FR2897722A1

FR2897722A1 - Antenne multi faisceaux.

Info

Publication number: FR2897722A1
Application number: FR0601585A
Authority: FR
Inventors: Peter Balling; Cyril Mangenot; Antoine Roederer
Original assignee: Agence Spatiale Europeenne
Current assignee: Agence Spatiale Europeenne
Priority date: 2006-02-23
Filing date: 2006-02-23
Publication date: 2007-08-24
Anticipated expiration: 2026-02-23
Also published as: FR2897722B1; US7522116B2; US20070195000A1

Abstract

L'invention est relative à une antenne destinée à l'émission et/ou à la réception, capable de générer des faisceaux multiples faiblement espacés avec de fort niveaux de recoupement et des lobes latéraux de faible niveau, et caractérisée en ce qu'elle comporte une optique comprenant un unique réflecteur (ou lentille) principal et éventuellement au moins un réflecteur secondaire, ainsi qu'un ensemble de sources primaires, chaque source primaire étant apte à générer un dit faisceau qui est repris par l'optique qui l'émet ou bien à recevoir un dit faisceau capté par l'optique de l'antenne,en ce que le réflecteur (ou lentille) principal a une ouverture ayant un diamètre de nominal D, tel que :D = 70Blambda / HPBW- lambda désignant la longueur d'onde centrale de la bande de fréquence des faisceaux- HPBW désignant (exprimée en degrés) la largeur à demi-puissance des faisceaux issus du réflecteur (ou lentille) principal,- B étant un nombre sans dimension compris entre 1,5 et 4en ce que l'optique présente un profil modifié, par rapport à une optique conventionnelle comportant un réflecteur (ou lentille) principal parabolique et éventuellement au moins au réflecteur, par une correction lui conférant une distribution d'amplitude et de phase symétrique en rotation selon une loi apte à élargir les faisceaux reémis.

