FR2762935A1

FR2762935A1 - Two Independent Antenna direction pointing Technique for Moving Satellites

Info

Publication number: FR2762935A1
Application number: FR9705407A
Authority: FR
Inventors: Gerard Caille; Beatrice Pinte
Original assignee: Alcatel Alsthom Compagnie Generale dElectricite
Current assignee: Alcatel Lucent SAS
Priority date: 1997-04-30
Filing date: 1997-04-30
Publication date: 1998-11-06

Abstract

The two independent antenna direction pointing technique has two antenna dishes (10,11) which can rotated in two dimensions.The dishes are mounted on a common base (17). The base can rotate (18,19) so as to prevent one antenna from masking the other when following satellites

Description

L'invention concerne un dispositif terminal-antenne d'émission / réception de données vers des satellites défilant en orbite basse terrestre. The invention relates to a terminal-antenna device for transmitting / receiving data to satellites traveling in low Earth orbit.

Le dispositif terminal-antenne est destiné à être inséré au sein d'un ensemble de transmission de données à haut débit de et vers une constellation de satellites, à usage public ou privé, civil ou militaire. The terminal-antenna device is intended to be inserted within a set of high-speed data transmission from and to a constellation of satellites, for public or private, civil or military use.

Une telle constellation comprend un grand nombre de satellites défilants placés en orbite basse ou moyenne autour de la Terre. Dans une configuration classique, I'altitude est de 800 à 1500 km, et les satellites sont régulièrement espacés angulairement sur une série de plans orbitaux, avec par exemple huit satellites échelonnés sur chaque orbite à 45" d'écart les uns des autres, et huit plans orbitaux très inclinés entourant la Terre, de manière à ce que tout point du globe soit en permanence en vue d'au moins deux sinon trois de ces satellites. Le choix d'une orbite basse pour les satellites est motivé par un besoin de forte interactivité, non compatible avec les temps de propagation via l'orbite géostationnaire vers une station centralisatrice d'accès aux réseaux, et de débit de données élevé, et donc de puissance reçue par les récepteurs importante. Ce choix entraîne par contre le défilement rapide des satellites, un satellite placé sur une orbite à 1500 km ne restant en vue d'un point au sol que 10 minutes environ. Such a constellation includes a large number of traveling satellites placed in low or medium orbit around the Earth. In a conventional configuration, the altitude is from 800 to 1500 km, and the satellites are regularly spaced angularly on a series of orbital planes, with for example eight satellites staggered in each orbit at 45 "distance from each other, and eight very inclined orbital planes surrounding the Earth, so that any point on the globe is permanently in sight of at least two if not three of these satellites. The choice of a low orbit for the satellites is motivated by a need for high interactivity, not compatible with the propagation times via the geostationary orbit to a centralizing station for network access, and high data throughput, and therefore significant power received by the receivers. satellites, a satellite placed in an orbit at 1500 km remaining in sight of a point on the ground only about 10 minutes.

Dans le but de réduire le nombre de satellites assurant la continuité des communications avec les terminaux sol, il est nécessaire audits terminaux de pouvoir suivre les satellites le plus longtemps possible, donc autant que possible jusqu'à l'horizon. Une deuxième condition pour ces terminaux est de pouvoir basculer très rapidement le flux de communications d'un satellite arrivant à l'horizon vers un autre satellite plus en vue. Enfin, le gain de l'antenne doit être de l'ordre de 30 dBi pour les faisceaux émission et réception. In order to reduce the number of satellites ensuring continuity of communications with ground terminals, it is necessary for terminal audits to be able to follow the satellites as long as possible, therefore as far as possible over the horizon. A second condition for these terminals is to be able to very quickly switch the communication flow from a satellite arriving on the horizon to another more visible satellite. Finally, the antenna gain must be around 30 dBi for the transmit and receive beams.

Des solutions ont été envisagées pour ce problème. Une première solution consiste à utiliser une antenne à balayage électronique, mais le domaine angulaire à couvrir étant très large (azimut de O à 360 , élévation de 10 à 90 ), cette solution implique un nombre d'éléments actifs prohibitif déphaseurs, amplificateurs faible bruit en réception et de puissance en émission, placés entre les éléments rayonnants et les déphaseurs pour couvrir leurs pertes ainsi que celles des diviseurs/combineurs. Leur coût est donc beaucoup trop élevé. Solutions have been considered for this problem. A first solution consists in using an electronic scanning antenna, but the angular range to be covered being very wide (azimuth from O to 360, elevation from 10 to 90), this solution involves a prohibitive number of active elements phase shifters, low noise amplifiers in reception and in transmission power, placed between the radiating elements and the phase shifters to cover their losses as well as those of the dividers / combiners. Their cost is therefore much too high.

Une autre solution classique consiste à utiliser deux antennes de type Cassegrain pointables d'environ 35 cm de diamètre, en commutant de l'une sur l'autre pour éviter une interruption de trafic pendant le basculement de faisceau d'un satellite sur un autre. Pour éviter les effets de masque d'une antenne par l'autre, les deux antennes Cassegrain sont montées sur un support tournant. Elles sont protégées avec leur support par un radôme dont le diamètre atteint 1 m, ce qui pose des problèmes d'implantation sur un toit, de prise au vent etc. Elles impliquent par ailleurs de nombreuses pièces mécaniques et entre autres 5 moteurs (pointage des antennes en azimut et élévation, support tournant) devant être très précis. Le coût reste alors élevé. Another conventional solution consists in using two pointy Cassegrain type antennas of about 35 cm in diameter, by switching from one to the other to avoid an interruption in traffic during the beam switching from one satellite to another. To avoid mask effects from one antenna to the other, the two Cassegrain antennas are mounted on a rotating support. They are protected with their support by a radome whose diameter reaches 1 m, which poses problems of installation on a roof, of taking in the wind etc. They also involve many mechanical parts and, among other things, 5 motors (pointing the antennas in azimuth and elevation, rotating support) which must be very precise. The cost then remains high.

Encore une autre solution, issue du domaine militaire, permettant le suivi de plusieurs cibles mobiles trans-horizon est exposée dans le brevet US 3755 815, également présentée dans Microwave Journal (oct. 75, pp. 31-34). Yet another solution, coming from the military field, allowing the monitoring of several trans-horizon mobile targets is exposed in the patent US 3755 815, also presented in Microwave Journal (oct. 75, pp. 31-34).

Elle consiste à utiliser un réseau d'éléments actifs émetteurs associé à une lentille dôme en matériau diélectrique, permettant la déflexion du faisceau jusqu'à l'horizon et au delà. Cette solution a pour inconvénient majeur d'être très chère à fabriquer du fait d'un besoin d'un réseau de plusieurs centaines d'éléments actifs. It consists in using a network of emitting active elements associated with a dome lens made of dielectric material, allowing the deflection of the beam to the horizon and beyond. The major drawback of this solution is that it is very expensive to manufacture due to the need for a network of several hundred active elements.

D'autres moyens de déflexion de faisceau radio par utilisation de lentille diélectrique ou de lentille en guide d'ondes sont connus et par exemple exposés dans le Lo and Lee - Antenna Handbook , mais leur technologie les limite à des angles de déflexion faibles, d'environ 10 autour de l'axe de la lentille, et sans suivi de cible. Other means of deflecting a radio beam by using a dielectric lens or a waveguide lens are known and for example explained in the Lo and Lee - Antenna Handbook, but their technology limits them to small deflection angles, d '' around 10 around the axis of the lens, and without target tracking.

On connaît encore dans le domaine des antennes micro-ondes (voir demande PCT WO 88 09066), des antennes comportant une antenne réseau plane, associée à une lentille micro-onde focalisante, et à une source cornet positionnable sur une portion de sphère focale, en fonction de la direction désirée du faisceau. Ces antennes présentent l'inconvénient que la surface rayonnante étant un réseau plein, la directivité de l'antenne diminue drastiquement aux faibles élévations (environ -7,6dB pour une élévation de 10 ), alors que l'on recherche ici une directivité constante. There are also known in the field of microwave antennas (see PCT application WO 88 09066), antennas comprising a planar array antenna, associated with a focusing microwave lens, and with a horn source which can be positioned on a portion of a focal sphere, depending on the desired beam direction. These antennas have the disadvantage that the radiating surface being a full network, the directivity of the antenna decreases drastically at low elevations (approximately -7.6dB for an elevation of 10), whereas one seeks here a constant directivity.

L'invention vise donc un dispositif simple, compact et bon marché à fabriquer, permettant le maintien de communications à haut débit de et vers une constellation de satellites défilants. The invention therefore relates to a simple, compact and inexpensive device to manufacture, allowing the maintenance of high speed communications to and from a constellation of traveling satellites.

