CA2145540A1 - Monture d'antenne a pointage reglable, notamment pour antenne de telecommunications par satellite - Google Patents

Abstract

Cette monture comporte: un premier dièdre (ABC, BCD), dont l'un des plans (ABC) est porté par une base support; des moyens (6) de réglage de l'angle (.alpha.) de ce premier dièdre; un second dièdre (BCD, BDE), dont l'un des plans (BCD) est commun au premier dièdre et dont l'autre plan (BDE) porte des moyens (8) support de l'antenne, l'axe (BC) du premier dièdre et l'axe (BD) du second dièdre n'étant ni parallèles ni confondus; et des moyens (7) de réglage de l'angle (.beta.) de ce second dièdre.

Description

W 0 94/08360 1 2 l ~ ~ S 4 0 PC~r/ElR93/00937 r~onture d'antenne à pointage réglable, notamment pour antenne de télécommunications par sa~ellite L'invention concerne une monture d'antenne, not~mment pour 5 une antenne de télécomml1n;cations par satellite.
Les antennes (terrestres) de communications par satellite, tout comme, de façon plus générale, les antennes utilisées dans le domaine des h~perfréquences, nécessitent un pointage très précis dans une direction donnée, qui peut être fixe ou mobile. Cette direc-10 tion est par exemple celle dans laquelle se trouve un satellite decommunication, le plus souvent un satellite situé sur une orbite quasi-géostationnaire ou quasi-géosynchrone (ce cas, ni même celui d'une antenne pour télécommunications par satellite, n'étant en aucune façon limitatif de l'invention).
1~ La monture de l'antenne, c'est-à-dire le méc~nisme qui permet de supporter et de pointer avec précision l'antenne, peut être de divers t~-pes.
Le t~pe de monture le plus couramn1ent utilisé pour les stations terrestres de communications par satellite est le t~pe de monture dit site-azimut , qui se présente sous la fol~e d'une structure rigide de base sur laquelle est montée une structure mobile en rot~tion autour d'un axe vertical qui, elle-même, supporte une structure tournante mobile autour d'un axe horizontal et solidaire de l'an-tenne.
La plupart des montures utilisées sont lourdes et de structure complexe. De ce fait, elles ne con~ie~nent pas à une production en grande série, ou pour des stations terrestres mobiles, portatives ou démontables, où le faible poids et la facilité de montage sont des élé-ments essentiels.
A l'opposé, les montures légères sont dif~iciles à régler avec préci-sion, que ce réglage soit opéré à la main ou motorisé. n est en outre généralement nécessaire de prévoir un support rigide tel qu'une pla-que ou une dalle support.
Un autre problème que l'on rencontre a~ ec de nombreuses anten-nes existanfes tient au fait que celles-ci avaient été initialement wo 94/08360 2 1 4 5 5 4 ~ 2 Pcr/FR93/oos37 ~

conçues pour pointer sur des satellites quasi-géostationnaires, donc selon un pointage fixe. Or, au fil du temps, en raison de l'épuisement du combustible des moteurs de correction de position du satellite, la plupart des satellites qui, aupara- ant, étaient ef~ectivement géosta-5 tionnaires présentent maintenant une inclinaison orbitale progressi-~ement croissante (l'orbite géostationnaire devenant alors seule-ment géosynchrone), ce qui impose pour les stations terrestres de pouvoir effectuer un pointage mobile, au moins dans une plage limi-tée, afin de permettre la poursuite permanente du sateilite.
Les montures d'antenne proposées jusqu'à présent ne permettent pas de concilier de façon satisf~ nte ces di~ ers impératifs.
L'un des buts de l'invention est de proposer une monture d'antenne réglable, afin de permettre un pointage précis et une poursuite,notamment d'un satellite, qui soit avantageusement la repliable pour permettre un transport aisé et un démontage/remon-tage rapides, et qui soit pour autant de structure mécaniquement simple, robuste et peu coûteuse à réaliser.
A cet eet, la monture de l'invention est caractérisée en ce qu'elle comporte: un premier dièdre, dont l'un des plans est porté par une 20 base support; des moyens de réglage de l'angle de ce premier dièdre, un second dièdre, dont l'un des plans est commun au pre-mier dièdre et dont l'autre plan porte l'antenne, l'axe du premier dièdre et l'axe du second dièdre n'étant ni parallèles ni confondus;
et des moyens de réglage de l'angle de ce second dièdre.

