FR2685131A1 - Antenne de reception a reflecteur fixe pour plusieurs faisceaux de satellite. - Google Patents

Abstract

L'antenne pour des installations domestiques, collectives ou communautaires reçoit plusieurs faisceaux de satellites géostationnaires et comprend un réflecteur fixe (2) à axe de symétrie (Oz), de préférence paraboloïdal. Un réseau d'éléments annulaires (31 - 34 ) de diffraction pouvant comprendre une calotte centrale (30 ) est sensiblement symétrique par rapport à l'axe (Oz) et disposé parallèlement au réflecteur à une distance prédéterminée (lambda/4) de celui-ci. Le réseau définit des premier et second foyers (F1 , F2 ) symétriques par rapport à l'axe (Oz) vers lequels sont susceptibles de converger des premier et second faisceaux de satellite (FS1 , FS2 ) dirigés sensiblement parallèlement à des droites (OF2 , OF1 ) passant par le centre (O) du réseau et par les second et premier foyers respectivement. Une tête hyperfréquence peut balayer le plan focal (F1 OF2 ) pour être positionnée à proximité de l'un des foyers, ou plusieurs têtes hyperfréquences (41 - 47 ) sont positionnées à proximité des foyers sur un portique (5) pour recevoir plusieurs faisceaux de satellite, bien que l'axe (Oz) du réflecteur soit fixe et pointé sensiblement sur la médiatrice du segment joignant deux satellites (ST1 , ST2 ).

Description

Antenne de réception à réflecteur fixe pour plusieurs faisceaux de

satellite La présente invention concerne une antenne de réception principalement destinée à des installations domestiques dans des maisons individuelles, à des installations collectives dans des immeubles, ou à des installations communautaires servant à l'alimentation de têtes de réseaux câblés pour recevoir plusieurs faisceaux émis par des satellites de radiocommunications, convoyant notamment des signaux

de télévision.

En outre, la présente invention peut être utilisée pour des applications professionnelles

notamment dans les réseaux de diffusion de données.

L'antenne de réception pour satellite la plus commercialisée actuellement comprend un réflecteur fixe dont la surface réfléchissante est un paraboloïde de révolution, ou elliptique, de largeur d'environ 90 à cm, ou une portion d'un tel paraboloïde pour une antenne à illumination décentrée, appelée antenne offset L'axe de symétrie du réflecteur est pointé vers le satellite dont les émissions sont à capter Une tête de réception hyperfréquence, fixée généralement par des haubans, est positionnée au foyer unique du réflecteur paraboloïdal. Lorsque le satellite précité a une position orbitale très voisine d'autres satellites géostationnaires, par exemple tels que les satellites TDF 1, OLYMPUS et TV SAT 2 situés à 190 de longitude ouest, l'antenne peut capter les faisceaux de ces divers satellites. Si l'usager souhaite recevoir des faisceaux d'un autre satellite ayant une position orbitale 2 - différente de celle des satellites précités, par exemple localisées en longitude est, le réflecteur de l'antenne de réception doit être tourné pour être pointé vers cet autre satellite Deux solutions s'imposent: soit l'usager monte sur le toit du pavillon ou de l'immeuble pour positionner manuellement le réflecteur, soit l'antenne doit comprendre des moyens motorisés et

télécommandés pour déplacer le réflecteur.

La première solution est en pratique très rarement mise en oeuvre par l'usager, compte tenu des difficultés d'accès à l'antenne Elle exige donc le recours à un installateur spécialisé, et à un nouveau réglage de la position du réflecteur, et par suite est

très dissuasive pour l'usager.

La seconde solution est pénalisée par le coût de l'antenne et de son installation, une antenne à réflecteur motorisé nécessitant une infrastructure plus

lourde et encombrante.

La présente invention vise à remédier aux inconvénients des antennes de réception précitées et plus particulièrement à fournir une antenne de réception dont le réflecteur est fixe, c'est-à-dire est pointé une fois pour toutes vers une direction prédéterminée, tout en permettant la réception de plusieurs faisceaux provenant de satellites ayant des positions orbitales différentes. A cette fin, une antenne de réception pour plusieurs faisceaux de satellites géostationnaires, comprenant un réflecteur fixe ayant une surface réfléchissante qui est concave et issue d'une portion d'une surface symétrique par rapport à un axe de symétrie, et une tête de réception hyperfréquence en regard du réflecteur, 3 - est caractérisée en ce qu'elle comprend un réseau d'éléments annulaires de diffraction, ou une portion dudit réseau, sensiblement symétrique par rapport audit axe de symétrie et disposé parallèlement au réflecteur à une distance prédéterminée de celui- ci, ledit réseau de diffraction définissant des premier et second foyers symétriques par rapport audit axe de symétrie vers lesquels sont susceptibles de converger des premier et second faisceaux de satellite dirigés sensiblement parallèlement à des droites passant par le centre de la surface symétrique et par les second et premier foyers respectivement, la tête hyperfréquence étant positionnée à

proximité de l'un des premier et second foyers.

Grâce à la création de deux foyers de convergence de faisceaux par le réseau de réfraction, l'antenne peut capter plusieurs faisceaux de satellites

ayant des positions orbitales complètement différentes.