L'invention propose à cet effet une antenne d'émission / réception de signaux radioélectriques de et vers au moins un système émetteur / récepteur distant évoluant dans l'espace visible par rapport à ladite antenne, comportant une lentille focalisante d'ondes quasi-planes émises par ledit émetteur / récepteur distant, ayant une sphère focale S, au moins une source primaire d'émission / réception des signaux sous forme de faisceaux d'ondes quasisphériques, mobile sur une portion de la sphère S;
caractérisée en ce qu'elle comporte:
a) une lentille déflectrice des ondes quasi-planes émises ou reçues par l'émetteur / récepteur distant;
b) un moyen d'asservissement de la position de chaque source primaire d'émission / réception en relation avec la position connue d'un émetteur / récepteur distant.To this end, the invention provides an antenna for transmitting / receiving radio signals from and to at least one remote transmitter / receiver system operating in the visible space with respect to said antenna, comprising a focusing lens of quasi-plane waves. emitted by said remote transmitter / receiver, having a focal sphere S, at least one primary source of transmission / reception of the signals in the form of beams of quasi-spherical waves, mobile over a portion of the sphere S;
characterized in that it comprises:
a) a lens deflecting the quasi-plane waves emitted or received by the remote transmitter / receiver;
b) a means for controlling the position of each primary source of transmission / reception in relation to the known position of a remote transmitter / receiver.

Une telle combinaison de lentille focalisante et de lentille déflectrice permet d'obtenir la création d'un faisceau d'ondes planes et la déflexion de ce faisceau presque jusqu'à l'horizon, ledit faisceau étant émis ou capté par une source primaire d'émission / réception positionnée en un point de la sphère focale de la lentille focalisante correspondant à la position du satellite à chaque instant. Such a combination of focusing lens and deflecting lens makes it possible to obtain the creation of a beam of plane waves and the deflection of this beam almost to the horizon, said beam being emitted or picked up by a primary source of transmission / reception positioned at a point on the focal sphere of the focusing lens corresponding to the position of the satellite at all times.

L'invention vise plus particulièrement un terminal-antenne d'émission
I réception de signaux radioélectriques de et vers au moins deux systèmes émetteurs / récepteurs distants évoluant en des points différents de l'espace visible relativement audit dispositif, caractérisé en ce qu'il comporte:
a) un moyen de détermination de la position à un instant donné desdits émetteurs I récepteurs distants en vue;
b) un moyen de choix d'un émetteur / récepteur distant;
c) une antenne selon la description précédente, comportant au moins deux sources primaires d'émission / réception
d) un moyen de pilotage des déplacements des sources primaires d'émission / réception sur la sphère focale S adapté à éviter que les sources primaires ne viennent en collision
e) un moyen de commutation entre les sources primaires.The invention relates more particularly to a transmitting antenna terminal
I reception of radio signals from and to at least two remote transmitter / receiver systems operating at different points in the visible space relative to said device, characterized in that it comprises:
a) means for determining the position at a given instant of said remote transmitters I receivers in view;
b) a means of choosing a remote transmitter / receiver;
c) an antenna according to the preceding description, comprising at least two primary sources of transmission / reception
d) a means of controlling the displacements of the primary emission / reception sources on the focal sphere S adapted to prevent the primary sources from colliding
e) a means of switching between the primary sources.

On atteint bien ainsi le maintien continu du transfert de données avec une constellation de satellites défilants. La réduction du nombre de sources primaires d'émission / réception à deux seulement entraîne une réduction importante du coût global de l'antenne. Par ailleurs, la taille du dispositif dans cette configuration est nettement inférieure à celle de la solution à deux antennes Cassegrain. On obtient ainsi un outil nettement plus simple que les dispositifs antérieurs, installable sur le toit d'une maison de façon classique, à un coût de fabrication réduit, ce type d'antenne devenant donc accessible à des particuliers. This achieves the continuous maintenance of data transfer with a constellation of moving satellites. Reducing the number of primary transmit / receive sources to only two results in a significant reduction in the overall cost of the antenna. Furthermore, the size of the device in this configuration is much smaller than that of the solution with two Cassegrain antennas. This gives a much simpler tool than previous devices, installable on the roof of a house in a conventional manner, at a reduced manufacturing cost, this type of antenna therefore becoming accessible to individuals.

Selon un mode particulier de réalisation, les sources primaires d'émission I réception de signaux sous forme de faisceaux d'ondes quasisphériques prennent la forme d'antennes cornets mobiles sur une portion de la sphère focale de la lentille focalisante. According to a particular embodiment, the primary sources of emission I reception of signals in the form of beams of quasi-spherical waves take the form of mobile horn antennas on a portion of the focal sphere of the focusing lens.

Selon une mise en oeuvre préférée, les sources primaires d'émission / réception sont rendues mobiles chacune par l'action d'un couple de moteurs azimut I inclinaison. According to a preferred implementation, the primary sources of transmission / reception are each made mobile by the action of a couple of azimuth I tilt motors.

Ces dispositions contribuent à un coût de fabrication réduit par l'utilisation de composants classiques et d'un montage mécanique simple. These provisions contribute to a reduced manufacturing cost by the use of conventional components and a simple mechanical assembly.

Selon une forme préférée de réalisation, la lentille focalisante d'ondes quasi-planes en ondes quasi-sphériques est réalisée sous la forme d'une lentille convergente multifocale présentant un large domaine de balayage. According to a preferred embodiment, the focusing lens of quasi-plane waves into quasi-spherical waves is produced in the form of a multifocal converging lens having a wide scanning range.

De façon plus particulière, le domaine de balayage est supérieur à 30 par rapport à l'axe de symétrie de révolution de la lentille focalisante par déplacement des sources primaires d'émission I réception d'ondes sur sa sphère focale. More particularly, the scanning range is greater than 30 relative to the axis of symmetry of revolution of the focusing lens by displacement of the primary sources of emission I reception of waves on its focal sphere.

Cette disposition permet d'atteindre un large domaine de balayage avec une technologie simple. This arrangement achieves a wide scanning range with simple technology.

Selon une variante préférée, la lentille focalisante est réalisée sous la forme d'une lentille diélectrique convexe. Dans une variante avantageuse, cette lentille focalisante est réalisée sous la forme d'une lentille en guide d'ondes concave. According to a preferred variant, the focusing lens is produced in the form of a convex dielectric lens. In an advantageous variant, this focusing lens is produced in the form of a lens in a concave waveguide.

Ces modes de réalisation de la lentille focalisante à base de matériaux courants bon marché participent encore à une réduction du coût du dispositif, par opposition aux réseaux de composants actifs utilisés dans certaines solutions antérieures. These embodiments of the focusing lens based on cheap common materials further contribute to a reduction in the cost of the device, in contrast to the networks of active components used in certain prior solutions.

Selon un mode de réalisation préféré, la lentille déflectrice des ondes quasi-planes prend la forme d'une lentille dôme en diélectrique. Plus précisément, cette lentille dôme présente un profil moyen généralement hémisphérique. According to a preferred embodiment, the deflecting lens for quasi-plane waves takes the form of a dielectric dome lens. More specifically, this dome lens has a generally hemispherical average profile.

Ce mode de réalisation conduit à la fois à une capacité de déflexion des faisceaux presque jusqu'à l'horizon, et constitue par ailleurs un radôme protecteur pour l'antenne. This embodiment leads both to a capacity for deflection of the beams almost to the horizon, and also constitutes a protective radome for the antenna.

Selon un mode de réalisation préféré, I'une au moins des lentilles comporte une couche d'adaptation (correspondant à un quart de longueur d'onde). Cette couche d'adaptation se compose préférentiellement d'un diélectrique d'indice égal à la racine carrée de l'indice du diélectrique de la lentille. Selon une variante avantageuse, la couche d'adaptation présente une épaisseur égale au quart de la longueur d'onde utilisée, percée d'une pluralité de trous borgnes. According to a preferred embodiment, at least one of the lenses comprises an adaptation layer (corresponding to a quarter wavelength). This adaptation layer preferably consists of a dielectric of index equal to the square root of the index of the dielectric of the lens. According to an advantageous variant, the adaptation layer has a thickness equal to a quarter of the wavelength used, pierced with a plurality of blind holes.

Cette couche d'adaptation a pour effet de réduire les pertes et couplages générés par les phénomènes de réflexion à la surface des lentilles diélectriques. This adaptation layer has the effect of reducing the losses and couplings generated by the reflection phenomena on the surface of the dielectric lenses.

