Brevet FR3049070A1 — publié le 20170922

Système optique hybride à encombrement réduit pour antenne réseau imageur La présente invention concerne un système optique hybride à encombrement réduit pour une antenne réseau imageur. Elle s'applique au domaine des télécommunications par satellite, pour une antenne bord ou une antenne sol comportant un ou plusieurs réflecteurs, et en particulier aux antennes multifaisceaux et aux antennes à balayage. Dans les satellites de télécommunications, le système optique des antennes, constitué par un ou plusieurs réflecteurs, est généralement illuminé par un réseau de sources (en anglais feed array), les réflecteurs étant destinés à élargir l'ouverture rayonnante de l'antenne sans en accroitre la complexité et d'améliorer ainsi la directivité des faisceaux engendrés par le réseau de sources pour répondre aux besoins croissants des télécommunications à haut débit. La plupart des réflecteurs ont un profil à courbure parabolique et le réseau de sources est placé dans le plan focal d'un réflecteur de l'antenne. Pour des applications nécessitant une flexibilité de la mission de l'antenne, pour modifier par exemple la zone géographique à couvrir, les antennes reconfigurables sont traditionnellement réalisées avec des réseaux phasés planaires actifs (en anglais : planar phased array) qui sont préférés aux réseaux de sources généralement utilisés pour des antennes à couvertures fixes. Cependant, pour des applications de télécommunications par satellite, des gains élevés sont exigés mais sont impossibles à obtenir avec un seul réseau phasé de taille raisonnable au regard de la complexité et du poids. Il est alors connu de combiner le réseau phasé avec une configuration d'antenne de type système imageur qui permet de magnifier le rayonnement du réseau phasé. Un premier type de système imageur connu est constitué d'un seul réflecteur et du réseau phasé positionné dans une position défocalisée devant le réflecteur. Alternativement, un deuxième type de système imageur connu est constitué de deux réflecteurs paraboliques confocaux, respectivement principal et secondaire, de diamètres et de longueurs focales différents, le réseau phasé primaire étant alors placé dans 3049070 2 le plan focal du réflecteur secondaire dont le diamètre est le plus faible. Le système imageur à un réflecteur ou à deux réflecteurs paraboliques confocaux permet de magnifier l'ouverture primaire, définie par le réseau phasé primaire, en une ouverture secondaire de plus grande dimension, 5 selon deux axes orthogonaux. Dans le cas d'un système imageur comportant un seul réflecteur, le rapport de magnification est égal au rapport de la distance de défocalisation sur la distance focale. Dans le cas d'un système imageur à deux réflecteurs confocaux, le rapport de magnification est égal au rapport des longueurs 10 focales des deux réflecteurs paraboliques. Ce rapport de magnification doit rester faible, classiquement entre trois et sept, pour maintenir des performances acceptables en dépointage et une limitation des niveaux des lobes secondaires. Cette architecture permet d'utiliser un réseau rayonnant primaire de taille réduite, la taille de l'ouverture totale de l'antenne étant 15 définie par la taille du réflecteur principal dont le diamètre est le plus grand et est égale au produit du rapport de magnification par la taille du réseau phasé. Cependant, cette architecture d'antenne nécessite de placer le centre du réseau phasé en un point précis, appelé point conjugué, correspondant au point de convergence de tous les rayons passant par le centre du 20 réflecteur principal puis réfléchis par le réflecteur secondaire. Cette contrainte d'aménagement du réseau phasé primaire ne laisse aucun degré de liberté. Il existe un autre type d'antenne plus simple et plus compacte dans lequel le réseau phasé planaire est remplacé par une ouverture rayonnante 25 linéaire, très allongée, placée dans le plan focal d'un réflecteur cylindro- parabolique. Le réflecteur cylindro-parabolique comporte une courbure cylindrique selon un premier axe du réflecteur et un contour parabolique selon un deuxième axe, orthogonal au premier axe du réflecteur. L'ouverture rayonnante linéaire peut être alimentée par un ou plusieurs cornets 30 élémentaires et permet d'élaborer de façon simple, dans un unique plan contenant l'ouverture rayonnante, un ou plusieurs faisceaux alignés selon un axe. L'ouverture rayonnante linéaire peut par exemple être réalisée par un formateur de faisceaux quasi-optique à lentille ou de type pillbox, ou comporter un formateur de faisceaux numérique couplé à un élément 35 rayonnant linéaire continu ou à plusieurs éléments rayonnants discrets 3049070 3 alignés, ou comporter des déphaseurs couplés à un élément rayonnant linéaire continu ou à plusieurs éléments rayonnants discrets alignés. Cependant le réflecteur cylindro-parabolique ne permet de focaliser les faisceaux que selon une seule dimension de l'espace et permet d'élargir 5 l'ouverture linéaire selon un seul axe correspondant à l'axe du contour parabolique du réflecteur, le facteur de magnification selon l'axe orthogonal au contour parabolique étant figé et égal à un. En outre, cette configuration d'antenne lie l'augmentation du rapport de magnification selon l'axe parabolique du réflecteur à l'augmentation de la taille de l'ouverture totale de 10 l'antenne. Le but de l'invention est de remédier aux inconvénients des antennes connues et de réaliser un système optique à encombrement réduit, permettant de convertir une ouverture rayonnante primaire longiligne ayant 15 des dimensions réduites en une ouverture rayonnante bi-dimensionnelle de plus grandes dimensions. Pour cela, l'invention consiste à réaliser un système optique hybride