2~ Plus précisément une telle monture peut comporter: une pre-mière structure, défini~s~nt un prern~ ~r triangle, solidaire de ladite base support; une deuxième structure, définics~nt un deuxième tri-angle, le premier et le deuxième triangle possécl~nt un côté commun pourvu d'une première liaison articulée, de manière ~ constituer le 30 premier dièdre, les moyens de réglage de l'angle du premier dièdre étant interposés entre le sornmet du premier triangle opposé au côté
d'articulation et le sommet du deuxième triangle opposé à ce même côté; et une troisième structure, definissant un troisième tliangle, le deuxième et le troisième triangle possédant un côté cornmun 35 pour-u d'une seconde liaison articulée, de manière à constituer le ~wo 94/08360 3 ~ PCI/FRg3~00937 second dièdre, les moyens de réglage de l'angle du second dièdre étant interposés entre le sommet du deuxième triangle opposé au côté d'articulation et le somrnet du troisième triangle opposé à ce même côté.
De préférence, Ies mo~ens de réglage du prernier et du second dièdre sont séparables desdites structures, de manière à permettre un repliement à plat de la monture par fermeture des deux dièdres.
De préférence également, les moyens de réglage des angles du premier et du second dièdre sont comm~ndés par des moyens calcu-lateurs, propres à transformer des ~ aleurs de consigne exprimées en angles de site et d'azimut en des signau~ de comm~nde directe de la position de ces moyens de réglage.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaî-tront à la lecture de la description détaillée ci-dessous, faite en réfé-rence aux dessins annexés.
La figure 1 est une vue schématique explicative de la stlucture de la monture de l'invention.
La figure 2 montre la manière dont la monture de l'invention peut être utilisée pour une fixation murale d'antenne.
La figure 3 montre la manière dont la structure de l'invention peut être utilisée pour une fixation 2U sol d'antenne, notamment pour l'adaptation d'une ~ntenne site-azimut classique.
La figure 4 illustre un mode de réalisation adaptable à une antenne à pointage fi~e afin de pouvoir autoriser des variations légè-res de la direction de pointage de celle-ci et assurer ainsi une pour-suite permanente du satellite.
La figure 5 illustre de façon schématique le dispositif de calcul et de commande de la position des actionneurs.
La figure 6 est une vue perspecti~e montrant la manière dont il est possible de réaliser mécaniquement la monture de l'in~ention sous forme repliable et démontable.
La figure 7 montre le détail de l'un des éléments de raccordement wo 94/08360 ~ Pcr/FRg3/oo937 2 ~ 4 0 de la monture de la figure 6.
Les figures 8 et 9 sont des vues latérales de l'élément de la fi-gure 7.
La figure 10 montre la manière dont la monture de l'in-ention 5peut être utilisée comme monture principale d'une antenne de gran-de dimension.

La structure générale de la monture de l'invention est illustrée figure 1: celle-ci comporte une première structure triangulaire 1 (triangle ABC) sur laquelle est articulée une seconde structure ~, également triangulaire (triangle BCD), qui porte elle-même a~ec 1~articulation une troisième structure tliangulaire 3 (triangle BDE).
Les structures 1 et 2 sont articulées en 4 le long du côté BC, et les structures 2 et 3 sont articulées en ~ le long du côté BD, c'est-à-dire le long d'un côté différent du côté d'articulation des structures 1 et 2.
De préférence, pour raison de simplicité, les triangles ABC, BCD
20et BDE sont tous équilatéraux, mais cette caractéristique n'est en aucune façon indispensable.
Les structures 1 et 2 définissent ainsi un premier dièdre ABC,BCD, d'angle o variable et ajustable par un actionneur 6, manuel ou motorisé, par exemple un actionneur électrique linéaire 2~intercalé entre les sommets .4 et D.
De façon semblable, les structures 2 et 3 définissent un second dièdre BCD,BDE d'angle ,~ variabl~ et ajustable par un second actionneur linéaire 7 intercalé entre les sommets E et C. AD et EC
constituent ainsi des jambes de force et de longueur variables.
30Pour permettre un réglage dans toutes les directions, il est indis-pensable que l'arête du premier dièdre (matérialisée par le segment BC) et celle du second dièdre (matélialisée par le segment BD) ne soient ni parallèles ni confondues car sinon on perdrait l'un des deux degrés de liberté de la monture; il n'est cependant pas nécessaire 35qu'elles soient concourantes.

