FR3054732A1 - Antenne multifaisceaux pointable, satellite de telecommunication et constellation de satellites associes - Google Patents

Antenne multifaisceaux pointable, satellite de telecommunication et constellation de satellites associes Download PDF

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Abstract

L'invention concerne une antenne multifaisceaux pointable pour satellite de télécommunication comprenant un bloc de sources (21) formé d'une pluralité de sources radioélectriques élémentaires (212) et configuré pour émettre et/ou recevoir une pluralité de faisceaux électromagnétiques, ledit bloc de sources comprenant au moins un excitateur (211) de type à plusieurs sources par faisceau, un réflecteur parabolique (22) fixe par rapport au bloc de sources, et placé de sorte que le bloc de sources soit situé au foyer du réflecteur parabolique et un réflecteur plan (23), mobile par rapport au bloc de sources (21), configuré pour effectuer le pointage de l'ensemble des faisceaux électromagnétiques, ledit réflecteur plan comprenant des moyens d'orientation (24) configurés pour orienter le réflecteur plan (23) selon deux axes de rotation non coaxiaux, le réflecteur parabolique étant configuré pour faire transiter la pluralité de faisceaux électromagnétiques entre le bloc de sources et le réflecteur plan (23).

Description

054 732
01150 ® RÉPUBLIQUE FRANÇAISE
INSTITUT NATIONAL DE LA PROPRIÉTÉ INDUSTRIELLE © N° de publication :
(à n’utiliser que pour les commandes de reproduction) (© N° d’enregistrement national
COURBEVOIE © Int Cl8 : H 01 Q 19/10 (2017.01)
DEMANDE DE BREVET D'INVENTION
A1
Date de dépôt : 26.07.16. (© Demandeur(s) : THALES Société anonyme — FR.
© Priorité :
(43) Date de mise à la disposition du public de la demande : 02.02.18 Bulletin 18/05. @ Inventeur(s) : FERRANDO NICOLAS, LORENZO JEROME, BROSSIER JEROME, LEVEQUE MICHEL et BOSSHARD PIERRE.
(56) Liste des documents cités dans le rapport de recherche préliminaire : Se reporter à la fin du présent fascicule
© Références à d’autres documents nationaux apparentés : ©) Titulaire(s) : THALES Société anonyme.
o Demande(s) d’extension : © Mandataire(s) : MARKS & CLERK FRANCE Société en nom collectif.
ANTENNE MULTIFAISCEAUX POINTABLE, SATELLITE DE TELECOMMUNICATION ET CONSTELLATION DE SATELLITES ASSOCIES.
FR 3 054 732 - A1 yvy L'invention concerne une antenne multifaisceaux pointable pour satellite de télécommunication comprenant un bloc de sources (21 ) formé d'une pluralité de sources radioélectriques élémentaires (212) et configuré pour émettre et/ou recevoir une pluralité de faisceaux électromagnétiques, ledit bloc de sources comprenant au moins un excitateur (211) de type à plusieurs sources par faisceau, un réflecteur parabolique (22) fixe par rapport au bloc de sources, et placé de sorte que le bloc de sources soit situé au foyer du réflecteur parabolique et un réflecteur plan (23), mobile par rapport au bloc de sources (21), configuré pour effectuer le pointage de l'ensemble des faisceaux électromagnétiques, ledit réflecteur plan comprenant des moyens d'orientation (24) configurés pour orienter le réflecteur plan (23) selon deux axes de rotation non coaxiaux, le réflecteur parabolique étant configuré pour faire transiter la pluralité de faisceaux électromagnétiques entre le bloc de sources et le réflecteur plan (23).
Figure FR3054732A1_D0001
Figure FR3054732A1_D0002
ANTENNE MULTIFAISCEAUX POINTABLE, SATELLITE DE TÉLÉCOMMUNICATION ET CONSTELLATION DE SATELLITES ASSOCIÉS
La présente invention concerne le domaine des télécommunications par satellites. L’invention concerne plus particulièrement une antenne multifaisceaux pointable pour satellite de télécommunication, un satellite de télécommunication et une constellation de satellites associés.