comportant une ouverture rayonnante primaire longiligne et présentant des 20 propriétés de magnification des faisceaux selon un premier axe de rayonnement et des propriétés de focalisation des faisceaux selon un deuxième axe de rayonnement perpendiculaire au premier axe, le système optique hybride présentant en outre l'avantage, de permettre le contrôle du rapport de magnification sans qu'il soit nécessaire d'augmenter la taille de 25 l'ouverture totale de l'antenne. Selon l'invention, le système optique hybride comporte au moins un premier réflecteur et une ouverture rayonnante primaire illuminant le premier réflecteur, le premier réflecteur comportant des courbures différentes selon 30 deux plans orthogonaux. L'ouverture rayonnante primaire a une forme longiligne s'étendant dans un premier plan, et, dans ce premier plan contenant l'ouverture rayonnante primaire, le premier réflecteur comporte une première courbure directrice ayant un premier foyer localisé en arrière de l'ouverture rayonnante primaire, et dans un deuxième plan central no 35 perpendiculaire au premier plan, le deuxième plan central no passant par le 3049070 4 premier foyer et coupant l'ouverture rayonnante primaire en un premier point d'intersection situé en un point central de l'ouverture rayonnante primaire, le premier réflecteur comporte au moins une deuxième courbure, différente de la première courbure directrice, ayant un deuxième foyer différent du premier 5 foyer et situé au point central de l'ouverture rayonnante primaire. Avantageusement, dans différents plans ne perpendiculaires au premier plan contenant l'ouverture rayonnante primaire et obtenus par une rotation du deuxième plan central no, d'un angle e respectif, autour du 10 premier foyer, les différents plans ne coupant l'ouverture rayonnante primaire en différents points d'intersection respectifs, distants du deuxième foyer, le premier réflecteur comporte différentes courbures respectives, différentes de la deuxième courbure, et dans les différents plans ne, les différentes courbures du premier réflecteur ont différents foyers respectivement situés 15 aux différents points d'intersection entre lesdits différents plans ne et l'ouverture rayonnante primaire. Avantageusement, dans le premier plan contenant l'ouverture rayonnante primaire, l'ouverture rayonnante primaire peut être placée dans 20 une position d'offset par rapport au premier réflecteur, et dans le second plan central no, perpendiculaire au premier plan contenant l'ouverture rayonnante primaire, l'ouverture rayonnante primaire peut être placée dans un plan de symétrie du premier réflecteur. 25 Alternativement, dans le premier plan contenant l'ouverture rayonnante primaire, l'ouverture rayonnante primaire peut être placée dans un plan de symétrie du premier réflecteur, et dans le second plan central no, perpendiculaire au premier plan contenant l'ouverture rayonnante primaire, l'ouverture rayonnante primaire peut être placée dans une position d'offset 30 par rapport au premier réflecteur. Selon un premier mode de réalisation, la première courbure du premier réflecteur dans le premier plan contenant l'ouverture rayonnante primaire peut être une première courbure parabolique ayant un foyer 35 correspondant au premier foyer, la deuxième courbure du premier réflecteur dans le deuxième plan central no perpendiculaire au premier plan contenant 3049070 5 l'ouverture rayonnante primaire, est alors issue de l'intersection du deuxième plan central no et d'un premier paraboloïde de révolution ayant un foyer correspondant au deuxième foyer, et les différentes courbures du premier réflecteur dans les différents plans rle perpendiculaires au premier plan 5 contenant l'ouverture rayonnante primaire et coupant l'ouverture rayonnante primaire aux différents points d'intersection respectifs, sont issues de l'intersection des différents plans 1-10 et de différents paraboloïdes de révolution ayant chacun un foyer correspondant aux différents foyers respectifs. 10 Avantageusement, le système optique hybride peut comporter en outre un deuxième réflecteur illuminé par le premier réflecteur, les premier et deuxième réflecteurs étant confocaux, et, dans le premier plan contenant l'ouverture rayonnante primaire, dans le second plan no et dans chaque plan 15 ne perpendiculaire au premier plan contenant l'ouverture rayonnante primaire, le premier réflecteur comporte en outre un troisième foyer, le troisième foyer étant un foyer commun au premier réflecteur et au deuxième réflecteur. 20 Selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, la première courbure directrice du premier réflecteur est une première courbure elliptique ayant deux foyers correspondant respectivement au premier foyer et au troisième foyer, la deuxième courbure du premier réflecteur est issue de l'intersection du deuxième plan central no et d'un premier ellipsoïde de 25 révolution ayant deux foyers correspondant respectivement au deuxième foyer et au troisième foyer, et les différentes courbures du premier réflecteur dans les différents plans ne perpendiculaires au premier plan contenant l'ouverture rayonnante primaire et coupant l'ouverture rayonnante primaire aux différents points d'intersection respectifs, sont issues de l'intersection 30 des différents plans ne et de différents ellipsoïdes de révolution ayant deux foyers correspondant respectivement au troisième foyer et aux différents foyers respectifs. Avantageusement, les différentes courbures du premier réflecteur 35 dans le premier plan contenant l'ouverture rayonnante primaire, dans le second plan perpendiculaire au premier plan contenant l'ouverture 3049070 6 rayonnante primaire et dans les différents plans fle perpendiculaires au premier plan contenant l'ouverture rayonnante