~w094/08360 ' 214.~4~ Pcr/FRs3/oos37 La première structure 1 est fixe et la troisième structure 3 porte des moyens supports de l'antenne, par e~;emple un anneau 8 en forme de cercle inscrit dans le triangle BDE et qui viendra supporter le paraboloïde de l'antenne (qui pourra être de ~imension supérieure 5 ou inférieure à cet anneau support 8). On notera que, lorsque l'antenne est un paraboloïde ou une section de paraboloïde, il sera relativement simple de la fi~er à une structure triangulaire telle que la structure 3, et c'est pour cette raison que l'on préfère des struc-tures triangulaires pour définir les dièdres (une autre raison étant 10 la possibilité de repliement des triangles les uns sur les autres comme on l'e~;pliquera plus en détail à propos de la figure 4). Le choix d'une structure triangulaire pour définir chacun des demi-plans de chacun des dièdres n'est cependant pas indispensable, les triangles ABC, B~D et BDE pou~ant être simplement des triangles 15 virtuels définis sur des structures dont le contour physique n'est pas nécessairement celui d'un triangle.
On comprend aisément, par cette description, qu'en faisant ~arier les longueurs des segments AD et CE au moyen des action-neurs 6 et 7 on modifiera les ~aleurs ~e a et ~ et donc la direction de 20 pointage de l'antenne, ce qui permet de pointer cette dernière sur une très large plage d'angles de site et d'azimut, qui dépasse large-ment les besoins de la simple poursuite de satellites en orbite quasi-géos~Tnchrones.
Les directions des segments AD et EC n'étant pas orthogonaIes, 25 pour obtenir un angle de site et d'azimut donnés, le réglage desactionneurs 6 et 7 doit être déterminé par un calcul préalable, que l'on va indiquer ci-dessous.
Si A est l'angle d'azimut, S l'angle de site, a l'angle du dièdre ABC,BCD et ,~ l'angle du dièdre BCD,BDE, il convient de résoudre 30 les équations A = f(a,~) et S = f(a,~), ce qui peut être fait par un cal-culateur à microprocesseur mettant en oeuvre un programme relati-ement simple de pointage et de poursuite.
Si l'on considère les divers repères cartésiens mobiles, on démon-tre que, X, Y et Z étant les composantes du ~ ecteur normal au trian-35 gle BDE (c'est-à-dire le vecteur définissant la direction de pointage), WO 94/08360 6 PCI'/FR93/00937 on a, dans le cas de triangles équilat~raux:

X = - cos ~ sin a + sin ~ sin 30 cos a, Y=--sin,Bcos30 , et Z = cos ,B cos o~ + sin ~ sin 30 sin a.

L'angle d'azimut A et l'angle de site S peuvent être déduits de ces v aleurs X, Y et Z par les relations sui~ antes:

A = arctg (XfY) et S = arctg [zl(x2~ 2]