Description

ANTENNE MULTI-FAISCEAUX La présente invention a pour objet une antenne

multi-faisceaux destinée aux télécommunications, notamment par satellite, et plus particulièrement une antenne d'émission ou de réception présentant une pluralité de faisceaux rapprochés et un faible niveau des lobes secondaires de manière à réduire les interférences entre différents faisceaux pouvant réutiliser les mêmes fréquences. II existe trois types de configuration d'antennes qui sont actuellement mises en oeuvre pour générer des faisceaux multiples faiblement ~o espacés avec de fort niveaux de recoupement et des lobes latéraux de faible niveau. Un premier type d'antenne de type réseau a rayonnement direct met en oeuvre des réseaux formateur de faisceaux qui sont très complexe et qui alimentent un très grand nombre (des centaines voir des 15 milliers) de sources rayonnantes dont chacune est alimentée par un amplificateur. Un deuxième type d'antenne connu met en oeuvre un réflecteur parabolique (un à l'émission et un à la réception), pour lequel chaque faisceau est généré par un groupe ("cluster") de 7, 12 ou 19 sources 20 primaires , les groupes affectés à des faisceaux adjacents se recouvrant en partageant certaines des sources primaires. Les signaux qui alimentent les sources élémentaires partagés sont repartis en transmission et/ou regroupes à la réception. L'antenne de transmission présente un réseau de formation de 25 faisceaux complexe apte à combiner plusieurs signaux dans les sources primaires, dont la plupart sont partagés entre des faisceaux adjacents. En mode réception, chaque élément est couplé à un amplificateur à faible bruit et le réseau est également complexe. Une antenne de ce type mettant en oeuvre des groupes ou 30 "clusters" de 7 sources primaires et fonctionnant dans la bande 18,1 GHz û 20,2 GHz avec réutilisation de fréquences et 108 faisceaux, est décrite dans l'article de G. DORO et collaborateurs intitulé "A 20/30 GHz Multibeam Antenna for European Coverage" publié dans IEEE û APS Symposium, 1982, p. 342 à 345. Un troisième type d'antenne évite cette complexité au niveau de la génération des signaux et du nombre des sources primaires en affectant une seule source primaire à chaque faisceau (il y a donc autant de sources primaires que de faisceaux), mais ceci implique la mise en oeuvre non plus d'un mais de 3 ou 4 réflecteurs paraboliques dont chacun génère plusieurs faisceaux. Le diamètre ou ouverture Do de ces réflecteurs paraboliques est de l'ordre de 702JHPBW, À. désignant la longueur d'onde moyenne de la bande ~o dans laquelle les faisceaux sont émis (ou reçus) par l'antenne, et HPBW l'angle d'ouverture (en degré) d'un faisceau à demi-puissance, Do et 2 étant exprimés dans la même unité. Par exemple Do est compris entre 60 cm et 80 cm. Les faisceaux émis par les différents réflecteurs sont 15 entrelacés de manière à éviter un espace entre les faisceaux. Une telle solution est actuellement utilisée pour des satellites multimédia et elle est complexe car elle nécessite entre 6 et 8 antennes (3 ou 4 à la transmission, et 3 ou 4 à la réception). La présente invention vise à remédier à la complexité des 20 antennes multi-faisceaux précitées en proposant une antenne associant un élément d'antenne principal(à l'émission et/ou à la réception), à savoir au moins un réflecteur principal ou une lentille et des sources primaires dont chacune est affectée à un faisceau. L'invention concerne ainsi une antenne multi-faisceaux, par 25 exemple destinée aux bandes Ku, Ka ou C caractérisée en ce qu'elle comporte une optique comprenant au moins un élément d'antenne principal, à savoir au moins un réflecteur (à section en général conique, à savoir ellipsoïde ou hyperboloïde) ou bien une lentille, ainsi qu'un ensemble de sources primaires, chaque source primaire étant apte à générer un dit 30 faisceau qui est repris par l'optique qui l'émet ou bien à recevoir un dit faisceau capté par l'optique de l'antenne, en ce que l'élément d'antenne principal a une ouverture ayant un diamètre nominal D (pris dans un plan perpendiculaire à l'axe de l'antenne), tel que : D = 70B,/HPBW - désignant la longueur d'onde centrale de la bande de fréquence des faisceaux, à savoir pour une antenne fonctionnant à l'émission ou à la réception, la longueur d'onde centrale de la bande d'émission ou de réception selon le cas, et pour une antenne fonctionnant à l'émission et à la io réception, la longueur d'onde centrale de celle des deux bandes d'émission ou de réception, qui présente les fréquences les plus basses (en général il s'agit de la bande correspondant à la liaison descendante), - HPBW désignant (exprimée en degrés) la largeur à demi-puissance des faisceaux issus de l'élément d'antenne principal (réflecteur ou 15 lentille), B étant un nombre sans dimension compris entre 1,5 et 4, en ce que l'optique présente un profil modifié par une correction de profil lui conférant une distribution selon une loi symétrique en rotation apte à élargir les faisceaux re-émis par rapport à une optique 20 conventionnelle comprenant un réflecteur (ou lentille) principal parabolique et éventuellement au moins un réflecteur secondaire hyperbolique. Cet élargissement peut être obtenu à partir d'une loi de distribution de phase 0(p) qui est par exemple optimisée pour une loi de distribution d'amplitude d'ouverture f(p) spécifiée pour réaliser un diagramme de 25 rayonnement E(B) . Alors que la distribution de phase est symétrique, on notera que la correction du profil de l'optique (réflecteur ou lentille) est elle asymétrique en raison de la géométrie du système. Cet élargissement de l'angle d'ouverture des faisceaux, en 30 modifiant le profil de l'élément d'antenne principal (réflecteur parabolique ou lentille) et/ou d'un réflecteur secondaire, permet d'obtenir des faisceaux étroitement espacés tout en maintenant un fort niveau de recoupement et un faible niveau pour les lobes secondaires, ce qui n'est pas réalisable avec un réflecteur principal parabolique (associé éventuellement avec un ou plusieurs 35 réflecteurs hyperboliques classiques).

La loi de distribution de phase 0(p) de l'ouverture peut présenter des valeurs de phases constantes ân dans N zones annulaires de l'antenne (n étant un entier compris entre 0 et N-1).

