EP0274693B1 - Antenne de télécommunications à réflecteur - Google Patents

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EP0274693B1
EP0274693B1 EP87118617A EP87118617A EP0274693B1 EP 0274693 B1 EP0274693 B1 EP 0274693B1 EP 87118617 A EP87118617 A EP 87118617A EP 87118617 A EP87118617 A EP 87118617A EP 0274693 B1 EP0274693 B1 EP 0274693B1
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EP
European Patent Office
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reflector
source
antenna
axis
cone
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EP87118617A
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German (de)
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Eric Begout
Alain Bourgeois
Raymond Gueuret
Pascal Lapeyre
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Alcatel CIT SA
Original Assignee
Alcatel Telspace SA
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q19/00—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic
    • H01Q19/10—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using reflecting surfaces
    • H01Q19/12—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using reflecting surfaces wherein the surfaces are concave
    • H01Q19/13—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using reflecting surfaces wherein the surfaces are concave the primary radiating source being a single radiating element, e.g. a dipole, a slot, a waveguide termination
    • H01Q19/132—Horn reflector antennas; Off-set feeding
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/12—Supports; Mounting means
    • H01Q1/125—Means for positioning

Definitions

  • the present invention relates to a telecommunications antenna.
  • the antenna with structure of revolution has the advantage of a good purity of polarization. But the existence of a mask due to the power source essentially deteriorates the yield and the radiation patterns.
  • An antenna with an eccentric structure has the advantage of not having a mask due to the power source, but, on the other hand, its polarization purity is poor.
  • the antennas of the prior art can be associated with common mounts either of the XY type or of the Azimut-Elevation (or AZ-EL) type.
  • the main drawback of the XY mount is the absence of a vertical axis which forces the operator to make conversions to switch to local references (horizontal and vertical of the installation location).
  • This type of frame also requires the use of conversion tables which can be detrimental for the installation time.
  • Mounts of the AZ-EL type having a vertical axis, have the advantage of making the azimuth settings, referenced relative to geographic or magnetic north, and elevation, referenced on the horizontal of the place, independent.
  • the object of the present invention is to overcome these drawbacks.
  • Such an antenna has the great advantage of being a small diameter reflector antenna designed to have very high level emission and reception radio performance, mechanical performance meeting very severe requirements, great ease of installation, and d '' be an antenna whose industrial development calls on economic technologies.
  • FIG. 1 represents an antenna with a structure of revolution.
  • the power source 1 forms a mask 2 for the beam reflected 3 by the reflector 4.
  • FIG. 2 represents an antenna with an eccentric structure.
  • the source 1 is then located outside the beam reflected 3 by the reflector 4.
  • the antenna according to the invention as shown in FIG. 3, comprises a reflector 4 with semi-centered geometry, and a source 1 which only very little masks the beam reflected 3 by the reflector 4.
  • l offset angle ⁇ angle between the focal axis ⁇ Foc and the median radius 5 of the total beam illuminating the reflector and coming from the source
  • 25 ° ⁇ ⁇ 35 ° when the half-angle of illumination of the reflector ⁇ , seen from the source: 45 ° ⁇ ⁇ 55 °.
  • the antenna mount is an AZ-EL type mount.
  • the interlocking of the two cones 18 and 19, as shown in FIG. 5, constitutes the azimuth axis ⁇ AZ, the axis 20 materializing the elevation axis ⁇ EL.
  • the antenna By modifying the coupling of the two inclined planes 16 and 17; in a first position the antenna can be made integral with the horizontal floor 24, in a second position it can be made integral with a vertical wall 26.
  • the ribs 31 and 28 respectively located under the internal faces of the lower 18 and upper 19 cones allow the stiffening of the foundry parts: They allow better resistance to the wind of the antenna.
  • the upper cone 19 can be provided with several reference lugs for positioning, for example, a small tool supporting a compass which makes it possible to orient the antenna precisely during its positioning.
  • the source support 13 1 is designed to mask as little as possible the waves reflected by the reflector. It may have a pointed cross section.
  • Such an antenna in a monopolar version, allows the reception of signals from satellites, in the band 10.7 to 12.75 GHz.
  • the installation time for the complete antenna for a diameter of less than 1.50 m is approximately 15 minutes. Pointing accuracy is better than 0.1 °. Stability is better than 0.08 ° for a wind less than 20m / s.

