FR2472284A1 - Procede de correction de la defocalisation transversale d'un paraboloide et dispositif correspondant de correction d'antenne parabolique - Google Patents

Abstract

PROCEDE ET DISPOSITIF DE CORRECTION DE LA DEFOCALISATION TRANSVERSALE D'UN PARABOLOIDE DANS LE CAS OU LEDIT PARABOLOIDE EST ORIENTE PAR RAPPORT A LA SOURCE. LE PARABOLOIDE 10 DE FOYER S EST SUPPORTE SUR UNE PREMIERE PLATEFORME 18 ARTICULEE TRANSVERSALEMENT SELON UN TRAPEZE DEFORMABLE AUTOUR D'AXES X1-X1, X3-X3, X2-X2, X4-X4 CETTE PLATEFORME ETANT ELLE MEME ARTICULEE ORTHOGONALEMENT SUR UNE SECONDE PLATEFORME 19 ARTICULEE SELON UN TRAPEZE DEFORMABLE AUTOUR D'AXES Y1-Y1, Y3-Y3, Y2-Y2, Y4-Y4, LEDIT TRAPEZE ETANT LIE A LA BASE FIXE 12. LES PLATEFORMES 18 ET 19 SONT DEPLACEES A L'AIDE DE DISPOSITIFS ELECTROMAGNETIQUES 16, 17 CONNECTES A UN BOITIER D'ASSERVISSEMENT 23 RELIE A UN DETECTEUR DE DEPOINTAGE 7. L'INVENTION PEUT ETRE UTILISEE POUR L'ORIENTATION D'ANTENNES PARABOLIQUES, NOTAMMENT POUR SATELLITES DE RADIODIFFUSION ETOU DE TELEDIFFUSION.

Description

-2472284

L'orientation d'un faisceau d'antennes paraboliques et

d'un paraboloide en général peut être obtenue de différentes maniè-

res. 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 o l'on stabilise alors tout le corps du satellite

selon une direction de pointage déterminée.

On peut également constituer l'ensemble source-parabolol-

de 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 apparait 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 para-

boloide. 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 au'un système de pointage fin amène

le foyer du paraboloide dans la direction visée.

De tels systm-jes sont bien connus en eux-mêmes et un exemple er est donné dans la demande de brevet français de la

Demanderesse n 79.15.593 intitulée: "Procédé de pilotage d'orien-

tatior. deanteane sur un satellite et configuration de détecteurs me-tant (.. c:cuvre ce pnoeé' ScIcn cette demande de brevet, lantenne est liée à une platelori.e orientable par rapport au satellite et le dispositif

d'orientaticn consiste essentiellement en un système électromagné-

tique particulier qui présente l'avantage d'éliminer les frotte-

menus générateurs de couples perturbateurs et qui a été décrit dans une autre demande de brevet français de la demanderesse n 79.05.283 intitulée "Procédé électromagnétique pour régler l'orientation

d'une plateforme".

Toutefois, si de tels systèmes résolvent bien les problè-

mes de frottements par absence de mécanismes, ils n'évitent pas

pour autant le phénomène de défocalisation sus mentionné, qui res-

te.. inhérent au fait que le point virtuel de rotation du parabolol-

de 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 EUA n 3871778

par exemple.

Selon une telle conception, l'ensemble source-parabololde 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 perpen-

diculaire 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 parallélogrammes tels que ceux qui

sont décrits dans le brevet ces E.U.A. sus mentionné.

De plus, lorsque le système est tripode, il est nécessai-

re de combiner les détections d'erreurs de pointage pour la com-

mande des moteurs d'orientation ce qui requiert un couplage des axes en X et en Y. 3.0 -Enfin, l'adaptation des techniques électromagnétiques révélées par la demanderesses dans sa demande de'brevet francais

n 79.05283 sus indiquée, serait peu compatible avec de tels sys-

tèmes tripodes ou tétrapodes en raison de l'important débattement

axial résultant qui diminue d'autant l'efficacité de l'installa-

tion du fait de l'importance des entrefers nécessaires.

En conséquence, l'invention propose un procédé de cor-

rection de défocalisation transversale d'un paraboloide qui ne pré-

sente aucun des inconvénients précédemment décrits.

