Brevet FR3128830A1 — publié le 20230505

L’invention concerne une plateforme satellite (10) comprenant un réseau de N antennes (Ai, i=1 à 6) et un formateur de faisceau (50), chaque antenne comprenant ladite enveloppe satellite (11) et un brin métallique (i=1 à 6) respectif s’étendant dans le plan de la face Terre du satellite ; telle que si N > 2, l’axe du nième brin sur la face Terre du satellite est obtenu par rotation de +2π/N, n=2 à N, de l’axe du (n-1)ième brin ; le formateur de faisceau en fonction d’une directivité et une polarisation cibles à mettre en œuvre par le réseau d’antenne calcule une atténuation et un déphasage sélectivement pour chaque antenne et applique au signal électrique destiné à chaque antenne, lesdits atténuation et déphasage calculés pour l’antenne et délivre au connecteur associé à l’antenne ledit signal ainsi adapté. Figure pour l’abrégé : Fig. 2 Plateforme satellite et procédé de reconfiguration du faisceau électromagnétique d’une telle plateforme satellite L’invention se situe dans le domaine des antennes disposées sur les satellites, pour les radiocommunications HF, VHF, UHF : les antennes usuellement utilisées sont les antennes dipôles ou monopôles, chaque dimension de la taille du satellite étant plus petite que la longueur d’onde. Une antenne dipôle consiste en l’association de deux brins métalliques. Elle est alimentée en son milieu et destinée à transmettre ou à recevoir de l'énergie électromagnétique. Les brins sont usuellement alignés selon le même axe, qui définit la polarisation linéaire de l’onde émise ou reçue. Une antenne dipôle est usuellement utilisée lorsque la longueur de chacun de ses deux brins correspond à un quart de longueur d’onde. La résonance du mode qui s’y établit permet d’adapter simplement l’antenne aux lignes de transmissions traditionnelles. Le rayonnement associé à une telle antenne dipôle est bien connu de l’homme de l’art : en référence à la figure 1, en utilisant la décomposition usuelle (voir plus bas) du champ électrique rayonné au point M selon les composantes Eθ et Eφ, telles que = Eθ. + Eφ. , le champ rayonné par un tel dipôle orienté selon l’axe OZ rayonne exclusivement selon la composante Eθ. L’intensité du champ produit est maximale dans le plan orthogonal au dipôle. La décomposition usuelle mentionnée ci-dessus utilise la base des coordonnées sphériques : lorsque seul θ varie, M décrit un demi-cercle et le vecteur unitaire est tangent à ce demi-cercle ; lorsque seul φ varie, M décrit un demi-cercle et le vecteur unitaire est tangent à ce demi-cercle. Des précisions seront trouvées sur https://en.wikipedia.org/wiki/Spherical_coordinate_system. Il est aussi connu d’associer deux dipôles orthogonaux, ce qui donne un fonctionnement dans les deux polarisations linéaires orthogonales. L’antenne comporte alors quatre brins, distribués tous les 90°. Les deux paires de brins (ou dipôles) sont excités en leur centre avec deux signaux électromagnétiques, permettant de rayonner deux signaux indépendants dans les deux polarisations linéaires orthogonales. Les directions de rayonnement maximales correspondant à chaque dipôle seront toutefois situées dans des plans orthogonaux. Le plan où le champ rayonné par un dipôle est maximal correspond à un champ d’intensité nul pour le dipôle disposé orthogonalement par rapport au premier. De telles antennes dipôles ont déjà été aménagées sur des nanosatellites. Toutefois, en bande VHF ou UHF notamment, un nano satellite ou un mini satellite a des dimensions comparables à une fraction de longueur d’onde : il interfère significativement avec une antenne dipôle, ce qui affecte significativement son rayonnement propre. Aussi les premières approches suivies dans la communauté scientifique ont privilégié un positionnement symétrique du dipôle par rapport au nano satellite afin d’éviter l’excitation de résonances parasites sur le corps du satellite, et de réduire sa diffraction ou encore un positionnement déporté du corps du satellite. Il en résulte toutefois des contraintes d’aménagement, qui s’ajoutent à toutes les autres spécifications (diversité de direction de rayonnement, diversité de polarisation). Une antenne monopole est une simplification de l’antenne dipôle. Elle est constituée d’un seul brin métallique, et disposée usuellement au centre d’un plan de masse, de grande dimension par