FR2764753A1 - Systeme d'antenne pour un service de radiodiffusion audio numerique par satellite - Google Patents

Abstract

Un système d'antenne de service de radiodiffusion audio numérique comprend une antenne de radiodiffusion, montée sur un véhicule spatial (120, 125) qui comporte un réseau à rayonnement direct à guides d'ondes à fentes. Le système d'antenne comprend également une antenne de réception d'utilisateur mobile ayant une antenne à hélices quadrifilaires. L'antenne de radiodiffusion est munie d'un polariseur à lames parallèles pour générer une polarisation circulaire. L'antenne de radiodiffusion est optimisée en vue des performances du système global et elle est capable d'admettre une puissance RF élevée et de modeler la forme du faisceau.

Description

SYSTEME D'ANTENNE POUR UN SERVICE DE RADIODIFFUSION

AUDIO NUMERIQUE PAR SATELLITE

La présente invention concerne de façon générale des anten-

nes et elle concerne plus particulièrement une architecture et une forme

5. de réalisation originales d'un système d'antenne qui répond aux exigen-

ces spécifiques d'un système prévu pour un service de radiodiffusion au-

dio numérique (ou DARS pour "digital audio radio service"), et qui opti-

mise les performances pour l'environnement dans lequel le système fonctionne. Plus précisément, le système d'antenne qui est décrit ici comprend une antenne de radiodiffusion de liaison descendante à bord d'un véhicule spatial et une antenne mobile de réception installée sur

divers véhicules d'utilisateurs ou sur des radiorécepteurs portables.

On voit poindre une nouvelle génération de systèmes de radio-

diffusion. L'organisme Federal Communications Commission (FCC) des E. U.A. a réservé une partie du spectre des ondes hertziennes pour un service de radiodiffusion audio numérique par satellite (ou DARS). Les licenciés du système DARS travailleront dans la bande S, entre 2320 et

2345 MHz, pour diffuser des émissions de radio avec une couverture na-

tionale continue (c'est-à-dire la partie continentale des Etats-Unis, ou CONUS pour "Continental United States"), avec un son numérique de

qualité "disque compact", à partir de deux positions orbitales géosyn-

chrones. Des antennes, comprenant des antennes de radiodiffusion de

véhicule spatial et des antennes de réception d'utilisateur, sont des élé-

ments essentiels et critiques du système global. Les antennes sont es-

sentielles du fait que le système ne peut pas fonctionner sans elles, et

elles sont critiques du fait que leur configuration et leur forme de réalisa-

tion ont une influence directe sur les performances et le coût du système.

Les éléments clés qui guident la conception d'antennes mobiles pour un système DARS sont les caractéristiques physiques et le coût de

production. L'antenne mobile doit être simple, légère et suffisamment pe-

tite pour être "agréable au consommateur". La viabilité commerciale des

radiorécepteurs d'utilisateur dépend fortement de l'aspect, de l'installa-

tion et du coût de l'antenne. Une antenne malcommode et coûteuse dont l'installation exige plus qu'une modification simple du véhicule n'attirerait

pas l'intérêt d'un nombre suffisant de consommateurs pour justifier l'in-

vestissement élevé d'un système DARS.

Les caractéristiques de performances électriques de l'antenne sont tout aussi importantes. Du fait des contraintes physiques et de coût

ci-dessus, on ne peut pas attendre des antennes mobiles qu'elles procu-

rent un gain élevé. Il est donc essentiel que le maximum du faisceau soit

pointé dans la direction désirée, de façon que la courbe de gain ne pé-

nalise pas la qualité du signal reçu. Les angles d'observation de satelli-

tes géosynchrones à partir de la région CONUS sont compris entre 20 et degrés à partir du zénith, Un radiorécepteur est capable de recevoir des signaux de plus fort niveau si le diagramme d'antenne a une forme

qui maximise le gain entre 20 et 80 degrés, par opposition à la couver-

ture hémisphérique classique qui présente un maximum au zénith. De plus, l'antenne mobile doit être omnidirectionnelle en azimut, de façon

que le niveau des signaux reçus soit insensible à l'orientation du véhi-

cule. D'autres caractéristiques électriques fondamentales comprennent la

polarisation circulaire (PC) et une bonne isolation par polarisation, con-

formément aux exigences du système DARS.