primaire et coupant l'ouverture rayonnante primaire aux différents points d'intersection respectifs, sont respectivement une courbure hyperbolique et une courbure obtenue de 5 l'intersection des différents plans fle et de différents hyperboloïdes de révolution ayant deux foyers correspondant respectivement au troisième foyer et aux différents foyers respectifs. Avantageusement, l'ouverture rayonnante primaire peut avoir une 10 forme linéaire ou une forme en arc de cercle ayant un centre correspondant au premier foyer. Avantageusement, le système optique hybride peut comporter en 15 outre un dispositif de déphasage couplé à l'ouverture rayonnante primaire. Avantageusement, le système optique hybride peut comporter en outre un formateur de faisceaux quasi-optique planaire constitué d'une ligne de transmission à deux plaques métalliques parallèles, le formateur de faisceaux quasi-optique comportant une ouverture d'extrémité terminale 20 formant l'ouverture rayonnante primaire. Avantageusement, le dispositif de déphasage peut être constitué d'une lentille intégrée entre les deux plaques métalliques parallèles d'un formateur de faisceaux quasi-optique. 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 : figures la et 1 b : deux schémas en coupe, d'un premier exemple de configuration, respectivement dans un premier plan contenant une ouverture rayonnante primaire longiligne et dans un second plan central no perpendiculaire au premier plan et passant par le centre FO de l'ouverture rayonnante primaire, d'un système optique hybride comportant un seul réflecteur, selon l'invention ; 25 30 35 3049070 7 figures 1 c et 1 d : deux schémas en coupe, d'un deuxième exemple de configuration, respectivement dans un premier plan central no passant par le centre FO d'une ouverture rayonnante primaire, d'un système optique hybride comportant un seul réflecteur et dans un second plan perpendiculaire au premier plan et contenant l'ouverture rayonnante primaire longiligne, selon l'invention ; figure le : un schéma illustrant la disposition de la deuxième courbure du premier réflecteur, dans le second plan central no, orthogonal au premier plan contenant l'ouverture rayonnante primaire et passant par les foyers F2 et F0, par rapport à la première courbure du premier réflecteur, selon l'invention ; figure 2a : un schéma en coupe, dans le premier plan de la figure I a, d'un exemple de système optique hybride comportant un dispositif de déphasage couplé à l'ouverture rayonnante primaire, selon l'invention ; figures 2b, 2c, 2d : trois schémas, respectivement en perspective pour les figures 2b et 2d et en vue de dessus pour la figure 2c, illustrant des exemples de différents dispositifs de déphasage constitués de formateurs de faisceaux quasi-optiques planaires pouvant être utilisés dans le système optique hybride, selon l'invention ; figures 3 et 4 : deux schémas en coupe, selon le premier plan contenant l'ouverture rayonnante primaire longiligne, du système optique hybride de la figure la, dans lesquels sont respectivement choisis un repère d'origine F2, et différents repères d'origine FO, selon l'invention ; figures 5a et 5b : deux schémas illustrant respectivement un exemple de paraboloïde de révolution et un exemple de la courbure Ce du premier réflecteur, dans un plan no orthogonal au premier plan contenant l'ouverture rayonnante primaire, la courbure Ce étant située à l'intersection du paraboloïde de révolution et du plan no , selon l'invention ; 3049070 8 figures 6a et 6b : deux schémas en coupe, d'un troisième exemple de configuration, respectivement dans un premier plan contenant une ouverture rayonnante primaire longiligne et dans un second plan perpendiculaire au premier plan, d'un 5 système optique hybride comportant deux réflecteurs confocaux, le premier réflecteur comportant des courbures elliptiques, selon l'invention ; figures 7a et 7b : deux schémas en coupe, selon le premier plan contenant l'ouverture rayonnante primaire longiligne, du 10 système optique hybride de la figure 6a, dans lesquels sont respectivement choisis un repère d'origine F2, et différents repères d'origine F8, selon l'invention ; figure 8: un schéma dans le premier plan, illustrant les différents paramètres de l'ellipse de foyers F2 et F1 dans le 15 repère d'origine F2, selon l'invention ; figure 9 : un schéma illustrant, pour un point F8 de l'ouverture rayonnante primaire longiligne, l'ellipsoïde de révolution de foyers F8 et F1, tangent en un point P8 à l'ellipse de foyers F2 et F1, selon l'invention ; 20 figure 10 : un schéma en coupe dans le premier plan, illustrant l'ellipse de foyers F2 et F1 et l'ellipsoïde de révolution de foyers F1 et F8 et passant par le point P8 du premier réflecteur, selon l'invention ; figures 11a et 11b : deux schémas en coupe, d'un quatrième 25 exemple de configuration, respectivement dans un premier plan contenant une ouverture rayonnante primaire longiligne et dans un second plan perpendiculaire au premier plan, d'un système optique hybride comportant deux réflecteurs confocaux, le premier réflecteur comportant des courbures 30 hyperboliques, selon l'invention. Selon l'invention, le système optique hybride, imageur selon un premier axe et focalisant selon un deuxième axe orthogonal au premier axe, peut comporter un seul réflecteur ou deux réflecteurs confocaux, selon le 35 rapport de magnification souhaité. Une configuration à deux réflecteurs 3049070 9 confocaux est plus complexe et plus volumineuse mais permet d'obtenir un rapport de magnification plus grand qu'avec un seul réflecteur. Les figures 1 a, 1 b et 1 e illustrent, selon deux plans de coupe orthogonaux, un premier exemple de configuration d'un système optique 5 hybride, imageur selon un premier axe et focalisant