EP0030895A1

EP0030895A1 - Procédé de correction de la défocalisation transversale d'un paraboloide et dispositif correspondant de correction d'antenne parabolique

Info

Publication number: EP0030895A1
Application number: EP80401778A
Authority: EP
Inventors: Bernard Hubert
Original assignee: Airbus Group SAS
Current assignee: Airbus Group SAS
Priority date: 1979-12-18
Filing date: 1980-12-11
Publication date: 1981-06-24
Also published as: FR2472284B1; JPH0136282B2; FR2472284A1; CA1156754A; DE3065561D1; EP0030895B1; ATE5285T1; US4365252A; JPS5694805A

Abstract

Procédé et dispositif de correction de la défocalisation transversale d'un paraboloïde dans le cas où ledit paraboloïde est orienté par rapport à la source. Le paraboloïde (10) de foyer (S) est supporté sur une première plate-forme (18) articulée transversalement selon un trapèze déformable autour d'axes (X1-X1', X3-X3', X2-X2', X4-X4'), cette plate-forme étant elle-même articulée orthogonalement sur une seconde plate-form (19) articulée selon un trapèze déformable autour d'axes (Y1-Y1', Y3-Y3', Y2-Y2', Y4-Y4'), ledit trapèze étant lié à la base fixe (12). Les platesformes (18 et 19) sont déplacées à l'aide de dispositifs électromagnétiques (16, 17) connectés à un boîtier d'asservissement (23) relié à un détecteur de dépointage (7). L'invention peut être utilisée pour l'orientation d'antennes paraboliques, notamment pour satellites de radiodiffussion et/ou de télédiffusion.

Description

L'orientation d'un faisceau d'antennes paraboliques et d'un paraboloide en général peut être obtenue de différentes manières.
Lorsque la source est liée rigidement au paraboloide, on peut faire pivoter l'ensemble autour des axes de référence.
Ce peut être le cas des antennes paraboliques montées sur satellite où l'on stabilise alors tout le corps du satellite selon une direction de pointage déterminée.
On peut également constituer l'ensemble source- paraboloide en un socle et orienter ce socle par rapport à son support.
Cette solution est couramment utilisée sur les radars de veille par exemple.
On peut enfin orienter le paraboloide par rapport à la source mais en ce cas apparaît un phénomène de défocalisation qui est à la fois axial et transversal et qui résulte du fait que le point de pivotement ne permet plus d'assujettir le foyer du paraboloide à la source.
Ce dernier cas est pourtant le seul qui puisse être retenu lorsque, par exemple, sur un satellite de radiodiffusion sur lequel on doit réduire les pertes de puissance à l'émission, il importe d'assujettir le cornet contenant la source directement sur le corps même du satellite.
Ainsi, ce satellite est stabilisé grossièrement sur l'axe d'orientation tandis qu'un système de pointage fin amène le foyer du paraboloide dans la direction visée.
De tels systèmes sont bien connus en eux-mêmes et un exemple en est donné dans la demande de brevet français de la Demanderesse N° 79.15 593 intitulée : "Procédé de pilotage d'orientation d'antenne sur un satellite et configuration de détecteurs mettant en oeuvre ce procédé".
Selon cette demande de brevet, l'antenne est liée à une plate-forme orientable par rapport au satellite et le dispositif d'orientation consiste essentiellement en un système électromagnétique particulier qui présente l'avantage d'éliminer les frottements générateurs de couples perturbateurs et qui a été décrit dans une autre demande de brevet européen de la Demanderesse n° 80.400 276.4 intitulée "Procédé électromagnétique pour régler l'orientation d'une plate-forme".