Alternativement, la loi de distribution de phase 0(p) de l'ouverture peut présenter des pentes Rn de la phase â, qui sont constantes dans N zones annulaires de l'antenne (n étant un entier compris entre 0 et N-1).

Une autre distribution de phase 0(p) peut être obtenue par une interpolation cubique sur N + 1 paires de valeurs (pi, par exemple

lo équidistantes en rayon p, de manière à générer des dérivées première et seconde de 0(p) qui ne varient pas de manière discontinue ("cubic spline interpolation").

La loi de distribution d'amplitude d'ouverture peut présenter une fonction analytique conique de la forme : ( ( \2m' 15 f(p)=(1 -a) 1 - P + a \, a) p désignant la distance d'un point courant P au centre O de l'ouverture du réflecteur principal (figure 2c),

- a désignant le facteur d'affaiblissement en amplitude de l'antenne en son bord externe ("edge taper"),

20 - a désignant le rayon de l'ouverture de l'élément d'antenne principal (réflecteur ou lentille) (a = D/2)

- y=1ou2.

Le nombre N de zones annulaires est en général compris entre 4 et 10. On notera qu'il est possible d'effectuer les calculs sur un

25 nombre plus élevé de zones (par exemple jusqu'à 15, voire 20 ou 30), mais ceci augmente la complexité des calculs sans améliorer notablement le résultat.

Plus généralement, la loi de distribution d'amplitude d'ouverture présente une symétrie d'amplitude en rotation. La loi de

30 distribution d'amplitude peut être également importée du logiciel GRASP de la société TICRA (Copenhague - Danemark), sous la forme d'une table numérique pour chaque fréquence avec (M + 1) paires de valeurs (p;, f;), f, = f(pi) désignant le champ d'ouverture complexe pour (p = p), et j variant de OàM.

L'optique peut comporter uniquement ledit élément d'antenne principal (réflecteur ou lentille). Dans ce cas, le profil parabolique de l'antenne est modifié par une correction de surface Az(x, y) assurant ledit élargissement des faisceaux re-émis. L"antenne peut être caractérisée en ce que l'optique présente également au moins un dit réflecteur secondaire pour reprendre les faisceaux émis par les sources primaires et les renvoyer vers l'élément d'antenne principal (réflecteur ou lentille) et/ou pour reprendre les faisceaux reçus par lo l'élément d'antenne principal (réflecteur ou lentille) et les diriger vers les sources primaires. Dans ce cas, la correction peut être effectuée au niveau de l'élément d'antenne principal (réflecteur ou lentille) ou du ou des réflecteurs secondaires, ou bien encore être répartie entre l'élément d'antenne principal (réflecteur ou lentille) et le ou les réflecteurs secondaires. 15 Au cas où l'élément d'antenne principal est un réseau réflecteur (reflectarray), la correction de profil est une correction de surface et/ou une correction de déphasage appliquée à des éléments déphaseurs (ligne de déphasage) du réseau réflecteur. L'invention concerne également un procédé de calcul d'une 20 correction de profil d'une antenne telle que définie ci-dessus, caractérisé en ce qu'il met en œuvre une optimisation de la fonction de distribution E(B) à partir d'une fonction d'amplitude f(p) par exemple conique ou numérique à laquelle on applique un critère de distribution de phase dans N zones annulaires ou par interpolation sur (N + 1) points de manière à obtenir une 25 distribution de phase ~(p) optimale, et le calcul d'une correction de surface Az(x, y) à partir de ladite distribution de phase çb(p) optimisée. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description ci-après donnée à titre d'exemple non limitatif, en liaison avec les dessins dans lesquels : 30 - la figure 1 illustre une antenne selon le troisième type de configuration mentionnée ci-dessus, - les figures 2a et 2b illustrent deux modes de réalisation d'une antenne selon l'invention, respectivement avec et sans réflecteur auxiliaire, la figure 2c, dont la partie droite représente un réflecteur en vue de face et la partie gauche la distribution analytique d'amplitude pour -y = 2 et a = 0,2, illustre les paramètres a, D, a et p, - les figures 3a et 3b illustrent un exemple de distribution d'émission (ou diagramme de rayonnement) E(0) et de correction de surface Az(x, y) pour une ouverture circulaire avec D = 3 m et N = 7, pour le mode de réalisation de la figure 2a ou de la figure 2b - et les figures 4a et 4b illustrent deux exemples de mise en oeuvre de l'invention sous forme d'une structure de type Cassegrain à foyer décalé pour lequel la figure 4c illustre les paramètres f, D, (po et y . ~o - Les figures 5a et 5b illustrent un exemple de distribution d'émission (ou diagramme de rayonnement) E(0) et de correction de profil du réflecteur principal avec D = 3 m et N = 7, pour le mode de réalisation de la figure 4a ou de la figure 4b. Selon la figure 1, une antenne multi-faisceaux présente trois 15 réflecteurs paraboliques R,, R2 et R3 d'ouverture Do alimentés directement par des sources primaires F,, F2 et F3 présentant chacune un élément radiant par faisceau émis par l'antenne associée respectivement RI, R2 et R3. Selon la figure 2a, l'antenne présente un réseau 4 de sources primaires élémentaires à raison d'une par faisceau principal 1, un réflecteur 20 secondaire 5 par exemple hyperbolique qui reprend les signaux émis par les sources primaires élémentaires et les re-émet vers le réflecteur principal 3 pour émettre les faisceaux principaux 1 ayant des lobes latéraux 2 de faible niveau. Alternativement, il est possible d'omettre le réflecteur secondaire 5 (voir Figure 2b). 25 A la figure 2b, A est le sommet de la parabole tel qu'il est positionné avant correction de profil Az (soit Az = 0) soit une distribution de phase (1)(p) = 0. Pour éviter que le réseau de sources primaires ne bloque du rayonnement émis ou reçu, il est habituel de décaler le réflecteur principal 3 en décalant le centre du réflecteur par rapport au sommet A de la parabole. 30 Le point F est le foyer de la parabole (avant correction) étant entendu que, une fois qu'une correction de profil a été appliquée à la parabole, il n'y a plus stricto sensu de foyer. Le centre du réseau de sources primaires est placé au point F. La ligne AF constitue l'axe du réflecteur et le point O est le centre de l'ouverture du réflecteur 3.

