FR2590081A1 - LINEAR POLARIZED GRID REFLECTING ANTENNA WITH IMPROVED TRANSVERSE POLARIZATION PERFORMANCE - Google Patents
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Abstract
L'INVENTION CONCERNE UNE ANTENNE A REFLECTEURS A GRILLES EN POLARISATION LINEAIRE. UNE PREMIERE GRILLE DE CONDUCTEURS 13A AGENCEE POUR REFLECHIR DES SIGNAUX D'UNE POLARISATION LINEAIRE EST MONTEE AU-DESSUS D'UN SECOND REFLECTEUR DE POLARISATION LINEAIRE 15 QUI COMPORTE UNE SECONDE GRILLE DE CONDUCTEURS 15A REFLECHISSANT DES SIGNAUX DE POLARISATION ORTHOGONALE. DES CORNETS D'ALIMENTATION 21 DE LA PREMIERE POLARISATION ET DES CORNETS D'ALIMENTATION 23 DE LA SECONDE POLARISATION SONT DISPOSES AUX FOYERS DECALES F1, F2 DES REFLECTEURS. L'INVENTION S'APPLIQUE NOTAMMENT A UNE ANTENNE A REUTILISATION DE SPECTRE POUR UN SATELLITE DE TELECOMMUNICATION.THE INVENTION CONCERNS AN ANTENNA WITH GRID REFLECTORS IN LINEAR POLARIZATION. A FIRST CONDUCTOR GRID 13A ARRANGED TO REFLECT SIGNALS OF A LINEAR POLARIZATION IS MOUNTED ABOVE A SECOND LINEAR POLARIZATION REFLECTOR 15 WHICH INCLUDES A SECOND CONDUCTOR GRID 15A REFLECTING ORTHOGONAL POLARIZATION SIGNALS. FIRST POLARIZATION 21 FEEDING HORNS AND SECOND POLARIZATION 23 FEEDING HORNS ARE AVAILABLE AT OFFSET FIREPLACES F1, F2 OF THE REFLECTORS. THE INVENTION APPLIES IN PARTICULAR TO AN ANTENNA FOR REUSE OF SPECTRUM FOR A TELECOMMUNICATION SATELLITE.
Description
La présente invention concerne une antenne à ré-The present invention relates to an antenna with
flecteur de polarisation linéaire et plus particulière- linear polarization flier and more particularly
ment, une antenne à double réflecteurs à grille de pola- an antenna with double reflectors
risations perpendiculaires, attaquées par des cornets d'alimentation. Cette antenne à deux réflecteurs à grille perpendicular risings, attacked by feeding horns. This antenna with two grid reflectors
comporte un premier réflecteur constitué par une premiè- comprises a first reflector constituted by a first
re grille de conducteurs linéaires dans une orientation re grid of linear conductors in an orientation
pour s'adapter à la polarisation d'un premier cornet d'a- to adapt to the polarization of a first horn of
limentation. Le premier réflecteur recouvre un second ré- Power supply. The first reflector covers a second
flecteur constitué par une seconde grille de conducteur': flector constituted by a second conductor grid ':
linéaires qui sont orientés perpendiculairement à la pre- which are oriented perpendicular to the first
mière orientation et pour s'adapter à la polarisation or- first orientation and to adapt to polarization
thogonale d'un second cornet d'alimentation. thogonal of a second feed horn.