Landscapes

  • Aerials With Secondary Devices (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Description

  • La présente invention concerne une antenne de télécommunications.
  • En effet le développement des Télécommunications, notamment par satellite (Réception et Emission de données, Réception TV) exige des antennes aux performances radioélectriques et mécaniques de plus en plus sophistiquées. Néanmoins la multiplication des utilisateurs potentiels amène à concevoir des produits qui, bien que très performants, demeurent à des niveaux de coût faibles.
  • Les antennes à réflecteurs classiques sont soit à structure de révolution soit à structure excentrée.
  • L'antenne à structure de révolution possède l'avantage d'une bonne pureté de polarisation. Mais l'existence d'un masque dû à la source d'alimentation détériore essentiellement le rendement et les diagrammes de rayonnement.
  • Une antenne à structure excentrée posséde l'avantage de ne pas présenter de masque dû à la source d'alimentation mais, par contre, sa pureté de polarisation est médiocre.
  • Ainsi un document de l'art connu, le brevet français numéro FR-A-1 020 553, décrit un système d'antenne pour appareils fonctionnant sur microondes ayant les caractéristiques suivantes :
    • Ce système comprend un élément de réflexion formé par une section décentrée de paraboloïde;
    • Cette section décentrée est circulaire ou elliptique;
    • La surface de cette section décentrée englobe le sommet de la paraboloïde;
    • Le système comprend également un élément de radiation placé sensiblement au point focal de la paraboloïde;
    • La ligne correspondant à la direction de réaction maximum de l'élément de radiation intersectionne la surface de la section décentrée de paraboloïde en un point tel que les bords de cette section sont baignés uniformément;
    • L'élément de radiation est constitué par un cornet ou pavillon électromagnétique;
    • Le rapport entre les distances séparant le sommet de la paraboloïde des points de la périphérie de la section situés respectivement à la distance maximum et à la distance minimum à partir de ce sommet n'est pas inférieur à quatre à un environ.
  • Les antennes de l'art connu peuvent être associées à des montures courantes soit de type XY, soit de type Azimut-Elevation (ou AZ-EL).
  • Le principal inconvénient de la monture XY est l'absence d'axe vertical qui oblige l'opérateur à faire des conversions pour passer aux références locales (horizontale et verticale du lieu d'installation). ce type de monture nécessite de plus l'emploi de tables de conversion qui peut être pénalisant pour le temps d'installation.
  • Les montures de type AZ-EL, ayant un axe vertical, présentent l'avantage de rendre indépendant les réglages azimut, référencé par rapport au nord géographique ou magnétique, et élévation, référencé sur l'horizontale du lieu.
  • Les montures actuellement disponibles (carrousel, fût, tripode) sont souvent complexes et coûteuses à réaliser.
  • La présente invention a pour objet de pallier ces inconvénients.
  • Elle propose à cet effet une antenne de télécommunications à réflecteur comprenant un réflecteur à géométrie semi-excentrée, une source d'alimentation montée sur une support de source solidaire du réflecteur, un pied d'antenne qui soutient le réflecteur et la source; cette source étant positionnée de telle façon que pour un demi-angle d'éclairement du réflecteur β, vu de la source, tel que : 45°<β<55° on ait un angle d'offset α (angle compris entre l'axe focal ΔFoc et le rayon médian du faisceau éclairant le réflecteur et issu de la source): 25°<α<35°, caractérisée en ce que la monture de l'antenne est du type Azimut-Elévation; en ce que le pied d'antenne est formé de deux parties :
    • une partie inférieure, ou embase, formée d'un fût cylindrique qui se termine en sa partie inférieure par des moyens de fixation, et en sa partie supérieure par un premier plan incliné à 45 °;
    • une partie supérieure qui est munie en sa partie inférieure d'un second plan incliné à 45°, en contact avec le premier, et à sa partie supérieure, d'un dispositif de couplage au réflecteur et à la source de manière à permettre un réglage Azimut-Elévation;
    En ce que le dispositif de couplage comprend un ensemble de deux cônes emboîtés l'un dans l'autre et pouvant tourner l'un part rapport à l'autre autour de leur axe de symétrie ΔAZ, le cône inférieur étant l'extrémité supérieure de la partie supérieure du pied de l'antenne, et le cône supérieur étant un élément d'une pièce intermédiaire qui comporte également un axe dont l'axe de symétrie ΔEL est perpendiculaire à celui ΔAZ du cône supérieur et qui s'étend de part et d'autre de celui-ci; et en ce qu'on prévoit deux paires de colliers, qui chacune ont une première partie solidaire de la face arrière du réflecteur, et une seconde partie complémentaire pour solidariser l'axe à la face arrière tout en permettant une rotation selon l'axe ΔEL; ces deux paires étant situées autour de l'axe, de part et d'autre du cône supérieur.
  • Une telle antenne présente le grand avantage d'être une antenne à réflecteur de faible diamètre conçue pour avoir des performances radioélectriques Emission et Réception de très haut niveau, des performances mécaniques satisfaisant à des exigences très sévères, une grande facilité d'installation, et d'être une antenne dont le développement industriel fait appel à des technologies économiques.