L'angle (x,y) est l'angle entre l'axe du réflecteur AF et le segment de droite tracé entre le point F et le point courant P(x,y). L'ouverture D (D = 2a) de l'élément d'antenne principal (réflecteur ou lentille) 3 est plus grand d'un facteur compris entre 1,5 et 4 et plus particulièrement compris entre 1,7 et 3, que l'ouverture Do des éléments io d'antenne paraboliques selon le troisième des modes indiqués ci-dessus (Figure 1 par exemple) pour des faisceaux émis (ou reçus) dans la même bande. L'élément d'antenne principal (réflecteur ou lentille) 3 présente un profil qui est au départ parabolique, mais qui est ensuite corrigé de 15 manière à ce que l'ouverture principale de l'antenne émette des faisceaux rapprochés avec un fort niveau de recoupement et des lobes secondaires de faible niveau. Ceci est obtenu grâce à une loi d'optimisation qui élargit les faisceaux de manière à obtenir des faisceaux étroitement espacés avec un fort niveau de recoupement tout en conservant un faible niveau pour les lobes 20 secondaires. Cette correction peut être apportée au profil du ou des réflecteurs 5 ou bien être réparti entre l'élément d'antenne principal (réflecteur ou lentille) 3 et le ou les réflecteurs 5. Les sources primaires peuvent être arrangées pour former un groupe ("cluster") tel que 4 ou bien être séparées. De même, elles peuvent être orientées de manière à diriger les faisceaux 25 directement vers l'élément d'antenne principal (réflecteur ou lentille) 3, ce qui permet de se dispenser (Figure 2b) du ou des réflecteurs 5. La plupart des développements ci-dessous sont explicités pour le cas ou l'ouverture de l'antenne est essentiellement circulaire et engendrée par un réflecteur principal dont la surface est profilée de manière optimale. 30 Il est aussi possible d'utiliser une ouverture elliptique ou d'une autre forme. Il est également possible de remplacer le réflecteur principal unique par une lentille ou par des réflecteurs constituant un réseau réflecteur (reflectarray) de mêmes dimensions d'ouverture et dont la surface peut être optimisée pour obtenir la même loi d'illumination en amplitude et phase qu'avec le réflecteur profilé. Un avantage des lentilles est que, du fait de leur fonctionnement à la transmission et de l'absence de blocage par les sources, il est possible d'utiliser une lentille symétrique à alimentation centrée. Les performances d'une telle lentille sont meilleures pour les faisceaux éloignés de l'axe du système que dans un système à réflecteur dont l'alimentation décentrée (offset). Les méthodes pour conformer les lentilles pour obtenir une certaine loi de lo sortie à partir d'une loi d'entrée donnée sont bien connues des spécialistes. Le principe du réseau réflecteur (en général plan et c'est un avantage) est décrit par exemple dans l'article A Shaped-Beam Microstrip Patch Reflectarray par D.M. Pozar et al. dans la revue IEEE Transactions on Antennas & Propagation, numéro de Juillet 1999, pp. 1167-1173. Des 15 éléments disposées en réseau au dessus ou sur un réflecteur plan (ou constitué de panneaux plans) reçoivent et retransmettent à la réflexion l'énergie incidente. La loi de distribution de l'énergie réfléchie sur l'ouverture peut être contrôlée en ajustant les dimensions et/ou la ligne de déphasage de chaque élément. On peut arriver ainsi à la même loi de sortie que par 20 l'optimisation du profil d'un réflecteur unique ou d'une lentille. Les lois d'illumination en amplitude et en phase de l'ouverture principale 1 sont obtenues à partir des caractéristiques désirées des faisceaux (nombre, angle d'émission HPBW, espacement, niveau des lobes secondaires) à l'aide d'outils de synthèse connus de l'Homme de l'Art. 25 L'application à l'ouverture principale de ces lois d'illumination pour chacun des faisceaux est obtenue par des outils de conception classique des systèmes de sources primaires pour optimiser la position des sources primaires, leur orientation et la loi d'excitation dans le cas d'un réseau ("cluster") de source primaire. 