rapport à la longueur d’onde. La position symétrique permet de minimiser les diffractions générées par ce plan de masse lorsque sa taille est du même ordre de grandeur que la longueur d’onde. En respectant ces conditions d’aménagement, une telle antenne rayonne principalement dans le demi plan supérieur au plan de masse. Appliqué à un mini-satellite rectangulaire (comme les nano satellites 12U ou 16U, avec 1U=10*10*10 cm 3 ), cette approche impose des points d’aménagements spécifiques, au centre du grand côté du nano satellite, comme présenté. Il devient alors difficile d’aménager plusieurs antennes. En outre, dans le cas d’antennes dipôle ou monopole, le déploiement d’un panneau solaire connecté au satellite altère la condition de symétrie, et peut alors encore augmenter la diffraction du satellite. Les solutions existantes privilégient donc des sous-systèmes antennaires qui sont aménagés sur le satellite de sorte à minimiser la diffraction du satellite. Il est alors très contraignant d’aménager plusieurs antennes dans de telles conditions. Ces antennes filaires présentées ci-dessus sont conventionnellement utilisées en tant qu’antennes passives, produisant donc un rayonnement fixe, et non reconfigurable. Par ailleurs, une formation de faisceaux s’applique de façon connue sur des éléments rayonnants identiques, dont le rayonnement individuel couvre l’ensemble du secteur angulaire spécifié. La formation de faisceaux permet alors d’accroitre le gain de l’antenne, et de réaliser un faisceau plus directif, qui est orientable dans une direction plus spécifique au sein de ce secteur angulaire, à l’aide d’un formateur de faisceau qui distribue aux différents éléments le même signal affecté d’une pondération de phase. Cette approche n’a pu être appliquée dans les cas applicatifs de type dipôle ou monopôle de l’art antérieur décrits plus haut, car du fait des contraintes d’installation des antennes pour diminuer la diffraction, il n’est pas possible de réaliser plusieurs éléments rayonnants présentant le même diagramme de rayonnement. A cet effet, suivant un premier mode de réalisation, la présente invention décrit une plateforme satellite comprenant : - un satellite délimité par une enveloppe satellite constituée de parois métalliques du satellite, lesdites parois comprenant une première paroi destinée à faire face à la terre, une deuxième paroi faisant face à la première paroi et des troisièmes parois s’étendant depuis la première paroi jusqu’à la deuxième paroi ; - un réseau de N antennes d’émission électromagnétique et/ou de réception électromagnétique, ladite plateforme satellite étant caractérisée en ce que chaque antenne comprend ladite enveloppe satellite et un brin métallique respectif s’étendant dans le plan de la première ou deuxième paroi et; chaque antenne comprend un connecteur électrique respectif, connecté électriquement au brin (i) et à l’enveloppe satellite et adapté, pour : en émission, délivrer un premier signal électrique, reçu par le connecteur, au brin et à l’enveloppe satellite pour rayonnement électromagnétique, par le brin de l’antenne et par l’enveloppe satellite, en fonction dudit premier signal électrique ; et/ou en réception, pour recueillir un deuxième signal électrique issu de la transposition, par le brin de l’antenne et par l’enveloppe satellite, d’un rayonnement électromagnétique reçu par l’antenne ; dans lequel, si N = 2, les projections orthogonales des deux brins sur la première paroi sont orthogonales et si N > 2, la projection orthogonale du nième brin sur la première paroi est obtenue par une rotation de +2π/N, n=2 à N, de la projection orthogonale du (n-1)ième brin sur la première paroi, ladite plateforme satellite comprenant un formateur de faisceau adapté pour obtenir un signal de commande indiquant une directivité cible quelconque au sein d’un secteur angulaire de couverture et/ou une polarisation cible à mettre en œuvre par le réseau d’antenne, ledit formateur de faisceau comprenant un contrôleur adapté pour calculer une atténuation et un déphasage sélectivement pour chaque antenne en fonction dudit signal de commande, ledit formateur de faisceaux étant adapté pour : en émission, appliquer à chacun des premiers signaux électriques destinés aux N antennes, lesdits atténuation et déphasage calculés pour l’antenne à laquelle ledit premier signal est