La description et les dessins d'un mode préféré de réalisation de l'invention, donnés ci-après, permettront de mieux comprendre les buts et avantages de l'invention. II est clair que cette description est donnée à titre d'exemple, et n'a pas de caractère limitatif. Dans les figures:
- la figure 1 représente schématiquement un terminal-antenne selon l'invention, ainsi que les éléments du système de transmission de données satellitaire au sein duquel il s'intègre;
- la figure 2 représente plus précisément les principaux éléments constitutifs d'une antenne selon l'invention;
- la figure 3 schématise un mode de réalisation d'un système mécanique de déplacement des sources primaires d'émission / réception sur une portion de la sphère focale S de la lentille focalisante;
- la figure 4 montre le montage préféré de l'électronique de basculement des signaux des sources primaires d'émission / réception,
- la figure 5 montre une variante de ce même montage;
- les figures 6 à 8 montrent des vues en coupe de trois variantes de lentille focalisante
- la figure 9 schématise une variante de forme hyperboloïde de la lentille déflectrice.The description and the drawings of a preferred embodiment of the invention, given below, will make it possible to better understand the aims and advantages of the invention. It is clear that this description is given by way of example, and is not limiting. In the figures:
- Figure 1 schematically shows an antenna terminal according to the invention, as well as the elements of the satellite data transmission system in which it is integrated;
- Figure 2 shows more precisely the main elements of an antenna according to the invention;
- Figure 3 shows schematically an embodiment of a mechanical system of displacement of the primary sources of emission / reception on a portion of the focal sphere S of the focusing lens;
FIG. 4 shows the preferred arrangement of the electronics for switching the signals of the primary transmission / reception sources,
- Figure 5 shows a variant of this same assembly;
- Figures 6 to 8 show sectional views of three variants of the focusing lens
- Figure 9 shows schematically a variant hyperboloid shape of the deflecting lens.

La figure 1 montre une antenne 1 en vue de deux satellites 2, 3 défilant sur une orbite 4 autour de la Terre 5. Les orbites des satellites sont déterministes et connues longtemps à l'avance. II apparaît cependant des dérives (limitées à environ ± 0,5 ) liées à la traînée atmosphérique résiduelle, à la pression de radiation solaire ou au contrôle d'attitude, qui sont corrigées à intervalles réguliers par les moteurs du satellite. Ces satellites sont dotés d'antennes de réception ainsi que d'antennes d'émission 6, 7 émettant des signaux en forte puissance dans des faisceaux directifs 8, 9. FIG. 1 shows an antenna 1 in view of two satellites 2, 3 traveling in an orbit 4 around the Earth 5. The orbits of the satellites are deterministic and known long in advance. However, there are drifts (limited to approximately ± 0.5) linked to the residual atmospheric drag, to the solar radiation pressure or to attitude control, which are corrected at regular intervals by the satellite engines. These satellites are provided with receiving antennas as well as transmitting antennas 6, 7 transmitting high power signals in directional beams 8, 9.

Un particulier ou une entreprise utilisant le système de transmission de données est doté d'un terminal-antenne comportant d'une part une antenne 1, installée de façon fixe par exemple sur le toit comme une antenne satellitaire TV classique. Ce terminal-antenne comporte par ailleurs une électronique de contrôle 10 assurant le suivi des satellites, L'émission et la réception des signaux radioélectriques, et le décodage des informations cryptées pour lesquelles l'utilisateur dispose d'une habilitation (abonnement). Le terminalantenne est également relié à un calculateur 11 de type micro-ordinateur PC, comportant un dispositif de mémoire non détaillé, un clavier 12 et un écran 13. An individual or a business using the data transmission system is provided with an antenna terminal comprising on the one hand an antenna 1, installed in a fixed manner for example on the roof like a conventional satellite TV antenna. This antenna terminal also includes electronic control 10 ensuring the monitoring of satellites, the transmission and reception of radio signals, and the decoding of encrypted information for which the user has authorization (subscription). The antenna terminal is also connected to a computer 11 of the PC microcomputer type, comprising a non-detailed memory device, a keyboard 12 and a screen 13.

Le dispositif de mémoire du micro-ordinateur comporte un enregistrement des informations caractérisant les orbites des satellites (éphémérides), et un logiciel permettant de calculer à un instant donné, en fonction de ces informations d'orbite et de la localisation géographique du terminal antenne (longitude, latitude), quels satellites sont en vue et sous quels angles géographiques locaux (azimut, élévation).The microcomputer memory device includes a recording of the information characterizing the orbits of the satellites (ephemeris), and software making it possible to calculate at a given instant, as a function of this orbit information and of the geographic location of the antenna terminal ( longitude, latitude), which satellites are in view and from which local geographic angles (azimuth, elevation).

Le terminal-antenne 1, 10 est également relié dans cette réalisation à un téléviseur 14 pour la réception d'émission sur commande, ledit téléviseur pouvant être doté d'une caméra 15 permettant des applications de visioconférence, ainsi qu'à un téléphone 16 et un fax non représenté. Les différents appareils nécessitant le transfert de données via le terminal-antenne sont branchés sur un boîtier connecteur 17 éventuellement intégré au boîtier 10 contenant l'électronique de contrôle du terminal-antenne. The antenna terminal 1, 10 is also connected in this embodiment to a television set 14 for receiving transmissions on command, said television set being able to be provided with a camera 15 allowing videoconference applications, as well as to a telephone 16 and a fax not shown. The various devices requiring data transfer via the antenna terminal are connected to a connector box 17 possibly integrated into the box 10 containing the control electronics of the antenna terminal.

De façon plus détaillée, L'antenne 1 selon l'invention est illustrée dans la figure 2, et comporte, dans son mode préféré de réalisation, une lentille-dôme 21 permettant la déflexion des faisceaux radio en provenance d'un satellite pouvant être situé en toute direction de l'espace visible local, depuis le zénith et presque jusqu'à l'horizon, vers une lentille focalisante 22 transformant des ondes planes reçues du satellite en ondes sphériques (et réciproquement). L'antenne 1 comporte également deux sources primaires 23, 24 d'émission / réception de faisceaux d'ondes sphériques, un montage mécanique non représenté sur cette figure de positionnement de ces sources primaires d'émission I réception, et une structure mécanique 25 de support de ces éléments. Le dispositif placé sous les sources primaires et les lentilles est incorporé dans un cylindre métallique de protection 26. In more detail, the antenna 1 according to the invention is illustrated in FIG. 2, and comprises, in its preferred embodiment, a dome lens 21 allowing the deflection of the radio beams coming from a satellite which can be located in any direction of local visible space, from the zenith and almost to the horizon, towards a focusing lens 22 transforming plane waves received from the satellite into spherical waves (and vice versa). The antenna 1 also comprises two primary sources 23, 24 for transmitting / receiving beams of spherical waves, a mechanical assembly not shown in this figure for positioning these primary sources of emission I receiving, and a mechanical structure 25 of support of these elements. The device placed under the primary sources and the lenses is incorporated in a protective metal cylinder 26.

La lentille dôme déflectrice 21 est de type connu. Elle se comporte en première approximation comme une lentille optique dans le domaine des hyperfréquences. Sa fonction est la déflexion de faisceaux d'ondes quasiplanes inclinées selon un angle 02 compris entre 0 et 80" à 85" en un faisceaux d'ondes quasi-planes inclinées selon un angle 01 compris entre 0 et 30 à 400. The deflecting dome lens 21 is of known type. As a first approximation, it behaves like an optical lens in the microwave domain. Its function is the deflection of beams of quasiplane waves inclined at an angle 02 between 0 and 80 "to 85" into a beam of quasi-plane waves inclined at an angle 01 between 0 and 30 to 400.

Elle est de forme quasi hémisphérique. Une telle lentille-dôme est décrite dans son principe dans Microwave Journal d'octobre 1975. Elle est réalisée par moulage de matériau diélectrique hyperfréquence, par exemple un matériau durcissant à chaud possédant un fort pouvoir déflecteur des rayons radios (coefficient e permittivité diélectrique voisin de 10). De tels matériaux incluent le type TMM 10 ( Thermoset Microwave Material , matériau durcissant à chaud) de la famille des DuroïdsTM produits par la société
Rogers Corp, ou le K10 de Emerson & Cummings. Ces matériaux, à base par exemple de matrice en PTFE (PolyTetraFluorEthylène plus connu sous le nom commercial TeflonTM) incluant des particules fines en céramique, sont quasiment insensibles à la pluie et aux intempéries, et sont suffisamment rigides pour ne pas être déformés par le vent. Ils peuvent donc remplir la fonction de radôme protecteur de l'ensemble du montage antenne.It is almost hemispherical in shape. Such a dome lens is described in principle in Microwave Journal of October 1975. It is produced by molding of microwave dielectric material, for example a hot-hardening material having a strong deflector power of radio rays (coefficient and dielectric permittivity close to 10). Such materials include type TMM 10 (Thermoset Microwave Material, hot-hardening material) from the family of DuroidsTM produced by the company
Rogers Corp, or the K10 from Emerson & Cummings. These materials, based for example on a PTFE matrix (PolyTetraFluorEthylene better known under the trade name TeflonTM) including fine ceramic particles, are almost insensitive to rain and weathering, and are rigid enough not to be deformed by the wind . They can therefore fulfill the function of protective radome of the entire antenna assembly.