Par exemple, deux têtes de réception hyperfréquence placées respectivement aux deux foyers peuvent recevoir simultanément des faisceaux émis par deux satellites ayant de positions orbitales distantes de plusieurs dizaines de degrés en longitude L'axe de symétrie de la surface réfléchissante du réflecteur est alors pointé une fois pour toutes, non pas vers l'un des satellites, mais vers la médiatrice du segment défini par les

positions orbitales des deux satellites.

Lorsque l'antenne est du type à illumination décalée, c'est-à-dire du type offset, le réflecteur ne présente pas une symétrie axiale bien qu'il soit issu d'une portion d'une surface symétrique par rapport à un axe de symétrie Dans ce cas, l'antenne ne comprend qu'une portion du réseau annulaire analogue à celle du

réflecteur, et découpée selon le contour du réflecteur.

Le réseau de diffraction est conçu en faisant appel au principe de diffraction des lentilles optiques de FRESNEL, comme on le verra par la suite Le gain de l'antenne selon l'invention est sensiblement égal à celui d'une antenne classique avec le même réflecteur. En effet, les rayons des faisceaux sont pour partie diffractés par le réseau de diffraction, et pour partie réfléchis par les portions annulaires de la surface réfléchissante du réflecteur situées sous les

interstices entre les éléments du réseau de diffraction.

Ainsi, le réseau de diffraction peut comprendre un élément central en forme de calotte qui est entouré par les éléments annulaires et qui est sensiblement symétrique par rapport audit axe de symétrie, bien qu'en variante un réseau de diffraction selon l'invention puisse être composé seulement d'éléments annulaires au lieu et place des interstices

annulaires entre les éléments du réseau précédent.

Les calculs théoriques montrent que les dimensions du réseau de diffraction dépendent de la longueur d'onde correspondant sensiblement à la fréquence centrale de la bande de fréquence porteuse de faisceaux de satellites à capter, et que la distance prédéterminée entre la surface réfléchissante du réflecteur et le réseau de diffraction est sensiblement égale au quart de la longueur d'onde correspondant sensiblement à la fréquence centrale de la bande de fréquence porteuse, particulièrement pour un gain donné en diffraction selon une direction d'une longueur d'onde suffisamment courte pour permettre l'utilisation de

l'antenne en reflexion à une fréquence plus basse.

Toutefois, les mesures pour des antennes selon l'invention ont montré que les dimensions du réseau de

diffraction admettent une tolérance relativement large.

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Ainsi de préférence, les largeurs des éléments de réseau diminuent radialement à partir de l'axe de symétrie, et/ou les largeurs des interstices entre les éléments de réseau diminuent radialement à partir de l'axe de symétrie Les contours d'au moins une partie des éléments de réseau peuvent être alors sensiblement elliptiques, les petits axes des contours étant dans

un plan focal contenant les foyers et l'axe de symétrie.

Cependant, les contours d'au moins une partie des éléments de réseau peuvent être circulaires et concentriques, notamment lorsque les foyers sont

relativement proches de l'axe de symétrie du réflecteur.

De préférence, la surface symétrique dont est issu le réflecteur est un paraboloïde, par exemple de révolution ou elliptique, bien que la surface réfléchissante du réflecteur puisse être de toute autre

forme concave connue à symétrie axiale.

Afin de montrer la faisabilité de la fabrication de l'antenne, particulièrement lorsque le réflecteur est d'un type répandu, tel que réflecteur parabolique, le réseau de diffraction est obtenu par découpage dans un second réflecteur identique audit réflecteur de l'antenne, que le réflecteur soit à symétrie de révolution, ou à illumination décalée

(offset) notamment.

Pour diminuer le coût de fabrication de l'antenne, il peut être mis en oeuvre des techniques d'emboutissage servant déjà pour les antennes paraboliques. L'invention envisage diverses solutions pour capter plusieurs faisceaux de satellite avec un même

réflecteur fixe muni d'un réseau de diffraction.

Selon une première réalisation, l'antenne

possède plusieurs têtes de réception hyperfréquence.

Dans ce cas, plusieurs premières têtes sont fixées au voisinage, c'est-àdire à quelques centimètres au plus, de l'un des foyers pour respectivement capter des faisceaux provenant de satellites ayant des positions orbitales en longitude sensiblement égales, et/ou plusieurs secondes têtes sont fixées à proximité, c'est-à-dire à quelques dizaines de centimètres au plus, de l'un des foyers pour respectivement capter des faisceaux provenant de satellites ayant des positions orbitales en longitude qui diffèrent de plusieurs degrés. Les têtes sont positionnées de manière à capter un maximum des rayonnements des satellites respectivement A cette fin, sont prévus des moyens, de préférence motorisés, pour régler et fixer les positions et l'orientation des têtes de réception Les moyens autorisent divers déplacements des têtes, de préférence sensiblement dans le plan focal Ainsi, les moyens de réglage et de fixation des têtes peuvent comprendre des moyens pour translater individuellement les têtes sensiblement suivant une direction parallèle à la droite passant par les foyers, et/ou des moyens pour tourner individuellement les têtes autour d'un axe perpendiculaire à l'axe de symétrie et notamment au plan focal, et/ou des moyens pour translater individuellement les têtes suivant une direction

sensiblement convergeant vers le centre du réflecteur.