30 Le diagramme de rayonnement à l'émission E(0) de l'ouverture principale 3 est déterminée selon la formule : -jA-R E(0) = Îk R Cf (p)e''"'Jo(kpsin 0) pdp e fa 0 p désignant la distance d'un point courant P au centre O de l'ouverture du réflecteur 3 (figure 2c), k désignant le nombre d'onde en espace libre avec k = 2it/X, et R désignant la distance de l'antenne (point de référence de s phase) du point d'observation en champ lointain ("far-field observation point"), et dans laquelle le facteur de normalisation C est défini par : C= 2 (P)2 PdP Une distribution d'amplitude de l'ouverture symétrique en lo rotation ("aperture distribution") f(p) peut être : - une ou plusieurs distributions analytiques de la forme : +a soit y = 1 ( 2r P \a) ou de la forme : i , .\2\2 (1 - a) 1 - P + a soit y = 2 (à la figure 2c, la distribution correspond à y = 2 et a = 0,2) - ou bien encore une distribution présentant une symétrie d'amplitude qui est importée sous forme d'une table numérique à (M + 1) 20 paires de valeurs (,c, fi) avec fj = f(p) et qui est par exemple importée du logiciel GRASP de la Société TICRA (Copenhague - Danemark). Les valeurs intermédiaires f(p) sont déterminées par interpolation. Les amplitudes fi s'expriment sous forme de valeurs complexes pour inclure des termes additionnels de phase, j étant un entier variant de 0 à M. 25 Dans le cas d'un concept multi-fréquences (large bande) ou d'une antenne utilisable à la fois à l'émission et à la réception), plusieurs distributions (p;, f) peuvent être introduites pour plusieurs fréquences. 15 I0 Pour déterminer le profil du réflecteur (ou lentille) principal qui remplace une pluralité de paraboles de plus petit diamètre, on calcule une fonction de distribution de phase 0(p). Une fonction de distribution de phase symétrique en rotation 5 peut être par exemple : a) des phases constantes Sä dans N zones annulaires successives de l'antenne de rayon p (pä < p < pn+,) pour la n'erre zone, n variant de 0 à N-1 avec : - po = 0; p\, = a, a désignant la demiouverture de l'antenne, 10 c'est-à-dire son rayon nominal perpendiculairement à son axe. b) des pentes de phases /3ä constantes avec /3ä = ASä / Ap,, , dans N zones annulaires de l'antenne de sort que, A désignant la différence, la fonction de phase : (D(P)=/3,,(PùP,)+E,_0 (P,+1 û Pi) 15 soit continue. c) une interpolation cubique sur N + 1 points (pi, .1);) équidistants en rayon p de manière à générer des dérivées première et seconde de 0(p) qui ne varient pas de manière discontinue. Ces distributions de phase sont définies par des tables 20 comprenant soit N paires de valeurs (pi, ;) ou (pi, i variant de 1 à N, ou N + 1 paires de valeurs (i, ç;) i variant de 0 à N. En général, N est choisi entre 4 et 10, mais il peut être plus généralement compris entre 4 et 30, ou bien encore entre 4 et 20. Des valeurs plus élevées de N (40 ou 50 par exemple) pourraient être utilisées mais au 25 prix d'une augmentation de la complexité des calculs, sans avantage pratique. D'autres méthodes d'interpolation connues pourraient être également mises en oeuvre. L'optimisation peut être réalisée en utilisant par exemple l'algorithme "amoeba "de type "Downhill Simplex Method" par Nelder et Mead 30 qui est par exemple décrit p. 402 à 406 de l'ouvrage de W.H. PRESS et collaborateurs intitulé Numerical recipes in FORTRAN, The art of Scientific Computing Cambridge Univ. Press 2e ed. 1992. La distribution d'amplitude est choisie à l'avance et est conservée, alors que la distribution de phase est modifiée par l'algorithme 35 d'optimisation.