Du fait de la caractéristique de faible gain d'antennes mobiles et de la zone de radiodiffusion étendue d'un système DARS, un mode de réalisation d'une antenne de satellite pour la présente invention doit

émettre une puissance très élevée (dans la gamme de 1,5 à 2,0 kilo-

watts) pour permettre à des utilisateurs de recevoir des signaux audio de haute fidélité. Pour maximiser la puissance émise vers la zone à laquelle on s'intéresse (ou pour minimiser la puissance qui déborde vers une zone de non-couverture),on doit donner à la couverture du faisceau une forme adaptée à la forme irrégulière de la zone vers laquelle la diffusion est effectuée. Il en résulte qu'une possibilité de fonctionnement à puissance élevée et une possibilité de mise en forme de faisceau sont ainsi deux

points clés qui doivent guider la conception de l'antenne de radiodiffu-

sion de véhicule spatial. Du fait de la puissance élevée, I'antenne doit posséder de bonnes propriétés de dissipation/gestion thermique. Du fait de l'exigence de mise en forme de faisceau, I'antenne doit offrir la possibilité d'ajustement d'amplitude et de phase de l'ouverture. De plus, il est hautement souhaitable que l'antenne puisse commodément être montée sur la même structure de bus et partage une conception commune de propulsion et de maîtrise thermique avec d'autres programmes spatiaux

commerciaux (comme le système Odyssey qui est développé par la de-

manderesse). Le fait de procéder ainsi réduit le coût global du pro-

gramme. Des mécanismes simples de déploiement en orbite et de sus-

pension à la Cardan sont également préférés, pour des raisons de fiabi-

lité.

L'architecture et la forme de réalisation d'antenne pour le sys-

tème DARS de satellite de la présente invention procurent l'avantage de

performances de système globales optimisées, par l'utilisation de la sou-

plesse de couverture de faisceau qui est inhérente à des antennes mo-

biles et de véhicule spatial.

Un autre avantage du système d'antenne de la présente inven-

tion consiste en ce qu'il procure une antenne de véhicule spatial efficace, qui est capable de rayonner une puissance RF élevée et d'effectuer une

mise en forme de faisceau.

Un avantage supplémentaire du système d'antenne consiste

dans sa fiabilité élevée, résultant d'un mécanisme de déploiement simple.

Un mode de réalisation du mécanisme de déploiement comprend un res-

sort de torsion pour faire tourner l'antenne vers sa position appropriée, au lieu d'une antenne de type réflecteur qui doit être déployée avec un

système de déploiement complexe, de type parapluie, qui est très coû-

teux et sujet à des défaillances.

Encore un autre avantage du système d'antenne de la présente invention consiste en ce qu'il permet une installation d'antenne mobile simple, exigeant le strict minimum de modifications du véhicule, et un

faible coût de production de l'antenne mobile.

Un avantage supplémentaire du système d'antenne de la pré-

sente invention consiste en ce que les antennes mobiles peuvent aisé-

ment être permutées entre un modèle "universel" et un modèle "régional",

pour accepter un profil personnel voyage/déplacement en zone locale.

L'invention procure un système d'antenne de service de radio-

diffusion audio numérique (DARS) comprenant: une antenne de radio-

diffusion montée sur un véhicule spatial, I'antenne de radiodiffusion com-

prenant un réseau à rayonnement direct à guide d'ondes à fentes (ou

SWDRA pour "Slotted Waveguide Direct Radiating Array"); et une an-

tenne de réception d'utilisateur mobile comprenant une antenne à hélices

quadrifilaires (ou QHA pour "Quadrifilar Helix Antenna").

On décrira un mode de réalisation d'un système d'antenne DARS. On envisage tout d'abord les antennes d'utilisateur mobile, puis

l'antenne de véhicule spatial et enfin le système considéré globalement.

On peut utiliser des modes de réalisation de la présente invention dans des systèmes de radiodiffusion audio numérique, dans des antennes de

liaison descendante pour des systèmes de communication en orbite géo-

synchrone, des antennes de télécommunication, de télémesure et de té-

lécommande pour engins spatiaux et des applications concernant des ra-

dars et des systèmes de communication à bord d'aéronefs.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront

mieux compris à la lecture de la description qui va suivre de modes de

réalisation, donnés à titre d'exemples non limitatifs. La suite de la des-

cription se réfère aux dessins annexés, dans lesquels:

La figure 1 est une illustration schématique d'un mode de réali-

sation d'un système de service de radiodiffusion audio numérique (ou

DARS pour "Digital Audio Radio Service") de la présente invention.