L’invention peut trouver son application pour des antennes embarquées sur des satellites de télécommunication évoluant en constellation sur des orbites défilantes. Ces antennes sont configurées pour pouvoir desservir plusieurs aires sur la surface terrestre (ou spots selon la terminologie anglo saxonne) avec des faisceaux électromagnétiques ou pinceaux fins de rayonnement (spot beams selon la terminologie anglo saxonne). Chaque satellite n’étant pas fixe par rapport à la Terre, afin de toujours pointer en direction du même utilisateur sur la surface terrestre, l’antenne de télécommunication doit comporter des moyens de pointage configurés pour orienter les faisceaux électromagnétiques en direction de la même aire tant que cette aire est visible depuis le satellite.
Les figures 1a et 1b représentent un exemple de mode de réalisation d’une antenne multifaisceaux pointable, pour des applications de télécommunication par satellites, connu de l’art antérieur. L’antenne se compose de deux groupes comprenant chacun un bloc de sources 11 fixe associé à un réflecteur parabolique 12 mobile par rapport à ce bloc de sources. Afin que chaque bloc de sources 11 soit situé dans une zone proche du plan focal du réflecteur 12 associé, l’antenne comprend un bras de déploiement 13 du réflecteur 12.
Un problème se pose lors du gerbage de l’antenne sur le satellite lors de la phase de lancement. En effet, lorsque l’antenne est en position stockée pour le lancement, la présence du bras de déploiement 13 oblige à réserver une place importante sur une face du satellite sur lequel est monté l’antenne ce qui est peu compatible avec les dimensions de certaines petites plateformes de satellites de télécommunication évoluant en constellation. De plus, ce volume de gerbage important limite le nombre de satellites de télécommunication que l’on peut placer sous la coiffe d’un lanceur lors de leur mise en orbite.
Un autre inconvénient vient de l'architecture de l’antenne. Les satellites évoluant en orbite terrestre basse (dite LEO pour * Low Earth Orbit» selon la terminologie anglo saxonne) ou en orbite terrestre moyenne (également appelée MEO pour « Medium Earth Orbit* selon la terminologie anglo saxonne) nécessite un domaine de balayage en latitude et en longitude important, de l’ordre de +/- 30°. Dans le mode de réalisation illustré îo aux figures 1a et 1b, ce balayage est obtenu par l’intermédiaire d’un réflecteur parabolique 12 orientable en venant modifier la position et l’orientation de ce réflecteur. Avec une telle amplitude de balayage, les performances radiofréquences de l’antenne (gains et formes des faisceaux) se trouvent fortement dégradées du fait que le rayonnement des sources ne se trouvent plus au foyer du réflecteur parabolique. Les faisceaux électromagnétiques des sources se trouvent donc défocalisés. Typiquement, afin de ne pas trop dégrader les performances radiofréquences, ce type d’antenne permet des balayages inférieurs à la dizaine de degrés ce qui est très inférieur aux besoins des satellites défilants.
Un but de l’invention est notamment de corriger tout ou partie des inconvénients de l’art antérieur en proposant une solution permettant de réaliser une antenne multifaisceaux compacte, orientable sur un large domaine de balayage et capable de générer une couverture multifaisceaux continue sans modification des performances radiofréquence de l’antenne quelle que soit sa position au cours de son déplacement sur son orbite.
A cet effet, l’invention a pour objet une antenne multifaisceaux pointable pour satellite de télécommunication comprenant:
- un bloc de sources formé d'une pluralité de sources radioélectriques élémentaires et configuré pour émettre et/ou recevoir une pluralité de faisceaux électromagnétiques, ledit bloc de sources comprenant au moins un excitateur de type à plusieurs sources par faisceau
- un réflecteur parabolique fixe par rapport au bloc de sources, ledit réflecteur étant placé de sorte que le bloc de sources soit situé au foyer du réflecteur parabolique,
- un réflecteur plan , mobile par rapport au bloc de sources, configuré pour effectuer le pointage de l’ensemble des faisceaux électromagnétiques, ledit réflecteur plan comprenant des moyens d’orientation configurés pour orienter le réflecteur plan selon deux axes de rotation non co-axiaux,
- le réflecteur parabolique étant configuré pour faire transiter la îo pluralité de faisceaux électromagnétiques entre le bloc de sources et le réflecteur plan.