  • L'antenne de l'invention est un compromis entre une antenne symétrique et une antenne offset. Elle permet en effet, de réaliser un compromis entre :
    • Le rendement : Une telle structure permet d'obtenir un rendement de 70 % dans la bande de 10,7 à 12,75 GHz et dans la bande 14 à 14,5 GHz;
    • Le diagramme de rayonnement en copolarisation (polarisation que l'on veut envoyer);
    • Le niveau de contrapolarisation.
  • Son angle d'offset est calculé pour permettre le maximum de gain et donc le meilleur rendement possible, tout en conservant une très bonne contrapolarisation : on occulte très peu, en effet, le faisceau réfléchi par le réflecteur.
    De plus une telle antenne est composée de très peu de pièces et est très facile à mettre en oeuvre: la mise en place pour un installateur moyen est inférieure à une heure. Elle présente une structure compacte ce qui entraîne plusieurs avantages notamment une prise au vent faible, et un porte-à-faux réduit.
  • Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre, à titre d'exemple non limitatif, en référence aux figures annexées sur lesquelles :
    • les figures 1 et 2 représentent deux vues schématiques de dispositifs de l'art connu.
    • La figure 3 représente une vue schématique de l'antenne selon l'invention
    • La figure 4 représente une vue d'une antenne selon l'invention
    • la figure 5 représente une vue en coupe partielle de l'antenne selon l'invention.
  • La figure 1 représente une antenne à structure de révolution. La source d'alimentation 1 forme un masque 2 pour le faisceau réfléchi 3 par le réflecteur 4.
  • La figure 2 représente une antenne à structure excentrée. La source 1 est alors située en dehors du faisceau réfléchi 3 par le réflecteur 4.
  • L'antenne selon l'invention, comme représentée à la figure 3, comporte un réflecteur 4 à géométrie semi-centrée, et une source 1 qui ne masque que très peu le faisceau réfléchi 3 par le réflecteur 4. Dans ce cas on a l'angle d'offset α (angle entre l'axe focal ΔFoc et le rayon médian 5 du faisceau total éclairant le réflecteur et issu de la source) : 25°<α< 35° quand le demi-angle d'éclairement du réflecteur β, vu de la source : 45°<β<55°.
  • Une antenne selon l'invention, comme représentée à la figure 4, comprend :
    • un réflecteur 10 constitué de deux faces :
      • . une face avant 11 qui est la face active ;
      • . une face arrière 12 de renfort qui joue un double rôle : d'une part constituer avec la face active 11 une coque rigide peu déformable, et d'autre part collecter les efforts dûs aux effets du vent sur la monture.
    • un support de source 13 fixé à la face arrière 12 ;
    • un pied formé de deux parties :
      • . une partie inférieure 14, ou embase, formée d'un fût cylindrique qui se termine en sa partie inférieure par des moyens de fixation 15, et en sa partie supérieure par un premier plan 16 incliné à 45° ;
      • . une partie supérieure 9 qui est munie à sa partie inférieure d'un second plan 17 incliné à 45°, en contact avec le premier, et à sa partie supérieure d'un cône 18 :
    • une pièce conique 19 intermédiaire solidaire d'un axe 20 dont l'axe de symétrie ΔEL est perpendiculaire à l'axe ΔAZ du cône et qui s'étend de part et d'autre de celui-ci. Cette pièce conique 19 vient coiffer le cône supérieur 18 du pied de l'antenne.
    • de deux paires de colliers 21 et 22 qui chacune a respectivement une première partie solidaire de la face arrière 12, et une deuxième partie complémentaire pour solidariser l'axe 20 à la face arrière 12 tout en permettant une rotation selon l'axe ΔAZ. Ces deux paires 21 et 22 sont situées autour de l'axe 20 de part et d'autre de la pièce conique 19.
  • La monture de l'antenne est une monture du type AZ-EL. L'emboîtement des deux cônes 18 et 19, comme représenté à la figure 5, constitue l'axe azimut ΔAZ, l'axe 20 matérialisant l'axe élévation ΔEL.
  • La perpendicularité entre ces deux axes ΔAZ et ΔEL est donc assurée par la pièce conique intermédiaire 19 associée à l'axe 20.
  • En modifiant l'accouplement des deux plans inclinés 16 et 17 ; dans une première position l'antenne peut être rendue solidaire du sol horizontal 24, dans une deuxième position elle peut être rendue solidaire d'un mur vertical 26.
  • Le frottement de deux cônes 18 et 19 l'un sur l'autre est possible car le poids de l'antenne proprement dite est faible, du fait qu'elle peut être notamment réalisée en fonderie aluminium.
  • Les nervures 31 et 28 situées respectivement sous les faces internes des cônes inférieur 18 et supérieur 19 permettent la rigidification des pièces en fonderie : Elles permettent une meilleure tenue au vent de l'antenne.
  • Ces deux cônes 18 et 19 sont percés d'ouvertures 29 et 30 permettant le passage de la vis 27 de réglage et de blocage de ces deux cônes l'un par rapport à l'autre, la deuxième ouverture 19 ayant, par exemple, un filetage complémentaire de celui de la vis 27. Cette vis 27 de réglage-blocage permet, en effet, de fixer une position de l'antenne en azimut.
  • Le cône supérieur 19 peut être muni de plusieurs ergots de référence pour positionner, par exemple, un petit outillage supportant une boussole qui permet d'orienter l'antenne précisément lors de sa mise en place.
  • Le support 13 de source 1 est conçu pour masquer le moins possible les ondes réfléchies par le réflecteur. Il peut être de section transversale pointue.
  • Le diagramme de rayonnement d'une telle antenne permet d'obtenir une très bonne marge par rapport aux normes communément admises, (plusieurs dB en dessous de l'enveloppe définie par :

