EP0856908B1 - Antenna beamforming device for channel multiplex systems - Google Patents
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- EP0856908B1 EP0856908B1 EP98400184A EP98400184A EP0856908B1 EP 0856908 B1 EP0856908 B1 EP 0856908B1 EP 98400184 A EP98400184 A EP 98400184A EP 98400184 A EP98400184 A EP 98400184A EP 0856908 B1 EP0856908 B1 EP 0856908B1
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- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q21/00—Antenna arrays or systems
- H01Q21/0006—Particular feeding systems
- H01Q21/0018—Space- fed arrays
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- 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
- H01Q19/18—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 having two or more spaced reflecting surfaces
- H01Q19/19—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 having two or more spaced reflecting surfaces comprising one main concave reflecting surface associated with an auxiliary reflecting surface
- H01Q19/192—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 having two or more spaced reflecting surfaces comprising one main concave reflecting surface associated with an auxiliary reflecting surface with dual offset reflectors
Definitions
- the present invention relates generally to a beam forming unit which carries a plurality frequency multiplexed channel signals.
- the unit multiplex, or combine, spatially in the same beam this plurality of channel signals.
- this training unit for beam belongs to a repeater output stage of a satellite.
- the satellite is for example a satellite of broadcast television signals and produce a beam of emission covering an area on the ground.
- this stage output includes a plurality of amplifiers each intended to amplify a respective channel signal as well than an output "multiplexer".
- the various channel signals are each amplified by a respective amplifier in order to minimize the distortions resulting from the non-linearity of the amplifiers used.
- the output "multiplexer”, or OMUX (Output MUltipleXer), provided at the output of amplifiers, is as described in the book “Satellite Communications Systems ", G. Maral and M. Bousquet, Edition WILEY, Second Edition, pages 411 and following.
- This multiplexer includes filters and a common guide which is intended to combine the channels after their amplification and individual filtering.
- Filters and guide common are in the form of cavities and the coupling between each filter and the common guide is made through a iris, or cleft.
- One end of the common guide is short-circuited, the other delivers a combined signal conveying all multiplexed channel signals. This combined signal is issued by an antenna.
- EP-A-0638956 There is described an antenna active "offset" comprising a network of sources and a radio lens having a first network of sources said collector. This collector receives and receives a beam concentrate reflected by a first reflector, from the beam emitted by said network of elementary sources.
- a first objective of the invention is to provide a beam forming unit, or combination of channel signals to be transmitted in the same beam, whose power losses are reduced compared to the prior art.
- Another goal of the invention is to provide a combination unit of channel signals to be transmitted in the same weight beam reduced compared to the aforementioned realization of the prior art.
- a unit for combining N signals radio frequencies N being an integer, said numbers N channel signals being produced by N wave sources respective respective radiating waves, said radiating waves being focused on collector network means of the unit capable of multiplexing said waves, is characterized according to the invention in that said network means collector are capable of receiving the N channel signals in respective directions defined by lobes of radiation produced by said network means manifold.
- the collector network means are coupled to transmission network means which transmit the N signals of channel that are combined.
- a dish arranged in a mounting offset from the transmission network means can be used. This parable reflects, in the form of a beam, the N channel signals which are combined.
- the unit further comprises focusing means for focusing the N respectively channel signals on the collector network means, respectively in said directions.
- the focusing means are in the form of substantially reflective elements concaves each associated with a respective one of the signals of channel.
- these elements reflectors are carried by a portion of arc parabolic.
- these elements reflectors are carried by a surface portion of paraboloid.
- a training unit for beam according to the invention is supplied by N sources respective separate 30, 31 and 32, in number N equal to 3 in Figure 1.
- Each source 30, 31 and 32 is for example composed of a cone, typically small.
- a horn comprises a guide portion access, or entry, and a radiating section opening gradually increasing.
- Upstream of each respective N sources 30, 31 and 32 are provided in cascade one power amplifier 10, 11 and 12 and a filter strip 20, 21 and 22.
- the N 3 channel signals S0, S1 and S2 to be sent in the same beam are centered on respective frequencies f0, f1 and f2.
- the frequencies f0, f1 and f2 are located in the frequency band 11.5 GHz-12.5 GHz radio frequencies.
- Each signal S0, S1 and S2 is applied to an input of a respective amplifier 10, 11 and 12 to be amplified at high power.