selon un deuxième axe orthogonal au premier axe, selon un premier mode de réalisation de l'invention. Le système optique hybride comporte un premier réflecteur 10 et une ouverture rayonnante primaire 11 illuminant le premier réflecteur. L'ouverture rayonnante primaire 11 est de forme longiligne, sa longueur 10 d'ouverture DO selon une direction X, étant beaucoup plus grande que sa largeur. L'ouverture rayonnante primaire 11 est destinée à émettre un front d'onde, plan ou cylindrique, dans une direction Z orthogonale à la direction X, vers le premier réflecteur 10, et peut avoir un profil de forme curviligne quelconque, par exemple linéaire ou en arc de cercle, délimité par deux 15 extrémités opposées F91 et F02. La figure 1 a correspond à un premier plan de coupe XZ contenant l'ouverture rayonnante primaire longiligne et la figure 1 b, correspond à un deuxième plan de coupe central no, orthogonal au premier plan contenant l'ouverture rayonnante primaire 11 et coupant l'ouverture rayonnante primaire en un premier point d'intersection situé en un 20 point central de l'ouverture rayonnante primaire. Sur la figure la, le premier plan contenant l'ouverture rayonnante primaire longiligne correspond à un plan d'offset du système optique hybride et sur la figure lb, le deuxième plan central, perpendiculaire au premier plan contenant l'ouverture rayonnante primaire, correspond à un plan de symétrie du système optique hybride, mais 25 alternativement, comme représenté sur la configuration illustrée sur les figures lc et 1 d, il est également possible d'avoir la configuration inverse et de placer l'ouverture rayonnante primaire longiligne dans le plan de symétrie. Conformément à l'invention, comme représenté par exemple sur la figure le, le premier réflecteur 10 comporte deux courbures différentes selon 30 deux plans orthogonaux, respectivement un premier plan XZ contenant l'ouverture rayonnante primaire et un deuxième plan central no orthogonal au premier plan et passant par le centre FO de l'ouverture rayonnante primaire 11. Dans le premier plan XZ contenant l'ouverture rayonnante primaire, le premier réflecteur 10 comporte une première courbure CD, dite courbure 35 directrice, représentée en traits pointillés, ayant un premier foyer F2, situé 3049070 10 dans le premier plan, en arrière de l'ouverture rayonnante primaire 11, l'arrière étant défini par rapport au sens de rayonnement de l'ouverture rayonnante, le premier réflecteur 10 étant situé devant l'ouverture rayonnante primaire. Le premier foyer F2 est donc virtuel et la distance entre le premier 5 foyer F2 et le premier réflecteur 10 est supérieure à la distance entre l'ouverture rayonnante primaire 11 et le premier réflecteur 10. Dans le second plan central no, perpendiculaire au plan de l'ouverture rayonnante primaire et passant par le centre de l'ouverture rayonnante primaire, le premier réflecteur 10 comporte une deuxième courbure CO ayant un 10 deuxième foyer FO situé au centre de l'ouverture rayonnante primaire 11. Comme représenté sur la figure le, les deux foyers F2 et FO du premier réflecteur sont donc situés dans le premier plan XZ contenant l'ouverture rayonnante primaire 11 et sont alignés selon la direction Z, sur une droite focale 9, référencée sur la figure 3, passant par le centre FO de l'ouverture 15 rayonnante primaire longiligne 11 et par le centre Q du premier réflecteur 10. La distance entre le premier foyer F2 et le centre Q du premier réflecteur est supérieure à la distance entre le deuxième foyer FO et ledit centre Q. Comme représenté sur l'exemple de réalisation de la figure 2a, l'ouverture rayonnante primaire 11 peut être alimentée par une, ou plusieurs 20 sources d'alimentation 32, et peut être couplée à un dispositif de déphasage 35 afin d'appliquer, entre les deux extrémités opposées F01 et F02 de l'ouverture rayonnante longiligne, une loi de phase permettant d'élaborer, ou de modifier, le front d'onde émis par l'ouverture rayonnante primaire. Le dispositif de déphasage 35 peut, par exemple, être constitué par un 25 formateur de faisceaux numérique ou comporter des déphaseurs discrets ou des lignes à retards. Alternativement, pour obtenir un ensemble plus compact, comme représenté sur les figures 2b, 2c, 2d, la source d'alimentation 32, ou les sources d'alimentation, et le dispositif de déphasage 35 peuvent être intégrés dans un formateur de faisceaux quasi-optique 30 planaire 30, l'ouverture d'extrémité terminale du formateur de faisceaux quasi-optique formant l'ouverture rayonnante primaire longiligne 11. Deux aménagements sont alors possibles selon l'application envisagée. Dans le cas d'une application à une antenne active, pour minimiser la complexité de cette antenne active le formateur de faisceaux quasi-optique peut être réalisé 35 en technologie SIW (Substrate Integrated Waveguide). Dans ce mode de 3049070 11 réalisation, des amplificateurs et éventuellement des déphaseurs peuvent être intégrés au niveau de l'ouverture rayonnante primaire pour affiner le pointage réalisé par le formateur de faisceaux quasi-optique. Dans ce mode de réalisation, il y a un partage de la puissance, également appelé 5 amplification distribuée, pour les faisceaux réalisés par l'ouverture rayonnante primaire. Dans le cas d'une application à une antenne passive, le formateur de faisceaux quasi-optique est une ligne de transmission sans pertes, délimitée par deux plaques métalliques parallèles entre elles et alimentée, à l'une de 10 ses deux extrémités, par au moins une source d'alimentation 32. Dans ce mode de réalisation, en utilisant plusieurs sources d'alimentation, plusieurs faisceaux peuvent ainsi être réalisés sans dégradations liées aux aberrations. Lorsque le dispositif de déphasage 35 est intégré