Toutefois, si de tels systèmes résolvent bien les problèmes de frottements par absence de mécanismes, ils n'évitent pas pour autant le phénomène de défocalisation sus-mentionné, qui reste inhérent au fait que le point virtuel de rotation du paraboloide est situé derrière ce paraboloide, donc très en arrière du foyer.
On pourrait envisager un dispositif permettant d'atténuer cette défocalisation à partir d'un système tripode ou tétrapode, du genre tel que celui décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N° 3 871 778 par exemple.
Selon une telle conception, l'ensemble source- paraboloide peut être symboliquement représenté par une pyramide tronquée à base triangulaire (ou carrée) dans laquelle la source fixe serait au sommet de ladite pyramide et la directrice du paraboloide perpendiculaire au plan de la partie tronquée ; la base étant pour sa part assujettie à une partie fixe.
De la sorte, la partie tronquée étant liée à cette base par des éléments axialement déformables axés selon les arêtes, il est possible d'obtenir par rotation des points de liaison, un déplacement des côtés de ladite partie tronquée qui s'effectue alors sensiblement dans le plan des faces latérales de ladite pyramide amenant ainsi un minimum d'écart entre le foyer et la source.
Malheureusement pour un tel dispositif, la raideur en torsion axiale reste très faible, ce qui requiert par exemple des moyens complémentaires avec parallèlogrammes tels que ceux qui sont décrits dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique sus-mentionné.
De plus, lorsque le système est tripode, il est nécessaire de combiner les détections d'erreurs de pointage pour la commande des moteurs d'orientation, ce qui requiert un couplage des axes en X et en Y.
Enfin, l'adaptation des techniques électromagnétiques révélées par la Demanderesse dans sa demande de brevet européen N° 80.400 276.4 sus-indiquée, serait peu compatible avec de tels systèmes tripodes ou tétrapodes en raison de l'important débattement axial résultant qui diminue d'autant l'efficacité de l'installation du fait de l'importance des entrefers nécessaires.
En conséquence, l'invention propose un procédé de correction de défocalisation transversale d'un paraboloide qui ne présente aucun des inconvénients précédemment décrits.
Selon l'invention, le paraboloide est supporté sur une première plate-forme articulée transversalement selon un trapèze déformable et ladite première plate-forme est elle-même articulée orthogonalement sur une seconde plate-forme articulée selon un trapèze déformable lié à la base fixe.
De la sorte et sous l'action de moyens moteurs appropriés asservis agissant de manière indépendante sur les mouvements transversaux des plates-formes, le foyer du paraboloide peut rester sensiblement confondu avec la source à une erreur du second degré près, négligeable dans la pratique mais qui sera néanmoins explicitée dans la suite du présent texte.
L'invention va être, de toutes manières, bien comprise dans la suite du présent texte qui donne, à titre d'exemple et à l'appui des dessins annexés, une forme de réalisation préférée de ladite invention pour un réflecteur d'antenne parabolique pour satellite.
Sur les dessins :