On considère par exemple une distribution d'amplitude conique de la forme : f(P)=('1ûa) 1 (Y=2) +a à laquelle on applique un critère de distribution de phase constante dans N zones annulaires et on réalise l'optimisation de E(0) à l'aide dudit algorithme "amoeba"en spécifiant une directivité dans la région de l'ouverture et un niveau de lobes secondaires dans la région des lobes secondaires, ce qui permet de déterminer les valeurs optimisées des phases constantes 8,, .

Dans le cas de pentes de phase ,3ä constantes, les valeurs des pentes de phase peuvent être également optimisées à l'aide dudit algorithme "amoeba La distribution de phase 0(p) optimale ayant été déterminée, on calcule la correction de surface Az à appliquer au réflecteur principal pour is obtenir des différences de marche correspondantes, on a : 4z(x, y) _ ≠(P) avec k = 2 /2,,. Au cas où il existe un réflecteur secondaire (figure 2a) la valeur de la correction Az reste la même et est calculée comme dans le cas 20 précédent, c'est-à-dire en faisant abstraction du réflecteur secondaire 5. La figure 3a illustre la distribution optimisée E(9) exprimée en décibels obtenue pour une distribution f(p)=(1ûa)(1û(p/a)2)2 +a pour D = 3 m, N = 7 zones avec une distribution optimisée de la phase pour un niveau d'illumination en bord de réflecteur de -22 dB. Le réflecteur principal 25 est orienté suivant l'axe des y. La directivité est supérieure à 40 dBi pour 0 <0 < 0,8 et est en dessus de 15 dBi pour 2,2 < 0 < 4 (avec une précision de 0,6 db) de sorte que la directivité minimale dans la zone de couverture est d'environ 39,4 dBi et que le niveau maximal d'un lobe secondaire est d'environ 15,6 dBi, soit une isolation d'environ 23,8 dB entre le lobe principal et le lobe 30 secondaire. La dernière colonne de la table indique la pente de phase en /m. La figure 3b montre la correction à apporter au réflecteur principal parabolique sous forme de courbes de niveau de correction A à J k[l +cosi/r(x, y)] échelonnées par pas de 1 mm (D = 3 m et N = 7 zones). Cette solution convient en particulier à des antennes hybrides fonctionnant dans les bandes Ku/Ka avec des largeurs de faisceau HPBW de l'ordre de 1 et environ une trentaine de faisceaux.