entre les deux 15 plaques parallèles du formateur de faisceaux quasi-optique 30, le dispositif de déphasage peut, par exemple, être constitué par une lentille 33 ou un réflecteur. La lentille 33 peut être par exemple une lentille optique comme représenté sur la figure 2b, ou une lentille à gradient d'indice comme représenté sur la figure 2c, ou une lentille métallique à retards comme 20 représenté sur la figure 2d. Alternativement, le formateur de faisceaux quasi- optique peut intégrer un réflecteur et est alors appelé formateur de faisceaux Pillbox. Comme représenté sur les figures 2c et 2d, l'ouverture rayonnante primaire 11 peut, par exemple, être associée à un élément rayonnant longiligne à profil continu 36 ayant un profil curviligne de forme quelconque, 25 par exemple linéaire ou en arc de cercle, ou être constituée de plusieurs éléments rayonnants discrets alignés selon un profil curviligne. Toutes les sources d'alimentation 32 d'un formateur de faisceaux quasi-optique sont situées dans un seul plan, ce qui permet de former une seule ligne de faisceaux. Bien entendu, il est possible d'empiler plusieurs 30 formateurs de faisceaux identiques, conformes à l'invention, pour former plusieurs lignes de faisceaux différentes. Ainsi en empilant plusieurs ouvertures rayonnantes longilignes, chaque ouverture longiligne va réaliser une ligne de faisceaux dans un plan, chaque ligne de faisceaux étant dépointée par rapport aux autres lignes de faisceaux, dans la direction de 35 l'empilement. 3049070 12 Pour éviter que des aberrations n'apparaissent lorsque les rayons sont issus de différents points F8 localisés sur l'ouverture rayonnante primaire 11, entre les deux extrémités opposées F81, F02, de l'ouverture rayonnante 5 primaire, mais distants du centre F0, avantageusement, selon l'invention, dans différents plans Fle perpendiculaires au premier plan contenant l'ouverture rayonnante primaire 11, chaque plan ne passant par le foyer F2 et par l'un des différents points FO respectif, le premier réflecteur 10 comporte différentes courbures CO, chaque courbure CO ayant un foyer FO dédié. 10 Chaque courbure CO est définie par une courbe située à l'intersection entre le plan He et l'ouverture rayonnante primaire 11, chaque plan ne étant un plan passant par le premier foyer F2, faisant un angle 0 par rapport au second plan central no et coupant l'ouverture rayonnante primaire 11 au foyer F8, comme représenté sur les figures 5a et 5b, dans lesquelles la 15 première courbure directrice CD du premier réflecteur 10 dans le premier plan est représentée en traits pointillés. Les différents plans ne perpendiculaires au premier plan XZ contenant l'ouverture rayonnante primaire correspondent à différentes valeurs de l'angle 8 et sont donc décalés angulairement les uns des autres. Chaque plan ne est obtenu par 20 une rotation du second plan central no, d'un angle 8 autour du foyer F2, la rotation pouvant être réalisée de part et d'autre du second plan central 110. Les différentes valeurs de l'angle 8 sont comprises entre deux valeurs 91 et 82 correspondant respectivement aux angles entre le second plan central no et les deux plans nei et flet, perpendiculaires au plan contenant l'ouverture 25 rayonnante primaire 11 et passant respectivement par les deux extrémités opposées Fel et Fe2 de l'ouverture rayonnante primaire 11. Dans le cas où le système optique hybride comporte un seul réflecteur, comme illustré sur les figures 1 a et 1 b, ou alternativement sur les figures 1c et 1d, la première courbure CD du premier réflecteur 10 dans le 30 premier plan XZ contenant l'ouverture rayonnante primaire 11 est une courbure parabolique de foyer F2, et les différentes courbures CO, CO du premier réflecteur 10, dans le second plan central no et dans les différents plans ne, sont des courbures de formes quadratiques différentes. La courbure CO est issue de l'intersection du deuxième plan central 110 et d'un 35 premier paraboloïde de révolution de foyer FO et les différentes courbures CO 3049070 13 sont respectivement issues de l'intersection des différents plans 110 et de différents paraboloïdes de révolution de foyers respectifs F8. Dans le premier plan contenant l'ouverture rayonnante primaire, le premier réflecteur 10 a une première courbure parabolique définie en fonction de la position du 5 premier foyer F2. Dans ce premier plan, une onde incidente rayonnée par l'ouverture primaire longiligne 11 est réfléchie par la première courbure du premier réflecteur 10 qui engendre une onde plane magnifiée c'est-à-dire que l'ouverture rayonnante totale du système optique hybride, en sortie du premier réflecteur, a une dimension D1 égale à la dimension de l'ouverture 10 rayonnante primaire DO multipliée par le rapport de magnification Ml, tel que M1= D1/DO. Le rapport de magnification M1 est également égal au rapport entre les distances séparant d'une part, le premier foyer F2 du centre Q du premier réflecteur 10 et d'autre part, le deuxième foyer FO du premier foyer F2. Ce système optique hybride permet donc de contrôler le rapport de 15 magnification M1 dans le premier plan par réglage des positions respectives des foyers F2 et F0, et par détermination des différentes courbures correspondantes du premier réflecteur, dans le premier plan et dans les deuxièmes plans, respectivement central et décalés d'un angle O. Plus le foyer F2 est proche du foyer F0, plus le rapport de magnification M1 est 20 grand. Néanmoins, pour qu'une ouverture rayonnante primaire longiligne permette de synthétiser plusieurs faisceaux, il est nécessaire qu'elle soit suffisamment éloignée du premier foyer F2. Dans ce cas, tout se passe comme si l'ouverture rayonnante primaire longiligne engendrait un front d'onde cylindrique, avec une faible