- Each amplified signal resulting and transmitted through a guide waveform at an input of the corresponding band filter 20, 21 and 22.
- Each filter is in the form of a cavity and filters the signal in the frequency band f0, f1 and f2 of the signal S0, S1 and S2 it receives.
- Filters 20, 21 and 22 have outputs which are respectively coupled to entrances of the horns 30, 31 and 32 through slots.
- the horns 30, 31 and 32 radiate respective waves R0, R1 and R2.
- these waves R0, R1 and R2 are directed towards respective focusing means 40, 41 and 42 which are, in the illustrated embodiment, in the form reflective elements, or mirrors, substantially concave.
- These reflective elements 40, 41 and 42 having a metallic surface, reflect waves R0, R1 and R2 to a collector network 50.
- the concave shape reflective elements 40, 41 and 42 guarantees a focusing the energy of the different waves R0, R1 and R2 on the collector network 50.
- the reflective elements 40, 41, 42, 43 and 44 are carried by an imaginary paraboloid surface. This is reflected in the fact that the centers of the different reflective elements 40, 41, 42 (and possibly 43 and 44) coincide with points of the same parabolic arc imaginary C (or an imaginary paraboloid surface) whose the focal length f coincides with the collector network 50.
- Each wave R0, R1 and R2 is reflected, being focused, towards the collector network 50 according to a particular direction thanks to positioning and appropriate convergence of the reflecting element 40, 41 and 42 which reflects this wave R0, R1 and R2. It is to highlight that waves R0, R1 and R2 could be focused on the collector network 50 through a lens, without reflection.
- d being the distance between two adjacent sources, ⁇ the radiation wavelength, ⁇ the angle between the normal to S0-SM source plan and direction considered, and m a zero integer, positive or negative.
- the radiation pattern can include several maximums if the alignment consists of several sources S0-SM. It is the periodic nature of network of sources which brings up these network lobes in the radiation diagram.
- the collector network 50 is in the form of a network of elements operating in reception.
- this collector network 50 is consisting of (5 x 5) cones arranged in a matrix.
- the collector network 50 is mesh rectangular or triangular.
- the geometric structure "periodic" of the collector network 50 is such that the network has the characteristics of a network of sources, to say that it is capable, on transmission, of generating several maximums, preferably of substantially amplitudes identical, in respective respective directions. These directions correspond to the directions of radiation of waves R0, R1 and R2 after their reflection respectively on the reflective elements 40, 41 and 42.
- the collector network operates in reception, but taking into account the "reciprocity" of operations of the collector network 50 in transmission and in reception, this results in the fact that on reception, the collector network 50 guarantees mixing, or multiplexing, without high loss between the different radiated waves, or channel signals R0, R1 and R2. It must therefore be remembered that the collector network 50 receives the channel signals R0, R1 and R2 along respective directions defined by lobes theoretical network transmission of these network means collector 50.
- horns of the collector network 50 the various signals of channel R0, R1 and R2 are channeled without high loss.
- the portion of access guide for each horn in the network collector 50 is coupled with an access guide portion of a cornet corresponding to a transmission network 51.
- the channel signals handsets transmitted by the transmission network 51 are reflected by a portion of a dish 6.
- the transmission network 51 is arranged in an "offset" arrangement relative to the parabola 6 according to an assembly known to those skilled in the art so that the beam of F channel signals reflected by the portion of parabola is not directed towards the constituent elements of unity.
- N 3 sources 30, 31 and 32
- the invention can be extended to a higher number of sources.
- the different radiated waves directed towards the collector network 50 can be worn according to axes of the same plane, or the different radiated waves directed to the collector network 50 can be carried by axes belonging to a volume delimited by a cone. This last point results from the fact that for a network of sources of the non-monodimensional type as presented in Figure 2 but two-dimensional, the results obtained with regard to the lobes of network are reproduced in the two dimensions.
- each source to horn such as 30, for a given focal task spreading W0 on the collector network 50, are going to be define the relationship between the distances d0 'and d0 (d0' being the source distance 30-reflecting element 40 and d0 the distance between the reflecting element 40 and the collector network 50), and the convergence of the associated radiating element, here 40.
- the focal spot on the collector network 50 must have a substantially flat equiphase surface as shown in Figure 5. It is shown that the operation of the unit can be approximated completely appropriate by a wave model of the Gaussian optical type.