la figure 1 est un schéma en coupe représentant une source liée à un paraboloide, l'ensemble étant assujetti au corps proprement dit ;
la figure 2 est un schéma en coupe représentant une source liée au paraboloide, l'ensemble étant pivoté sur le corps proprement dit ;
la figure 3 est un schéma en coupe représentant une source non liée au paraboloide qui est lui-même orientable par rapport au corps proprement dit ;
la figure 4 est une vue schématique en perspective montrant les moyens mis en oeuvre dans l'invention pour corriger la défocalisation transversale d'un paraboloide ;
la figure 5 est un schéma géométrique montrant comment la correction de défocalisation transversale est obtenue dans une première conception selon l'invention ;
la figure 6 est un schéma géométrique montrant comment la correction de défocalisation transversale est obtenue dans une seconde conception selon l'invention ;
la figure 7 est un schéma géométrique montrant comment la correction de défocalisation transversale est obtenue dans une troisième conception selon l'invention ; et
la figure 8 est une schématique en perspective montrant des moyens électromagnétiques connus de déplacement des plates-formes.

Sur la figure 1, le paraboloide 1 est lié par le bâti 3 à la source S du cornet 2 située au foyer F et la directrice Z est orientée par pivotement du corps 4 autour des axes XX' et/ou YY'.
Sur la figure 2, le paraboloide 1' est lié par le bâti 3' à la source S du cornet 2' située au foyer F et la directrice Z est orientée par pivotement de la rotule 5 autour des axes XX' et/ou YY'.
Par contre et si l'on se reporte à la figure 3, on voit que lorsque le paraboloïde 1" doit être orienté selon 6 en X et Y par rapport au bâti 3" lié à la source S du cornet 2", des problèmes apparaissent essentiellement au niveau de la défocalisation transversale.
En négligeant la défocalisation axiale qui reste relativement faible, on peut analyser l'importance de cette défocalisation transversale en se référant à l'étude de M. L_EO THOUREC faite dans "Les Techniques de l'Ingénieur" réf. _E 3086, page 11 : "Si le cornet (contenant la source S) se trouve déplacé suivant une ligne perpendiculaire à l'axe de symétrie et passant par le foyer (F), la variation de phase correspondante est une fonction impaire et il apparaît une déviation de direction de rayonnement maximal.
Si le centre de phase est en S, la direction SO faisant avec OZ un angle e, il s'ensuit une variation de phase 0 (y) sur l'ouverture AB qui entraîne une déviation du faisceau... et une dissymétrie dans le diagramme de rayonnement..., un lobe secondaire important apparaît du côté opposé à la déviation (lobe de coma).
La défocalisation se traduit toujours par des pertes sur le gain de l'antenne car les faisceaux s'élargissent du fait que les rayons réfléchis par le réflecteur ne sont plus parallèles".
Dans certaines applications spatiales, selon la figure 3, le corps 4" du satellite est orienté selon OZ par ses moyens de correction d'attitude propres tandis que le pointage qui selon OZ, est obtenu à l'aide de moyens appropriés par correction autour des axes XX' et/ou YY' selon le point d'articulation 0 situé en 6, ce qui fait apparaître le défaut de défocalisation transversale sus-mentionné.
Ainsi, pour le satellite INTELSAT 5 par exemple, une valeur de a = 5° a été admise.
Par contre sur les satellites de radiodiffusion pour lesquels une règlementation très stricte limite étroitement le gabarit du faisceau émis, il est imposé une valeur a de 1° tolérée à + 0,02° près, ce qui correspond pratiquement à environ + 1 mm de défocalisation transversale entre foyer et source et qui ne peut être assuré par les moyens actuels connus.
A cet effet, l'invention propose un procédé de correction de la défocalisation transversale d'une antenne parabolique qui ne présente pas les inconvénients précités.
Selon l'invention, le foyer F du paraboloide est maintenu dans le voisinage immédiat de la source S par le fait que le point O est déplacé transversalement à l'axe SZ de pointage, à l'aide d'un dispositif représenté schématiquement sur la figure 4 et dont le principe est exposé sur la figure 5 ou en variante sur les figures 6 et 7.
Sur la figure 4, le paraboloide 10 de foyer F centré en S est lié par un pylône 9 à une première plate-forme 18 en trapèze articulé autour des axes XX' selon A - B - C et D de la figure 5.
Les côtés AB et CD sont disposés au repos en direction des points confondus F et S.
La première plate-forme est articulée sur une deuxième plate-forme 19 en trapèze articulé sur la base 12 autour des axes Y - Y' selon A, B, C et D, figure 5.
Les côtés AB et CD sont également disposés au repos en direction des points confondus F et S.
Il est aisé de constater de la sorte que lorsque le trapèze articulé, formé par la plate-forme 18 ou la plate-forme 19, est déplacé par pivotement autour des axes d'articulation Xl, Xl' - X3, X3' et X2, X2' - X4, X4' pour la plate-forme 18 et Yl, Yl' - Y3, Y3' et Y2, Y2' - Y4, Y4' pour la plate-forme 19, le foyer F du paraboloide 10 va se trouver déplacé vers F' conformément à ce qui est représenté sur la figure 5.