La précision nécessaire pour la forme obtenue doit être de l'ordre du millimètre, du fait des longueurs d'ondes choisies (quelques centimètres), ce qui rend la fabrication simple car peu exigeante en précision (beaucoup moins que les lentilles d'appareils photographiques). The precision required for the shape obtained must be of the order of a millimeter, because of the wavelengths chosen (a few centimeters), which makes manufacturing simple since it does not require very much precision (much less than the lenses of cameras). ).

Le fort pouvoir déflecteur choisi permet de multiplier l'angle de balayage par 2 à 2,7, et donc de balayer pratiquement jusqu'à l'horizon avec des angles de faisceau internes de seulement 30 à 40". Un pouvoir déflecteur supérieur engendrerait des phénomènes de reflet partiel des signaux en surface, ce qui dégraderait les performances de l'antenne complète. Le rayon intérieur de la lentille hémisphérique est de 25 cm, et son épaisseur varie d'environ 3 à 5 mm au sommet à une épaisseur comprise entre 3 et 7 cm au bord, selon l'indice du matériau choisi. Le profil extérieur de la lentille dôme est également proche d'une calotte sphérique. Dans l'exemple de réalisation considéré, le radôme a donc un diamètre extérieur d'environ 60 cm, ce qui est une taille comparable avec les antennes paraboliques de réception TV par satellite. The strong deflection power chosen makes it possible to multiply the scanning angle by 2 to 2.7, and therefore to sweep practically to the horizon with internal beam angles of only 30 to 40 ". A higher deflector power would generate phenomena of partial reflection of signals on the surface, which would degrade the performance of the complete antenna. The internal radius of the hemispherical lens is 25 cm, and its thickness varies from around 3 to 5 mm at the top to a thickness between 3 and 7 cm at the edge, depending on the index of the material chosen. The outer profile of the dome lens is also close to a spherical cap. In the embodiment considered, the radome therefore has an outside diameter of about 60 cm, which is a comparable size with satellite dishes for satellite TV reception.

La lentille focalisante 22 est également une lentille hyperfréquence de type réalisé en matériau diélectrique. Elle se comporte comme une lentille quasi-optique en première approximation, avec un indice supérieur à 1 (la longueur d'onde dans le diélectrique étant inférieure à la longueur d'onde dans le vide). La géométrie de telles lentilles est donc convexe, elle est décrite dans le Lo and Lee - Antenna Handbook , par exemple aux pages 16-19 à 16-59. The focusing lens 22 is also a microwave lens of the type made of dielectric material. It behaves like a quasi-optical lens as a first approximation, with an index greater than 1 (the wavelength in the dielectric being less than the wavelength in vacuum). The geometry of such lenses is therefore convex, it is described in the Lo and Lee - Antenna Handbook, for example on pages 16-19 to 16-59.

La fonction de cette lentille est la transformation d'un faisceau d'ondes quasiplanes inclinées à un angle compris entre 0 et 35 en un faisceau d'ondes quasi-sphériques d'axe d'inclinaison voisin.The function of this lens is the transformation of a beam of quasiplane waves inclined at an angle between 0 and 35 into a beam of quasi-spherical waves with a similar axis of inclination.

Cette lentille multifocale permet d'obtenir un balayage large (30 à 40 autour de l'axe de la lentille) par déplacement de la source primaire (émission et réception). Les lentilles de ce type sont connues dans la littérature pour un balayage de l'ordre de 10 , avec un faisceau trés fin, mais l'extrapolation à 30 à 40 ne pose pas de problème particulier, dans la mesure où le gain de la lentille focalisante n'a pas besoin d'être important ici, son faisceau étant beaucoup plus large, sachant qu'il est connu de l'homme de l'art que l'ampleur du balayage possible avec un système focalisant s'exprime en nombre de largeurs de faisceau. Ici encore, une telle lentille est obtenue facilement par moulage d'un matériau de type composite de constante diélectrique forte ( voisin de 10). Pour la même raison de longueur d'onde utilisée de quelques centimètres, la précision de moulage demandée est de l'ordre du millimètre seulement (proportionnelle à la longueur d'onde, qui est beaucoup plus élevée que pour les lentilles fonctionnant dans le spectre visible). Les matériaux composites décrits plus hauts pour la réalisation de la lentille dôme 21 sont également utilisés pour la réalisation de cette lentille focalisante 22. Le choix d'une lentille diélectrique permet d'obtenir une bande passante large et donc un débit de données important à travers l'antenne. This multifocal lens makes it possible to obtain a wide scan (30 to 40 around the axis of the lens) by displacement of the primary source (emission and reception). Lenses of this type are known in the literature for a scan of the order of 10, with a very fine beam, but extrapolation to 30 to 40 does not pose any particular problem, insofar as the gain of the lens focusing does not need to be important here, its beam being much wider, knowing that it is known to those skilled in the art that the extent of the possible scanning with a focusing system is expressed in number of beam widths. Here again, such a lens is easily obtained by molding a material of the composite type with a strong dielectric constant (close to 10). For the same reason of wavelength used of a few centimeters, the requested molding precision is of the order of only a millimeter (proportional to the wavelength, which is much higher than for lenses operating in the visible spectrum ). The composite materials described above for the production of the dome lens 21 are also used for the production of this focusing lens 22. The choice of a dielectric lens makes it possible to obtain a wide bandwidth and therefore a high data rate through the antenna.

Le diamètre de la lentille focalisante est d'environ 35 cm pour un diamètre intérieur de la lentille dôme de 50 cm. La lentille focalisante est disposée horizontalement, son centre optique coïncidant avec celui de la lentille dôme hémisphérique. Le rayon de la sphère focale de cette lentille est d'environ 30 à 50 cm, selon les caractéristiques précises des matériaux choisis. The diameter of the focusing lens is approximately 35 cm for an internal diameter of the dome lens of 50 cm. The focusing lens is arranged horizontally, its optical center coinciding with that of the hemispherical dome lens. The radius of the focal sphere of this lens is approximately 30 to 50 cm, depending on the precise characteristics of the materials chosen.

Sur une portion de cette sphère focale (typiquement 35 autour de l'axe de la lentille focalisante) sont disposées de façon mobile deux sources primaires 23, 24 d'émission / réception d'ondes sphériques. Ce sont des antennes cornets de type classique dans la réception satellitaire TV par exemple, pour laquelle des cornets illuminés par des réflecteurs paraboliques sont utilisés. On a portion of this focal sphere (typically 35 around the axis of the focusing lens) are movably arranged two primary sources 23, 24 of emission / reception of spherical waves. These are conventional horn antennas in satellite TV reception for example, for which horns illuminated by parabolic reflectors are used.

Les caractéristiques spécifiques des cornets utilisés ici sont liées d'une part à l'angle sous lequel ils voient la lentille focalisante et d'autre part à la longueur d'onde utilisée. En ce qui concerne les débits de données, il faut envisager pour des applications variées couvrant jeu interactif, télétravail, téléenseignement, vidéo interactive, transmission de données type Internet un volume émis maximum de l'ordre de 1 à 5 Mbps, et un volume reçu maximum un ordre de grandeur supérieur, c'est à dire de 10 à 50 Mbps. Par ailleurs, la position des cornets dans cette application conduit à une ouverture de faisceau de ± 30 . En acceptant une atténuation de -10 à -15 dB aux bords du faisceau, on calcule de façon classique le diamètre de l'embouchure du cornet, 50 à 60 mm de diamètre pour la bande de fréquence utilisée (bande Ku soit 11 à 14,3
Ghz).The specific characteristics of the horns used here are linked on the one hand to the angle under which they see the focusing lens and on the other hand to the wavelength used. Regarding data rates, consider for various applications covering interactive game, telework, distance learning, interactive video, Internet type data transmission a maximum transmitted volume of the order of 1 to 5 Mbps, and a received volume maximum an order of magnitude higher, that is to say from 10 to 50 Mbps. Furthermore, the position of the horns in this application leads to a beam opening of ± 30. By accepting an attenuation of -10 to -15 dB at the edges of the beam, we conventionally calculate the diameter of the mouth of the horn, 50 to 60 mm in diameter for the frequency band used (Ku band is 11 to 14, 3
Ghz).