Les figures 4a et 4b illustrent deux exemples de mise en oeuvre de l'invention sous forme d'une structure de type Cassegrain à foyer décalé et à alimentation latérale (figure 4c) avec des groupes de sources primaires respectivement 41 et 42. Ce montage est connu en soi de l'article de Rolf JORGENSEN, Peter BALLING et William ENGLISH intitulé Dual Offset Reflector Multibeam Antenna for International Communications Satellite Applications paru dans IEEE Transactions on Antennas and Propagation Vol AP-33 n 12 Dec. 1985 p. 1304 û 1312 et plus particulièrement en relation avec sa figure 3b p. 1306 (Side-Fed Offset Cassegrain). Ce type de solution est particulièrement adapté à des largeurs de faisceau HPBW de 0,5 environ et à un nombre de faisceaux de l'ordre de 100 ou plus pour une couverture régionale sur les Etats-Unis ou sur plusieurs Etats Européens. Ces deux exemples diffèrent par le nombre de sources primaires qui, à la figure 4b sont organisés en un réseau ("cluster") à deux dimensions 42 de sources primaires jointives.

Ce montage présente l'avantage d'un rapport f/D élevé pour le réflecteur principal (f étant la distance focale), qui est ici par l'exemple égal à 4,29. Le réflecteur auxiliaire utilise la partie concave d'un hyberboloïde (grossissement de 0,383). Le diamètre du groupe de sources primaires est d'environ 190 mm.

La figure 5a montre la fonction E(9) pour D = 3 m et N = 7 zones avec une distribution optimisée de la phase pour une aire d'illumination en bord de réflecteur de -22 dB. Dans cette configuration, le réflecteur principal 3 est orienté selon l'axe des x, (voir figure 4c), et la figure 5b montre le profil du réflecteur présentant des corrections Az dans le repère (Xf, yf, zf) lié au réflecteur avec les courbes de niveau de correction A à I échelonnées par pas de 1 mm. La directivité reste supérieure à 40 dBi pour 0<0<0,8 est en dessous de 15 dBi pour 2,2 <0<4 avec une précision de 0,06 dB de sorte que la directivité minimale dans l'angle de couverture est supérieure à 40 dBi et que le niveau maximal du lobe secondaire est de 15 dBi, soit une isolation d'au moins 25 dBi entre le lobe principal et le niveau maximal d'un lobe secondaire. Etant donné que la correction de surface du réflecteur est dans tous les cas relativement petite (elle reste typiquement inférieure à 2J3), la bande passante ne sera limitée que par les sources primaires. Les bandes de fréquences disponibles sont par exemple 29,5û30 GHz (liaison ascendante) et 19,7-20,2 GHz (liaison descendante), mais également par exemple 27,5-30 GHz (liaison ascendante) et 17,7û20,2 GHz (liaison descendante).

On notera que l'invention peut également être mise en oeuvre avec un autre montage Cassegrain par exemple celui qui est dénommé "FFOC" c'est-à-dire Front Fed Offset Cassegrain (à foyer décalé et alimentation frontale) et qui est représenté à la figure 3a p. 1306 de l'article précité de Rolf JORGENSEN, Peter BALLING et William ENGLISH.

Claims

REVENDICATIONS

1) Antenne destinée à l'émission et/ou à la réception de faisceaux multiples caractérisée en ce qu'elle comporte une optique comprenant un élément d'antenne principal comportant au moins un réflecteur ou une lentille et éventuellement un élément d'antenne secondaire comprenant au moins un réflecteur ou une lentille, ainsi qu'un ensemble de sources primaires, chaque source primaire émettant ou recevant un des dits faisceaux par l'intermédiaire de l'optique de l'antenne en ce que l'élément d'antenne principal a une ouverture ayant ~o un diamètre nominal D, tel que : D = 708; / HPB W - désignant la longueur d'onde centrale de la bande de fréquence des faisceaux 15 - HPBT désignant (exprimée en degrés) la largeur à demi-puissance des faisceaux issus de l'élément d'antenne principal, - B étant un nombre sans dimension compris entre 1,5 et 4 en ce que l' optique présente un profil modifié par une correction de profil, lui conférant une distribution selon une loi symétrique en 20 rotation apte à élargir les faisceaux re-émis par rapport à une optique connue en soi comportant un réflecteur principal parabolique et éventuellement au moins un réflecteur secondaire de type conique.