~omme on peut le voir, cette détermination n'implique que des calculs simples, aisés à mettre en oeuvre par un microprocesseur incorporé au s~stème de commande ;ie la monture ou à un micro-ordinateur assurant, entre autres, cette tâche, ce qui ne grè~era que très modérément le coût d'ensemble de la monture avec son système de comm~nde.
Du point de we de la cor~iguration d'utilisation, la première structure 1 peut être simplement posée au sol, comme illustré sché-matiquement figure 1.
Elle peut également, comme illustré figure 2, être fixée à un mur 10, configuration qui se retrouve assez souvent dans les antennes pour satellites et qui permet de disposer ainsi d'une monture ajusta-ble de façon continue supportant l'antenne, constituée ici d'un sim-ple paraboloïde 9.
Dans l'exemple de la figure 3, la monture de l'invention repose au sol par la première structure 1, mais la troisième structure 3 porte non pas directement l'antenne comrne dans le cas des figures 1 et 2, mais une monture d'antenne préexistante 11 de type site-azimut, constituée d'un fût vertical 12 portant un équipage 13 mobile autour d'un axe vertical 14 sur lequel est articulé le support 15 de l'antenne autour d'un axe horizontal 16. Cette configuration permet de conti-nuer à utiliser une monture d'antenne à pointage fixe même lorsque, au cours du temps, les satellites en fin de vie présentent des varia-~wo 94/08360 ~ 2 I q 5 5 4 0 Pcr/FR93/oo937 tions importantes de leur direction de pointage, variations qui peu-~ent atteindre t~piquement 5 et qui requièrent un s~stème moto-risé de poursuite permanente pour compenser ces variations.
La figure 4 illustre une forme de construction possible, mécani-quement très simple, adaptée à ce t~rpe de situation. L'antenne pré-existante est montée sur un fût 12 pourvu d'un trépied support 17.
La monture additionnelle, réalisée selon les encei~nements de l'invention, est constituée de profilés tubulaires à section carrée, en acier ou en all~minium, qui peuvent être des profilés courants assemblés par des méthodes traditionnelles (assemhl~ge soudé ou mécano-soudé). Les articulations l~tili.cées peu~ent être d'un t~rpe extrêmement simple, par exemple du même type que celles utilisées pour des charnières de portes ou de fenêtres.
Du point de vue de la statique, on notera que la construction tri-angulaire de la monture de l'invention reprend toutes les charges aux intersections, ce qui assure une excellente robustesse et permet d'utiliser des matériaux relati~rement légers pour sa réalisation. En ce qui concerne les articulations, elles ne subissent essentiellement que les contraintes de granté et les sollicitations additionnelles du vent, procurant des tolérances de pointage qui se comparent tout à
fait favorablement à celles des solutions classiques.
Les actionneurs 6 et 7 peuvent être constitués d'un système à
vérin électrique avec un corps 18 et une tige mobile 19 pourvus res-pectivement d'attaches 20 et 21 qui seront fixées à des attaches homologues 22 et 23 des structures triangulaires. Le moteur 24 de chacun des deux actionneurs est relié électriquement à un s~stème de comm~nde, les deux actionneurs étant physiquement et électri-quement indépendants. É~ entuellement, pour permettre un premier pointage préalable grossier ou compenser un dévers, il peut être utile de placer une jambe d'appui supplémentaire, fixe ou réglable, telle que 25 sous l'un des sommets A, B ou C du triangle de la pre-mière structure.
La figure 5 montre, de façon scllématique, le circuit de com-mande, qui comporte un bloc électror,ique et électrique 26 de calcul des coordonnées et de pilotage des moteurs 24 respectifs des action--wo 94/08360 Pcr/FR93/oos37 2 ~ 0 8 ~
neurs 6 et 7; ce boîtier 26 reçoit par une ligne 2~ son alimentation en énergie et par des lignes 28, les consignes con~entionnelles de site S et d'azimut A (sous for~ne numérique ou analogique), qui sont traitées au sein de l'unité 26 par transformation de coordonnées afin 6 de déterminer la longueur des jambes de force contrôlées par les vérins 6 et 7 permettant d'obtenir les angles souhaités de site et d'azimut.
La figure 6 montre une forme de Inise en oeuvre particulièrement adaptée à la réalisation d'une monture démontable èt portative. La monture est réalisée essentiellement à partir de profilés 29 de sec-tion carrée constituant les trois côtés de chacun des trois triangles (ces profilés sont donc au nombre de neuf), profilés qui sont reliés entre eux par des pièces de liaison 30, au nombre de cinq.
Ces pièces de liaison 3Q, qui ~efini~sent les sornmets des trian-16 gles ABC~, BCD et BDE, ne sont pas identiques en raison de la géo-métrie particulière de chacun des sommets. Elles sont cependant toutes réalisées à partir des mêmes éléments essentiels, illustrés à
titre d'exemple sur les figures 7 à g pour la pièce de liaison 30 située la plus en arrière sur la ~ue perspective (et correspo~nt donc au son~met B), qui est la plus comple~e: les pièces de liaison compor-tent au moins une~ plaque de fixation 31 (deu~ plaques dans le cas de la pièce illustrée sur les figures 7 à 9) pour~ue de trous 32 permet-tant la fixation au sol ou à un support d'antenne, selon le cas (pla-ques inférieures ou plaques supérieures). Des segments 33, léfinis-sant entre eux les di~ers angles des triangles, se terminent en 34 sous forme de pièces mâles venant s'adapter à l'intérieur des profilés constituant les côtés des triangles, la ;~olidarisation avec ces derniers étant ef~ectuée par exemple au moyen d'un système à ~is ou à gou-pilles.
La pièce 30 porte également, dans le cas des quatre pièces de liai-son autres que celle représentée sur les figures 7 à 9, un support ~ ertical 35 permettant la fixation des ~érins dans les trous 22 et 23 pratiqués dans ces pièces 35. La liaison entre les attaches respecti-~es 22 et 23 est de préférence réalisée par des moyens aisément démontables (montage embo;té ou ~issé), afin de pouvoir démonter ~wo 94/08360 9 ~ 2 1 4 5 5 4 o Pcr/FRs3/oos37 rapidement les actionneurs et replier l'ensemble à plat, ce qui est très intéressant dans le cas des stations portati~es, lorsque la trans-portabilité et la rapidité de mise en oeu~re sont des caractéristiques essentielles.
Les pièces de liaison 30 portent également les charnières 36 per-mettant d'articuler entre les trois triangles de la monture; ces char-nières et leur disposition sont particulièrement bien visibles figures 8 et 9.
La figure 10 montre un mode de réalisation adapté à un cas, tout à fait différent du précédent, où la monture de l'invention sert de monture primaire, fi~e, pour une antenne de grand diamètre et rem-place purement et simplement la monture traditionnelle site-azi-mut. A cet effet, le triangle support d'antenne 3 est relié à l'antenne 37 en trois points 38 équidistants, solidaires de l'élément annulaire 1~ 39 du rh~ssis support d'antenne situé au dos du réflecteur. Le trian-gle inférieur 1, quant à lui, est placé sur une base fixe 40, par exem-ple un socle bétonné, ou au sommet d'un bâtiment. Les actionneurs 6 et 7 assurent les mêmes fonctions que dans les modes de réalisa-tion expliqués précédemment, mais avec, dans le cas présent des angles d'ouverture et ,B très supérieurs, dans la mesure où il ne s'agit plus de compenser un léger défaut de pointage, mais de réali-ser le pointage proprement dit.