Les figures 2A et 2B sont respectivement des vues de face et de l'arrière d'un mode de réalisation d'un réseau d'alimentation imprimé pour une une antenne à hélices quadrifilaires (ou QHA pour "Quadrifilar

Helix Antenna") de la présente invention.

Les figures 3A et 3B sont des illustrations graphiques de dia-

grammes calculés de modes de réalisation d'antennes à hélices quadrifi-

laires (QHA) de différentes longueurs et de différents pas; la figure 3A illustre une antenne QHA conçue pour procurer un gain suffisant entre 20 et 80" à partir du zénith; et la figure 3B illustre une antenne QHA

conçue pour procurer un gain élevé entre 40 et 60 à partir du zénith.

La figure 4A est une vue de dessus d'un mode de réalisation d'une structure de réseau à rayonnement direct à guide d'ondes à fentes (ou SWDRA pour "Slotted Waveguide Direct Radiating Array") pour une application DARS de la présente invention. La figure 4B est une vue en perspective d'un sous-réseau du

réseau SWDRA de la figure 4A.

La figure 5A est une vue en perspective de dessus d'un polari-

seur à lames parallèles, d'un réseau à guide d'ondes à fentes et d'un ré-

seau d'alimentation à guides d'ondes pour le mode de réalisation du ré-

seau SWDRA des figures 4A et 4B.

La figure 5B est une vue en perspective de dessous du mode

de réalisation de la figure 5A.

La figure 6 est une représentation schématique d'un contour de

gain d'un système DARS à partir d'une position orbitale à 80 de longi-

tude qui procure une couverture quasi-uniforme à l'intérieur de la région

CONUS.

La figure 7A est une représentation graphique illustrant l'am-

plitude d'ouverture du réseau SWDRA pour générer la couverture de fais-

ceau de la figure 6.

La figure 7B est une représentation graphique illustrant la dis-

tribution de phase du réseau SWDRA pour générer la couverture de fais-

ceau de la figure 6.

La figure 8A est une vue en perspective du réseau SWDRA il-

lustrant une position repliée pendant le lancement d'un véhicule spatial.

La figure 8B est une vue en perspective du réseau SWDRA il-

lustrant une position déployée, en orbite, du réseau SWDRA de la pré-

sente invention.

Les figures 9A-1 à 9A-3 et 9B-1 à 9B-5 sont des vues en pers-

pective du polariseur léger pour une antenne de véhicule spatial déploya-

ble pour le service DARS; les figures 9A-1 à 9A-3 montrent une version dé-

ployable et les figures 9B-1 à 9B-5 montrent une version à suspension.

La figure 10 est une représentation graphique illustrant les

contours de gain d'une structure de réseau SWDRA qui favorise une ré-

gion de latitude élevée, pour compenser une dégradation de transmission qui est due à la présence relativement plus fréquente d'un obstacle dans

la ligne de visée.

La figure 11A est une représentation graphique illustrant une amplitude d'ouverture du réseau SWDRA pour générer la couverture de faisceau de la figure 10. La figure 11B est une représentation graphique illustrant une distribution de phase du réseau SWDRA pour générer la couverture de

faisceau de la figure 10.

La présente invention procure un système d'antenne prévu pour

I'utilisation avec un système de service de radiodiffusion audio numéri-

que (DARS) par satellite, envisagé ci-dessus. Plus précisément, la figure 1 illustre un mode de réalisation d'un système d'antenne pour un système DARS par satellite qui est désigné de façon générale par la référence

100. Le système d'antenne 100 est divisé en trois segments principaux.

Le premier segment est un segment spatial 105, un second segment est un segment sol 110 et un troisième segment est un segment d'utilisateurs

115. Le segment spatial 105 comprend un satellite ouest 120 et un satel-

lite est 125. Les satellites 120 et 125 procurent une couverture sur la partie continentale des Etats-Unis (CONUS). De plus, deux satellites 120, 125 sont utilisés pour la redondance et pour améliorer le niveau de signal

dans certains cas. De plus, pour des raisons de diversité, les deux satel-

lites 120, 125 peuvent diffuser le même signal, de façon que les utilisa-

teurs reçoivent les deux signaux, avec un retard approprié, pour obtenir

un signal sommé de meilleure qualité.

Le segment sol 110 comprend des studios 140 qui sont con-

nectés à un centre de commande de satellite principal 145 et également

à un centre de commande de satellite de secours 150, pour la redon-

dance et la fiabilité. Le centre de commande de satellite principal 145

établit également une liaison de radiocommunication montante de satel-

lite ouest, 155, et une liaison de radiocommunication montante de satel-

lite est 160, qui communiquent respectivement avec le satellite ouest 120

et le satellite est 125.