Une antenne de ce genre, dans laquelle chacun des premiers et des seconds cornets d'alimentation consiste en un réseau de cornets est largement utilisée dans des An antenna of this kind in which each of the first and second feed horns consists of a network of horns is widely used in
satellites de télécommunication pour produire des fais- telecommunication satellites to produce
ceaux en forme avec une réutilisation de fréquence par polarisation linéaire orthogonale. Il est souhaitable shaped shafts with frequency reuse by orthogonal linear polarization. It is desirable
dans une application de ce genre que l'antenne soit com- in an application of this kind that the antenna is
pacte et légère. Chacun des réflecteurs est une section pact and light. Each of the reflectors is a section
d'un paraboloIde de révolution avec une grille de conduc- of a paraboloid of revolution with a grid of
teurs ou d'éléments parallèles étroitement espacés qui sont orientés parallèlement à l'une de deux polarisations linéaires orthogonales. Les réflecteurs sont disposés (le or closely spaced parallel elements which are oriented parallel to one of two orthogonal linear polarizations. The reflectors are arranged (the
manière que leurs axes soient décalés et parallèles en- their axes are offset and parallel
tre eux. La grille de conducteurs dans chacune des sec- to be them. The grid of drivers in each of the
tions ou disques paraboliques est agencée de manière que parabolic disks or disks is arranged in such a way that
les conducteurs apparaissent parallèlement à une distan- drivers appear parallel to a distance
ce dans la direction de propagation, dans la direction des axes parallèles. Les cornets sont situés aux foyers this in the direction of propagation, in the direction of the parallel axes. The cornets are located at homes
des réflecteurs correspondants. Un exemple d'un disposi- corresponding reflectors. An example of a provision
tif de ce genre est décrit dans le brevet des Etats-Unis this type is described in the United States patent.
d'Amérique NO 3 898 667.of America No. 3,898,667.
Dans une antenne antérieure telle que décrite In an earlier antenna as described
dans le brevet précité, les réflecteurs avec les axes dé- in the aforementioned patent, the reflectors with the axes de-
calés et les foyers décalés entrainent que des signaux de polarisation transverale (indésirables) provenant des éléments parallèles à la surface d'un réflecteur soient diffusés à partir du signal de cornet d'alimentation/co- polarisé (souhaité) associé avec l'autre réflecteur de faisceau. Il est souhaitable de disposer d'un moyen peu couteux et léger pour améliorer encore la rejection de stalled and staggered foci cause transver- sal (unwanted) polarization signals from elements parallel to the surface of a reflector to be scattered from the feed horn / co-polarized signal (desired) associated with the other reflector beam. It is desirable to have an inexpensive and lightweight means to further enhance the rejection of
polarisation transversale dans une antenne de ce genre. transversal polarization in an antenna of this kind.
Selon un mode de réalisation, l'invention concer- According to one embodiment, the invention relates to
ne une antenne à réutilisation de spectre comportant: un premier réflecteur comprenant une première grille de conducteurs linéaires d'une orientation, recouvrant un second réflecteur qui comprend une seconde grille d'une a spectrum reuse antenna comprising: a first reflector comprising a first grid of linear conductors of an orientation, covering a second reflector which comprises a second grid of a
seconde orientation perpendiculaire et des cornets d'a- second perpendicular orientation and cornets of a-
limentation ou des réseaux de cornets d'alimentation avec feeding or feed horn networks with
des polarisations correspondantes aux foyers décalés res- polarizations corresponding to the staggered focal points
pectifs ou à proximité de ces réflecteurs, la disposition permettant d'améliorer les performances en polarisation or near these reflectors, the provision for improving polarization performance
transversale consistant en une grille de conducteurs li- cross-section consisting of a grid of conductors
néaires voisins de l'ouverture de chacun des cornets, neighboring nees from the opening of each of the cornets,
les conducteurs de grille d'ouverture étant orientés per- the opening gate drivers being oriented
pendiculairement aux conducteurs du réflecteur associé pendicular to the conductors of the associated reflector
avec le cornet d'alimentation particulier. with the particular feed horn.