destiné et délivrer au connecteur associé à l’antenne ledit premier signal ainsi adapté ; et/ou en réception, appliquer, à chacun desdits deuxièmes signaux électriques recueillis par les connecteurs des N antennes, lesdits atténuation et déphasage calculés pour l’antenne dont ledit premier signal provient. Face à l’impossibilité d’éviter complètement la diffraction par le satellite du rayonnement d’éléments rayonnants, il a été fait le choix d’une approche radicalement différente, consistant à inclure le satellite dans le fonctionnement électromagnétique de l’antenne, en vue d’établir une communication avec un terminal mobile sur la terre et émettant un signal dans la même bande de fréquence HF, VHF ou UHF que l’antenne. En outre, comme il n’est alors plus possible de réaliser des éléments rayonnants ayant les mêmes diagrammes de rayonnement, la seconde idée consiste alors à disposer au contraire des éléments rayonnants qui ont des diagrammes de rayonnement complémentaires, permettant de couvrir par ajout la totalité de la zone angulaire spécifiée, idéalement pour chacune des composantes principales de polarisation. Dans des modes de réalisation particuliers, ladite plateforme satellite comprendra l’une et/ou l’autre des caractéristiques suivantes : - les brins sont fixés en périphérie de la première ou deuxième paroi dans le plan de laquelle ils s’étendent, lesdits brins s’étendant en outre vers l’extérieur de ladite paroi ; - les N brins s’étendent dans le plan de la première paroi ; - N ≥4 ; - les brins sont réalisés en technologie Mètre ruban ; - un plan de masse au niveau de la deuxième paroi et parallèle à ladite deuxième paroi. Suivant un deuxième mode de réalisation, la présente invention décrit un procédé de mise en œuvre d’un faisceau électromagnétique d’une plateforme satellite comprenant : - un satellite délimité par une enveloppe satellite constituée de parois métalliques du satellite, lesdites parois comprenant une première paroi destinée à faire face à la terre, une deuxième paroi faisant face à la première paroi et des troisièmes parois s’étendant depuis la première paroi jusqu’à la deuxième paroi ; - un réseau de N antennes d’émission électromagnétique et/ou de réception électromagnétique, ledit procédé étant caractérisée en ce qu’il comprend les étapes suivantes, chaque antenne comprenant ladite enveloppe satellite et un brin métallique respectif s’étendant dans le plan de la première ou deuxième paroi et chaque antenne comprenant un connecteur électrique respectif, connecté électriquement au brin et à l’enveloppe satellite, selon lequel, si N = 2, les projections orthogonales des deux brins sur la première paroi sont orthogonales et si N > 2, la projection orthogonale du nième brin sur la première paroi est obtenue par une rotation de +2π/N, n=2 à N, de la projection orthogonale du (n-1)ième brin sur la première paroi : en émission : fourniture d’un premier signal électrique, reçu par le connecteur, au brin et à l’enveloppe satellite pour rayonnement électromagnétique, par le brin de l’antenne et par l’enveloppe satellite, en fonction dudit premier signal électrique ; et/ou en réception : recueil d’un deuxième signal électrique issu de la transposition, par le brin de l’antenne et par l’enveloppe satellite, d’un rayonnement électromagnétique reçu par l’antenne ; obtention par un formateur de faisceau de ladite plateforme satellite d’un signal de commande indiquant une directivité cible quelconque au sein d’un secteur angulaire de couverture et/ou une polarisation cible à mettre en œuvre par le réseau d’antenne, calcul par un contrôleur dudit formateur de faisceau d’une atténuation et d’un déphasage sélectivement pour chaque antenne en fonction dudit signal de commande, en émission, application par ledit formateur de faisceaux à chacun des premiers signaux électriques destinés aux N antennes, desdits atténuation et déphasage calculés pour l’antenne à laquelle ledit premier signal est destiné et délivrance au connecteur associé à l’antenne dudit premier signal ainsi adapté ; et/ou en réception, application par ledit formateur de faisceaux à chacun desdits deuxièmes signaux électriques recueillis par les connecteurs des N antennes, desdits atténuation et déphasage calculés pour l’antenne dont ledit premier signal provient. Dans des modes de réalisation particuliers, ladite