- Each source, here 30, is in the form of a cornet which is defined by spreading the field W1 over the opening cornet and a length of cornet L.
- the Gaussian wave at the opening of the horn is characterized by the couple (W1, L).
- W (d0), R1 (d0) the couple (W (d0), R1 (d0))
- the collecting network 50 comprises 5 rows of 5 horns.
- the (5x5) cones are arranged in a matrix and the section of the flaring end of each horn is a side square of length equal to 26.2 mm.
- the reflective elements 40, 41, 42, 43 and 44 are carried by an imaginary paraboloid surface whose focal length f coincides with the collector network 50.
- the transmission network 51 comprises 5 ⁇ 5 horns, each supplied by a respective corresponding horn of the collector network 50.
- the radiation diagram is modeled by a cos ⁇ ( ⁇ ) diagram.
- the two matrices associated with the sources illuminating the mirrors 43 and 44 are identical due to the layout symmetrical of these two sources with respect to the network collector 50.
Landscapes
- Aerials With Secondary Devices (AREA)
- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
Description
La présente invention concerne de manière générale une unité de formation d'un faisceau qui véhicule une pluralité de signaux de canal multiplexés en fréquence. L'unité multiplexe, ou combine, spatialement dans un même faisceau cette pluralité de signaux de canal.The present invention relates generally to a beam forming unit which carries a plurality frequency multiplexed channel signals. The unit multiplex, or combine, spatially in the same beam this plurality of channel signals.
Selon une réalisation, cette unité de formation de faisceau appartient à un étage de sortie d'un répéteur d'un satellite. Le satellite est par exemple un satellite de diffusion de signaux de télévision et produit un faisceau d'émission couvrant une zone au sol.According to one embodiment, this training unit for beam belongs to a repeater output stage of a satellite. The satellite is for example a satellite of broadcast television signals and produce a beam of emission covering an area on the ground.
Typiquement, selon la technique antérieure, cet étage de sortie comprend une pluralité d'amplificateurs chacun destiné à amplifier un signal de canal respectif, ainsi qu'un "multiplexeur" de sortie. Les divers signaux de canal sont amplifiés chacun par un amplificateur respectif afin de minimiser les distorsions résultant de la non-linéarité des amplificateurs utilisés. Le "multiplexeur" de sortie, ou OMUX (Output MUltipleXer), prévu en sortie des amplificateurs, est tel que décrit dans l'ouvrage "Satellite Communications Systems", G. Maral et M. Bousquet, Edition WILEY, Seconde Edition, pages 411 et suivantes. Ce multiplexeur comprend des filtres et un guide commun qui est destiné à combiner les canaux après leur amplification et filtrage individuels.Typically, according to the prior art, this stage output includes a plurality of amplifiers each intended to amplify a respective channel signal as well than an output "multiplexer". The various channel signals are each amplified by a respective amplifier in order to minimize the distortions resulting from the non-linearity of the amplifiers used. The output "multiplexer", or OMUX (Output MUltipleXer), provided at the output of amplifiers, is as described in the book "Satellite Communications Systems ", G. Maral and M. Bousquet, Edition WILEY, Second Edition, pages 411 and following. This multiplexer includes filters and a common guide which is intended to combine the channels after their amplification and individual filtering.
Pour réaliser un couplage à pertes réduites entre les filtres et le guide commun, on prévoit généralement de monter directement les filtres sur le guide commun sans utiliser de circulateurs qui ont l'inconvénient d'induire des pertes de puissance élevées. Les filtres et le guide commun sont sous la forme de cavités et le couplage entre chaque filtre et le guide commun est réalisé à travers un iris, ou fente. Une extrémité du guide commun est court-circuitée, l'autre délivre un signal combiné véhiculant tous les signaux de canal multiplexés. Ce signal combiné est émis par une antenne.To achieve reduced loss coupling between the filters and the common guide, we usually plan to mount the filters directly on the common guide without use circulators which have the disadvantage of inducing high power losses. Filters and guide common are in the form of cavities and the coupling between each filter and the common guide is made through a iris, or cleft. One end of the common guide is short-circuited, the other delivers a combined signal conveying all multiplexed channel signals. This combined signal is issued by an antenna.