Selon une seconde réalisation, l'antenne ne comprend qu'une seule tête de réception qui est mobile et de préférence à multipolarisation afin de s'adapter

aux diverses polarisations des faisceaux des satellites.

Des moyens de préférence motorisés sont alors fixés à la structure porteuse du réflecteur pour déplacer la tête au moins sensiblement dans le plan focal Les moyens pour déplacer la tête peuvent comprendre un bras 7 traversant les centres du réseau de diffraction et du réflecteur, ayant une première extrémité supportant ladite tête, et une seconde extrémité montée au moins à rotation autour d'un axe sensiblement perpendiculaire au plan focal. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture

de la description suivante de plusieurs réalisations

préférées de l'antenne selon l'invention en référence aux dessins annexés correspondants dans lesquels: les figures 1 et 2 sont des vues en coupe axiale et de face d'une lentille plate de FRESNEL à réseau de diffraction circulaire, respectivement; les figures 3 et 4 sont des vues en coupe axiale et de face d'une lentille plate de FRESNEL à réseau de diffraction elliptique; la figure 5 est une vue schématique en coupe focale d'une antenne parabolique à plusieurs têtes de réception selon l'invention; la figure 6 est une vue de dessus de 1 ' antenne de la figure 5, les têtes de réception étant omises; et la figure 7 est une vue schématique en coupe focale d'une antenne à unique tête mobile selon l'invention. Il est rappelé ci-après les propriétés de focalisation d'une lentille plate à anneaux de

diffraction inventée par le physicien Charles FRESNEL.

Comme montrée aux figures 1 et 2, la lentille plate L Pa comprend plusieurs anneaux concentriques en matériau opaque A Oa qui sont concentriques à un centre commun Ca Les anneaux opaques sont fixés sur un film ou plaque transparent et sont ainsi alternés avec des 8 - anneaux transparents A Ta Par exemple, les anneaux

opaques sont au nombre de quatre.

Un faisceau incident F Ia est collimaté perpendiculairement à la lentille plate L Pa et est diffracté à travers les anneaux transparents A Ta Selon FRESNEL, le faisceau résultant diffracté F Da est focalisé en un foyer Fa situé le long de l'axe principal Oa Oa de la lentille L Pa et à une distance focale D Fa du centre Ca de la lentille lorsque le retard de marche entre deux rayons du faisceau diffracté issus des bords extérieur et intérieur d'un anneau opaque est égal à la demi-longueur d'onde k/2 de l'onde électromagnétique

du faisceau incident.

D'après la figure 2, les rayons Rn et Rn+ 1 des bords circulaires intérieur et extérieur du (n+l)/2 ième anneau opaque A Oa, o N est entier croissant à partir de 1, sont: Rn = ln X D Fa + (n X/2)21/2 Rn+ 1 = l(n+l) X D Fa + ((n+l) k/2)2 l 1/2 Il apparaît, en calculant la différence Rn+ 1 Rn en fonction de l'entier n, que les anneaux transparents A Ta et opaques A Oa ont des largeurs qui

décroissent en s'éloignant du centre Ca.

Lorsqu'un faisceau incident collimaté F Ib est émis suivant une direction d'incidence qui n'est pas perpendiculaire à la lentille, et qui définit un angle d'incidence i par rapport à l'axe Ob O b de la lentille, le principe de la focalisation du faisceau diffracté résultant de la diffraction du faisceau L Ib par une lentille plate à anneaux L Pb est encore applicable La lentille L Pb et la diffraction correspondantes sont

montrées aux figures 3 et 4.

Comparativement au foyer Fa, le foyer Fb de 9 - la lentille L Pb est décalé par rapport à l'axe principal Ob Ob de la lentille, est plus proche du centre de la lentille, et est situé sur le rayon incident passant par le centre Cb de la lentille L Pb Les anneaux opaques A Ob et transparents A Tb de la lentille L Pb ne sont plus circulaires et concentriques, mais sont des anneaux elliptiques qui sont excentrés les uns par rapport aux

autres et par rapport à l'axe principal de la lentille.

Les grands axes des anneaux sont colinéaires entre eux et perpendiculaires à l'axe principal de la lentille

et situés dans le plan focal Fb Ob Ob.

De telles lentilles L Pa et L Pb sont utilisables pour des faisceaux lumineux Lorsque le faisceau incident F Ia, F Ib est une onde hyperfréquence (ou micro-onde), tel qu'un faisceau émis par un satellite à une fréquence de plusieurs gigahertz, les anneaux opaques A Oa, A Ob sont en matériau conducteur,

c' est-à-dire métalliques.

En terme de puissance reçue, lorsqu'un moyen de réception hyperfréquence est placé au foyer unique Fa, Fb de la lentille L Pa, L Pb, celle-ci a un rendement approximativement égal à la moitié d'une antenne de

réception ayant la même surface.

Comme déjà dit, l'invention fait appel au principe de diffraction des lentilles de FRESNEL, et conjugue celui-ci aux propriétés de réflexion et de symétrie d'une antenne à symétrie axiale, du type par exemple à réflecteur parabolique, auquel on se référera

ci-après.