3~

Claims (4)

REVENDICATIONS

1. Une monture d'antenne à pointage réglable, notamment pour une antenne de télécommunications pointant sur un satellite, carac-térisée en ce qu'elle comporte:
-un premier dièdre (ABC,BCD), dont l'un des plans (ABC) est porté par une base support (10), -des moyens (6) de réglage de l'angle (.alpha.) de ce premier dièdre, -un second dièdre (BCD,BDE), dont l'un des plans (BCD) est commun au premier dièdre et dont l'autre plan (BDE) porte des moyens (8) support de l'antenne (9), l'axe (BC) du premier dièdre et l'axe (BD) du second dièdre n'étant ni parallèles ni confondus, et -des moyens (7) de réglage de l'angle (.beta.) de ce second dièdre.

2. La monture de la revendication 1, comportant:
-une première structure (1), définissant un premier triangle (ABC), solidaire de ladite base support, -une deuxième structure (2), définissant un deuxième triangle (BCD), le premier et le deuxième triangle possédant un côté
commun (BC) pourvu d'une première liaison articulée (4), de manière à constituer le premier dièdre, les moyens (6) de réglage de l'angle du premier dièdre étant interposés entre le sommet (A) du premier triangle opposé au côté d'articulation et le sommet (D) du deuxième triangle opposé à ce même côté, et -une troisième structure (3), définissant un troisième triangle (BDE), le deuxième et le troisième triangle possédant un côté
commun (BD) pourvu d'une seconde liaison articulée (5), de manière à constituer le second dièdre, les moyens (7) de réglage de l'angle du second dièdre étant interposés entre le sommet (D) du deuxième triangle opposé au côté d'articulation et le sommet (E) du troisième triangle opposé à ce même côté.

3. La monture de la revendication 2, dans laquelle les moyens de réglage du premier et du second dièdre sont séparables desdites structures, de manière à permettre un repliement à plat de la mon-ture par fermeture des deux dièdres.

4. La monture de la revendication 1, dans laquelle les moyens (6, 7) de réglage des angles du premier et du second dièdre sont com-mandés par des moyens calculateurs (26), propres à transformer des valeurs de consigne exprimées en angles de site (S) et d'azimut (A) en des signaux de commande directe de la position de ces moyens de réglage.