La figure 3 illustre un montage mécanique simple permettant de remplir la fonction de déplacement des deux cornets sur une portion de sphère, le déplacement des deux cornets étant réalisé de façon indépendante. Ce montage comporte principalement une double couronne concentrique 32, 33 et des balancelles 30, 31 supportant les cornets 23, 24. Pour assurer que la portion de sphère déterminée par les axes de liberté des cornets dans cette configuration correspond bien à la sphère focale de la lentille focalisante 22, celle-ci est disposée au centre de la double couronne, par un moyen de support mécanique non représenté ici, mais de nature classique. FIG. 3 illustrates a simple mechanical assembly making it possible to fulfill the function of displacement of the two horns on a portion of a sphere, the displacement of the two horns being carried out independently. This arrangement mainly comprises a concentric double crown 32, 33 and swings 30, 31 supporting the horns 23, 24. To ensure that the portion of sphere determined by the axes of freedom of the horns in this configuration corresponds well to the focal sphere of the focusing lens 22, this is arranged in the center of the double crown, by a mechanical support means not shown here, but of a conventional nature.

Dans cette configuration, le premier cornet 23 est mu par un montage intérieur au montage supportant l'autre cornet 24. Ce premier cornet 23 est attaché par sa partie haute à une structure de support de type balancelle 30, réalisée en plastique rigide, dont les deux bras sont formés en arc de cercle dans leur partie basse pour éviter de gêner le passage de l'autre balancelle 31 supportant le deuxième cornet 24. La balancelle 30 est attachée selon un axe A à une couronne intérieure 32. In this configuration, the first horn 23 is moved by an interior mounting to the assembly supporting the other horn 24. This first horn 23 is attached by its upper part to a support structure of the swing type 30, made of rigid plastic, the two arms are formed in an arc in their lower part to avoid hindering the passage of the other swing 31 supporting the second horn 24. The swing 30 is attached along an axis A to an inner ring 32.

Le déplacement de la balancelle autour de la verticale est réalisé par un moteur d'inclinaison 36, par exemple de type moteur électrique pas à pas, disposé selon l'axe A à l'intérieur de la couronne 32. Ce déplacement permet d'atteindre une inclinaison ss1, comprise entre -35" et +35 . Cette inclinaison est fonction de l'élévation du satellite : elle est nulle pour un satellite situé au zénith du lieu, et est de ±35 pour un satellite situé 10 au-dessus de l'horizon du lieu. The swing of the swing around the vertical is achieved by a tilting motor 36, for example of the electric stepping motor type, arranged along the axis A inside the ring 32. This movement makes it possible to reach an inclination ss1, between -35 "and +35. This inclination depends on the elevation of the satellite: it is zero for a satellite located at the zenith of the place, and is ± 35 for a satellite located 10 above the horizon of the place.

La couronne intérieure 32 est mue en rotation par un autre moteur électrique 34, également de type pas à pas, dont l'action permet de déterminer un azimut al compris entre 0 et 360". Ce moteur est par exemple disposé à l'extérieur des deux couronnes, et entraîne la couronne intérieure en rotation par l'intermédiaire d'une couronne dentée. The inner ring 32 is rotated by another electric motor 34, also of the stepping type, the action of which makes it possible to determine an azimuth al between 0 and 360 ". This motor is for example placed outside the two crowns, and drives the inner crown in rotation via a toothed crown.

On comprend donc que la combinaison des actions des deux moteurs azimut 34, inclinaison 36 permet de placer le premier cornet 23 en tout point choisi sur une calotte de la sphère focale d'angle d'ouverture ±35 , le cornet restant en permanence pointé vers le centre de la lentille focalisante. Le contrôle des deux moteurs 34, 36 permet de réaliser le suivi d'un satellite défilant, la vitesse de défilement du satellite correspondant à un déplacement du cornet par exemple d'une position d'élévation -35" à une élévation +35 en dix minutes environ. It is therefore understood that the combination of the actions of the two azimuth motors 34, inclination 36 makes it possible to place the first horn 23 at any point chosen on a cap of the focal sphere with an opening angle ± 35, the horn remaining permanently pointed towards the center of the focusing lens. The control of the two motors 34, 36 makes it possible to monitor a moving satellite, the speed of movement of the satellite corresponding to a displacement of the horn, for example from an elevation position -35 "to an elevation +35 in ten about minutes.

Le montage pour le second cornet est très similaire à celui décrit plus haut pour le premier cornet. Ce cornet 24 est attaché par sa partie inférieure à une structure balancelle 31, de taille suffisante pour ne pas risquer de gêner le passage de la balancelle intérieure. Cette balancelle est suspendue à une couronne extérieure 33. L'angle d'azimut a2 de l'antenne 24 est déterminé par l'action d'un moteur d'azimut 37, et l'angle d'inclinaison p2 est obtenu par l'action d'un moteur d'inclinaison 35 en tous points identiques aux moteurs de positionnement de l'autre antenne. The assembly for the second horn is very similar to that described above for the first horn. This horn 24 is attached by its lower part to a swing structure 31, of sufficient size so as not to risk hindering the passage of the interior swing. This swing is suspended from an outer ring 33. The azimuth angle a2 of the antenna 24 is determined by the action of an azimuth motor 37, and the angle of inclination p2 is obtained by the action of a tilt motor 35 at all points identical to the positioning motors of the other antenna.

L'électronique d'asservissement et d'alimentation des moteurs pas à pas azimut / inclinaison des cornets n'est pas décrite ici mais est connue de l'homme de l'art. The servo and power electronics of azimuth / tilt stepper motors are not described here but are known to those skilled in the art.

En ce qui concerne le montage électronique permettant le basculement entre les deux cornets 23, 24, il est illustré sur la figure 4. Un canal de signal à émettre 42 comportant un amplificateur 46 (technologie SSPA: Solid State Power Amplifier : amplificateur état solide de puissance), et un canal de signal reçu 43 comportant un amplificateur 47 (technologie LNA : Low Noise Amplifier : amplificateur à faible bruit) sont reliés à un circulateur 41. Ce circulateur de nature connue est un composant passif provoquant la circulation du signal dans un sens donné entre ses trois ports et permettant un découplage émission / réception. II est par exemple réalisé en ferrite. Ce circulateur 41 est relié à un commutateur 40 de connexion sélective à l'un ou l'autre des cornets. Le commutateur 40 est relié aux cornets par des câbles coaxiaux souples 44, 45. Il est de type connu à base de diode, et commute en moins d'une microseconde entre les deux cornets. Les composants annexes non mentionnés dans cette description, tels qu'alimentation électrique, sont de nature classique dans ce domaine. As regards the electronic assembly allowing the switching between the two horns 23, 24, it is illustrated in FIG. 4. A signal channel to be transmitted 42 comprising an amplifier 46 (SSPA technology: Solid State Power Amplifier: solid state amplifier of power), and a received signal channel 43 comprising an amplifier 47 (LNA technology: Low Noise Amplifier: low noise amplifier) are connected to a circulator 41. This circulator of known nature is a passive component causing the circulation of the signal in a direction given between its three ports and allowing a decoupling transmission / reception. It is for example made of ferrite. This circulator 41 is connected to a switch 40 for selective connection to one or the other of the horns. The switch 40 is connected to the horns by flexible coaxial cables 44, 45. It is of known type based on a diode, and switches in less than a microsecond between the two horns. The ancillary components not mentioned in this description, such as power supply, are of a conventional nature in this field.

Le mode de fonctionnement du dispositif comporte plusieurs phases. The operating mode of the device comprises several phases.

La première est l'installation du dispositif. Elle comporte la fixation mécanique de l'antenne sur le toit d'un édifice, en vérifiant les axes horizontaux et l'orientation nord / sud de l'antenne. Ensuite, L'antenne est connectée à son alimentation, à un micro-ordinateur pilote 11, et aux appareils utilisateurs TV 14, caméra 15, téléphone 16.The first is the installation of the device. It includes the mechanical fixing of the antenna on the roof of a building, checking the horizontal axes and the north / south orientation of the antenna. Then, the antenna is connected to its power supply, to a pilot microcomputer 11, and to the user devices TV 14, camera 15, telephone 16.

Dans la même phase, les éphémérides des satellites de la constellation (paramètres orbitaux de position et vitesse à un instant initial donné) sont entrés en mémoire de l'ordinateur destiné à servir d'hôte et de pilote de l'antenne. Ces données peuvent être fournies sous la forme d'une disquette. In the same phase, the ephemeris of the constellation's satellites (orbital parameters of position and speed at a given initial instant) entered the memory of the computer intended to serve as host and pilot of the antenna. This data can be provided in the form of a diskette.