Comme illustré aux figures 5 et 6, une antenne 1 selon l'invention comprend essentiellement un réflecteur paraboloïdal 2 et un réseau de diffraction

annulaire paraboloïdal 3.

x 2685131 - Afin de fixer les idées, des dimensions d'une antenne 1 sont indiquées ci-après à titre d'exemple non limitatif En particulier, les dimensions du réseau de diffraction 3 sont indiquées par rapport à des coordonnées dans un repère triaxial orthonormé Ox, Oy, Oz O est le centre du réseau et plus précisément d'une surface concave paraboloïdale dont est issu le réseau, et Oz désigne l'axe de symétrie de ladite surface et

ici du réseau et du réflecteur.

Le réflecteur 2 est classique et est constitué par une calotte paraboloïdale qui est ici de révolution et qui est fabriquée en métal déployé, par exemple en aluminium Le réflecteur a une épaisseur de 1,2 mm, un rayon R 2 = 437 mm et une hauteur H 2 = 163,5 mm Le réflecteur est supporté par une structure porteuse classique (non représentée), telle que mât et/ou réseau d'armatures, et est fixé par exemple sur le toit d'une

maison individuelle.

Selon une réalisation préférée et illustrée

à laquelle on se réf èrera dans la suite de la description,

le réseau de diffraction 3 est composé d'une calotte paraboloïdale 30, et de plusieurs anneaux paraboloïdaux 31 à 34, ici au nombre de quatre Toutefois, selon une autre réalisation, le réseau de diffraction est composé seulement d'éléments annulaires au lieu et place des interstices annulaires entre les éléments 30 à 34 du réseau illustré 3, d'une manière analogue aux anneaux

opaques A Oa, A Ob des lentilles L Pa, L Pb.

Par exemple, le réseau 3 est obtenu à partir d'un second réflecteur qui est identique au réflecteur 2 et dans lequel la calotte et les anneaux sont découpés selon les dimensions ci-après indiquées Le réseau 3 est fixé parallèlement à et sur la surface concave réfléchissante du réflecteur 2 au moyen de cales diélectriques 31 interposées entre le réflecteur 2 et il - le réseau 3 et collées à ceux-ci Les cales 31 sont en matériau isolant électriquement et léger, par exemple en polystyrène L'épaisseur des cales est sensiblement inférieure au quart de la longueur d'onde X, typiquement égale à 25/4-1,2 _ 5 mm, afin que la distance entre les surfaces concaves du réflecteur 1 et du réseau 3 soit

sensiblement égale à X/4.

La longueur d'onde X de l'ordre de 2,5 cm correspond à la longueur d'onde moyenne des faisceaux hyperfréquence à capter par l'antenne et émis par des satellites géostationnaires Par exemple, l'antenne 1 est destinée initialement à capter deux faisceaux F 51 et F 52 d'un premier satellite ST 1, tel que le satellite TDF 1 (ou OLYMPUS, ou TV SAT 2) situé à 19 de longitude ouest, et d'un second satellite ST 2, tel que le satellite ASTRA 1 situé à 19 de longitude est Ces deux satellites sont vus de Paris, o par exemple est située l'antenne 1, sous un angle 2 c E = 420, et émettent respectivement dans les bandes de fréquence 11,7 à 12,5 G Hz et 10,95 à 11,7 G Hz, si bien que la longueur d'onde moyenne

correspond sensiblement à 12 G Hz.

Le paraboloïde dans lequel est découpé le réseau de diffraction 3 a pour équation x 2 + y 2 = 2 pz o p = R 22/( 2 H 2) = 58,4 cm est le paramètre du paraboloïde, c'est-à-dire de la parabole y 2 = 2 pz dans le plan yoz montré à la figure 5, et égal à la distance

focale OF.

En référence à nouveau à la figure 3, il a été montré qu ' un faisceau L Ib ayant un angle d' incidence i par rapport à la lentille plate L Pb était focalisé en un foyer Fb décalé par rapport à l'axe Ob-Ob de la

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12 - lentille Grâce à la symétrie de paraboloïde de l'antenne 1, il existe deux foyers F 1 et F 2 qui sont symétriques par rapport à l'axe Oz et o peuvent être focalisés deux faisceaux de satellite F 51 et F 52, dans la mesure o l'axe Oz de l'antenne 1 est sensiblement colinéaire à la bissectrice de l'angle de vision 2 a des deux satellites Ainsi, contrairement à la technique antérieure, l'antenne 1 n'est pas orientée vers l'un des satellites dont les émissions sont à capter, et peut recevoir simultanément des faisceaux émis par au moins deux satellites, bien que le réflecteur soit immobile sur la terre, par exemple sur le toit d'une maison Dans ces conditions, il est recherché deux foyers symétriques F 1 et F 2 situés sur des demi-droites coplanaires OF 1 et OF 2 dirigées vers les satellites ST 2

et ST 1 respectivement.

En effet, un rayon incident provenant du satellite ST 1 et appartenant au faisceau F 51 passera par le foyer F 2 et sera réfléchi par le centre O de la calotte 30 en un rayon réfléchi passant par le foyer F 1, comme montré à la figure 5, et inversement pour un rayon incident du faisceau F 52 passant par le foyer F 1 et réfléchi en un rayon issu du centre O et passant par le foyer F 2 Il est à noter qu'en vertu de la réciprocité entre anneaux transparents et anneaux opaques dans une lentille de FRESNEL, une série d'anneaux transparents peut être remplacée par une série d'anneaux réfléchissants, comme déjà signalé En particulier, la calotte paraboloïdale centrale 30 est préférée à un trou central "transparent" dans le réseau de diffraction

de manière à augmenter le rendement de l'antenne.