Selon l'invention, le paraboloide est supporté sur une première plateforme articulée transversalement selon un trapèze déformable et ladite première plateforme est elle-même articulée orthogonalement sur une seconde plateforme articul1e 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 trans-

versaux des plateformes, le foyer du paraboloide peut rester sensi-

blement 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 dito

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 là défocali-

sation 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 3Q correction de défocalisation transversale est obtenue dans une

-seconde conception selon l'invention.

La figure 7 est une schéma géométrique montrant comment la correction de défocalisation transversale est obtenue dans une

troisième conception selon l'invention.

La figure 8 est une schématique en perspective montrant

des moyens électromagnétiques connus de déplacement des platefor-

mes. Sur la figure 1, leparaboloide 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 desaxes XX'

et/ou YY'.

Par contre et si l'on se reporte à la figure 3, on voit cue lorsque le parabolo de t" doit être orienté selon 6 en X et Y

par rapport au bâti 3" lié à la source S du cornet 2", des problè-

mes apparaissent essentiellement au niveau de la défocalisation transversale.

En négligeant la défocalisation axiale qui reste relati-

vement faible, on peut analyser l'importance de cette défocalisa-

tion transversale en se référant à l'étude de M. LEO 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 apparait une déviation de-direction de rayonnement maximal.

Si le centre de phase est en S, la direction SO faisant avec Oz un angle 8, il s'ensuit une variation de phase 0 (y) sur l'ouverture AB qui entraine une déviation du faisceau... et une dyssimétrie dans le diagramme de rayonnement..., un lobe secondaire

important apparaît du côté opposé à la déviation (lobe de coma).

La défocalisation se traduittoujours 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 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' etXou YY' selon le point d'articulation O 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 = 5 a été admise.

Par contre sur les satellites de radiodiffusion pour les-

quels uneorèglementation très stricte limite étroitement le gabarit du faisceau émis, il est imposé une valerog 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 pré-cités.

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 variantes sur les

figures 6 et 7.

Sur la figure 4, le paraboloide 10 de foyer F centré en S est lié par un pylone 9 à une première plateforme 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 plateforme est articulée sur une deuxième plateforme 19 en trapeze 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 tra-

peze articulé formé par la plateforme 18 ou la plateforme 19, est

déplacé par pivotement autour des axes d'articulation X1, Xl' -

X3, X3' et X2, X2' - X4, X4' pour la plateforme 18 et Y1,Yl' -

Y3, Y3' et Y2, Y2' - Y4, Y4' pour la-plateforme 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 trapeze articulé ABCD

et cette défonrmation A.B'.C'D permet de conjuguer rotation et trans-

ation de la droite BC de telle sorte que les déplacements du point F dur 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 L EF Dans le cas présent, ce point F va se déplacer en F' d'une quantité d k"2 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 fi-

gure 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 _ k(2 c'est-à-dire d'un terme du 2ème ordre en X si, bien entendu, AB et DC convergent initialement vers F. Les figures 5 et 6 représentent les cas o BC et AD sont initialement parallèles. Il est possible de concevoir d'autres cas o ils ne seraient plus parallèles, tel que celaest représenté par exemple sur la figure 7, mais néanmoinsla convergence initiale de AB et

DC en F devrait être conservée.

Bien entendu, la droite de visée F-S --y Z reste dans tous les cas initialement perpendiculaire à la droite BC c'est-à-dire

E = 900.

Le déplacement du foyer F en F' découle de lois géométri-

ques classiques qui ne seront pas exposées ici.

Seul, peut être pris en considération le fait que ce -dé placement résulte d'un terme du second ordre qui reste toujours

dans les limites acceptables dans la pratique. Ainsi on peut attein-

dre, avec un choix convenable de paramètres, une défocalisation < lmm 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 -4F' ceit.ux-

der le choix de l'adaptation des paramètres.

Dans cet esprit, il pourrait,de même, être envisage pour

des applications particulières, un choix différent de point de con-

vergence pour une plateforme par rapport à l'autre.

En revenant à la figure 4, on voit que les plateformes 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 7905283 précitée, repérés 16 - 17 sur la fiture 4 et représentés à plus grande

échelle sur la figure 8 et pour lesquels le principe de fonction-

nement est rappelé ci-après.

Chaque plateforme 18 ou 19 porte donc un bobinage plat

situé dans son plan et dont les brins sont dans le sens du dépla-

cement. Ces bobinages 21 et 22 sont connectés à un boîtier

d'asservissement 23 relié à un détecteur de dépointage 7 (non re-

présenté).