plateforme satellite comprendra l’une et/ou l’autre des caractéristiques suivantes : - les brins sont fixés en périphérie de la première ou deuxième paroi dans le plan de laquelle ils s’étendent, lesdits brins s’étendant en outre vers l’extérieur de ladite paroi ; - les N brins s’étendent dans le plan de la première paroi ; - N ≥4. L’invention sera mieux comprise et d’autres caractéristiques, détails et avantages apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit, donnée à titre non limitatif, et grâce aux figures annexées, données à titre d’exemple. La est une illustration du rayonnement d’une antenne dipôle, comme connu de l’art antérieur ; la est une représentation d’une plateforme satellite dans un mode de réalisation de l’invention ; la est une représentation schématique de la formation de faisceau dans un mode de réalisation de l’invention ; la illustre la connexion entre les brins et le satellite dans un mode de réalisation de l’invention ; la est une représentation des diagrammes de rayonnement unitaire en polarisation E φ pour chacune de 6 antennes dans un mode de réalisation de l’invention ; la est une représentation des diagrammes de rayonnement unitaire en polarisation E θ pour chacune de 6 antennes dans un mode de réalisation de l’invention ; la est une représentation d’un diagramme de rayonnement en polarisation E φ obtenu par formation de faisceaux dans un mode de réalisation de l’invention ; la est une représentation d’un diagramme de rayonnement en polarisation E θ obtenu par formation de faisceaux dans un mode de réalisation de l’invention. Des références identiques peuvent être utilisées dans des figures différentes lorsqu’elles désignent des éléments identiques ou comparables. Plateforme satellite (10) comprenant : -un satellite (13) délimité par une enveloppe satellite (11) constituée de parois métalliques (12, 14, 15) du satellite, lesdites parois comprenant une première paroi (12) destinée à faire face à la terre (25), une deuxième paroi (14) faisant face à la première paroi et des troisièmes parois (15) s’étendant depuis la première paroi jusqu’à la deuxième paroi ; -un réseau de N antennes d’émission électromagnétique et/ou de réception électromagnétique (Ai, i=1 à 6), ladite plateforme satellite étant caractérisée en ce que chaque antenne comprend ladite enveloppe satellite (11) et un brin métallique (i=1 à 6) respectif s’étendant dans le plan de la première (12) ou deuxième (14) paroi et; -chaque antenne (Ai, i=1 à 6) comprend un connecteur électrique respectif (60), connecté électriquement au brin (i) et à l’enveloppe satellite (11) et adapté, pour : -en émission, délivrer un premier signal électrique, reçu par le connecteur (60), au brin (i=1 à 6) et à l’enveloppe satellite (11) pour rayonnement électromagnétique, par le brin de l’antenne et par l’enveloppe satellite, en fonction dudit premier signal électrique ; et/ou -en réception, pour recueillir un deuxième signal électrique issu de la transposition, par le brin de l’antenne (i=1 à 6) et par l’enveloppe satellite (11), d’un rayonnement électromagnétique reçu par l’antenne ; dans lequel, si N = 2, les projections orthogonales des deux brins sur la première paroi sont orthogonales et si N > 2, la projection orthogonale du nième brin sur la première paroi (12) est obtenue par une rotation de +2π/N, n=2 à N, de la projection orthogonale du (n-1)ième brin sur la première paroi (12), -ladite plateforme satellite (10) comprenant un formateur de faisceau (50) adapté pour obtenir un signal de commande indiquant une directivité cible quelconque au sein d’un secteur angulaire de couverture et/ou une polarisation cible à mettre en œuvre par le réseau d’antenne, ledit formateur de faisceau (50) comprenant un contrôleur (40) adapté pour calculer une atténuation et un déphasage sélectivement pour chaque antenne en fonction dudit signal de commande, ledit formateur de faisceaux (50) étant adapté pour : en émission, appliquer à chacun des premiers signaux électriques destinés aux N antennes, lesdits atténuation et déphasage calculés pour l’antenne à laquelle ledit premier signal est destiné et délivrer au connecteur (60) associé à l’antenne ledit premier signal ainsi adapté ; et/ou en réception, appliquer, à chacun desdits deuxièmes signaux électriques recueillis par les connecteurs (60) des N antennes, lesdits