Les pertes induites par une telle unité de formation de faisceau selon la technique antérieure dans la portion comprise entre les sorties des amplificateurs et l'antenne restent relativement élevées, typiquement voisines de 2dB pour des fréquences élevées, par exemple en bande Ka. En outre, un tel OMUX possède un poids relativement élevé.The losses induced by such a training unit prior art beam in the portion between the outputs of the amplifiers and the antenna remain relatively high, typically close to 2dB for high frequencies, for example in Ka band. In in addition, such an OMUX has a relatively high weight.
L'état de la technique le plus proche est représenté par le document. EP-A-0638956. Il y est décrit une antenne active "offset" comportant un réseau de sources et une lentille radioélectrique ayant un premier réseau de sources dit collecteur. Ce collecteur reçoit et capte un faisceau concentré réfléchi par un premier réflecteur, à partir du faisceau émis par ledit réseau de sources élémentaires.The closest state of the art is shown by the document. EP-A-0638956. There is described an antenna active "offset" comprising a network of sources and a radio lens having a first network of sources said collector. This collector receives and receives a beam concentrate reflected by a first reflector, from the beam emitted by said network of elementary sources.
Cependant, une telle antenne ne garantit pas de capter au niveau du collecteur les différentes ondes rayonnées de façon optimale.However, such an antenna does not guarantee to receive at the collector the different radiated waves of optimally.
Ainsi, un premier objectif de l'invention est de fournir une unité de formation de faisceau, ou unité de combinaison de signaux de canal à émettre dans un même faisceau, dont les pertes de puissance sont réduites comparativement à la technique antérieure. Un autre objectif de l'invention est de fournir une unité de combinaison de signaux de canal à émettre dans un même faisceau de poids réduit comparativement à la réalisation précitée de la technique antérieure.Thus, a first objective of the invention is to provide a beam forming unit, or combination of channel signals to be transmitted in the same beam, whose power losses are reduced compared to the prior art. Another goal of the invention is to provide a combination unit of channel signals to be transmitted in the same weight beam reduced compared to the aforementioned realization of the prior art.
A cette fin, une unité pour combiner N signaux radioélectriques de canal, N étant un nombre entier, lesdits N signaux de canal étant produits par N sources d'ondes rayonnantes respectives séparées, lesdites ondes rayonnantes étant focalisées sur des moyens de réseau collecteur de l'unité aptes à multiplexer lesdites ondes, est caractérisée selon l'invention en ce que lesdits moyens de réseau collecteur sont aptes à recevoir les N signaux de canal selon des directions respectives définies par des lobes de rayonnement produits par lesdits moyens de réseau collecteur.To this end, a unit for combining N signals radio frequencies, N being an integer, said numbers N channel signals being produced by N wave sources respective respective radiating waves, said radiating waves being focused on collector network means of the unit capable of multiplexing said waves, is characterized according to the invention in that said network means collector are capable of receiving the N channel signals in respective directions defined by lobes of radiation produced by said network means manifold.
Pour émettre les signaux ainsi combinés, il peut être prévu que les moyens de réseau collecteur sont couplés à des moyens de réseau d'émission qui émettent les N signaux de canal qui sont combinés.To transmit the signals thus combined, it can be provided that the collector network means are coupled to transmission network means which transmit the N signals of channel that are combined.
En outre, une parabole disposée selon un montage offset par rapport aux moyens de réseau d'émission peut être utilisée. Cette parabole réfléchit, sous la forme d'un faisceau, les N signaux de canal qui sont combinés.In addition, a dish arranged in a mounting offset from the transmission network means can be used. This parable reflects, in the form of a beam, the N channel signals which are combined.
Avantageusement, l'unité comprend, en outre, des moyens de focalisation pour focaliser respectivement les N signaux de canal sur les moyens de réseau collecteur, respectivement selon lesdites directions.Advantageously, the unit further comprises focusing means for focusing the N respectively channel signals on the collector network means, respectively in said directions.
Selon une réalisation, les moyens de focalisation sont sous la forme d'éléments réfléchissants sensiblement concaves chacun associé à l'un respectif des signaux de canal.According to one embodiment, the focusing means are in the form of substantially reflective elements concaves each associated with a respective one of the signals of channel.
Selon une première variante, ces éléments réfléchissants sont portés par une portion d'arc parabolique.According to a first variant, these elements reflectors are carried by a portion of arc parabolic.