Selon un mode de réalisation, les moyens d’orientation du réflecteur plan sont configurés pour amener le miroir plan dans une position de gerbage et pour l’amener dans une position déployée.
Selon un mode de réalisation, les deux axes de rotation des moyens de d’orientation du réflecteur plan sont perpendiculaires entre eux.
Selon un mode de réalisation, le réflecteur parabolique est monté sur un support comprenant des moyens configurés pour déplacer le réflecteur parabolique dans une position de gerbage et pour l’amener dans une position déployée.
Selon un mode de réalisation, les moyens d’orientation du réflecteur plan sont des moyens mécaniques.
Selon un mode de réalisation, le bloc de sources et les réflecteurs sont configurés pour fonctionner dans une bande de fréquence sensiblement égale à la bande Ka.
Selon un mode de réalisation, l’antenne est passive.
L’invention a également pour objet un satellite de télécommunication comprenant au moins une antenne multifaisceaux pointable telle que définie précédemment.
Selon un mode de réalisation, le satellite est configuré pour évoluer selon une orbite terrestre basse ou moyenne.
Un autre objet de l’invention est une constellation de satellites de télécommunication comprenant une pluralité de satellites de télécommunication tels que définis précédemment.
D'autres particularités et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après, donnée à titre illustratif et non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels :
Les figures 1a et 1b, précédemment citées, représentent un mode de réalisation d’une antenne multifaisceaux connue de l’art antérieur respectivement en position déployée et en position de gerbage ;
Les figures 2a et 2b, représentent un exemple de mode de réalisation d’une antenne multifaisceaux selon l’invention suivant deux vues différentes ;
La figure 3, représente un exemple de mode de réalisation d’une antenne multifaisceaux selon l’invention dans une position de gerbage.
Les figures 2a et 2b représentent deux vues suivant des angles différents d’un exemple de mode de réalisation d’une antenne multifaisceaux pointable selon l’invention. L’antenne comprend notamment un bloc 21 de sources, un réflecteur parabolique 22 et un réflecteur plan 23 mobile par rapport au bloc 21 de sources.
Suivant un mode de réalisation, l’antenne multifaisceaux pointable selon l’invention peut être une antenne passive. De façon avantageuse, ce type d’antenne permet de réaliser une solution moins coûteuse et permet d’obtenir de meilleures performances radiofréquences par rapport à l’utilisation d’une antenne active.
Le bloc 21 de sources comprend un réseau de sources radioélectriques élémentaires placé autour du foyer du réflecteur parabolique 22. Chaque source radioélectrique élémentaire comprend un élément rayonnant 212, par exemple du type cornet ou tout autre type d’élément rayonnant connu, et d’un excitateur radiofréquence configurée pour alimenter chaque élément rayonnant 212. Le bloc 21 de sources est configuré pour émettre et/ou recevoir une pluralité de faisceaux électromagnétiques jointifs. Le bloc source comprend un excitateur 211 de type à plusieurs sources par faisceau (ou MFPB pour *MultipleFeed Per Beam” selon la terminologie anglo saxonne) connu de l’homme du métier notamment par les demandes de brevet FR 2 993 715 ou FR 2 993 716. De façon avantageuse, ce type d’excitateur permet d’utiliser un réflecteur parabolique 22 ayant une distance focale courte, typiquement inférieure à un mètre. Cela permet ainsi de s’affranchir de l’utilisation d’un bras de déploiement entre le bloc de sources 21 et le réflecteur parabolique 22. Ceci permet d’obtenir une antenne multi faisceaux compacte permettant de placer plusieurs antennes sur une même face de satellite.
Le réflecteur parabolique 22 est placé de sorte que le bloc de sources 21 soit situé à son foyer. Ce réflecteur 22 est configuré pour faire transiter la pluralité de faisceaux électromagnétiques entre le bloc de sources 21 et le réflecteur pian 23.
Suivant un mode de réalisation, le réflecteur parabolique 22 est fixe par rapport au bloc de sources 21.