Les commandes d'ordre étant ainsi découplées, chaque bobi-

nage 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 inten-

sité, chaque plateforme 18 ou 19 va donc se déplacer dans le champ magnétique dans le sens des flèches fi o 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 va dépendre le sens et la grandeur du déplacement

de chaque plateforme.

Bien entendu, la translation des plateformes ne s'exerçant pas rigoureusement dans un plan, il importe de prévoir un espace

de débattement (flèches el,e2,e3,e4) pour chaque plateforme.

Il est bien entendu possible de prévoir deux dispositifs par plateforme sans que le principe ne s'en trouve modifié pour autant, chacun desdits dispositifs étant électriquement couplé en

parallèle sur la boite 23 (ou en redondance).

Il est de même à noter que pour les-paraboloides utilisés dans le domaine électromagnétique des micro-ondes, la source d'Onis7 sion 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 para-

bolique qui peut être mise en oeuvre, à travers l'invention, dans

tous les domaines o elle est habituellement utilisée dès l'ins-

tant o la source S n'est pas assujettie à la directrice passant par le foyer F.

Ainsi, l'application donnée pour-un satellite de radio-

diffusion 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 fai-

tes de l'invention resteraient dans son cadre, lequel est défini

dans les revendications qui suivent.

Claims (8)

REVENDICATIONS

1. Procédé de correction de la défocalisation transversale d'un paraboloidecaractérisé en ce qu'il consiste: - à assujettir ledit paraboloide à une première plateforme

perpendiculaire à l'axe de symétrie passant par le foyer et articu-

lée latéralement sur deux charnières doubles, elles-mêmes articu- lées parallèlement sur une deuxième plateforme,

- à articuler ladite deuxième plateforme en ses côtés la-

téraux et orthogonalement sur deux charnières doubles, elles-mêmes articulées parallèlement sur la partie fixe, - à orienter lesdites charnières doubles sensiblement et

conjointement dans la direction du foyer (F)du paraboloide initia-

lement confondu avec la sourcé(S), - à disposer de moyens de déplacement desdites plateformes, - à asservir cesdits moyens de déplacement à un détecteur de dépointage,

lesdites actions ayant pour effet de corriger en permanen-

ce la défocalisation transversale du paraboloide en maintenant cons-

tamment son foyer dans le voisinage immédiat de la source.

2. Procédé de correction de la défocalisation transversale d'un paraboloide selon la revendication 1,caractérisé en ce qu'il consiste à orienter les charnières doubles différemment sur l'axe de symétrie du paraboloide sensiblement en direction du foyer(F) qui estinitialement 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 plateformes entre la source et la

partie fixe.

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 plateformes à l'arrière de la par-

tie fixe par rapport à la source.

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 du paraboloide

par rapport au milieu des plateformes.

6. Antenne parabolique selon leprocédé défini dans l'une quel-

conque des revendications 1 à 4,caractérisée en.ce qu'elle comporte

- une première plateforme perpendiculaire à l'axe de sy-

métrie passant par le foyer du paraboloide auquel elle est assujet-

tie, - un premier jeu de deux charnières doubles articulées

d'un côté parralèlement sur deux côtés de ladite première plate-

forme et articulées d'un autre côté parallèlement sur deux côtés d'une deuxième plateforme, - une deuxième plateforme 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 sur deux côtés de ladite deuxième plateforme et articulées d'un autre côté parallèlement sur la partie fixe, - des.moyens électromagnétiques pour déplacer lesdites plateformes,

- et un moyen d'asservissement desdits moyens électroma-

gnétiques à un détecteur de dépointage.

7. Antenne parabolique selon la revendication 6,caractéri-

sée en ce que les moyens de déplacement comportent:

- au moins.un bobinage plat sur le côté de chaque plate-

forme,dont les brins sont perpendiculaires au sens de déplacement de ladite plateforme,

- un couple d'aimants lié à la partie.fixe ou mobile de-

vant se déplacer par rapport à la bobine, chevauchant chaque bobi-

nage et disposé de telle sorte que le champ magnétique coupe les

conducteurs des bobines afin de produire par les forces Laplacien-

nes 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 recevant des signaux du détecteur de dépointage et fournissant un courant proportionnel

sur les bobinages.

8. Satellite de radiodiffusion et/ou de télédiffusion

selon l'ensemble des revendications 1 ià 7,caractérisé en ce-que la

défocalisation transversale est inférieure à lmn pour un angle de

dépointage d'environ 1_.