atténuation et déphasage calculés pour l’antenne dont ledit premier signal provient. Plateforme satellite (10) selon la revendication 1, dans lequel les brins (i=1 à 6) sont fixés en périphérie de la première (12) ou deuxième (14) paroi dans le plan de laquelle ils s’étendent, lesdits brins (i=1 à 6) s’étendant en outre vers l’extérieur de ladite paroi. Plateforme satellite (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les N brins s’étendent dans le plan de la première paroi. Plateforme satellite (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel N ≥4. Plateforme satellite (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les brins (i=1 à 6) sont réalisés en technologie Mètre ruban. Plateforme satellite (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant un plan de masse (22) au niveau de la deuxième paroi (14) et parallèle à ladite deuxième paroi. Procédé de mise en œuvre d’un faisceau électromagnétique d’une plateforme satellite (10) comprenant : - un satellite (13) délimité par une enveloppe satellite (11) constituée de parois métalliques (12, 14, 15) du satellite, lesdites parois comprenant une première paroi (12) destinée à faire face à la terre (25), une deuxième paroi (14) faisant face à la première paroi et des troisièmes parois (15) s’étendant depuis la première paroi jusqu’à la deuxième paroi ; -un réseau de N antennes d’émission électromagnétique et/ou de réception électromagnétique (Ai, i=1 à 6), ledit procédé étant caractérisée en ce qu’il comprend les étapes suivantes, chaque antenne comprenant ladite enveloppe satellite (11) et un brin métallique (i=1 à 6) respectif s’étendant dans le plan de la première (12) ou deuxième (14) paroi et chaque antenne (Ai, i=1 à 6) comprenant un connecteur électrique respectif (60), connecté électriquement au brin (i) et à l’enveloppe satellite (11), selon lequel, si N = 2, les projections orthogonales des deux brins sur la première paroi sont orthogonales et si N > 2, la projection orthogonale du nième brin sur la première paroi (12) est obtenue par une rotation de +2π/N, n=2 à N, de la projection orthogonale du (n-1)ième brin sur la première paroi (12) : -en émission : fourniture d’un premier signal électrique, reçu par le connecteur (60), au brin (i=1 à 6) et à l’enveloppe satellite (11) pour rayonnement électromagnétique, par le brin de l’antenne et par l’enveloppe satellite, en fonction dudit premier signal électrique ; et/ou -en réception : recueil d’un deuxième signal électrique issu de la transposition, par le brin de l’antenne (i=1 à 6) et par l’enveloppe satellite (11), d’un rayonnement électromagnétique reçu par l’antenne ; -obtention par un formateur de faisceau (50) de ladite plateforme satellite (10) d’un signal de commande indiquant une directivité cible quelconque au sein d’un secteur angulaire de couverture et/ou une polarisation cible à mettre en œuvre par le réseau d’antenne, -calcul par un contrôleur (40) dudit formateur de faisceau (50) d’une atténuation et d’un déphasage sélectivement pour chaque antenne en fonction dudit signal de commande, -en émission, application par ledit formateur de faisceaux (50) à chacun des premiers signaux électriques destinés aux N antennes, desdits atténuation et déphasage calculés pour l’antenne à laquelle ledit premier signal est destiné et délivrance au connecteur (60) associé à l’antenne dudit premier signal ainsi adapté ; et/ou -en réception, application par ledit formateur de faisceaux (50) à chacun desdits deuxièmes signaux électriques recueillis par les connecteurs (60) des N antennes, desdits atténuation et déphasage calculés pour l’antenne dont ledit premier signal provient. Procédé de mise en œuvre d’un faisceau électromagnétique d’une plateforme satellite (10) selon la revendication 7, selon lequel les brins (i=1 à 6) sont fixés en périphérie de la première (12) ou deuxième (14) paroi dans le plan de laquelle ils s’étendent, lesdits brins (i=1 à 6) s’étendant en outre vers l’extérieur de ladite paroi. Procédé de mise en œuvre d’un faisceau électromagnétique d’une plateforme satellite (10), selon l’une des revendications 7 ou 8, selon lequel les N brins s’étendent dans le plan de la première paroi. Procédé de mise en œuvre d’un faisceau électromagnétique d’une plateforme satellite (10) selon l’une quelconque des revendications 7 à 9, selon lequel N ≥4.