Selon cette figure 5, la rotation de la droite BC autour du point F est obtenue par déformation du trapèze articulé ABCD et cette déformation A.B'.C'D permet de conjuguer rotation et translation de la droite BC de telle sorte que les déplacements du point F sur la médiatrice de BC restent très faibles au cours du mouvement.
Ainsi par une rotation de BC autour de E seulement, le point F se déplacerait de d = EFa.
Dans le cas présent, ce point F va se déplacer en _F' d'une quantité d ≃ ka², c'est-à-dire d'un terme du 2ème ordre en a si, bien entendu, AB et DC convergent initialement tous deux vers ce point F.
Selon la figure 6, dans une conception similaire à la figure 5, la base BC est cette fois fixe alors que la base AD est déformable selon A'D'. Là encore, F va se déplacer en F' d'une quantité d ≃ ka², c'est-à-dire d'un terme du 2ème ordre en a si, bien entendu, AB et DC convergent initialement vers F.
Les figures 5 et 6 représentent les cas où BC et AD sont initialement parallèles.
Il est possible de concevoir d'autres cas où ils ne seraient plus parallèles, tel que cela est représenté par exemple sur la figure 7, mais néanmoins la convergence initiale de AB et DC en F devrait être conservée.
Bien entendu, la droite de visée F-S → Z reste dans tous les cas initialement perpendiculaire à la droite BC, c'est-à-dire E = 90°.
Le déplacement du foyer F en F' découle de lois géométriques classiques qui ne seront pas exposées ici.
Seul, peut être pris en considération le fait que ce déplacement résulte d'un terme du second ordre qui reste toujours dans les limites acceptables dans la pratique. Ainsi, on peut atteindre, avec un choix convenable de paramètres, une défocalisation < 1 mm pour un angle avoisinant 1°, ce qui est convenable sur une antenne de satellite de radiodiffusion.
Il doit être noté qu'une légère anomalie de convergence de AB et CD en avant ou en arrière de F-S n'est pas rédhibitoire en regard de l'application du procédé selon l'invention, seule la recherche de la minimisation de la défocalisation F → F' doit guider le choix de l'adaptation des paramètres.
Dans cet esprit, il pourrait, de même, être envisagé, pour des applications particulières, un choix différent de point de convergence pour une plate-forme par rapport à l'autre.
En revenant à la figure 4, on voit que les plates-formes 18 et 19 sont déplacées orthogonalement à l'aide de dispositifs électromagnétiques asservis à un détecteur de dépointage, ce qui autorise une grande raideur en torsion de l'ensemble.
Ces dispositifs électromagnétiques peuvent être du genre tel que ceux décrits dans la demande de brevet N° 79.05 283 précitée, repérés 16 - 17 sur la figure 4 et représentés à plus grande échelle sur la figure 8 et pour lesquels le principe de fonctionnement est rappelé ci-après.
Chaque plate-forme 18 ou 19 porte donc un bobinage plat situé dans son plan et dont les brins sont dans le sens du déplacement. Ces bobinages 21 et 22 sont connectés à un boîtier d'asservissement 23 relié à un détecteur de dépointage 7 (non représenté).
Les commandes d'ordre étant ainsi découplées, chaque bobinage voit le sens de circulation du courant s'établir selon, par exemple, les flèches de la figure 8.
Chaque bobinage est chevauché par un couple d'aimants 24 - 25, de polarité inversée, qui sont assujettis à la base fixe 12 par un support 26. La disposition des aimants et des bobines peut être inversée sans changer le résultat.
Selon le sens de circulation du courant et de son intensité, chaque plate-forme 18 ou 19 va donc se déplacer dans le champ magnétique dans le sens des flèches fl ou f2 avec plus ou moins d'amplitude et ce conformément à la loi de LAPLACE.
De la sorte, du sens et de la valeur du courant envoyé sur chaque bobine vont dépendre le sens et la grandeur du déplacement de chaque plate-forme.
Bien entendu, la translation des plates-formes ne s'exerçant pas rigoureusement dans un plan, il importe de prévoir un espace de débattement (flèches el, e2, e3, e4) pour chaque plate-forme.
Il est bien entendu possible de prévoir deux dispositifs par plate-forme sans que le principe ne s'en trouve modifié pour autant, chacun desdits dispositifs étant électriquement couplé en parallèle sur la boîte 23 (ou en redondance).
Il est de même à noter que pour les paraboloïdes utilisés dans le domaine électromagnétique des micro-ondes, la source d'émission et/ou de réception est, selon la manière connue, un cornet en guide d'ondes 8 à section progressivement croissante, solidaire de la base fixe.
Le paraboloide constitue le réflecteur d'une antenne parabolique qui peut être mise en oeuvre, à travers l'invention, dans tous les domaines où elle est habituellement utilisée dès l'instant où la source S n'est pas assujettie à la directrice passant par le foyer F.
Ainsi, l'application donnée pour un satellite de radiodiffusion n'est pas un cas restrictif de l'application du procédé conforme à l'invention, mais il n'en constitue au contraire qu'un simple exemple.
Dans cet esprit, toutes les adaptations qui seraient faites de l'invention resteraient dans son cadre, lequel est défini dans les revendications qui suivent.