Le segment d'utilisateurs 115 comprend des antennes de ré-

cepteur et des radiorécepteurs dans une variété de véhicules et d'équi-

pements. Par exemple, la figure 1 illustre un véhicule automobile 165, une maison ou un immeuble 170, un bateau 175, un aéronef 180 et des

utilisateurs individuels 185 qui sont des piétons. Tous les utilisateurs ci-

dessus sont des utilisateurs potentiels du système d'antenne 100 du

système DARS. De plus, entre le segment spatial 105 et le segment d'uti-

lisateurs 115, on trouve une radiodiffusion ouest 190 et une radiodiffusion est 195 qui sont respectivement émises par le satellite ouest 120 et

le satellite est 125 vers les utilisateurs.

Un mode de réalisation d'une antenne mobile pour la radiodiffu-

sion DARS consiste en une antenne à hélices quadrifilaires (ou QHA) en circuit imprimé 200. En se référant aux figures 2A et 2B, on note qu'un

mode de réalisation de l'antenne QHA 200 comprend quatre enroule-

ments identiques 205, formés de manière équidistante sur une surface

cylindrique 210. Les quatre hélices 205 sont alimentées avec une ampli-

tude égale et avec une progression de phase de 90 degrés par un trans-

formateur symétrique-dissymétrique (ou balun) micro-ruban 215. Les héli-

ces 205 ainsi que le transformateur symétrique-dissymétrique 215 sont

fabriqués sur la même feuille de circuit diélectrique mince 220, en utili-

sant des techniques classiques de fabrication de circuits imprimés par photogravure. La feuille de circuit 220 est ensuite enroulée autour d'un tube pour assurer un support mécanique. L'assemblage complet mesure moins de 10 cm de longueur et 1 cm de diamètre. La figure 2B illustre un

plan de masse 225.

Une telle structure de circuit imprimé avec un transformateur symétriquedissymétrique intégré permet l'utilisation de la fabrication par photogravure standard, pour la production en volume à faible coût. La

taille physique mince et réduite ne donne lieu qu'à des efforts aérodyna-

miques négligeables et nécessite donc seulement un montage simple par la base. Selon une variante, l'antenne mobile 200 peut être ajoutée sur

une antenne de modulation d'amplitude/modulation de fréquence exis-

tante.

La mise en forme du faisceau est obtenue en faisant varier la longueur et le pas des hélices 205. Les figures 3A et 3B montrent les diagrammes calculés d'antennes à hélices quadrifilaires de différentes longueurs et de différents pas. L'antenne 200 avec le diagramme de la figure 3A procure une bonne couverture de gain de 20 à 80 à partir du zénith et elle convient pour n'importe quel emplacement dans la région CONUS. Par exemple, à l'intérieur de la région CONUS, différents états

ont différents sites ou angles à partir du zénith. Des états tels que la Flo-

ride sont approximativement à 20" - 30" à partir du zénith, et des états tels que le Dakota du Nord sont approximativement à 60 - 70 à partir du zénith (voir la figure 6). Pour ces utilisateurs relativement localisés, on peut utiliser l'antenne plus longue, avec un maximum de gain à un angle d'observation approprié (voir la figure 3B), pour améliorer la qualité du

signal reçu.

Les performances électriques du système DARS sont encore améliorées, et le coût du produit est encore réduit, par la caractéristique

d'auto-polarisation des antennes à hélices 200. La caractéristique d'auto-

polarisation élimine la nécessité d'un circuit polariseur qui est exigé pour d'autres configurations d'antennes (comme des plaques à microruban), pour générer une polarisation circulaire. Il en résulte que les pertes et le

coût supplémentaires qui sont associés au polariseur sont également éli-

minés. Les performances radio sont encore améliorées par l'intégration d'un amplificateur à faible bruit d'étage d'entrée, directement dans la base de l'antenne. Ceci élimine les pertes élevées qui sont dues au long câble. L'amplificateur à faible bruit est généralement le premier étage dans le système de réception. Il est avantageux de minimiser les pertes entre l'antenne et l'amplificateur à faible bruit, du fait que toute perte entre les deux a une influence directe sur le rapport signal/bruit. Par exemple, une perte de 1 dB avant l'amplificateur à faible bruit entraînera

une diminution de 1 dB du rapport signal/bruit.