    G ≦ 49 - 10 log ( D λ ) - 25 log ϑ).
    Figure imgb0001
  • Dans un exemple de réalisation, l'antenne selon l'invention a les caractéristiques suivantes :
    • ouverture radioélectrique : 1,20 m.
    • ouverture mécanique : 1,20 m x 1,27 m (ellipse)
    • hauteur : 1,55 m.
  • Une telle antenne, dans une version monopolaire, permet la réception de signaux issus de satellites, dans la bande 10,7 à 12,75 GHz.
  • Dans une autre version, une telle antenne permet l'émission-réception de signaux :
    • émission : dans la bande 14 à 14,5 GHz
    • réception : dans la bande 10,7 à 12,75 GHz.
  • Le temps d'installation de l'antenne complète pour un diamètre inférieur à 1,50 m est d'environ 15 minutes. La précision de pointage est meilleure que 0,1°. La stabilité est meilleure que 0,08° pour un vent inférieur à 20m/s.
  • La conception de l'antenne peut faire appel à des technologies de faible coût, à savoir :
    • pour la monture :
      • . le moulage d'alliage aluminium :
        • . au sable ;
        • . en coquille par gravité ;
        • . sous pression ;
      • . le forgeage liquide ;
      • . le moulage de thermoplastique ou thermodurcissable (renforcé fibre de verre ou non) :
        • . par compression ;
        • . par compression transfert ;
        • . par injection ;
      • . l'estampage de thermoplastique renforcé ;
    • pour le réflecteur :
      • . le formage de tôles d'aluminium ;
      • . le moulage de thermoplastique ou de thermodurcissable (renforcé de fibre de verre ou non) par compression à chaud ou à froid ;
      • . l'estampage de thermoplastique renforcé.
  • Il est bien entendu que la présente invention n'a été décrits et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel et que l'on pourra remplacer ses éléments constitutifs par des éléments équivalents sans, pour autant, sortir du cadre de l'invention.