Claims

1. Procédé de correction de la défocalisation transversale d'un paraboloide lorsque ce dernier doit être orienté par rapport à la source, caractérisé en ce qu'il consiste :

- à assujettir ledit paraboloide (10) à une première plate-forme (18) perpendiculaire à l'axe de symétrie (_Z) passant par le foyer (F) et articulée latéralement sur deux charnières doubles (X3-X3', X4-X4'), elles-mêmes articulées (Xl-Xl', X2-X2') parallèlement sur une deuxième plate-forme (19),

- à articuler ladite deuxième plate-forme (19) en ses côtés latéraux et orthogonalement sur deux charnières doubles (Y3-Y3', Y4-Y4'), elles-mêmes articulées (Yl-Yl', Y2, Y2') parallèlement sur la partie fixe (12),

- à orienter (AB-DC) lesdites charnières doubles sensiblement et conjointement dans la direction du foyer (F) du paraboloïde initialement confondu avec la source (S),

- à disposer de moyens (16, 17) de déplacement desdites plates-formes (18, 19),

- à asservir cesdits moyens de déplacement à un détecteur de dépointage (7),

lesdites actions ayant pour effet de corriger en permanence la défocalisation transversale du paraboloïde (10) en maintenant constamment son foyer (F) dans le voisinage immédiat de la source (S).

2. Procédé de correction de la défocalisation transversale d'un paraboloide selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à orienter (AB-DC) les charnières doubles différemment sur l'axe de symétrie (Z) du paraboloide (10) sensiblement en direction du foyer (F) qui est initialement confondu avec la source (S).

3. Procédé de correction de la défocalisation transversale d'un paraboloide selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il consiste à disposer les plates-formes (18, 19) entre la source (S) et la partie fixe (12).

4. Procédé de correction de la défocalisation transversale d'un paraboloide selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il consiste à disposer les plates-formes (18, 19) à l'arrière de la partie fixe (12) par rapport à la source (S).

5. Procédé de correction de la défocalisation transversale d'un paraboloide selon les revendications 1, 2 et 3, caractérisé en ce qu'il consiste à décentrer l'axe de symétrie (Z) du paraboloide (10) par rapport au milieu des plates-formes (18, 19).

6. Antenne parabolique selon le procédé défini dans l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'elle comporte :

- une première plate-forme (18) perpendiculaire à l'axe de symétrie (Z) passant par le foyer (F) du paraboloide (10) auquel elle est assujettie,

- un premier jeu de deux charnières doubles articulées (X3-X3', X4-X4'), d'un côté, parallèlement sur deux côtés de ladite première plate-forme (18) et articulées (Xl-Xl', X2-X2'), de l'autre côté, parallèlement sur deux côtés d'une deuxième plate-forme (19),

- une deuxième plate-forme (19) articulée, d'un côté, sur lesdites deux charnières doubles et d'un autre côté et orthogonalement, sur deux autres charnières doubles,

- un deuxième jeu de deux charnières doubles articulées (Y3-Y3', Y4-Y4') sur deux côtés de ladite deuxième plate-forme (19) et articulées (Yl-Yl', Y2-Y2'), d'un autre côté, parallèlement sur la partie fixe (12),

- des moyens électromagnétiques (16-17) pour déplacer lesdites plates-formes (18, 19),

- et un moyen d'asservissement (23) desdits moyens électromagnétiques à un détecteur de dépointage (7).

7. Antenne parabolique selon la revendication 6, caractérisée en ce que les moyens de déplacement comportent :

- au moins un bobinage plat (21 ou 22) sur le côté de chaque plate-forme (18, 19), dont les brins sont perpendiculaires au sens de déplacement (fl ou f2) de ladite plate-forme,

- un couple d'aimants (24, 25), lié à la partie fixe (12) ou mobile devant se déplacer par rapport à la bobine, chevauchant chaque bobinage (21, 22), et disposé de telle sorte que le champ magnétique coupe les conducteurs des bobines afin de produire par les forces Laplaciennes l'amplitude du déplacement dans un sens ou dans l'autre selon le sens de circulation du courant dans lesdits conducteurs de bobinage,

- un boîtier d'asservissement (23) recevant des signaux du détecteur de dépointage (7) et fournissant un courant proportionnel sur les bobinages (21, 22).

8. Satellite de radiodiffusion et/ou de télédiffusion selon l'ensemble des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la défocalisation transversale est inférieure à 1 mm pour un angle de dépointage d'environ 1°.