Les figures 4A, 4B, 5A et 5B illustrent un mode de réalisation d'une antenne de satellite 250 pour le système DARS 100 de la présente invention. L'antenne de satellite 250 comprend un réseau à rayonnement direct à guide d'ondes à fentes (ou SWDRA) 260, avec un polariseur à

lames parallèles 270 (figure 5A) pour générer une polarisation circulaire.

Comme représenté sur la figure 4A, l'antenne de base 250 consiste en 32 (4 x 8) sous-réseaux 275. Comme représenté sur la figure 4B, chaque sousréseau 275 a 25 (5 x 5) fentes 280 qui sont ouvertes dans une paroi

large 285 de chacun de cinq guides d'ondes 290. Une structure de cou-

pleurs à lignes de dérivation 295, en guide d'ondes, sur une face arrière du réseau, connecte l'ensemble des 32 sous-réseaux 275 (figure 5). On

génère un faisceau CONUS mis en forme, en fixant une amplitude d'ex-

citation appropriée à chaque élément (fente) et une phase d'excitation appropriée à chaque sous-réseau 275. La phase uniforme à l'intérieur du sous-réseau 275 (par opposition à une variation de phase d'élément en élément) simplifie radicalement la fabrication, sans dégradation notable

de performances.

La figure 6 illustre un exemple de couverture de faisceau CONUS. La figure 6 est établie en supposant qu'un satellite se trouve à

la position orbitale de 80 de longitude ouest. Les figures 7A et 7B illus-

trent l'amplitude d'ouverture et la distribution de phase qu'on utilise pour générer la forme de couverture de la figure 6. Plus précisément, la figure

7A montre une représentation graphique de l'amplitude d'ouverture, tan-

dis que la figure 7B montre la distribution de phase. L'objectif de cette

configuration est d'obtenir une couverture presque uniforme dans la ré-

gion CONUS. Cependant, certains systèmes peuvent ne pas exiger la couverture de la Floride, par exemple. Différents objectifs de conception conduiront à un ensemble différent de distributions d'ouverture, et par

conséquent à des formes de couverture différentes, comme envisagé ci-

dessous.

La structure à guide d'ondes de l'antenne (habituellement fabri-

quée en aluminium ou un matériau composite métallisé) possède de fa-

çon inhérente la propriété de conductivité élevée, à la fois au point de vue électrique et au point de vue thermique. La conductivité électrique

élevée minimise les pertes de puissance RF dues aux pertes ohmiques.

Par conséquent, l'antenne 250 a un rendement élevé. La conductivité thermique élevée, augmentée par la grande aire d'ouverture, permet une dissipation effective de la chaleur en excès (éventuelle). Le mode de réalisation de l'antenne de satellite 250 est donc capable de travailler avec une puissance RF très élevée, comme nécessaire dans le système

de DARS 100.

La figure 8A illustre la manière selon laquelle un mode de réali-

sation du réseau SWDRA 260 est monté sur un véhicule spatial 300 dans la position repliée au cours du lancement. L'antenne de véhicule spatial 250 peut aisément être déployée en orbite, par un simple mécanisme de rotation (tel qu'un ressort de torsion) autour de l'axe de lacet du véhicule

spatial, comme décrit ci-dessous.

La figure 8B illustre le véhicule spatial 300 dans une orientation déployée, en orbite. L'antenne de radiodiffusion en bande S, 250, est illustrée dans une position déployée. Comme on peut le voir en se référant à la figure 8A, I'antenne de radiodiffusion est tournée de 90 par rapport à sa position repliée au cours du lancement. Le véhicule spatial 300 comprend également des ailes consistant en panneaux solaires, 305, qui sont reliées au véhicule spatial 300 par une structure d'entraînement de panneaux solaires 310. Le véhicule spatial 300 comprend également un compartiment d'équipement de charge utile, 315, et un compartiment

d'équipement de bus de véhicule spatial, 320. En outre, il existe égale-

ment une antenne omnidirectionnelle en bande C 325 et une antenne

d'alimentation en bande K 330.