2) Antenne selon la revendication 1 caractérisée en ce que la correction de profil correspond à une loi de distribution de phase d'ouverture 25 P)-

3) Antenne selon la revendication 2, caractérisée en ce que la loi de distribution de phase cl)(p) de l'ouverture correspond à une interpolation cubique sur (N + 1) paires de valeurs (pi, O,) de manière à générer des dérivées première et seconde de p) qui ne varient pas de manière 30 discontinue

4) Antenne selon la revendication 2, caractérisée en ce que la loi de distribution de phase 4(p) de l'ouverture correspond à des valeurs de phases constantes 6n dans N zones annulaires adjacentes et successives de l'antenne (n étant un entier compris entre 0 et N-1).

5 i0 15 20 25 ) Antenne selon la revendication 2, caractérisée en ce que la loi de distribution de phase de l'ouverture f(p) correspond à des pentes 13, de la phase 8n qui sont constantes dans N zones annulaires adjacentes et successives de l'antenne (n étant un entier compris entre 0 et N-1).

6) Antenne selon une des revendications 3 à 5, caractérisée en ce que N est compris entre 4 et 30, et plus particulièrement entre 4 et 20.

7) Antenne selon une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle présente une loi de distribution d'amplitude d'ouverture ayant une symétrie d'amplitude en rotation.

8) Antenne selon une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle présente une loi de distribution d'amplitude d'ouverture ayant une fonction analytique de la forme : ( ( ,\z \ï f(P)--(1ûa) 1û +a - p désignant la distance d'un point courant P au centre O de l'ouverture de l'élément d'antenne principal - a désignant le facteur d'affaiblissement en amplitude de l'antenne en son bord externe a désignant le rayon de l'ouverture - y =1 ou 2. 13) Antenne selon une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce qu'elle présente une loi de distribution d'amplitude d'ouverture f(p) importée sous forme, pour au moins une fréquence, d'une table numérique ayant M + 1 paires de valeurs (pi, f), f = pi) désignant le champ d'ouverture complexe pour p = p et j variant de 0 à M. 14) Antenne selon une des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'élément d'antenne principal présente ladite correction de profil. 15) Antenne selon une des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'optique présente également au moins un dit élément 30 d'antenne secondaire pour reprendre les faisceaux émis par les sources primaires et les renvoyer vers l'élément d'antenne principal et/ou pour reprendre les faisceaux reçus par ledit élément d'antenne principal et les diriger vers les sources primaires12) Antenne selon la revendication 9, caractérisée en ce que l'optique est du type Cassegrain à foyer décalé (FFOC, SFOC). 13) Antenne selon une des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que l'optique présente uniquement ledit élément d'antenne 5 principal. 14) Antenne selon une des revendications précédentes caractérisée en ce que l'élément d'antenne principal est un réflecteur ou une lentille unique et en ce que ladite correction de profil est une correction de surface. 10 15) Antenne selon une des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'élément d'antenne principal est un réseau réflecteur et en ce que ladite correction de profil est une correction de surface et/ou une correction de déphasage appliquée à des éléments déphaseurs du réseau déflecteur 15 16) Procédé de calcul d'une correction de profil d'une antenne selon une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'il met en oeuvre une optimisation du diagramme de rayonnement E(9) à partir d'une fonction d'amplitude f(p) à laquelle on applique un critère de distribution de phase dans N zones annulaires ou par interpolation sur N + 1 points de 20 manière à obtenir une distribution de phase 0(p) optimale, et le calcul d'une correction de surface (Oz) à partir de ladite distribution de phase 0(p) optimale.