courbure. Dans le cas où l'ouverture 25 primaire engendre un front d'onde plan, le foyer F2 est positionné à l'infini. Dans le deuxième plan central no, perpendiculaire au plan de l'ouverture rayonnante primaire 11 et passant par le centre de l'ouverture rayonnante primaire, le premier réflecteur 10 comporte une deuxième courbure CO issue de l'intersection du deuxième plan central no et d'un 30 premier paraboloïde de révolution de foyer FO situé au centre de l'ouverture primaire 11. Dans ce second plan central no, l'ouverture rayonnante primaire 11 a une dimension négligeable par rapport à sa longueur dans le premier plan et l'onde émise par l'ouverture rayonnante est donc un front d'onde circulaire centré en FO dans le plan considéré. Dans ce second plan central 35 no, le réflecteur 10 réfléchit un rayon issu du foyer FO dans une direction 3049070 14 parallèle à l'axe de symétrie, ou axe focal, de la deuxième courbure CO définie dans ce second plan central. De même, dans chaque plan fle passant par un foyer F8 situé sur l'ouverture rayonnante, le premier réflecteur 10 comporte une courbure CO issue de l'intersection du plan fle correspondant 5 et d'un paraboloïde de révolution de foyer F8. La courbure CO est une courbure de forme quadratique différente de la deuxième courbure CO. Dans chaque plan fie, le réflecteur 10 réfléchit un rayon issu du foyer F8 dans une direction parallèle à l'axe de symétrie de la deuxième courbure CO définie dans le second plan. lo Les différentes courbures du premier réflecteur 10 dans les différents plans sont définies de la façon décrite ci-après dans le cas d'un système optique hybride comportant un seul réflecteur ayant différentes courbures de formes quadratiques. Dans une première étape, la première courbure du premier réflecteur 10 est déterminée dans le premier plan XZ contenant 15 l'ouverture rayonnante primaire. Ce premier plan peut, par exemple, être un plan d'offset, l'angle d'offset étant noté a. La première courbure CD du premier réflecteur 10 dans ce premier plan, est une parabole définie par la distance focale F. Comme illustré sur la figure 3, dans ce premier plan, est choisi un repère orthonormé, centré sur le foyer F2, et d'axes Xa, et Za, l'axe 20 Za étant aligné avec l'axe de symétrie de la parabole, appelé droite directrice de la parabole. La parabole dans le premier plan est alors définie par l'équation suivante : 2 X, - 4. F F Où xa et za sont les coordonnées d'un point appartenant à la parabole. 25 Cette parabole est une première courbure directrice CD tangente, au point P8, à toutes les courbures CO du premier réflecteur définies dans les différents plans Re perpendiculaires au plan XZ contenant l'ouverture rayonnante primaire longiligne, à partir de laquelle peut être élaborée la forme géométrique du premier réflecteur dans les trois directions de l'espace. 30 La distance entre les points F2 et un point P8 de la parabole est obtenue par l'équation suivante : 2.F [F2P0] = 1 + cos (a + 0) 3049070 15 La distance entre les points F2 et FO étant notée FL, on en déduit la distance entre les points F8 et P8 dans le cas particulier d'une ouverture rayonnante primaire rectiligne: [4130] = [F21361 FL 5 Dans une deuxième étape, est déterminée l'équation de la deuxième courbure CO du premier réflecteur dans un plan ne, perpendiculaire au premier plan et passant par un point P8. Le plan ne passe par les foyers F2 et F8. Cette deuxième courbure CO est située à l'intersection du plan ne et du paraboloïde de révolution de foyer FO et passant par un point P8 du 10 premier réflecteur, le point P8 étant un point tangent à la courbure CD et au paraboloïde de révolution 14, comme illustré sur les figures 5a et 5b. Le paraboloïde de révolution 14 est défini par la distance focale Foc8, référencée sur la figure 4, qui constitue la droite directrice du paraboloïde de révolution. De façon que tous les rayons issus de l'ouverture rayonnante 15 primaire 11 soient réfléchis dans des directions parallèles, la droite directrice du paraboloïde de révolution est parallèle à la droite directrice de la première courbure parabolique CD définie par la distance focale F et située dans le premier plan contenant l'ouverture rayonnante primaire 11. La distance entre les points F8 et un point P8 du paraboloïde de 20 révolution est obtenue par l'équation suivante : 2. Foc° [FePe] = 1 + cos (a+ 0) On en déduit : Foco = F 2. cos (0) Une équation simple du paraboloïde de révolution 14 peut être obtenue en faisant un changement de repère, le nouveau repère ayant des 25 axes Xq), Yq), Zq), et une origine située au point F8, l'axe Zq) étant aligné avec la droite directrice du paraboloïde de révolution 14. Dans ce nouveau système de coordonnées, l'équation du paraboloïde de révolution 14 est la suivante : cos (0) FL. [1 + cos(a + (9)] ço= a+ 0 3049070 16 2 2 Z ço X9 -Yço 4. Foc() 4. Foc() + Foce Un nouveau changement de repère est réalisé par une rotation des axes xp et z(r) d'un angle cp autour du point F. Le nouveau repère, illustré sur 5 la figure 4, comporte des axes X0, YO, ZO, et est centré sur Fe, Z8 étant aligné sur la direction FOIDO. L'équation de la courbure CO, obtenue par l'intersection du paraboloïde de révolution avec le plan ne, correspondant au plan d'équation X0=0, s'écrit alors sous la forme quadratique suivante : (z o. sin (v))2 2 e z o. cos (yo) = + Foco 4. Foco 4. Foco 10 En faisant varier l'angle 0 entre les deux valeurs extrêmes 01 et 02 correspondant aux deux extrémités opposées Fel et Fe2 de l'ouverture rayonnante longiligne, on obtient ainsi les équations des différentes courbures CO dans les plans ne perpendiculaires au plan XZ contenant 15 l'ouverture rayonnante primaire longiligne et correspondant à différentes valeurs de l'angle