Selon une seconde variante, ces éléments réfléchissants sont portés par une portion de surface de paraboloïde.According to a second variant, these elements reflectors are carried by a surface portion of paraboloid.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaítront plus clairement à la lecture de la description suivante, en référence aux dessins annexés correspondants, dans lesquels:
- la figure 1 est un bloc-diagramme d'une unité selon l'invention de combinaison de signaux de canal à émettre dans un même faisceau;
- la figure 2 est une représentation d'un réseau de sources pour expliquer l'invention;
- la figure 3 est une vue de dessus d'éléments réfléchissants formant partie de l'unité selon une variante de l'invention;
- les figures 4 et 5 montrent respectivement une partie de l'unité selon l'invention et un tube de champ pour expliquer le dimensionnement de l'unité selon l'invention; et
- la figure 6 montre une pluralité de courbes isoniveaux telles qu'obtenues selon l'invention.
- FIG. 1 is a block diagram of a unit according to the invention for combining channel signals to be transmitted in the same beam;
- Figure 2 is a representation of a network of sources to explain the invention;
- Figure 3 is a top view of reflective elements forming part of the unit according to a variant of the invention;
- Figures 4 and 5 respectively show part of the unit according to the invention and a field tube to explain the dimensioning of the unit according to the invention; and
- Figure 6 shows a plurality of isonevel curves as obtained according to the invention.
En référence à la figure 1, une unité de formation de
faisceau selon l'invention est alimentée par N sources
respectives séparées 30, 31 et 32, en nombre N égal à 3 dans
la figure 1. Chaque source 30, 31 et 32 est par exemple
composée d'un cornet, typiquement de petite taille. De
manière connue, un cornet comprend une portion de guide
d'accès, ou d'entrée, et une ouverture rayonnante à section
progressivement croissante. En amont de chacune respective
des N sources 30, 31 et 32, sont prévus en cascade un
amplificateur de puissance 10, 11 et 12 et un filtre de
bande 20, 21 et 22.Referring to Figure 1, a training unit for
beam according to the invention is supplied by N sources
respective separate 30, 31 and 32, in number N equal to 3 in
Figure 1. Each
Les N=3 signaux de canal S0, S1 et S2 à émettre dans
un même faisceau sont centrés sur des fréquences respectives
f0, f1 et f2. Par exemple, les fréquences f0, f1 et f2
distinctes sont situées dans la bande des fréquences
radioélectriques 11,5 GHz-12,5 GHz. Chaque signal S0, S1 et
S2 est appliqué à une entrée d'un amplificateur respectif
10, 11 et 12 pour être amplifié à haute puissance. Chaque
signal amplifié résultant et transmis à travers un guide
d'onde à une entrée du filtre de bande correspondant 20, 21
et 22. Chaque filtre est sous la forme d'une cavité et
filtre le signal dans la bande de fréquence f0, f1 et f2 du
signal S0, S1 et S2 qu'il reçoit. Les filtres 20, 21 et 22
ont des sorties qui sont couplées respectivement à des
entrées des cornets 30, 31 et 32 à travers des fentes. Les
cornets 30, 31 et 32 rayonnent des ondes respectives R0, R1
et R2.The N = 3 channel signals S0, S1 and S2 to be sent in
the same beam are centered on respective frequencies
f0, f1 and f2. For example, the frequencies f0, f1 and f2
are located in the frequency band
11.5 GHz-12.5 GHz radio frequencies. Each signal S0, S1 and
S2 is applied to an input of a
Avantageusement, ces ondes R0, R1 et R2 sont dirigées
vers des moyens de focalisation respectifs 40, 41 et 42 qui
sont, dans la réalisation illustrée, sous la forme
d'éléments réfléchissants, ou miroirs, sensiblement
concaves. Ces éléments réfléchissants 40, 41 et 42,
présentant une surface métallique, réfléchissent les ondes
R0, R1 et R2 vers un réseau collecteur 50. La forme concave
des éléments réfléchissants 40, 41 et 42 garantit une
focalisation de l'énergie des différentes ondes R0, R1 et R2
sur le réseau collecteur 50.Advantageously, these waves R0, R1 and R2 are directed
towards respective focusing means 40, 41 and 42 which
are, in the illustrated embodiment, in the form
reflective elements, or mirrors, substantially
concave. These
Selon la variante illustrée dans la figure 1, les
éléments réfléchissants 40, 41 et 42, en nombre égal à N=3,
sont portés par exemple par un arc parabolique imaginaire C
dont la focale f coïncide avec le réseau collecteur 50.