En outre, la position en hauteur ZF des foyers F 1 et F 2 au-dessus du réflecteur doit être optimisée afin que les angles d'ouverture l de têtes de réception hyperfréquence 41 et 42 placées en ces foyers contiennent v 2685131 13 - l'ensemble du réflecteur Comme il est connu, ces têtes hyperfréquence sont sous la forme d'un boîtier contenant une source de gain de données alimentant un amplificateur suivi d'un convertisseur de fréquence qui convertit le signal modulé en fréquence dans la bande des 12 G Hz (ondes centimétriques) en une première fréquence intermédiaire de l'ordre de 1 à 2 G Hz Ces têtes sont reliées par lignes de transmission, telles que guides d'ondes souples classiques (câbles coaxiaux), et câbles d'alimentation 411 et 422 à un terminal de traitement des signaux reçus Dans le terminal, un commutateur de signaux hyperfréquence transpose à nouveau en fréquence en bande de base et sélectionne les signaux reçus avant de les appliquer par exemple à un récepteur de signaux de télévision Les têtes 41 et 42 sont fixées sur un support, tel que portique 5, qui est solidaire de la structure porteuse (non représentée) du réflecteur, et qui sera décrit suivant plusieurs variantes par la suite. Les deux conditions précédentes pour la position des foyers F 1 et F 2 sont traduites par les relations: tga = YF/ZF tgq 3 2 R 2 (ZFH 2)/l(ZF H 2)2 -(R 22 y F 2)l o (-YF, ZF> et (YF, ZF) sont les coordonnées des foyers F 1 et F 2 dans le plan focal y Oz Selon les dimensions de l'antenne précédente, on trouve pour a = 210 et 1 = 58

YF = 21,8 cm et ZF = 56,8 cm <p.

En considérant l'un des deux faisceaux symétriques rayonnant F 51 et F 52, tel que le faisceau F 51 dont quelques rayons sont dessinés dans la figure 14 - afin de ne pas surcharger celle-ci, ces rayons issus d'un "plan" d'onde donné P sont focalisés par réflexion au foyer F, si les conditions de diffraction sur les bords des éléments du réseau 3 sont satisfaites Par exemple, relativement aux bords de calotte et d'anneau de la moitié du réseau situé à droite de l'axe de symétrie Oz dans la figure 5 ayant pour coordonnées b 1 à b 9, o bn avec N impair désigne un bord extérieur de calotte ou d'anneau et, bn avec N pair désigne un bord intérieur d'anneau, les retards de marche sont les suivants:

do' + do = dl' + dl X/2 = dn' + dn fl X/2.

Les distances dn' et d désignent la longueur du rayon issu du plan P au bord de coordonnée bn et la longueur de rayon de ce bord au foyer F 1, les distances do' et do concernant la réflexion au centre O de la calotte 30. Des relations analogues aux précédentes sont également satisfaites pour les rayons réfléchis par le réflecteur 2 passant dans des interstices entre les éléments 30 à 34 du réseau, puisque l'écart entre le

réseau et le réflecteur est égal à (X/2)/2 = X/4.

En supposant un plan d'onde P passant par le foyer F 2, chacune des équations dot + do = dn' + dn + N X/2 se réduit, au moyen de relations géométriques simples, à: 2 (YF + ZF) 1/2 = dn' (Yn, Zn) + dn (Yn, Zn)

+ N X/2

o zn = bn 2/( 2 p), et dn' et dn sont indiquées -

ci-après pour xn = 0.

Les calculs de ces relations donnent les coordonnées en y des bords des éléments du réseau de diffraction 3: b 1 = 12,01 cm b 2 = 17,08 cm b 3 = 21,03 cm b 4 = 24,41 cm b 5 = 27,44 cm b 6 = 30,22 cm b 7 = 32,81 cm b 8 = 35,26 cm b 9 = 37,60 cm On constate que les largeurs b 1, b 3 b 2 à b 9 b 8 des éléments métalliques du réseau 3, comme les largeurs des interstices entre ces éléments le long de l'axe Oy, diminuent à partir du centre O vers la

périphérie du réflecteur.