Claims (4)

  1. Antenne de télécommunications à réflecteur comprenant un réflecteur (4) à géométrie semi-excentrée, une source (9) d'alimentation montée sur une support (13) de source solidaire du réflecteur (4), un pied (9, 14) d'antenne qui soutient le réflecteur et la source; cette source (1) étant positionnée de telle façon que pour un demi-angle d'éclairement du réflecteur β, vu de la source, tel que : 45°<β<55° on ait un angle d'offset α (angle compris entre l'axe focal ΔFoc et le rayon médian du faisceau total éclairant le réflecteur (4) et issu de la source (1)): 25°<α<35°, caractérisée en ce que la monture de l'antenne est du type Azimut-Elévation; en ce que le pied (9, 14) d'antenne est formé de deux parties :
    - une partie inférieure (14), ou embase, formée d'un fût cylindrique qui se termine en sa partie inférieure par des moyens de fixation (15), et en sa partie supérieure par un premier plan (16) incliné à 45 °;
    - une partie supérieure (9) qui est munie en sa partie inférieure d'un second plan (17) incliné à 45°, en contact avec le premier (16), et à sa partie supérieure, d'un dispositif de couplage au réflecteur (4) et à la source (1) de manière à permettre un réglage Azimut-Elévation;
    en ce que le dispositif de couplage comprend un ensemble de deux cônes (18, 19) emboîtés l'un dans l'autre et pouvant tourner l'un par rapport à l'autre autour de leur axe de symétrie ΔAZ, le cône inférieur (18) étant l'extrémité supérieure de la partie supérieure (9) du pied de l'antenne, et le cône supérieur (19) étant un élément d'une pièce intermédiaire qui comporte également un axe (20) dont l'axe de symétrie ΔEL est perpendiculaire à celui ΔAZ du cône supérieur (9) et qui s'étend de part et d'autres de celui-ci; et en ce qu'on prévoit deux paires de colliers (21, 22), qui chacune ont une première partie (21) solidaire de la face arrière (12) du réflecteur (4), et une seconde partie (22) complémentaire pour solidariser l'axe (20) à la face arrière (12) tout en permettant une rotation selon l'axe ΔEL; ces deux paires (21, 22) étant situées autour de l'axe (20), de part et d'autre du cône supérieur (19).
  2. Antenne selon la revendication 1, caractérisée en ce que le cône inférieur (18) et le cone supérieur (19) sont munis de nervures (31 et 28) internes de rigidification.
  3. Antenne selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les deux cônes (18, 19) sont percés d'ouvertures (28, 29) permettant le passage d'une vis de réglage (27) et de blocage de ces cônes (18, 19) l'un par rapport à l'autre.
  4. Antenne selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le support (13) de source (1) a une forme arrondie et a une coupe tranversale pointue de manière à perturber le moins possible l'émission de faisceaux réfléchis par le réflecteur.
EP87118617A 1986-12-18 1987-12-15 Antenne de télécommunications à réflecteur Expired - Lifetime EP0274693B1 (fr)

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FR8617758A FR2608846B1 (fr) 1986-12-18 1986-12-18 Antenne de telecommunications a reflecteur

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EP0274693A1 EP0274693A1 (fr) 1988-07-20
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EP87118617A Expired - Lifetime EP0274693B1 (fr) 1986-12-18 1987-12-15 Antenne de télécommunications à réflecteur

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EP (1) EP0274693B1 (fr)
JP (1) JPS63172503A (fr)
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FR (1) FR2608846B1 (fr)

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