Selon une autre variante schématisée dans la figure 3, les
sources sont en nombre égal à N=5 et disposées en croix.
Dans ce cas, les éléments réfléchissants 40, 41, 42, 43 et
44 sont portés par une surface de paraboloïde imaginaire.
Cela se traduit par le fait que les centres des différents
éléments réfléchissants 40, 41, 42 (et éventuellement 43 et
44) coïncident avec des points d'un même arc parabolique
imaginaire C (ou une surface de paraboloïde imaginaire) dont
la focale f coïncide avec le réseau collecteur 50.According to the variant illustrated in FIG. 1, the
Chaque onde R0, R1 et R2 est réfléchie, en étant
focalisée, vers le réseau collecteur 50 suivant une
direction particulière grâce à un positionnement et une
convergence appropriés de l'élément réfléchissant 40, 41 et
42 qui réfléchit cette onde R0, R1 et R2. Il est à noter que
les ondes R0, R1 et R2 pourraient être focalisées sur le
réseau collecteur 50 à travers une lentille, sans réflexion.Each wave R0, R1 and R2 is reflected, being
focused, towards the
Les directions particulières respectives selon
lesquelles les ondes R0, R1 et R2 sont émises selon
l'invention, après réflexion, vers le réseau collecteur 50
vont maintenant être explicitées en référence à la figure 2.The respective specific directions according to
which waves R0, R1 and R2 are emitted according to
the invention, after reflection, towards the
De manière connue, un réseau de sources
monodimensionnel, du type montré dans la figure 2,
comprenant (M+1) sources S0, S1, S2, ... et SM alimentées en
phase, produit un diagramme de rayonnement dont les maximums
sont définis par des angles tels que :
d étant la distance entre deux sources adjacentes, λ la longueur d'onde de rayonnement, l'angle entre la normale au plan des sources S0-SM et la direction considérée, et m un entier nul, positif ou négatif.d being the distance between two adjacent sources, λ the radiation wavelength, the angle between the normal to S0-SM source plan and direction considered, and m a zero integer, positive or negative.
La condition pour qu'aucun lobe de réseau,
n'apparaisse est donnée par:
Inversement, si d > λ, il y a apparition de lobes de réseau, et le diagramme de rayonnement peut inclure plusieurs maximums si l'alignement est constitué de plusieurs sources S0-SM. C'est la nature périodique du réseau de sources qui fait apparaítre ces lobes de réseau dans le diagramme de rayonnement.Conversely, if d> λ, there are appearance of lobes of network, and the radiation pattern can include several maximums if the alignment consists of several sources S0-SM. It is the periodic nature of network of sources which brings up these network lobes in the radiation diagram.
En revenant à la figure 1, le réseau collecteur 50 est
sous la forme d'un réseau d'éléments fonctionnant en
réception. Par exemple, ce réseau collecteur 50 est
constitué de (5 x 5) cornets disposés matriciellement.