D',autres caractéristiques et avantages de l'in- Other features and advantages of the
vention seront mieux compris à la lecture de la descrip- will be better understood when reading the description of
tion qui va suivre de plusieurs exemples de réalisation et en se référant aux-dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une vue de face d'une antenne à deux grilles destinée à un satellite, selon un mode de réalisation de l'invention, The following is a description of several exemplary embodiments and with reference to the appended drawings in which: FIG. 1 is a front view of a two-gate antenna intended for a satellite, according to one embodiment of the invention;
la figure 2 représente la structure de réflec- FIG. 2 represents the reflection structure
teur de la figure 1, le long des lignes 2-2 de la figu- Figure 1, along lines 2-2 of the figure
re 1, la figure 3a est une vue du réseau de cornets à polarisation horizontale, vue de depuis les réflecteurs, la figure 3b représente le réseau de cornets de polarisation verticale, vue depuis les réflecteur, la figure 4 illustre les contours d'isolation sans les grilles sur les cornets, la figure 5 illustre les contours d'isolation Fig. 3a is a view of the horizontally polarized cone network seen from the reflectors, Fig. 3b shows the vertical polarization cone array seen from the reflector, Fig. 4 illustrates the isolation contours without the grids on the horns, Figure 5 illustrates the insulation contours
avec les grilles sur les cornets selon la présente inven- with the grids on the horns according to the present invention.
tion,tion,
la figure 6 illustre le diagramme mesuré en co- FIG. 6 illustrates the diagram measured in
polarisation-des faisceaux de la figure 4 sans les gril- polarization-beams of Figure 4 without the grills
les devant le cornet, et la figure 7 illustre les diagrammes mesurés en copolarisation des faisceaux de la figure 3 avec les in front of the horn, and Figure 7 illustrates the diagrams measured in co-polarization of the beams of Figure 3 with the
grilles devant le cornet.grills in front of the cone.
Les figures 1 et 2 montrent une antenne 11 mon- Figures 1 and 2 show an antenna 11
tée sur une paroi d'un satellite 10. L'antenne 11 com- on a wall of a satellite 10. Antenna 11 is
porte un réflecteur parabolique 13 comprenant un disque carries a parabolic reflector 13 including a disk
diélectrique de forme parabolique et une grille de con- parabolic dielectric and a grid of
ducteurs polarisés horizontalement 13a, le réflecteur 13 étant monté en chevauchement sur un second réflecteur parabolique 15 consistant en un disque diélectrique de forme parabolique et en une grille de donducteurs 15a de horizontally polarized conductors 13a, the reflector 13 being mounted in overlap on a second parabolic reflector 15 consisting of a parabolic dielectric disk and a derrick grid 15a of
polarisation verticale.vertical polarization.
Sur la figure 1, une partie du réflecteur avant In Figure 1, a portion of the front reflector
13 est coupée pour montrer la grille de réflecteur ar- 13 is cut to show the reflector grid ar-
rière 15. L'antenne 11 est montée sur une surface lOa 15. The antenna 11 is mounted on a surface 10a
du corps principal 10 d'un satellite au moyen de colon- of the main body 10 of a satellite by means of
nettes de montage 17, 18, 19 et 20. Ces colonnettes sup- net dimensions 17, 18, 19 and 20. These balusters support
portent le réflecteur parabolique arrière 15 sur la sur- carry the rear parabolic reflector 15 on the
face 10a du corps principal de satellite 10. Un réflec- face 10a of the main satellite body 10. A reflection of
teur parabolique 13 avant ou extérieur est monté sur le parabolic fan 13 front or
réflecteur 15, par exemple au moyen d'un anneau diélec- reflector 15, for example by means of a dielectric ring
trique périphérique 16 disposé entre les réflecteurs 13 et 15. Ces réflecteurs peuvent en outre être montés l'un peripheral pole 16 disposed between the reflectors 13 and 15. These reflectors may also be mounted one
sur l'autre par des nervures de raidissement. Un exem- on the other by stiffening ribs. An example
ple typique de ces rainures de raidissement est décrit dans la demande de brevet No RCA 81 336 intitulé "Dual Typical of these stiffening grooves is described in patent application No. RCA 81,336 entitled "Dual
Gridded Reflector Structure".Gridded Reflector Structure ".