Pour déterminer complètement les contours des bords des éléments 30 à 34 du réseau de diffraction, on recherche pour chaque bord de coordonnée bn en y, l'ensemble des rayons issus d'un plan d'onde perpendiculaire au faisceau F 51, tel qu'un plan P(F 2) passant par le foyer F 2, qui satisfait à l'équation: do + d O ' = dn + dn'+ n(X/2) et plus précisément les coordonnées Xn, Yn et Zn des points N qui satisfont cette relation et qui sont sur le paraboloïde du réseau 3 ayant pour équation: Xn 2 + yn 2 = 2 P Zn Le plan P(F 2) passant par le foyer F 2 ( 0, YF, 16 - ZF) a pour équation dans le repère (Ox, Oy, Oz): y sine + z cosa (YF sine + z F cos) = O, soit y (y F/ZF) + z (y F 2/ZF + ZF) = O La distance dn' du point N (Xn, Yn, Zn) au plan P(F 2) est: dn' = lYn(YF / ZF) + Zn + (y F 2/ZF + ZF)l / l(YF/ZF)2 + 11 l 1/2 et la distance dn du point N au foyer F 1 (O, -YF, ZF) est: dn = lXn 2 + (Yn + YF)2 + (Zn ZF) 2 l 1/2 Sachant que bn 2 = 2 p Zn, on en déduit de l'équation précédente, les coordonnées Xn et Yn des points N qui sont situés sur une ellipse qui est perpendiculaire à Oz et centrée sur celui-ci et dont le petit axe 2 bn est dans le plan focal F 1 OF 2 et dont le grand axe 2 an est perpendiculaire au plan focal Les valeurs de an relatives à l'axe Ox (figure 6) pour les bords des éléments du réseau selon l'exemple considéré sont: a 1 = 12,8 cm a 2 = 18,2 cm a 3 = 22,44 cm a 4 = 26,09 cm a 5 = 29,39 cm a 6 = 32,46 cm a 7 = 35,34 cm a 8 = 38,10 cm a 9 = 40,77 cm Comme les largeurs des éléments métalliques 17 - du réseau suivant l'axe Oy, les largeurs de ceux-ci suivant l'axe Ox ainsi que les largeurs des interstices annulaires entre les éléments suivant l'axe Ox diminuent

à partir du centre O vers la périphérie du réflecteur.

Les largeurs des éléments et des interstices suivant les grands axes 2 a 1 à 2 a 9 sont sensiblement plus grandes que les largeurs des éléments et des interstices suivant les petits axes 2 b, à 2 b 9 En d'autres termes, les excentricités des bords elliptiques des éléments 30 à 34 du réseau de diffraction croissent sensiblement en

s'éloignant vers la périphérie.

Les excentricités, selon 1 'exemple considéré, varient de quatre centièmes, ce qui permet en pratique d'obtenir de bons résultats en terme de rendement de l'antenne lorsque les contours elliptiques de chacun des anneaux 31 à 34 sont parallèles, et donc lorsque la largeur de chaque anneau est constante et égale à la différence correspondante: bn+l bn, soit an+ 1 = an + bn+l bn Ceci facilite la fabrication des anneaux qui peuvent être approximés à des surfaces coniques puisque le paramètre p du paraboloïde du réflecteur est ici

grand.

Bien qu'une antenne à réflecteur paraboloïdal de révolution, c'est-à- dire ayant des sections droites circulaires et perpendiculaires à Oz, ait été décrite ci-dessus à titre d'exemple, l'invention s'applique également à des antennes ayant un réflecteur paraboloïdal elliptique, et plus généralement à toute antenne comportant un réflecteur à surface réfléchissante concave offrant un axe de symétrie dans

un plan focal.

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18 - En variante, le réflecteur peut être constitué par une portion d'une telle surface réfléchissante de manière à constituer une antenne du type à source décentrée, dite également offset Dans ce cas, le réseau de diffraction est découpé dans une seconde portion identique à la portion de surface réfléchissante du réflecteur, suivant le contour du réflecteur offset, et certains éléments du réseau, notamment périphériques,

ne peuvent être que des secteurs annulaires.

Comme déjà dit, les têtes de réception hyperfréquence 41 et 42 sontsupportées par exemple par un portique mince 5 en matériau léger, placé devant le réflecteur 2 Le portique comprend essentiellement, comme montré à la figure 5, une poutre 51 disposée perpendiculairement à l'axe Oz et située dans le plan focal Fl O F 2, ainsi que deux montants 52 sensiblement parallèles à l'axe Oz et reliant les extrémités de la poutre à des extrémités périphériques de la structure porteuse (non représentée) du réflecteur La poutre et les montants peuvent être des tubes en alliage léger dans lesquels cheminent les câbles 411 et 412 en

direction du terminal de réception.

L'expérience a montré que la même antenne 1 selon l'invention, c'està-dire la même combinaison du réflecteur 2 et du réseau de diffraction 3, tolère des positions des têtes de réception au voisinage des foyers F 1 et F 2 pour capter des faisceaux de satellites ayant des positions orbitales voisines et correspondant ainsi à des angles de visée a sensiblement égaux Egalement, la même antenne 1 peut être utilisée pour capter des faisceaux provenant des satellites dont les angles de visée diffèrent de quelques degrés de l'angle a, c'est-à-dire dont les directions de rayonnement sont quelque peu inclinées par rapport aux directions OF, 19 -

et OF 2.

D'une part, la poutre 51 supporte ainsi plusieurs premières têtes de réception, telles que des têtes 41, 43 et 44, qui sont fixées sensiblement côte à côte au voisinage de l'un F 1 des foyers pour capter respectivement des faisceaux de satellites ayant des positions orbitales voisines Par exemple, à côté de la tête 41 assignée au satellite TDF 1 sont disposées deux autres premières têtes 43 et 44 assignées aux satellites OLYMPUS et TV SAT 2 situés à 190 de longitude ouest. D'autre part, la poutre 51 supporte également plusieurs secondes têtes de réception, telles que les têtes 45, 46 et 47, qui sont sensiblement fixées à proximité des foyers F 1 et F 2 pour capter respectivement des faisceaux de satellites ayant des directions orbitales, vues de l'antenne, qui diffèrent de OF 2 et OF 1 Par exemple, à proximité du foyer F 2 o est positionnée la tête 42 attribuée au satellite ASTRA 1 à 190 de longitude est, sont positionnées une seconde tête 45 assignée à la réception du faisceau du satellite EUTELSAT 1 Fl situé à 16 de longitude est, et une autre seconde tête 46 assignée à la réception du faisceau du

satellite KOPERNIKUS 1 situé à 23,50 de longitude est.