Suivant un mode de réalisation alternatif, le réflecteur parabolique 22 peut être monté sur un support comprenant des moyens permettant de basculer le réflecteur dans une position de stockage pour la phase de lancement. De façon avantageuse, ce mode de réalisation permet de réduire l’encombrement de l’antenne, pendant la phase de lancement, facilitant ainsi le placement du satellite, sur lequel est montée l’antenne, sous la coiffe du lanceur. Une fois le satellite sur lequel est montée l’antenne en orbite, les moyens associés au réflecteur parabolique 22 déploient ce dernier. Par la suite, le réflecteur parabolique 22 restera fixe par rapport au bloc de sources pendant toute la mission du satellite.
Le réflecteur plan 23 comprend des moyens d’orientation 24 configurés pour orienter le réflecteur plan 23 selon deux axes de rotation orthogonaux entre eux. Les moyens d’orientation 24 permettent au miroir plan d’assurer le pointage de l’ensemble des faisceaux électromagnétiques.
Suivant un mode de réalisation, les moyens d’orientation 24 sont également configurés pour amener le miroir plan 23 dans une position de gerbage afin de réduire l’encombrement 30 de l’antenne lors du lancement du satellite sur lequel est montée l’antenne. A titre d’exemple, la figure 3 illustre le miroir plan 23 dans sa position de gerbage sous une coiffe de lanceur. Ces moyens d’orientation 24 sont également configurés pour déployer le miroir plan 23 de sa position de gerbage vers sa position de fonctionnement. De façon avantageuse, la combinaison de la fonction de pointage avec les fonctions de stockage et de déstockage en un même moyen d’orientation 24 permet de réduire les dimensions de l’antenne et de la rendre plus compacte. Cela permet ainsi de réduire le volume occupé sur la plateforme du satellite et de placer un plus grand nombre de satellites sous la coiffe du lanceur.
Les moyens d’orientation peuvent être des moyens de pointage mécaniques deux axes. Ils peuvent comprendre un bras et deux moyens de motorisation 240 dont les axes de rotation ne sont pas co-axiaux. Suivant un mode de réalisation, les deux axes de rotation sont perpendiculaires entre eux.
De façon avantageuse, le fait que seul le miroir plan soit mobile, au cours de la mission, permet de maximiser les perfomances radioélectriques de l’antenne. Cela évite également à l’invention d’utiliser des joints tournants et permet ainsi de réduire les coûts de chaque antenne multifaisceaux.
Comme énoncé précédemment, le réflecteur 22 est configuré pour faire transiter la pluralité de faisceaux électromagnétiques entre le bloc de sources 21 et le réflecteur plan 23. En émission, le réflecteur parabolique est configuré pour focaliser les faisceaux électromagnétiques émis par les éléments rayonnants 212 des sources. Ces faisceaux sont ensuite orientés vers la surface terrestre par l’intermédiaire du réflecteur plan 223 mobile. De façon avantageuse, le réflecteur parabolique 22 restant toujours fixe par rapport au bloc de sources 21 pendant la mission du satellite, le bloc de sources 21 émet toujours ses faisceaux électromagnétiques au foyer du réflecteur parabolique ainsi, les performances radioélectriques de l’antenne sont toujours optimales et ne sont jamais dégradées. En réception les faisceaux réfléchis par le réflecteur plan 23 sont orientés vers le foyer du réflecteur parabolique 22 qui les réfléchi au niveau des éléments rayonnants 212 du bloc de sources 21.
La position du réflecteur plan 23, par rapport aux autres éléments de l’antenne multifaisceaux, est déterminée en utilisant ses champs de vue. Lors de la phase de conception, une antenne test, comme une antenne cornet, est utilisée pour représenter l’énergie radiofréquence qui est réfléchie par le réflecteur plan 23. L’antenne test est placée de façon à illuminer le réflecteur plan 22 et moyens d’orientation du réflecteur plan sont actionnés en utilisant toute leur amplitude afin d’obtenir le volume balayé par l’ensemble des faisceaux électromagnétiques. La position du réflecteur plan 23 est ensuite déterminer de sorte que la distance entre le réflecteur plan et les autres composant de l’antenne multifaisceaux soit minimale afin d’obtenir une antenne la plus compacte possible et de sorte que le volume balayé ne soit pas intercepté par un élément de l’antenne multifaisceaux.