Après entrée de l'heure locale et de la position terrestre du terminal antenne (latitude, longitude), l'ordinateur peut calculer la position actuelle des satellites de la constellation en fonction du temps écoulé depuis l'instant correspondant aux paramètres orbitaux mémorisés, et comparer ces positions à la zone de visibilité théorique depuis le terminal-antenne. Une procédure de calibration automatique du système est réalisable, avec pointage des 2 cornets 23, 24 sur la position théorique de satellites en vue, suivi pendant quelques instants, et vérification à partir des données acquises du niveau de puissance reçue et émise, de l'orientation spatiale de l'antenne, et de la qualité du suivi. After entering the local time and the terrestrial position of the antenna terminal (latitude, longitude), the computer can calculate the current position of the constellation satellites as a function of the time elapsed since the instant corresponding to the memorized orbital parameters, and compare these positions to the theoretical visibility area from the antenna terminal. An automatic system calibration procedure is achievable, with pointing of the 2 horns 23, 24 on the theoretical position of the satellites in view, followed for a few moments, and verification from the data acquired of the level of power received and emitted, of the spatial orientation of the antenna, and the quality of monitoring.

Un diagnostic de corrections à apporter à l'installation est réalisé automatiquement en fonction de ces données de calibration.A diagnosis of corrections to be made to the installation is carried out automatically based on this calibration data.

Dans la phase d'utilisation courante, lorsque l'utilisateur met le système en marche (ordinateur en marche et alimentation de l'antenne), le logiciel de pilotage calcule la position des satellites à cette heure, et détermine donc quels satellites sont en vue à ce moment depuis cette position du globe. A partir des coordonnées du satellite le plus haut sur l'horizon, I'ordinateur Il calcule la position correspondante que doit prendre un cornet sur la sphère focale de la lentille focalisante, envoie les ordres de mouvement aux moteurs pas à pas de déplacement de ce cornet, et connecte sélectivement ce cornet, correspondant au satellite le plus en vue, à l'électronique d'émission et de réception. La transmission et la réception des données sont alors possibles. In the phase of current use, when the user turns on the system (computer on and power to the antenna), the control software calculates the position of the satellites at this time, and therefore determines which satellites are in view at this time from this position on the globe. From the coordinates of the highest satellite on the horizon, the computer It calculates the corresponding position that a horn must take on the focal sphere of the focusing lens, sends the orders of movement to the stepping motors for movement of this horn, and selectively connects this horn, corresponding to the most visible satellite, to the transmission and reception electronics. Data transmission and reception are then possible.

De façon continue, I'ordinateur calcule alors les mouvements correctifs à apporter à la position du cornet utilisé pour suivre le satellite, et pilote les moteurs de position en conséquence. La précision de positionnement requise pour un suivi régulier des satellites est déterminée par la largeur du lobe principal de l'antenne, et le taux d'atténuation acceptable du signal avant déplacement de ladite antenne. Dans le cas présent, une ouverture du lobe de 5 et une perte de signal acceptable de 0,3 dB conduisent à une précision de pointage de 0,75 du cornet par les moteurs, ce qui correspond pour une sphère focale de 50 cm de rayon à une précision de positionnement de 0,65 cm. Un suivi de satellite défilant en orbite basse conduit alors à un déplacement de 0,65 cm du cornet toutes les 6 secondes environ. Lors du suivi d'un satellite, le cornet assurant le flux de communications est prioritaire en déplacement sur l'autre cornet, le logiciel assurant à tout instant qu'aucune collision ne se produit en déplaçant au besoin le second cornet hors de la route du premier. The computer then continuously calculates the corrective movements to be made to the position of the horn used to track the satellite, and controls the position motors accordingly. The positioning precision required for regular monitoring of the satellites is determined by the width of the main lobe of the antenna, and the acceptable attenuation rate of the signal before displacement of said antenna. In the present case, an opening of the lobe of 5 and an acceptable loss of signal of 0.3 dB lead to a pointing accuracy of 0.75 of the horn by the motors, which corresponds for a focal sphere of 50 cm in radius at a positioning accuracy of 0.65 cm. A tracking of a satellite parading in low orbit then leads to a 0.65 cm displacement of the horn every 6 seconds approximately. When tracking a satellite, the horn ensuring the communication flow takes priority over the other horn, the software ensuring at all times that no collision occurs by moving the second horn off the road if necessary first.

Suivant un critère d'élévation du satellite inférieure à 10 (satellite s'approchant de l'horizon), ou de baisse anormale du signal reçu (pr environ 1 à 50 bits. La reconstitution des données perdues est réalisée par utilisation de codes correcteurs d'erreurs transmis avec le signal. According to a criterion of satellite elevation less than 10 (satellite approaching the horizon), or abnormal decrease in the received signal (pr approximately 1 to 50 bits. The reconstruction of the lost data is carried out by using correcting codes d 'errors transmitted with the signal.

La remise à jour des éphémérides peut être réalisée soit par entrée d'une disquette contenant les nouvelles données, soit par téléchargement par le réseau satellitaire lui-même, sur requête automatique du terminal. Updating the ephemeris can be carried out either by entering a diskette containing the new data, or by downloading from the satellite network itself, at the automatic request of the terminal.

Comme on l'a vu dans la description, les moteurs utilisés dans ce montage sont de puissance adaptée au déplacement d'une masse faible, inférieure au kg, ce qui permet l'utilisation de moteurs peu onéreux, très classiques dans le commerce. Ceci est un avantage par rapport à la solution de suivi de satellites utilisant deux antennes Cassegrain, pour laquelle les moteurs doivent être adaptés au positionnement précis de masse de quelques kg, et sont donc plus chers. As we have seen in the description, the motors used in this assembly are of power adapted to the displacement of a low mass, less than kg, which allows the use of inexpensive motors, very conventional in the trade. This is an advantage compared to the satellite tracking solution using two Cassegrain antennas, for which the motors must be adapted to the precise mass positioning of a few kg, and are therefore more expensive.

Les niveaux de précision requis sur le positionnement de l'antenne d'une part et le temps entre deux mouvements d'autre part garantissent qu'un montage mécanique classique et une électronique simple peuvent atteindre ces niveaux. On voit donc que la solution choisie est économique à fabriquer. The levels of precision required on the positioning of the antenna on the one hand and the time between two movements on the other guarantee that a conventional mechanical assembly and simple electronics can reach these levels. It can therefore be seen that the solution chosen is economical to manufacture.

La mise en oeuvre telle qu'elle a été décrite fournit à la fois un dispositif de faible coût, les différents composants étant de type connu ou de spécifications de fabrication peu exigeantes, et un dispositif compact. Un terminal antenne possédant une lentille focalisante de 30 cm de diamètre présente en effet un gain équivalent à celui d'un dispositif à deux antennes
Cassegrain de 35 cm (qui subit une perte de signal due au masque du réflecteur secondaire) commutées.The implementation as it has been described provides both a low cost device, the various components being of known type or undemanding manufacturing specifications, and a compact device. An antenna terminal having a focusing lens 30 cm in diameter indeed has a gain equivalent to that of a device with two antennas
35 cm Cassegrain (which undergoes a loss of signal due to the mask of the secondary reflector) switched.

II est à noter que le dispositif tel que décrit possède une symétrie de révolution autour de son axe vertical, avec une prise au vent indifférente à la direction du vent et un coefficient de traînée faible du fait du choix de géométries cylindriques et hémisphériques, ce qui représente un avantage par rapport aux antennes classiques sans radôme, pour lesquelles se posent des problèmes de mouvements entretenus lors de vent en rafales. It should be noted that the device as described has a symmetry of revolution about its vertical axis, with a wind resistance indifferent to the wind direction and a low drag coefficient due to the choice of cylindrical and hemispherical geometries, which represents an advantage compared to conventional antennas without radome, for which problems of sustained movements arise during gusty winds.

Dans une variante de réalisation de la lentille focalisante 22, un matériau quartz-silice est utilisé pour sa fabrication. In an alternative embodiment of the focusing lens 22, a quartz-silica material is used for its manufacture.