Le mode de réalisation de l'antenne de véhicule spatial 250

comprend le réseau SWDRA 260 qui utilise le polariseur à lames paral-

lèles 270 pour produire la polarisation circulaire qui est nécessaire dans

le système DARS 100. Ici encore, on peut utiliser un métal tel que l'alu-

minium ou un matériau composite métallisé pour réaliser le polariseur 270, de façon à pouvoir accepter une puissance élevée et à avoir une bonne gestion thermique. Les considérations essentielles de conception

électrique du polariseur 270 sont de deux ordres: premièrement, le pola-

riseur 270 doit être capable de produire une polarisation circulaire ayant

une bonne pureté de polarisation; et secondement, la présence du polari-

seur 270 devant le réseau SWDRA 260 ne doit pas perturber notablement la distribution d'ouverture, ce qui changerait la forme de couverture. Le

fait que les lames parallèles soient perpendiculaires à la surface du ré-

seau SWDRA 260 (voir les figures 5A et 5B), suggère que la perturbation

sera négligeable si les lames sont maintenues très minces. Les inven-

teurs ont vérifié que ceci était vrai. Des lames minces aident également à

maîtriser la masse de l'ensemble de l'antenne de véhicule spatial 250.

Cependant, les lames minces doivent être suffisamment robus-

tes pour éviter tout problème de rigidité structurale. Les lames longues et

minces doivent survivre à des vibrations acoustiques et aléatoires pen-

dant un lancement. Une fois déployées en orbite, les lames minces sont moins sujettes à problèmes, du fait que l'antenne 250 fonctionne dans

une condition relativement stationnaire.

Des modes de réalisation de plusieurs structures de la présente invention abordent cette question. Par exemple, les figures 9A-1 à 9B-5 illustrent deux modes de réalisation potentiels du polariseur. Par exem- ple, un mode de réalisation qui est représenté sur les figures 9B- 1 à 9B-5

comprend des charnières à ressort de torsion à une extrémité des lames.

Toutes les lames, qui sont rabattues et fixées pendant le lancement pour survivre aux vibrations, se relèveront sous l'action du ressort, en orbite,

après le déploiement de l'antenne.

Le système DARS 100 utilise deux satellites à deux positions orbitales (par exemple 80 ouest et 1100 ouest), pour la redondance et la

diversité. La région CONUS présente différentes formes pour des satel-

lites se trouvant à différentes positions orbitales. Un réseau SWDRA conçu pour la position de 80 ne couvrira pas correctement la région

CONUS à partir de la position de 110 . On obtient les performances op-

timales avec deux conceptions d'antenne, c'est-à-dire une pour chaque position orbitale. Selon une variante, on peut utiliser une conception commune aux deux positions orbitales pour faire des économies (portant

essentiellement sur un coût non récurrent), mais au prix d'une légère dé-

gradation de gain, de l'ordre de 0,5 dB dans des régions de coins

(comme la Nouvelle-Angleterre).

Une caractéristique spécifique de l'environnement fonctionnel du système DARS 100 consiste dans ses environnements de propagation divers et dynamiques. Des communications/radiodiffusion par satellite reposent sur une transmission en visibilité directe, sans obstacle. On sait que des immeubles et des arbres absorbent des signaux micro-ondes. Le système DARS par satellite 100 fonctionne à des fréquences relativement

supérieures à celles qui sont utilisées à l'heure actuelle pour des trans-

missions cellulaires ou de radiodiffusion/télévision terrestres. L'atténua-

* tion par l'atmosphère ou la végétation est plus élevée à des fréquences supérieures. Une dégradation de la transmission peut également résulter de réflexions, de l'évanouissement par trajets multiples, du rayonnement de

corps noir à partir de structures adjacentes et du brouillage RF par d'au-

tres services fonctionnant dans la même bande ou des bandes adjacen-

tes. Pour la radiodiffusion vers un point fixe, on peut aisément atténuer

ce problème en sélectionnant judicieusement un site de réception en vi-

sibilité directe sans obstacle. Dans le système DARS 100, la situation est

compliquée par la mobilité des véhicules. Il en résulte que l'environne-

ment de propagation entre les satellites dans le segment spatial 105 et

les utilisateurs 115 est divers et dynamique, comme représenté sur la fi-

gure 1.

D'un point de vue statistique, des utilisateurs mobiles dans des zones à latitude élevée subissent plus fréquemment la dégradation de transmission mentionnée ci-dessus, du fait de leur angle d'observation du satellite à faible site et par conséquent de la présence d'obstacles dans

la ligne de visée. La capacité de mise en forme de faisceau qui est int6-

grée dans l'architecture d'antenne de la présente invention offre plu-

sieurs options pour équilibrer la qualité des signaux reçus entre une zone a basse latitude et une zone à latitude élevée. Ces options peuvent être

employées en combinaison ou séparément. Par exemple, une première option est un modèle "universel" de l'antenne

mobile qui est conçu pour favoriser de faibles angles de site

(voir la figure 3A), tout en maintenant un gain suffisant pour une récep-

tion satisfaisante de 20 à 80 à partir du zénith (angle de site de 70 à ). Le mode "universel" est destiné pour des utilisateurs se trouvant

n'importe o dans la région CONUS.