Suivant un mode de réalisation, le bloc de sources 21, le réflecteur parabolique 22 et le réflecteur plan 23 sont configurés pour fonctionner dans une bande de fréquence sensiblement égale à la bande Ka en émission et/ou en réception. On rappelle que la bande Ka, pour une antenne bord, correspond à une gamme de fréquences comprises, en réception, entre 27,5 GHz et 31 GHz et en émission, entre 17,3 GHz et 21,2 GHz.
L’invention a également pour objet un satellite de télécommunication dont la charge utile comprend au moins une antenne multifaisceaux pointable telle que définie précédemment. Ce satellite est configuré pour évoluer sur une orbite défilante. Cette orbite peut être une orbite terrestre basse (dite LEO pour « Low Earth Orbit” selon la terminologie anglo saxonne) ou une orbite terrestre moyenne (également appelée MEO pour «Medium Earth Orbit» selon la terminologie anglo saxonne). On rappelle que les orbites terrestres basse et moyenne correspondent respectivement à une zone de l'orbite terrestre allant jusqu'à 2 000 kilomètres d'altitude et une orbite autour de la Terre située entre 2 000 kilomètres et 35 786 kilomètres d'altitude.
Un autre objet de l’invention est une constellation de satellites comprenant une pluralité de satellite de télécommunication dont la charge utile comprend au moins une antenne multifaisceaux pointable telle que définie précédemment.

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS
    1. Antenne multifaisceaux pointable pour satellite de télécommunication caractérisée en ce qu’elle comprend :
    - un bloc de sources (21) formé d'une pluralité de sources radioélectriques élémentaires (212) et configuré pour émettre et/ou recevoir une pluralité de faisceaux électromagnétiques, ledit bloc de sources comprenant au moins un excitateur (211) de type à plusieurs sources par faisceau
    - un réflecteur parabolique (22) fixe par rapport au bloc de sources, ledit réflecteur (22) étant placé de sorte que le bloc de sources (21) soit situé au foyer du réflecteur parabolique (22),
    - un réflecteur plan (23), mobile par rapport au bloc de sources (21), configuré pour effectuer le pointage de l’ensemble des faisceaux électromagnétiques, ledit réflecteur plan (23) comprenant des moyens d’orientation (24) configurés pour orienter le réflecteur plan (23) selon deux axes de rotation non co-axiaux,
    - le réflecteur parabolique (22) étant configuré pour faire transiter la pluralité de faisceaux électromagnétiques entre le bloc de sources (21) et le réflecteur plan (23).
  2. 2. Antenne selon la revendication précédente dans laquelle les moyens d’orientation (24) sont configurés pour amener le miroir plan dans une position de gerbage et pour l’amener dans une position déployée.
  3. 3. Antenne selon une des revendications précédentes dans laquelle les deux axes de rotation des moyens de d’orientation (24) du réflecteur plan (23) sont perpendiculaires entre eux.
  4. 4. Antenne selon une des revendications précédentes dans laquelle le réflecteur parabolique (22) est monté sur un support comprenant des moyens configurés pour déplacer le réflecteur parabolique (22) dans une position de gerbage et pour l’amener dans une position déployée.
  5. 5. Antenne selon une des revendications précédentes dans laquelle les moyens d’orientation du réflecteur plan (23) sont des moyens
    5 mécaniques.
  6. 6. Antenne selon une des revendications précédentes dans laquelle le bloc de sources (21) et les réflecteurs (22, 23) sont configurés pour fonctionner dans une bande de fréquence sensiblement égale à la bande Ka.
    io
  7. 7. Antenne selon une des revendications précédentes dans laquelle l’antenne est passive.
  8. 8. Satellite de télécommunication caractérisé en ce qu’il comprend au moins une antenne multifaisceaux pointable selon une des revendications précédentes.
    15
  9. 9. Satellite selon la revendication précédente caractérisé en ce qu’il est configuré pour évoluer selon une orbite terrestre basse ou moyenne.
  10. 10. Constellation de satellites de télécommunication caractérisé en ce qu’elle comprend une pluralité de satellites de télécommunication selon une des revendications 8 ou 9.
    1/3
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