Les réflecteurs 13 et 15 sont des sections d'un parabololde de révolution, le sommet des réflecteurs se Reflectors 13 and 15 are sections of a paraboloid of revolution, the top of the reflectors are
situant près du bord inférieur, comme le montre la fi- located near the lower edge, as shown by the
gure 2. Le sommet du réflecteur parabolique 13 est si- 2. The top of the parabolic reflector 13 is
tué en V1 et le sommet du second réflecteur 15 est situé en V2. Les deux réflecteurs paraboliques sont montés de manière à être décalés l'un par rapport à l'autre comme le montrent les sommets V1 et V2 et les axes focaux sont killed in V1 and the top of the second reflector 15 is located in V2. The two parabolic reflectors are mounted so as to be offset relative to one another as shown by the vertices V1 and V2 and the focal axes are
légèrement décalés et parallèles entre eux. Cela corres- slightly offset and parallel to each other. This corresponds
pond au brevet précité, de sorte que les champs de pola- the aforementioned patent, so that the fields of
risation transversale développés par les éléments paral- transversal development developed by the parallel elements
lèles sur untie surface de chaque réflecteur à partir d'un ou plusieurs cornets d'alimentation d'un réseau associé avec ce réflecteur sont diffusés à partir du faisceau on one surface of each reflector from one or more feed horns of a network associated with this reflector are diffused from the beam
copolarisé de l'autre réflecteur.copolarized from the other reflector.
L'antenne comporte des réseaux de cornets d'ali- The antenna has networks of feed horns
mentation 21 et 23; de formation de faisceaux, comme le 21 and 23; beam formation, such as the
montrent les figures 3a et 3b pour les polarisations res- show FIGS. 3a and 3b for the polarizations
pectives. Le décalage entre les deux réflecteurs est suf- pectives. The offset between the two reflectors is sufficient
fisant pour assurer un espace suffisant autour de chacun to ensure sufficient space around each
des foyers pour recevoir les deux réseaux de cornets. fireplaces to receive the two networks of cones.
Le réseau de cornets 21 de polarisation horizon- The network of horizontal polarization cones 21
tale est situé au foyer F1 du réflecteur parabolique 13 qui comporte les conducteurs de grille horizontale tale is located at the F1 focus of the parabolic reflector 13 which features the horizontal grid drivers
13a. Voir les figures 2 et 3a. Le réseau 21 est généra- 13a. See Figures 2 and 3a. Network 21 is generally
lement centré par rapport au foyer F1 comme le montre la figure 3a. Le réseau de cornets 23 de polarisation verticale est situé au foyer F2 du réflecteur 15 qui comporte les conducteurs de grille verticale 15a. Le réseau 23 est généralement centré par rapport au foyer centrally with respect to the F1 focus as shown in Figure 3a. The vertical polarization cone network 23 is located at the focal point F2 of the reflector 15 which includes the vertical grid conductors 15a. The network 23 is generally centered with respect to the focus
F2 comme le montre la figure 3b. Chaque réseau de cor- F2 as shown in Figure 3b. Each network of cor-
nets est dirigé vers le centre d'un réflecteur respectif net is directed to the center of a respective reflector
afin d'irradier complètement le réflecteur, principale- in order to completely irradiate the reflector,
ment en son centre.at its center.