O. Ces équations peuvent facilement être généralisées pour prendre en compte des ouvertures longilignes de forme quelconque, définies par exemple par une équation en coordonnées polaires dans un repère adéquat. La forme géométrique du premier réflecteur 10 dans les trois 20 directions de l'espace est alors obtenue par concaténation des différentes courbures CO définies dans les différents plans ne, en suivant la courbure directrice CD définie dans le premier plan contenant l'ouverture rayonnante primaire longiligne et tangente à toutes les courbures CO. Cette définition du premier réflecteur permet de diminuer les aberrations de façon très 25 importante car les différentes courbures Ce obtenues à partir du paraboloïde de révolution 14 correspondant sont toutes localement, au point PO, tangentes à la courbure directrice CD définie dans le premier plan XZ contenant l'ouverture rayonnante primaire longiligne. 30 Dans un autre mode de réalisation de l'invention, comme représenté par exemple sur les figures 6a et 6b, le système optique hybride comporte un premier réflecteur 10 et une ouverture rayonnante primaire 11, de forme 3049070 17 longiligne, illuminant le premier réflecteur 10 et comporte en outre un deuxième réflecteur 20, illuminé par le premier réflecteur 10, les premier et deuxième réflecteurs ayant un point focal F1 commun. Le deuxième réflecteur 20 est de dimensions plus importantes que le premier réflecteur 10 5 et a une ouverture rayonnante beaucoup plus importante que l'ouverture rayonnante primaire longiligne 11. Les caractéristiques de l'ensemble constitué par le premier réflecteur 10 et l'ouverture rayonnante primaire 11 sont identiques aux caractéristiques décrites dans le premier mode de réalisation à l'exception des formes des 10 différentes courbures du premier réflecteur 10 et par conséquent des directions des rayons réfléchis par le premier réflecteur 10. Ainsi, le premier réflecteur 10 comporte deux courbures différentes selon deux plans orthogonaux, respectivement un premier plan XZ contenant l'ouverture rayonnante primaire 11 et un deuxième plan central no orthogonal au 15 premier plan et passant par le centre FO de l'ouverture rayonnante primaire 11. Dans le premier plan XZ contenant l'ouverture rayonnante primaire 11, le premier réflecteur 10 comporte une première courbure ayant un premier foyer F2, situé dans le premier plan, en arrière de l'ouverture rayonnante primaire 11. Dans le second plan central no, perpendiculaire au plan de 20 l'ouverture rayonnante primaire et passant par le centre FO de l'ouverture rayonnante primaire, le premier réflecteur 10 comporte une deuxième courbure CO ayant un deuxième foyer FO situé au centre de l'ouverture rayonnante primaire. De même, dans différents plans ne perpendiculaires au plan XZ contenant l'ouverture rayonnante primaire 11, chaque plan ne 25 passant par le foyer F2 et par l'un des différents points F9 respectif, le premier réflecteur 10 comporte des courbures CO différentes les unes des autres. En outre, le premier réflecteur 10 comporte, un troisième foyer F1 localisé au foyer du deuxième réflecteur 20. Le troisième foyer F1 est situé 30 dans le premier plan contenant l'ouverture rayonnante primaire 11. Pour que le premier réflecteur 10 comporte deux foyers différents situés dans chaque plan, les différentes courbures du premier réflecteur 10 dans le premier plan contenant l'ouverture rayonnante primaire 11, dans le second plan central no perpendiculaire à l'ouverture rayonnante primaire, et dans les différents plans 35 rie, sont des courbures de formes elliptiques ou hyperboliques. Dans le cas 3049070 18 où les courbures du premier réflecteur 10 sont elliptiques, le troisième foyer F1 est situé entre le premier réflecteur 10 et le deuxième réflecteur 20. Dans le cas où les courbures du premier réflecteur 10 sont hyperboliques, le troisième foyer F1 est situé en arrière du premier réflecteur 10 et est donc 5 virtuel. Les figures 7a et 7b illustrent deux vues partielles en coupe, selon un plan XZ contenant l'ouverture rayonnante primaire 11, d'un système optique hybride dans lequel les différentes courbures du premier réflecteur 10 sont elliptiques. Dans ce premier plan contenant l'ouverture rayonnante primaire 10 11, le premier réflecteur a une première courbure elliptique comportant deux foyers F1 et F2, les deux foyers étant situés sur le grand axe, noté 2a., de l'ellipse 17 correspondante comme représenté sur la figure 8. Dans ce premier plan, est choisi un repère orthonormé, centré sur le foyer F2, et d'axes X., et Z., l'axe Z. étant aligné avec le grand axe 2aa de l'ellipse 17, 15 l'angle a étant l'angle entre la ligne joignant les foyers F2 et F1 et la ligne joignant le foyer F2, le centre FO de l'ouverture rayonnante primaire 11 et le centre Q du premier réflecteur 10. Le petit axe de l'ellipse étant noté 2ba, xa et za étant les coordonnées d'un point appartenant à l'ellipse 17, l'équation de l'ellipse 17 dans ce premier plan s'écrit : (Za - caxav = 1 act )v + ( LI,,,) 20 Où c., est la distance entre l'origine F2 du repère choisi et le centre O de l'ellipse 17. Les valeurs de a., b., ca sont déterminées à partir des paramètres géométriques du système optique hybride à deux réflecteurs. Ces paramètres géométriques sont la distance Feq entre le point F2 et le 25 centre FO de l'ouverture rayonnante primaire 11, la distance d entre FO et le centre Q du premier réflecteur 10 et la position du foyer F1 par rapport à F0, ladite position du foyer F1 étant définie par les coordonnées hx et hz selon deux directions X et Z respectivement orthogonale et parallèle à la ligne focale 18 reliant les foyers F2 et F0. Les valeurs de a., ba, ça sont alors 30 définies par les équations suivantes : a' = 32- (Feq + cl + .'lh..