Selon un autre exemple, une autre seconde tête de réception 47 est positionnée à proximité du foyer F, pour capter le faisceau émis par le satellite TELECOM

l A ayant une position orbitale de 8 de longitude ouest.

Ces diverses têtes de réception 41 à 47 sont reliées par câbles 411 à 417 cheminant à travers le portique 5 au commutateur de signaux hyperfréquence du terminal de traitement de signaux reçus associé à l'antenne 1 Ces têtes peuvent être de divers types connus et sont en conformité avec la polarisation rectiligne, circulaire ou elliptique des faisceaux hyperfréquence respectifs Bien entendu, chacune des têtes est adaptée à la fréquence porteuse des signaux émis par le satellite respectif Dans la mesure o la bande des fréquences porteuses a une largeur de quelques gigahertz, les dimensions du réseau de diffraction 3 ainsi que la distance X/4 de celui-ci au réflecteur ne sont pas critiqués Ainsi, ces dimensions sont calculées pour la fréquence moyenne de bande des fréquences porteuses, typiquement égale à 12 G Hz pour des fréquences

comprises entre Il et 13 G Hz.

Selon cette première réalisation de support de tête, la poutre 51 de l'antenne 1 comprend des moyens mécaniques pour régler manuellement les positions des têtes 41 à 47 afin d'orienter convenablement les angles d'ouverture P de chacune des têtes en fonction des dimensions du réflecteur 2 et ainsi capter le maximum de rayonnement Les moyens de réglage consistent par exemple en une poutre 51 comportant une ou plusieurs glissières longitudinales 53 parallèles au plan y Oz, dans lesquelles peuvent coulisser des coulisseaux 54 solidaires des montures des têtes Sur le coulisseau correspondant, chaque tête est montée d'une part, à rotation autour d'un axe perpendiculaire à l'axe de symétrie Oz, de préférence parallèle à l'axe Ox, d'autre part à translation suivant son axe longitudinal et ainsi suivant une direction convergeant sensiblement vers le centre du réflecteur, comme indiqué par des doubles flèches RO et TR pour la tête 42 dans la figure 5 A ces divers moyens de déplacements sont associés des moyens de verrouillage connus de manière à stabiliser la position de la tête le long de la poutre 51 et l'orientation de celle-ci dans un plan sensiblement parallèle au plan focal y Oz Dans ces conditions, chaque tête peut être positionnée efficacement à proximité de

l'un des foyers F 1 et F 2.

21 - En variante, les moyens de réglage des positions des têtes peuvent être partiellement ou totalement motorisés, et de préférence télécommandés à travers des câbles fixés au portique 5 Cette motorisation des moyens de réglage est particulièrement appréciable lorsque l'antenne est fixée sur le toit d'un pavillon, par nature peu accessible Dans ce cas, l'utilisateur de l'antenne règle les positions des têtes depuis le sol, et peut réduire le nombre de têtes portées par la poutre, moyennant des adaptations et sélections

de fréquence.

Selon une seconde réalisation plus économique, bien que le réflecteur 2 soit toujours maintenu stationnaire suivant l'orientation précisée ci-dessus, l'antenne ne comprend qu'une unique tête

hyperfréquence 4, comme montré à la figure 7.

La tête 4 est fixée à l'extrémité supérieure d'un bras porteur 6 qui traverse un double trou 32-22 ménagé aux centres de la calotte 30 du réseau de diffraction 3 et du réflecteur 2 L' extrémité inférieure du bras 6 sous le réflecteur est montée tournante autour d'un axe 61 qui est parallèle à l'axe Ox et relié par des moyens de transmission mécanique, du type engrenage par exemple, à un petit moteur électrique 62 télécommandable depuis le sol Le moteur 62 et l'axe

61 sont fixés à la structure porteuse du réflecteur.

La largeur du trou 32-22 est telle que le bras puisse balayer un plan parallèle proche du plan focal y Oz et par suite la tête de réception 4 puisse balayer le plan focal de part et d'autre de l'axe de symétrie Oz jusqu'à un angle y supérieur à a, soit de l'ordre de 300 La longueur du bras 6 est telle que la tête soit à une distance du centre O sensiblement égale à OF 1 = OF 2 A cet égard, la tête 4 est montée à x 2685131 22 coulissement longitudinal à l'extrémité supérieure du bras. Dans ces conditions, lorsque le moteur 62 est activé, par exemple pas à pas ou d'une manière automatique pour des positions de tête prédéterminées, l'utilisateur commande depuis le sol la rotation du bras afin de positionner la tête à l'une des positions souhaitée pour capter le faisceau provenant de l'un des satellites Simultanément, le commutateur hyperfréquence dans le terminal de réception est calé sur la fréquence porteuse associée (après conversion

de fréquence dans la tête).

En variante, l'extrémité inférieure du bras 6 peut être mobile à l'intérieur d'un cône à section droite circulaire ou elliptique, notamment en fonction du type de réflecteur utilisé Dans ce cas, les moyens de déplacement 61-62 du bras sont équivalents à une

articulation à cardan motorisée.