Chacun des cornets d'alimentation de polarisa- Each of the polarization feed horns
tion horizontale du réseau 21 est agencé pour émettre et recevoir des signaux à haute fréquence de polarisation horizontale. D'une façon similaire, chacun des cornets d'alimentation de polarisation verticale du réseau 23 est agencé pour émettre et recevoir des signaux de haute fréquence en polarisation verticale. Les figures 3a et 3b horizontal network 21 is arranged to transmit and receive high frequency signals of horizontal polarization. Similarly, each of the vertical bias feed horns of the array 23 is arranged to transmit and receive high frequency signals in vertical polarization. Figures 3a and 3b
montrent également les guides d'onde d'entrée aux étran- also show the entry waveguides to foreign
glement des cornets. Les guides d'onde d'entrée 22 des cornets du réseau 21 ont une largeur inférieure à leur hauteur de manière à propager des signaux avec les champs horns. The input waveguides 22 of the turbines of the network 21 have a width less than their height so as to propagate signals with the fields
E perpendiculaires aux surfaces verticales et par consé- Perpendicular to the vertical surfaces and consequently
quent, pour exciter des ondes de signaux de polarisation horizontale. Les guides d'onde d'entrée 24 des cornets quent, to excite horizontal polarization signal waves. Entrance waveguides 24 of cornets
du réseau 23 sont plus larges que hauts de manière à ex- network 23 are wider than they are tall so as to ex-
citer des ondes de signaux de polarisation verticale. Les réseaux 21 et 23 sont montés sur le corps de satellite 10 cite waves of vertical polarization signals. The networks 21 and 23 are mounted on the satellite body 10
par un bras support 30, selon la figure 2. by a support arm 30, according to Figure 2.
Selon l'invention, une grille 21a de conducteurs According to the invention, a conductor grid 21a
verticaux est placée devant l'ouverture du réseau de cor- vertically is placed in front of the opening of the network of
nets 21 de polarisation horizontale. Ainsi, la grille 21a net 21 of horizontal polarization. So, the grid 21a
est voisine de chaque cornet du réseau 21. Voir les figu- is next to each net of network 21. See FIGS.
res 2 et 3. Cette grille 21a de conducteurs verticaux (représentés sur la figure 3a) peut être constituée par une feuille d'un diélectrique, comme du mylar ou autre res 2 and 3. This grid 21a of vertical conductors (shown in Figure 3a) may be constituted by a sheet of a dielectric, such as mylar or other
matière diélectrique sur laquelle sont imprimés ou for- dielectric material on which are printed or formulated
més par tout autre moyen des conducteurs minces. Ces con- by any other means of thin conductors. These
ducteurs peuvent être par exemple en une feuille de cui- ductors can be for example a sheet of
vre d'une épaisseur de 0,0075 mm. La feuille peut être with a thickness of 0.0075 mm. The leaf can be
montée sur un cadre 21b monté sur le bras support de cor- mounted on a frame 21b mounted on the support arm of
net 30 par un rebord 31, de manière qu'elle soit main- net 30 by a rim 31, so that it is
tenue plane contre les cornets. Voir figure 2. flat hold against the cornets. See Figure 2.
L'écartement entre les conducteurs de la grille 21a et la dimension des conducteurs sont les mêmes que pour les grilles 13a et 15a des réflecteurs 15 et 13. Ils sont agencés de manière à coupler des signauxe ntre le cornet et le réflecteur 13 avec une faible atténuation tout en assurant une réjection optimale des signaux de The spacing between the conductors of the grid 21a and the dimension of the conductors are the same as for the grids 13a and 15a of the reflectors 15 and 13. They are arranged to couple signals between the horn and the reflector 13 with a weak attenuation while ensuring optimal rejection of
polarisation verticale provenant de la grille de conduc- vertical polarization from the conductor grid
teurs 15. La largeur des conducteurs est par exemple de 0,075 mm et la distance centre à centre entre eux est O, 5 mm pour un mode de réalisation essayé à des fréquences de 11 à 14 GHz. La géométrie des grilles (écartement et The width of the conductors is, for example, 0.075 mm and the center-to-center distance between them is 0.5 mm for one embodiment tested at frequencies of 11 to 14 GHz. The geometry of the grids (spacing and
largeur) est choisie de manière à donner le meilleur com- width) is chosen to give the best
promis entre la plus faible perte de transmission avec promised between the lowest transmission loss with
la composante copolarisée et le plus haut pouvoir réflec- the co-polarized component and the highest reflectance
teur pour la composante de polarisation transversale. for the transverse polarization component.