Une seconde option comprend l'établissement de plusieurs mo-

dèles "régionaux" de l'antenne mobile qui sont proposés aux utilisateurs

dont les régions de voyage/déplacement local sont relativement locali-

sées. Le modèle régional procure un gain relativement supérieur seule-

ment dans une certaine plage d'angles de site, et il peut ne pas convenir

pour l'utilisation à l'extérieur de la région spécifiée (voir la figure 3B).

L'antenne mobile de modèle régional est donc spécialement conçue pour la région d'utilisation. Comme expliqué ci-dessus, des utilisateurs dans le Dakota du Nord auraient une antenne régionale avec un maximum de gain de 70 , et des utilisateurs en Floride auraient une antenne régionale

avec un maximum de gain de 20 . Ainsi, le gain est plus élevé à l'an-

gle approprié, de façon que la qualité de réception soit meilleure pour la région particulière. Le changement d'antenne par les utilisateurs

entre le modèle "'universel" et les modèles "régionaux" consiste simple-

ment à dévisser/visser l'antenne mobile 200.

Une troisième option consiste à concevoir l'antenne de véhicule spatial pour favoriser la région à latitudes élevées, par exemple des états tels que le Montana et le Dakota du Nord, par opposition à la couverture presque uniforme de la région CONUS de la figure 6. La figure 10 illustre

un exemple de ce type de couverture qui suppose une conception com-

mune pour les deux positions orbitales est et ouest. L'amplitude d'ouver-

ture et la distribution de phase qui sont exigées pour générer la couver-

ture de la figure 10 sont représentées sur les figures 11A et 11B, parmi lesquelles l'amplitude d'ouverture est représentée sur la figure 11A et la

distribution de phase est représentée sur la figure 11B.

Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être ap-

portées au dispositif décrit et représenté, sans sortir du cadre de l'inven-

tion.

Claims (28)

REVENDICATIONS

1. Système d'antenne de service de radiodiffusion audio numé-

rique (DARS) caractérisé en ce qu'il comprend: une antenne de radio-

diffusion (250) montée sur un véhicule spatial (120, 125), I'antenne de radiodiffusion comprenant un réseau à rayonnement direct à guide d'on- des à fentes (ou SWDRA) (260); et une antenne de réception d'utilisateur

mobile comprenant une antenne à hélices quadrifilaires (QHA) (200).

2. Système d'antenne de DARS selon la revendication 1, ca-

ractérisé en ce qu'il comprend en outre: un polariseur à lames parallèles

(270) monté sur l'antenne de radiodiffusion (250) pour générer une pola-

risation circulaire.

3. Système d'antenne de DARS selon la revendication 2, ca-

ractérisé en ce que le polariseur à lames parallèles (270) comprend un ensemble de lames minces disposées perpendiculairement à la surface

du réseau SWDRA.

4. Système d'antenne de DARS selon l'une quelconque des re-

vendications précédentes, caractérisé en ce que l'antenne de radiodiffu-

sion (250) émet à un niveau de puissance d'environ 1,5 kilowatts.

5. Système d'antenne de DARS selon l'une quelconque des re-

vendications précédentes, caractérisé en ce que l'antenne de radiodiffu-

sion (250) met en forme un faisceau d'émission pour lui donner approxi-

mativement la forme d'une zone de radiodiffusion.

6. Système d'antenne de DARS selon l'une quelconque des re-

vendications précédentes, caractérisé en ce que ce système d'antenne

de DARS (100) fonctionne dans la bande S entre 2320 MHz et 2345 MHz.

7. Système d'antenne de DARS selon l'une quelconque des re-

vendications précédentes, caractérisé en ce que ce système d'antenne de DARS diffuse des émissions audio numériques à partir d'au moins

deux positions orbitales géosynchrones.

8. Système d'antenne de DARS selon l'une quelconque des re-

vendications précédentes, caractérisé en ce que l'antenne de radiodiffu-

sion (250) a une phase réglable.

9. Système d'antenne de DARS selon l'une quelconque des re-

vendications précédentes, caractérisé en ce que l'antenne de radiodiffu-

sion (250) a une amplitude d'ouverture réglable.

