2) actionnant le retournement du réflecteur (10) de la première position à la deuxième position par une rotation d'un angle 30 prédéterminé du support commun (15). 3. Antenne selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que le réflecteur (10) comporte une troisième position de déploiement selon laquelle le foyer de la première surface réfléchissante (R1) est placé au 35 centre de phase (5) de la deuxième source (S2) et une quatrième position de déploiement selon laquelle le foyer de la deuxième surfaceréfléchissante (R2) est placé au centre de phase (5) de la première source (SI). 4. Antenne selon la revendication 3, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre des moyens de translation du réflecteur (10) comportant un troisième moteur (M3) relié au premier moteur (Ml) et au deuxième moteur (M2) par des bras de levier (20, 21), le troisième moteur (M3) ayant un axe de rotation parallèle à l'axe de rotation du premier moteur (M1), le premier et le troisième moteur (MI, M3) actionnant le réflecteur (10) en translation permettant un changement de la position du foyer de la première surface réfléchissante (RI), respectivement de la deuxième surface réfléchissante (R2), de la première source (SI) à la deuxième source (S2). 5. Antenne selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les sources (S1, S2) sont fixées côte à côte ou l'une au-dessus de l'autre. 6. Satellite de télécommunication, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une antenne selon l'une quelconque des revendications précédentes.