Selon cette seconde réalisation, la tête 4

est du type à multipolarisation du genre source à hélice.

Elle est reliée au terminal de réception par un guide d'onde classique à faibles pertes, ou par une fibre

optique logée dans le bras 6.

De préférence, le double trou 32-22 est revêtu d'une couche diélectrique, ou est fermé par une membrane diélectrique souple 33 traversée par le bras 6 afin d'éviter tout rayonnement réfléchi au centre de la calotte 30 et du réflecteur 2 susceptible de perturber

défavorablement le faisceau reçu à diffracter.

23 -

Claims (6)

REVENDICATIONS

1 Antenne de réception ( 1) pour plusieurs faisceaux (F 51, F 52) de satellites géostationnaires (ST 1, ST 2), comprenant un réflecteur fixe ( 2) ayant une surface réfléchissante qui est concave et issue d'une portion d'une surface symétrique par rapport à un axe de symétrie (Oz), et une tête de réception hyperfréquence ( 4) en regard du réflecteur, caractérisée en ce qu'elle comprend un réseau d'éléments annulaires ( 31 34) de diffraction ( 3), ou une portion dudit réseau ( 3), sensiblement symétrique par rapport audit axe de symétrie (Oz) et disposé parallèlement au réflecteur à une distance prédéterminée (X/4) de celui-ci, ledit réseau de diffraction définissant des premier et second foyers (F 1, F 2) symétriques par rapport audit axe de symétrie (Oz) vers lesquels sont susceptibles de converger des premier et second faisceaux de satellite (F 51, F 52) dirigés sensiblement parallèlement à des droites (OF 2, OF 1) passant par le centre ( 0) de la surface symétrique et par les second et premier foyers respectivement, la tête hyperfréquence ( 4) étant positionnée

à proximité de l'un des premier et second foyers.

2 Antenne conforme à la revendication 1, caractérisée en ce que le réseau de diffraction ( 3) comprend un élément central en forme de calotte ( 30) sensiblement symétrique par rapport audit axe de

symétrie (Oz).

3 Antenne conforme à la revendication 2,

caractérisée en ce que les largeurs (b 1, b 3 b 2, b 5 -

b 4, b 7 b 6, bg b 8) des éléments de réseau ( 30 à 34) 24 - diminuent radialement à partir de l'axe de symétrie (Oz), et/ou les largeurs (b 2 bl, b 4 b 3, b 6 b 5, b 8 b 7) des interstices entre les éléments de réseau ( 30 à 34) diminuent radialement à partir de l'axe de symétrie (Oz). 4 Antenne conforme à l'une quelconque des

revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les contours

d'au moins une partie des éléments de réseau ( 30 à 34) sont sensiblement elliptiques, les petits axes ( 2 b 1 à 2 b 9) des contours étant dans un plan focal (x Oz)

contenant les foyers (F 1, F 2) et l'axe de symétrie (Oz).

Antenne conforme à l'une quelconque des

revendications 1 à 4, caractérisée en ce que les contours

d'au moins une partie des éléments de réseau ( 30 à 34)

sont circulaires et concentriques.

6 Antenne conforme à l'une quelconque des

revendications 1 à 5, caractérisée en ce que le réseau

de diffraction ( 3) est fixé sur la surface réfléchissante concave du réflecteur ( 2) par l'intermédiaire de cales diélectriques ( 31) ayant une épaisseur inférieure à la

distance prédéterminée (x/4).

7 Antenne conforme à l'une quelconque des

revendications 1 à 6, caractérisée en ce que la distance

prédéterminée (X/4) est sensiblement égale au quart de la longueur d'onde (X) correspondant sensiblement à la fréquence centrale de la bande de fréquence porteuse

de faisceaux de satellites (F 51, F 52).

8 Antenne conforme à l'une quelconque des

revendications 1 à 7, caractérisée en ce que le réseau

de diffraction ( 3) est obtenu par découpage dans un - second réflecteur identique audit réflecteur ( 2) de l'antenne. 9 Antenne de réception conforme à l'une

quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en

ce qu'elle comprend plusieurs têtes de réception hyperfréquence ( 41 à 47) situées sensiblement à proximité de l'un des foyers (F 1, F 2) pour respectivement capter des faisceaux provenant de satellites ayant des positions orbitales en longitude qui sont sensiblement

égales ou qui diffèrent de plusieurs degrés.

Antenne conforme à la revendication 9, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens ( 5), de préférence motorisés, pour régler et fixer les positions et l'orientation des têtes de réception ( 41 à 47) afin de capter un maximum des rayonnements des satellites respectivement. 11 Antenne conforme à l'une quelconque des

revendications 1 à 8, caractérisée en ce qu' elle comprend

des moyens, de préférence motorisés, pour déplacer la tête ( 4), incluant un bras ( 6) traversant les centres ( 32, 22) du réseau de diffraction ( 3) et du réflecteur ( 2), ayant une première extrémité supportant ladite tête ( 4), et une seconde extrémité montée au moins à rotation autour d'un axe ( 61) sensiblement perpendiculaire au plan focal (y Oz) contenant les foyers

(F 1, F 2) et l'axe de symétrie (Oz).