Dans une autre variante, le montage électronique permettant le basculement entre les deux cornets 23, 24, est remplacé par un montage illustré sur la figure 5. Dans ce montage, chaque cornet 23, 24 comporte un circulateur 41', 41" auquel sont reliés directement des modules d'amplification sur les signaux d'émission 46', 46" et de réception 47', 47". Les amplificateurs de signaux d'émission des deux sources primaires sont reliés par deux câbles coaxiaux 45', 44' à un dispositif de connexion sélective 40' auquel parvient le signal à émettre par un canal 42. De même, les amplificateurs à faible bruit des signaux reçus sont reliés par des câbles coaxiaux 45", 44" à un dispositif de connexion sélective 40" auquel est relié un canal 43 de signal reçu. In another variant, the electronic assembly allowing the tilting between the two horns 23, 24, is replaced by an assembly illustrated in FIG. 5. In this assembly, each horn 23, 24 comprises a circulator 41 ', 41 "to which are connected amplification modules directly on the transmit signals 46 ', 46 "and receive signals 47', 47". The transmit signal amplifiers of the two primary sources are connected by two coaxial cables 45 ', 44' to a selective connection device 40 'to which the signal to be transmitted is transmitted by a channel 42. Similarly, the low noise amplifiers of the received signals are connected by coaxial cables 45 ", 44" to a selective connection device 40 "to which is connected a received signal channel 43.

Cette disposition est destinée à réduire l'impact des pertes de signal se produisant dans les câbles coaxiaux souples, et estimées à 1 dB dans chaque câble de 0,5 m de longueur environ. Cette variante présente un coût supérieur par la duplication des amplificateurs, mais permet à puissance d'amplificateur égale, d'améliorer la Puissance Isotrope Rayonnée Equivalente (PIRE) de 1 dB environ, et le facteur de mérite en réception (GîT) d'environ 2 dB. A performances de l'antenne égales, ceci permet une réduction des dimensions de la lentille focalisante et de la lentille dôme, donc de toute l'antenne. This provision is intended to reduce the impact of the signal losses occurring in flexible coaxial cables, and estimated at 1 dB in each cable of approximately 0.5 m in length. This variant presents a higher cost by duplicating the amplifiers, but allows, at equal amplifier power, to improve the Isotropic Equivalent Radiated Power (EIRP) by approximately 1 dB, and the reception merit factor (GîT) by approximately 2 dB. With equal antenna performance, this allows a reduction in the dimensions of the focusing lens and of the dome lens, and therefore of the entire antenna.

La lentille focalisante 22 réalisée en diélectrique peut être remplacée par d'autres lentilles remplissant la même fonction. De telles variantes sont illustrées sur les figures 6 à 8. Comme on le voit figure 6, une première variante consiste à zoner L'antenne diélectrique, c'est à dire à enlever des épaisseurs de matériau de sorte que le retard de phase reste constant (à un multiple de 360" près) avant et après zonage. Dans cette figure, deux bords 51, 52 correspondant à l'enlèvement de zones 53, 54 ont été réalisées, permettant ainsi de réduire le volume et la masse de la lentille. Cette technique de zonage présente l'inconvénient de créer des baisses de performance dues aux reflets sur les bords du zonage, et le nombre de décrochages du profil de la lentille doit donc être autant que possible réduit. The focusing lens 22 produced in dielectric can be replaced by other lenses fulfilling the same function. Such variants are illustrated in FIGS. 6 to 8. As can be seen in FIG. 6, a first variant consists in zoning the dielectric antenna, that is to say in removing thicknesses of material so that the phase delay remains constant. (to a multiple of 360 "near) before and after zoning. In this figure, two edges 51, 52 corresponding to the removal of zones 53, 54 have been made, thus making it possible to reduce the volume and the mass of the lens. This zoning technique has the drawback of creating performance losses due to reflections on the edges of the zoning, and the number of lens profile stalls must therefore be reduced as much as possible.

Une seconde variante de lentille focalisante, présentée figure 7, consiste à remplacer le matériau diélectrique par une lentille en guide d'onde 22"', éventuellement zonée (antenne 22" présentant un décrochement 51, illustrée sur la figure 8). Ces lentilles en guide d'onde sont du domaine connu. A second variant of the focusing lens, presented in FIG. 7, consists in replacing the dielectric material by a waveguide lens 22 "', possibly zoned (antenna 22" having a step 51, illustrated in FIG. 8). These waveguide lenses are from the known field.

Leur principe est de synthétiser une lentille d'indice inférieur à 1 (car la longueur d'onde dans le guide d'onde est supérieure à la longueur d'onde dans le vide), et donc devant être de courbure inverse de celle des lentilles diélectriques, à focalisation équivalente. On a donc ici une lentille concave.Their principle is to synthesize a lens with an index less than 1 (because the wavelength in the waveguide is greater than the wavelength in vacuum), and therefore must be of inverse curvature to that of the lenses dielectric, with equivalent focus. So here we have a concave lens.

Cette option présente l'inconvénient de fournir une bande passante moins large qu'une lentille diélectrique, mais présente un coût de fabrication moindre, la lentille étant par exemple fabriquée par formage d'un bloc d'aluminium selon la concavité souhaitée et simple perçage dans ce bloc d'une série de trous parallèles disposés en quinconce.This option has the disadvantage of providing a bandwidth less wide than a dielectric lens, but has a lower manufacturing cost, the lens being for example manufactured by forming an aluminum block according to the desired concavity and simple drilling in this block of a series of parallel holes arranged in staggered rows.

Pour les lentilles diélectriques, il peut être nécessaire de réduire les réflexions aux interfaces diélectrique / air si l'on veut améliorer les performances de l'antenne. Une couche d'adaptation d'une épaisseur d'un quart de longueur d'onde peut alors avantageusement être ménagée. Elle est avantageusement réalisée par exemple sous la forme d'un revêtement en diélectrique d'indice égal à la racine carrée de l'indice du diélectrique Wn. Une autre variante consiste à percer sur une épaisseur d'un quart de longueur d'onde une pluralité de trous borgnes, en densité telle que la moyenne de l'indice du diélectrique restant et de l'indice de l'air dans les trous équivaille à un indice égal à la racine carrée de l'indice du diélectrique ssIn. Cette méthode, qui revient à simuler un diélectrique de permittivité déterminée, est classique. For dielectric lenses, it may be necessary to reduce reflections at the dielectric / air interfaces if the performance of the antenna is to be improved. An adaptation layer with a thickness of a quarter wavelength can then advantageously be provided. It is advantageously produced, for example, in the form of a dielectric coating with an index equal to the square root of the dielectric index Wn. Another variant consists in drilling a thickness of a quarter wavelength a plurality of blind holes, in density such that the average of the index of the remaining dielectric and of the index of the air in the holes is equivalent to an index equal to the square root of the dielectric index ssIn. This method, which amounts to simulating a dielectric of determined permittivity, is conventional.

Dans la description, une lentille déflectrice en forme de dôme hémisphérique a été mentionnée, ce qui est le mode le plus classique. Une variante d'exécution consiste à utiliser une géométrie hyperboloïde ou paraboloïde de courte focale, comme illustré sur la figure 9. Dans cette figure, on voit une lentille déflectrice en forme de dôme hyperboloïde 21, une lentille focalisante 22, la lentille dôme étant ici zonée (décrochage 61 visible sur la figure). Ceci autorise une augmentation de la surface éclairée aux angles d'inclinaison forts (élévation faible du satellite sur l'horizon), et permet donc de compenser une baisse de gain de la lentille focalisante dans ces conditions. In the description, a hemispherical dome-shaped deflecting lens has been mentioned, which is the most conventional mode. An alternative embodiment consists in using a hyperboloid or paraboloid geometry of short focal length, as illustrated in FIG. 9. In this figure, we see a deflecting lens in the form of a hyperboloid dome 21, a focusing lens 22, the dome lens being here zoned (stall 61 visible in the figure). This allows an increase in the illuminated surface at strong angles of inclination (low elevation of the satellite on the horizon), and therefore makes it possible to compensate for a drop in gain of the focusing lens under these conditions.

Une lentille dôme de 35 à 40 cm de hauteur permet alors d'obtenir une surface rayonnante utile équivalente à un disque de 30 cm de diamètre.A dome lens 35 to 40 cm in height then makes it possible to obtain a useful radiating surface equivalent to a disc 30 cm in diameter.