+ (d - hz)2) (_1 Feq-Ertz ça - 2 cos a ha = ,Ictâ - câ 3049070 19 Cette première courbure elliptique du premier réflecteur 10, définie dans le premier plan contenant l'ouverture rayonnante primaire 11, est une première courbure directrice tangente à toutes les deuxièmes courbures CO 5 et CO du premier réflecteur 10, définies dans les différents plans respectifs [10 et fle perpendiculaires au premier plan contenant l'ouverture rayonnante primaire 11, à partir de laquelle peut être élaborée la forme géométrique du premier réflecteur 10 dans les trois directions de l'espace. Dans le deuxième plan central no passant par le foyer F2 et par le 10 point central FO et dans les différents plans ne orthogonaux au premier plan XZ contenant l'ouverture rayonnante primaire 11, chaque plan ne passant par le foyer F2 et par l'un des différents points FO respectifs situés sur l'ouverture rayonnante primaire et distants du point central F0, le premier réflecteur 10 comporte différentes courbures elliptiques CO, CO. Les 15 différentes courbures CO, CO du premier réflecteur dans les différents plans no, ne sont obtenues par l'intersection entre les différents plans no, ne respectifs et différents ellipsoïdes de révolution 15 passant par un point PO respectif du premier réflecteur, comme illustré sur la figure 9, chaque ellipsoïde de révolution 15 ayant chacun deux foyers respectifs FO et F1 pour 20 la deuxième courbure CO ou FO et F1 pour les différentes courbures CO. L'angle 0 est défini comme l'angle entre le plan fle correspondant et un plan no passant par les points F2 et le centre FO de l'ouverture rayonnante primaire 11 ainsi que par le centre Q du premier réflecteur 10. Comme le montre la figure 10, pour chaque valeur de l'angle 0, le grand axe 2ae de 25 l'ellipsoïde de révolution 15 est orienté dans la direction FOF1, le petit axe 2be de l'ellipsoïde de révolution 15 est orienté dans une direction perpendiculaire à la direction FeF1. La deuxième courbure CO est obtenue pour une valeur de l'angle 0 égal à zéro. Dans un repère centré au point FO et d'axes Xq), Y(1), Zcp, l'axe Zcp 30 étant orienté dans la direction FOF1, l'angle q) étant l'angle entre les segments de droites HIFI et FOPO, l'équation de l'ellipsoïde de révolution 15 s'écrit : 3049070 20 Un changement de repère est réalisé par une rotation des axes xcp et z(f) d'un angle cp autour du point F8. Le nouveau repère comporte des axes X8, YO, ZO, et est centré sur F8, ZO étant aligné sur la direction FOPO. Dans l'hypothèse d'une ouverture rayonnante rectiligne, l'équation de la courbure 5 elliptique CO, obtenue par l'intersection de l'ellipsoïde de révolution 15 avec le plan ne, correspondant au plan d'équation X0=0, s'écrit alors : (ze. cos (() - ce) 2(ye ) 2 (Ze . sin (9) \ 2 = 1 ae be be ) Avec : Feq ae aa 2 cos 1 ce = +(h- Feq tan 8)2 be = .\14 - câ Et , (hx - Feq tan 0) = - tan hz En faisant varier l'angle 8 entre les deux valeurs extrêmes 01 et 02 correspondant aux deux extrémités opposées Fel et Fe2 de l'ouverture 15 rayonnante primaire 11, on obtient ainsi les équations des différentes courbures elliptiques CO du premier réflecteur 10 dans les différents plans ne perpendiculaires au premier plan contenant l'ouverture rayonnante primaire longiligne et correspondant à différentes valeurs de l'angle O. Ces équations peuvent facilement être généralisées pour prendre en compte des ouvertures 20 longilignes de forme quelconques, définies par exemple par une équation en coordonnées polaires dans un repère adéquat. La forme géométrique du premier réflecteur 10 dans les trois directions de l'espace est alors obtenue par concaténation des différentes courbures CO, issues de l'intersection du plan ne et des différents ellipsoides de révolution 15 de foyers FO et F1, en 25 suivant la courbure directrice CD, de forme elliptique, de foyers F2 et F1, définie dans le premier plan contenant l'ouverture rayonnante primaire 11, cette courbure directrice CD étant tangente, au point P8, à toutes les 10 3049070 21 courbures CO définies dans les différents plans ne perpendiculaires au premier plan XZ contenant l'ouverture rayonnante primaire longiligne. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, au lieu d'utiliser un premier réflecteur ayant des courbures elliptiques, il est possible d'utiliser un 5 premier réflecteur ayant des courbures hyperboliques comme représenté sur les figures 11a et 11 b. Dans ce cas, le troisième foyer F1 est virtuel et situé en arrière du premier réflecteur 10. Le deuxième réflecteur 20 peut avoir une seule courbure parabolique comportant un seul foyer F1, ou avoir une double courbure parabolique selon 10 deux plans orthogonaux pour, outre le foyer F1, obtenir un autre point de focalisation. Le deuxième réflecteur peut également avoir une surface réfléchissante conformée. 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 15 qu'elle comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci entrent dans le cadre de l'invention. Notamment, les formulations mathématiques, dérivées de l'optique géométrique, permettent de définir une géométrie de référence ayant les propriétés voulues, mais il est possible de conformer la surface géométrique 20 du premier réflecteur ainsi obtenue en utilisant des algorithmes d'optimisation adaptés afin d'améliorer davantage les performances. En particulier, dans le cas ou l'on souhaite empiler des ouvertures rayonnantes selon l'axe orthogonal au plan XZ contenant ces ouvertures rayonnantes, cela permet alors d'obtenir une couverture multifaisceaux bi-dimensionnelle. Il est 25 également possible de conformer la surface du deuxième réflecteur pour améliorer les performances notamment pour limiter les aberrations de phase pour les faisceaux les plus dépointés.