10. Système d'antenne de DARS selon l'une quelconque des

revendications précédentes, caractérisé en ce que l'antenne de radiodif-

fusion (250) a une conductivité thermique et électrique élevée.

11. Système d'antenne de DARS selon l'une quelconque des

revendications précédentes, caractérisé en ce que l'antenne de radiodif-

fusion (250) est construite en aluminium.

12. Système d'antenne de DARS selon l'une quelconque des

revendications 1 à 10, caractérisé en ce que l'antenne de radiodiffusion

(250) est construite en un matériau composite métallisé.

13. Système d'antenne de DARS selon l'une quelconque des

revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre:

un mécanisme de rotation pour déployer l'antenne de radiodiffusion sur

orbite, à partir du véhicule spatial.

14. Système d'antenne de DARS selon la revendication 13, ca-

ractérisé en ce que le mécanisme de rotation comprend un ressort de tor-

sion.

15. Système d'antenne de DARS selon l'une quelconque des

revendications précédentes, caractérisé en ce que le réseau SWDRA

(260) comprend en outre: un premier nombre de sous-réseaux (275)

ayant chacun un second nombre de fentes (280) ouvertes dans des pa-

rois d'un troisième nombre de guides d'ondes (290).

16. Système d'antenne de DARS selon la revendication 15, ca-

ractérisé en ce que le premier nombre est égal à 32, le second nombre

est égal à 5 et le troisième nombre est égal à 5.

17. Système d'antenne de DARS selon l'une quelconque des

revendications 15 ou 16, caractérisé en ce qu'il comprend en outre: une

structure de coupleurs à lignes de dérivation (295) à guides d'ondes,

connectant le premier nombre de sous-réseaux (275).

18. Un système d'antenne de DARS selon l'une quelconque des

revendications précédentes, caractérisé en ce que l'antenne mobile com-

prend une antenne QHA en circuit imprimé (200) ayant quatre enroule-

ments en hélices (205), identiques et uniformément espacés sur une

surface cylindrique (210).

19. Un système d'antenne de DARS selon la revendication 18,

caractérisé en ce que l'antenne mobile comprend en outre: un transfor-

mateur symétrique-dissymétrique (215) alimentant les quatre enroule-

ments en hélices (205) avec une amplitude égale et avec une progression

de phase de 90 , les quatre enroulements en hélices (205) et le trans-

formateur symétrique-dissymétrique (215) étant fabriqués sur une seule feuille de circuit (220) diélectrique mince, en utilisant des techniques

classiques de fabrication de circuits imprimés par photogravure.

20. Système d'antenne de DARS selon la revendication 19, ca-

ractérisé en ce que la feuille de circuit (220) est enroulée autour d'un tube.

21. Système d'antenne de DARS selon l'une quelconque des

revendications précédentes, caractérisé en ce que l'antenne QHA (200)

mesure approximativement 10,2 cm de longueur et 1,02 cm de diamètre.

22. Système d'antenne de DARS selon l'une quelconque des

revendications précédentes, caractérisé en ce que l'antenne QHA (200)

est auto-polarisante.

23. Système d'antenne de DARS selon l'une quelconque des

revendications précédentes, caractérisé en ce que l'antenne mobile a un

diagramme d'antenne dont la forme est définie pour produire un gain

maximal entre 20 et 80 à partir du zénith.

24. Système d'antenne de DARS selon l'une quelconque des

revendications précédentes, caractérisé en ce que l'antenne mobile est

omnidirectionnelle en azimut.

25. Système d'antenne de DARS selon l'une quelconque des

revendications précédentes, caractérisé en ce que l'antenne mobile com-

prend en outre un amplificateur à faible bruit d'étage d'entrée, intégré

directement dans une base de l'antenne mobile.

26. Système d'antenne de DARS selon l'une quelconque des

revendications précédentes, caractérisé en ce que l'antenne mobile com-

prend en outre un modèle universel de l'antenne mobile favorisant de fai-

bles angles de site et permettant la réception à partir d'angles de site de

- 10.

27. Système d'antenne de DARS selon l'une quelconque des

revendications I à 25, caractérisé en ce que l'antenne mobile comprend

en outre un modèle régional de l'antenne mobile, ayant un gain relative-

ment supérieur dans une plage présélectionnée d'angles de site.

28. Système d'antenne de DARS selon l'une quelconque des

revendications précédentes, caractérisé en ce que l'antenne mobile est

amovible et remplaçable.