Dans une variante relative à la méthode de suivi des satellites, une technique active remplace la technique passive décrite, dans laquelle comme on s'en souvient les données caractérisant la position des satellites sont simplement stockées à l'avance en mémoire de l'ordinateur, et pour laquelle on suppose que l'on positionne ainsi les sources primaires au bon endroit au bon moment, sans contrôle en temps réel. Dans la variante envisagée, chaque cornet comporte plusieurs récepteurs, par exemple quatre récepteurs disposés en matrice carrée, et fournit des signaux de sortie correspondant à une somme et à une différence des signaux reçus par les différents récepteurs. En début de poursuite d'un satellite donné, un cornet est positionné selon les données calculées par l'ordinateur 11. Puis l'analyse de l'évolution au cours du temps des signaux somme et différence permet de déterminer dans quelle direction le satellite se déplace et de le suivre en conséquence. Une remise à jour automatique des éphémérides mémorisés, en fonction des positions des satellites réellement observées, est éventuellement effectuée régulièrement par l'ordinateur hôte. In a variant relating to the satellite tracking method, an active technique replaces the passive technique described, in which, as we remember, the data characterizing the position of the satellites are simply stored in advance in the computer memory, and for which it is assumed that the primary sources are thus positioned in the right place at the right time, without real-time control. In the variant envisaged, each horn comprises several receivers, for example four receivers arranged in a square matrix, and provides output signals corresponding to a sum and to a difference of the signals received by the various receivers. At the start of tracking a given satellite, a horn is positioned according to the data calculated by the computer 11. Then the analysis of the evolution over time of the sum and difference signals makes it possible to determine in which direction the satellite is moves and follow it accordingly. An automatic update of the stored ephemeris, according to the positions of the satellites actually observed, is possibly carried out regularly by the host computer.

Dans une autre variante non représentée, dans laquelle l'utilisateur ne dispose pas d'un micro-ordinateur, le logiciel de suivi des satellites et la mémoire d'enregistrement des éphémérides sont intégrés dans un microprocesseur à mémoire, par exemple intégré dans un boîtier à placer sous un poste de TV, de la taille typique des décodeurs de TV cryptée traditionnels, et qui peut être confondu avec un modulateur I démodulateur adapté à des émissions cryptées. Une procédure de téléchargement des éphémérides à intervalles réguliers est alors prévue de façon automatique, sans intervention de l'utilisateur. In another variant, not shown, in which the user does not have a microcomputer, the satellite tracking software and the ephemeris recording memory are integrated into a memory microprocessor, for example integrated into a housing. to be placed under a TV set, the size typical of traditional encrypted TV decoders, and which can be confused with a demodulator modulator I suitable for encrypted broadcasts. A procedure for downloading the ephemeris at regular intervals is then provided for automatically, without user intervention.

Dans encore une autre variante, un dispositif similaire à celui de l'invention est installé non plus au niveau du terminal sol, mais au niveau d'un satellite, par exemple satellite d'observation devant envoyer des images à quelques stations sol seulement dont la position peut être quelconque. Le principe de suivi des stations sol est analogue pour le satellite à celui de satellites défilant pour un terminal au sol. Dans cette application, la taille des stations sol peut être très nettement réduite (par exemple d'un facteur 10 si on réalise un gain de 20 dB sur le signal reçu par l'antenne) par rapport aux antennes de réception classiques adaptées à des satellites émettant en faisceau large, donc avec une puissance reçue faible. Cette disposition peut également améliorer la confidentialité des données émises. Enfin, la simplicité de la solution, son faible coût (par rapport en particulier aux antennes actives à très nombreux éléments) et sa faible consommation électrique rendent sa mise en oeuvre très favorable sur satellite. In yet another variant, a device similar to that of the invention is no longer installed at the ground terminal, but at the level of a satellite, for example observation satellite having to send images to only a few ground stations whose position can be arbitrary. The principle of tracking ground stations is similar for the satellite to that of satellites running for a ground terminal. In this application, the size of the ground stations can be very significantly reduced (for example by a factor of 10 if there is a gain of 20 dB on the signal received by the antenna) compared to conventional reception antennas adapted to satellites emitting in wide beam, therefore with a low received power. This provision can also improve the confidentiality of the data transmitted. Finally, the simplicity of the solution, its low cost (compared in particular to active antennas with very many elements) and its low electrical consumption make its implementation very favorable on satellite.

La portée de la présente invention ne se limite pas aux détails des formes de réalisation ci-dessus considérées à titre d'exemple, mais s'étend au contraire aux modifications à la portée de l'homme de l'art. The scope of the present invention is not limited to the details of the above embodiments considered by way of example, but on the contrary extends to modifications within the reach of ordinary skill in the art.

Claims

1. Antenna device for transmitting / receiving radio signals from and to at least one remote transmitter / receiver system (2, 3) operating in the visible space with respect to said antenna, comprising a focusing lens (22) of waves quasi-planes emitted by said remote transmitter / receiver, said means having a focal sphere S, at least one primary source (23, 24) of transmission / reception of the signals in the form of beams of quasi-spherical waves, mobile on a portion of the sphere S;

characterized in that it comprises in combination:

a) a deflecting lens (21) of the quasi-plane waves emitted or received by the remote transmitter / receiver;

b) a servo means (10, 11) for the position of each primary source of transmission / reception in relation to the known position of a remote transmitter / receiver.

2. Terminal-antenna device for transmitting / receiving radio signals from and to at least two remote transmitter / receiver systems (2, 3) operating at different points in the visible space relative to said terminal-antenna, characterized in that 'it comprises:

a) means for determining the position at a given instant of said remote transmitters / receivers in view;

b) a means of choosing a remote transmitter / receiver;

c) an antenna (1) according to claim 1, comprising at least two primary sources (23, 24) of transmission I reception

d) a means (11) for controlling the displacements of the primary emission / reception sources on the focal sphere S adapted to prevent the primary sources from colliding

e) means (40) for switching between the primary sources.

3. Device according to claim 2, characterized in that it further comprises means for recovering data lost during the switching time.

4. Device according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the primary sources (23, 24) of transmission / reception of the signals in the form of beams of quasi-spherical waves take the form of horn antennas mobile on a portion of the focal sphere S of the focusing lens (22) of quasi-spherical waves in quasi-plane waves.

5. Device according to any one of claims 1 to 4, characterized in that each primary source (23, 24) of transmission / reception is made mobile by the action of a couple of motors (34, 35, 36 , 37) azimuth / tilt.

6. Device according to any one of claims 1 to 5, characterized in that at least one primary source (23, 24) of transmission / reception comprises an amplification module (41, 46, 47) of the transmitted signals and received.

7. Device according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the focusing lens (22) of quasi-plane waves in quasi-spherical waves is produced in the form of a multifocal converging lens having a wide range sweep.

8. Device according to claim 7, characterized in that the scanning range is greater than 30C with respect to the axis of symmetry of revolution of the focusing lens by displacement of the primary sources (23, 24) of transmission / reception d waves on its focal sphere S.

9. Device according to any one of claims 7 or 8, characterized in that the focusing lens (22) is produced in the form of a convex dielectric lens.

10. Device according to any one of claims 7 or 8, characterized in that the focusing lens (22) is produced in the form of a lens in concave waveguide.

11. Device according to any one of claims 7 to 10, characterized in that the focusing lens (22) is zoned.

12. Device according to any one of claims 1 to 11, characterized in that the deflecting lens (21) of the quasi-plane waves takes the form of a dielectric dome lens.

13. Device according to claim 12, characterized in that the dome lens (21) has a generally hemispherical mean profile.

14. Device according to claim 12, characterized in that the dome lens (21) has interior and exterior profiles generally parabolic, elliptical or hyperbolic.

15. Device according to any one of claims 1 to 14, characterized in that it comprises a means of isolating the device against the conditions of the external environment combined with the deflecting lens (21).

16. Device according to any one of claims 12 to 15, characterized in that the deflecting lens (21) has an increasing thickness from its top to its base.

17. Device according to any one of claims 1 to 16, characterized in that at least one of the lenses (21, 22) comprises an adaptation layer of quarter-wave type.

18. Device according to claim 17, characterized in that the adaptation layer consists of a dielectric of index equal to the square root of the index of the dielectric of the lens.

19. Device according to claim 17, characterized in that the adaptation layer has a thickness equal to a quarter of the wavelength used, pierced with a plurality of blind holes with a density of holes adapted to create an equivalent index , equal to the square root of the dielectric index of the lens.

20. Device according to any one of claims 2 to 19, characterized in that the remote transmitters / receivers are satellites of a constellation, and that the means for determining the position at a given instant of the satellites in view comprises:

- a database of the orbital parameters of each satellite at a given time;

a means of memorizing the terrestrial parameters of the position of the antenna terminal;

- software for calculating the current position of each satellite from the initial orbit parameters and the time since the initial instant; software for comparing the orbital position with the angular area visible from the position of the antenna terminal;

a means of regularly updating the database of orbital parameters of the transmitters I remote receivers.

21. Device according to any one of claims 1 to 20, characterized in that the primary sources (23, 24) of transmission / reception include means for detecting the pointing deviation with respect to the received wave beam. a remote transmitter / receiver on the move.