Typiquement, le réseau collecteur 50 est à maille
rectangulaire ou triangulaire. La structure géométrique
"périodique" du réseau collecteur 50 est telle que le réseau
possède les caractéristiques d'un réseau de sources, c'est à
dire qu'il est apte, en émission, à générer plusieurs
maximums, de préférence d'amplitudes sensiblement
identiques, dans des directions respectives distinctes. Ces
directions correspondent aux directions de rayonnement des
ondes R0, R1 et R2 après leur réflexion respectivement sur
les éléments réfléchissants 40, 41 et 42.Returning to FIG. 1, the
Dans notre cas, le réseau collecteur fonctionne en
réception, mais compte tenu de la "réciprocité" des
fonctionnements du réseau collecteur 50 en émission et en
réception, cela se traduit par le fait qu'en réception, le
réseau collecteur 50 garantit un mélange, ou multiplexage,
sans perte élevée entre les différentes ondes rayonnées, ou
signaux de canal R0, R1 et R2. Il faut donc retenir que le
réseau collecteur 50 reçoit les signaux de canal R0, R1 et
R2 selon des directions respectives définies par des lobes
de réseau théoriques en émission de ces moyens de réseau
collecteur 50.In our case, the collector network operates in
reception, but taking into account the "reciprocity" of
operations of the
Dans les portions de guide d'entrée, ou d'accès, des
cornets du réseau collecteur 50, les différents signaux de
canal R0, R1 et R2 sont canalisés sans perte élevée. La
portion de guide d'accés de chaque cornet du réseau
collecteur 50 est couplée avec une portion de guide d'accès
d'un cornet correspondant d'un réseau d'émission 51. Ce
réseau d'émission 51 est par exemple constitué de (5 x 5)
cornets disposés matriciellement. Il produit les N=3 signaux
de canal R0, R1 et R2 combinés.In the entry guide or access portions,
horns of the
Selon la réalisation illustrée, les signaux de canal
combinés émis par le réseau d'émission 51 sont réfléchis par
une portion de parabole 6. Le réseau d'émission 51 est
disposé selon un montage "offset" relativement à la parabole
6 selon un montage connu de l'homme de l'art de sorte que le
faisceau de signaux de canal F réfléchi par la portion de
parabole ne soit pas dirigé vers les éléments constitutifs
de l'unité.According to the illustrated embodiment, the channel signals
handsets transmitted by the
Bien que dans la partie de la description qui précède,
l'on se soit limité à N=3 sources 30, 31 et 32, l'invention
peut être étendue à un nombre de sources plus élevé. Pour
cela, ou bien les différentes ondes rayonnées dirigées vers
le réseau collecteur 50 peuvent être portées suivant des
axes d'un même plan, ou bien les différentes ondes rayonnées
dirigées vers le réseau collecteur 50 peuvent être portées
par des axes appartenant à un volume délimité par un cône.
Ce dernier point résulte du fait que pour un réseau de
sources du type non pas monodimensionnel tel que présenté
dans la figure 2 mais bi-dimensionnel, les résultats obtenus
en ce qui concerne les lobes de réseau sont reproduits dans
les deux dimensions.Although in the part of the above description,
we limited ourselves to N = 3
Il est à noter qu'un fonctionnement efficace de l'unité selon l'invention est d'autant mieux garanti que les fréquences f0, f1 et f2 des signaux de canal R0, R1 et R2 sont proches et situées dans une bande de fréquences élevées.It should be noted that efficient operation of the unit according to the invention is all the more guaranteed as the frequencies f0, f1 and f2 of channel signals R0, R1 and R2 are close and located in a frequency band high.
En référence à la figure 4, vont maintenant être
précisées les relations de dimensionnement de l'unité selon
l'invention. Plus précisément, concernant chaque source à
cornet, telle que 30, pour une tâche focale donnée
d'étalement W0 sur le réseau collecteur 50, vont être
définies la relation entre les distances d0' et d0 (d0'
étant la distance source 30-élément réfléchissant 40 et d0
la distance élément réfléchissant 40-réseau collecteur 50),
et la convergence de l'élément rayonnant associé, ici 40. La
tache focale sur le réseau collecteur 50 doit posséder une
surface équiphase sensiblement plane comme cela est montré
dans la figure 5. L'on montre que le fonctionnement de
l'unité peut être approximé de manière tout à fait
appropriée par un modèle d'onde de type optique gaussien.Referring to Figure 4, will now be
specified the dimensioning relationships of the unit according to
the invention. Specifically, regarding each source to
horn, such as 30, for a given focal task
spreading W0 on the
Chaque source, ici 30, est sous la forme d'un cornet qui est défini par un étalement du champ W1 sur l'ouverture du cornet et une longueur de cornet L.Each source, here 30, is in the form of a cornet which is defined by spreading the field W1 over the opening cornet and a length of cornet L.
En référence à la figure 5, pour un tube de champ, le
rayon de courbure R et l'étalement W de la distribution de
champ varie tout au long du faisceau, et une zone de champ
équiphase peut être définie en un point quelconque par le
couple (W, R), avec les relations suivantes :
Pour un champ équiphase, donc de rayon de courbure
infini, et d'étalement W0 sur le réseau collecteur 50, il
peut alors être montré que l'étalement W(d0) sur l'élément
réfléchissant est donné par :
L'onde gaussienne au niveau de l'ouverture du cornet
est caractérisée par le couple (W1, L). En écrivant que
cette onde, après propagation sur le trajet de longueur d0'
source 30-élément rayonnant 40, doit avoir pour paramètre
(W(d0), R1(d0)), d0' peut être exprimée en fonction de d0 :
Par ailleurs, la convergence C de l'élément
réfléchissant 40 est donnée par :
R2(d0) étant le rayon de courbure de l'onde au
voisinage de l'élément réfléchissant 40 en provenance de la
source 30, et étant définie par :
Dans ce qui précède, le signe de chaque rayon de courbure doit respecter la règle selon laquelle ledit signe est positif si l'onde diverge et est négatif si l'onde converge.In the above, the sign of each radius of curvature must respect the rule that said sign is positive if the wave diverges and is negative if the wave converges.