En travers de l'ouverture du réseau de cornets 23 à polarisation verticale se trouve une grille 23a de Across the opening of the vertically polarized cone network 23 is a grid 23a of
conducteurs orientés horizontalement avec le même écarte- horizontally oriented conductors with the same
ment et la même largeur que les conducteurs des réflec- the same width and width as the reflective conductors
teurs 13 et 15. Là également, la grille 23a est voisine 13 and 15. Here again, the gate 23a is adjacent
de chaque cornet du réseau 23. Voir figure 3b. Cette gril- of each network horn 23. See Figure 3b. This grill
les est également faite de préférence d'une feuille dié- is also preferably made from a sheet of paper
lectrique comme de mylar sur laquelle sont imprimés ou formés par tout autre moyen des conducteurs minces. La feuille peut être montée sur un cadre 23b fixé sur le electric as mylar on which are printed or otherwise formed thin conductors. The sheet can be mounted on a frame 23b fixed on the
bras support de cornet 30 par un rebord 33. horn support arm 30 by a flange 33.
L'expérience a montré que la rejection de pola- Experience has shown that the rejection of
risation transversale est améliorée en utilisant des transversal improvement is improved by using
grilles à l'ouverture des réseaux de cornets d'alimen- grids at the opening of the net
tation. La figure 4 illustre cet effet de polarisation transversale en l'absence des grilles aux cornets pour un faisceau dirigé vers la moitié ouest des Etats-Unis tation. Figure 4 illustrates this transverse polarization effect in the absence of cone grids for a beam directed to the western half of the United States.
d'Amérique et la figure 5 illustre la réduction des ef- of America and Figure 5 illustrates the reduction of
fets de polarisation transversale avec les grilles aux cornets. Ces figures montrent la copolarisation diminuée transverse polarization fades with cone grids. These figures show diminished copolarization
de la polarisation transversale, c'est à dire les con- of transversal polarization, ie the con-
tours d'isolation. La fréquence de fonctionnement est 11,76 GHz. Les contours d'isolation à 44 db, 40db, 36 db et 32 db sont tracés sur ces deux figures. Dans le but d'illustrer l'amélioration due au montage des gril- insulation towers. The operating frequency is 11.76 GHz. The isolation contours at 44 dB, 40 dB, 36 dB and 32 dB are plotted in these two figures. In order to illustrate the improvement due to the installation of
les en avant des cornets, les observations ci-après doi- ahead of the cornets, the following observations should
vent être faites: 1). Sur la figure 4, dans le cas ou il n'y a pas to be made: 1). In Figure 4, in the case where there is no
de grille en avant des cornets, l'isolation est plus mau- in front of the horns, the insulation is poorer
vaise que 32db pour la plus grande partie de l'ouest des than 32db for most of western
Etats-Unis d'Amérique, comme le montre la région exté- United States of America, as shown by the outer region
rieure à tous les contours en pointillés; 2). Selon la figure 5, sur laquelle des grilles sont utilisées en avant des cornets, l'isolation est meilleure que 32db sur la partie ouest des Etats-Unis d'Amérique et elle est de 36db sur une partie majeure de greater than all dashed outlines; 2). According to Figure 5, in which grids are used in front of the horns, the insulation is better than 32db on the western part of the United States of America and it is 36db on a major part of
la surface couverte.the covered area.
De plus, les figures 6 et 7 montrent des dia- In addition, Figures 6 and 7 show diagrams
grammes mesurés'-en copolarisation pour les deux faisceaux, avec et sans grille en avant des cornets. Ces figures grams measured in co-polarization for both bundles, with and without grid in front of the cornets. These figures
montrent que les grilles en avant des cornets n'affec- show that the grids in front of the horns
tent pas substantiellement le signal de copolarisation. not substantially the copolarization signal.
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