Le fonctionnement de l'unité décrite ci-dessus a été
simulée pour la réalisation selon laquelle le réseau
collecteur 50 comprend 5 rangées de 5 cornets. Les (5x5)
cornets sont disposés matriciellement et la section de
l'extrémité d'évasement de chaque cornet est un carré de
côté de longueur égale à 26, 2 mm. Les sources 30, 31, 32,
etc... sont en nombre égal à N=5 et disposées en croix. Dans
ce cas, comme montré dans la figure 3, les éléments
réfléchissants 40, 41, 42, 43 et 44 sont portés par une
surface de paraboloïde imaginaire dont la focale f coïncide
avec le réseau collecteur 50. Le réseau d'émission 51
comprend 5x5 cornets, chacun alimenté par un cornet
correspondant respectif du réseau collecteur 50. Pour chaque
source, le diagramme de rayonnement est modélisé par un
diagramme en cosτ().The operation of the unit described above has been simulated for the realization that the collecting
Ci-après sont données 4 "matrices" de couplage.
Chacune d'elles définit, pour une source donnée, les
coefficients de couplage de chacun des (5x5) cornets du
réseau collecteur 50. Chaque coefficient est donné en
amplitude (dB) et en phase (°) sous la forme d'un couple
(X(dB); Y(°)).
Les deux matrices associées aux sources illuminant les
miroirs 43 et 44 sont identiques en raison de la disposition
symétrique de ces deux sources par rapport au réseau
collecteur 50.The two matrices associated with the sources illuminating the
Ces matrices montrent la bonne constance de la phase pour
chacun des cornets du réseau, ce qui garantit le bon
fonctionnement de l'unité selon l'invention.
Dans la figure 6, sont montrés les lignes isoniveaux des
champs correspondant aux 4 matrices qui montrent que des
spots formés par l'unité de l'invention sont sensiblement
concentriques.These matrices show the good constancy of the phase for each of the horns of the network, which guarantees the proper functioning of the unit according to the invention.
In Figure 6, are shown the isoniveaux lines of the fields corresponding to the 4 matrices which show that spots formed by the unit of the invention are substantially concentric.
Claims (9)
- Unit for combining N radio channel signals (R0, R1, R2), where N is an integer, said N channel signals (R0, R1, R2) being produced by N respective separate sources of radiating waves (30, 31, 32), said radiating waves being focussed on collector array means of the unit adapted to multiplex said waves, characterized in that said collector array means (50) are adapted to receive said N channel signals (R0, R1, R2) in respective directions defined by radiation lobes produced by said collector array means (50).
- A unit according to claim 1 characterized in that said collector array means (50) are coupled to transmit array means (51) that transmit said combined N channel signals (R1, R2, R3).
- A unit according to claim 2 characterized in that said collector array means (50) and said transmit array means (51) are in the form of horns, each horn of the collector array (50) being coupled to a respective horn of the transmit array (51) via I/O waveguides.
- A unit according to either claim 2 or claim 3 characterized in that it includes parabola means (6) disposed in an offset arrangement relative to said transmit array means (51), said parabola means reflecting said combined N channel signals (R1, R2, R3) in the form of a beam (F).
- A unit according to any preceding claim characterized in that said unit includes focusing means (40, 41, 42) for focusing said N channel signals onto said respective collector array means (50) in said respective directions.
- A unit according to claim 5 characterized in that said focusing means (40, 41, 42) are in the form of substantially concave reflective members each receiving a respective channel signal.
- A unit according to claim 6 characterized in that said reflective members (40, 41, 42) are carried by a parabola arc portion (C).
- A unit according to claim 6 characterized in that said reflective members (40, 41, 42, 43, 44) are carried by a paraboloid surface portion.
- A satellite including a unit according to any preceding claim.
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