FR3110292A1 - Antenne parabolique multilobes pour communications par faisceaux Hertziens troposphériques - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne une antenne parabolique pour communications par faisceaux Hertziens comprenant un réflecteur parabolique (401) et une source rayonnant selon un premier axe (410). La source de l’antenne selon l’invention comprend : - une bougie centrale (501) s’étendant selon le premier axe, et - au moins deux bougies périphériques (502, 503), positionnées en périphérie de la bougie centrale. L’invention concerne également un équipement de transmission utilisant une telle antenne, configuré pour émettre des signaux en utilisant uniquement la bougie centrale (501), et pour recevoir séparément des signaux de chacune des bougies (501, 502, 503) de l’antenne parabolique puis pour les recombiner. Enfin, l’invention concerne un système de transmission impliquant un tel équipement de transmission. Figure pour l’abrégé : Fig. 5
Description
L’invention se situe dans le domaine des réseaux de transmissions par Faisceaux Hertziens, et porte plus particulièrement sur une antenne parabolique pour des transmissions par faisceaux Hertziens.
Les transmissions par Faisceaux Hertziens (FH) désignent des communications monodirectionnelles ou bidirectionnelles point-à-point opérées entre deux sites géographiques fixes utilisant des signaux radioélectriques transmis sur des fréquences porteuses pouvant aller de 1 GHz à près de 80 GHz. Les antennes utilisées sont des antennes paraboliques, fortement directives. Une antenne parabolique est composée d’une source, comprenant généralement d’un cornet ou bougie par lequel le signal transmis est émis et/ou reçu, et d’un réflecteur parabolique, sur lequel le signal est réfléchi avant d’être émis/reçu. Le réflecteur parabolique permet de concentrer les ondes électromagnétiques dans une direction afin de rendre l’antenne très directive.
Les liaisons par faisceaux Hertziens peuvent être séparées en deux grandes familles :
- les liaisons FH en vue directe, et
- les liaisons FH troposphériques.
- les liaisons FH en vue directe, et
- les liaisons FH troposphériques.
La figure 1 représente schématiquement une liaison par faisceaux Hertziens en vue directe. Les antennes 101 et 102 d’émission et de réception sont en visibilité directe l’une de l’autre. Les pertes de propagation sont donc principalement liées à la propagation en espace libre. Ces liaisons permettent classiquement d’atteindre des débits allant jusqu’à plusieurs centaines de Mbits/sec, et ce avec des antennes paraboliques de diamètre réduit, typiquement entre 30 cm et 3 mètres. De par le rayon de courbure de la terre, les communications FH en vue directe ont en moyenne des élongations de l’ordre de 50 km avec un maximum d’environ 150km.
La figure 2 représente schématiquement une liaison FH troposphérique. Contrairement à une liaison FH en vue directe, les antennes 201 et 202 d’une liaison FH troposphérique ne se voient pas, soit à cause d’obstacles dans l’environnement de propagation, comme par exemple des immeubles ou des montagnes, soit à cause du rayon de courbure de la terre et de la distance qui les sépare. Les liaisons FH troposphériques s’appuient sur le phénomène de diffusion des ondes électromagnétiques dans la troposphère pour établir la liaison entre les antennes. Ce phénomène se réalise dans une zone 203, couramment désignée sous le nom de volume commun, à l’intersection des faisceaux des deux antennes.
Les liaisons FH troposphériques permettent d’atteindre des élongations de plusieurs centaines de kilomètres, soit bien au-delà de la ligne d’horizon. Cependant, les pertes liées à la propagation en espace libre ainsi que les faibles rendements de la diffusion des ondes électromagnétiques pénalisent fortement le bilan de liaison. Pour cette raison, les liaisons FH troposphériques présentent généralement des débits plus faibles (quelques dizaines de Mbits/sec), nécessitent des puissances d’émission élevées et utilisent des antennes de grandes dimensions, typiquement 3 à 9 mètres de diamètre.
Une manière d’améliorer le bilan de liaison, et donc de gagner en portée ou en débit, consiste à apporter de la diversité aux transmissions par faisceaux Hertziens. La notion de diversité consiste à utiliser différents canaux de propagation pour faire véhiculer la même information, afin de compenser dans une certaine mesure les phénomènes d’interférences qui affectent le signal sur chaque canal de propagation (évanouissements dus aux trajets multiples, diffusion, perturbations électromagnétiques, brouillage, etc…).
Par exemple, le canal de propagation étant sélectif en fréquences, deux signaux le traversant à des fréquences différentes ne subissent pas les évanouissements aux mêmes instants ni avec la même intensité. Les signaux obtenus en réception sont dé-corrélés et leur recombinaison permet d’améliorer la qualité de la liaison. Le principe est le même quel que soit l’ordre ou le type de diversité.
La notion d’ordre de diversité est relative au nombre de signaux dé-corrélés obtenus en réception. Plus les signaux sont dé-corrélés, meilleure est l’efficacité de la diversité. On parle de diversité d’ordre 2 lorsque deux signaux dé-corrélés sont obtenus en réception, d’ordre 4 pour quatre signaux dé-corrélés et d’ordre 6 pour six signaux dé-corrélés. Plus l’ordre de diversité est important, meilleure est la robustesse de la liaison vis-à-vis des phénomènes de propagation. Les phénomènes de propagation rencontrés en Faisceaux Hertziens en vue directe nécessitent généralement la mise en œuvre de diversité d’ordre 1 ou 2. Pour les faisceaux Hertziens troposphériques, les phénomènes de propagation rencontrés requièrent généralement l’utilisation de diversité d’ordre 4.
Plusieurs types de diversités sont possibles, représentés schématiquement aux figures 3a à 3d.
La figure 3a représente le concept de diversité de fréquences. A l’ordre 2, ce concept consiste à utiliser deux fréquences, f1et f2, pour la transmission des signaux. A condition que les fréquences soient suffisamment espacées, les deux signaux transmis subissent des évanouissements dé-corrélés et indépendants, et le signal combiné aura une meilleure disponibilité que chacun des signaux pris indépendamment. La diversité de fréquences ne constitue qu’un seul volume commun 301, et ne requiert qu’une seule antenne sur chaque site. Ce type de diversité est simple à mettre en œuvre et performant. Cependant, la ressource fréquentielle est limitée et l’utilisation de plusieurs fréquences engendre des contraintes sur la largeur de bande des équipements, en particulier à l’émission, c’est pourquoi l’ordre de diversité de fréquence employé est généralement limité à 2 ou 3.
La figure 3b représente le concept de diversité d’espace. A l’ordre 2, ce concept consiste à utiliser deux antennes à chaque extrémité de la liaison. L’intersection des faisceaux des antennes d’émission/réception se fait dans des volumes communs 311 et 312 sensiblement identiques. La diversité d’antennes se fait verticalement pour les réseaux FH en vue directe, et horizontalement pour les liaisons FH troposphériques. Le principe repose sur une diversité des chemins parcourus à la réception. A condition que les antennes soient suffisamment espacées, les signaux subissent des évanouissements dé-corrélés et indépendants. Le signal combiné aura alors une meilleure disponibilité que chacun des signaux pris seul. Ce type de diversité est très performant, peut facilement être porté à un ordre supérieur en utilisant un plus grand nombre d’antennes, et présente l’avantage de s’appuyer sur des équipements standards. Cependant, en fonction de la dimension des antennes, l’installation peut nécessiter une importante infrastructure pour être mise en œuvre, et occuper une grande surface au sol. C’est le cas en particulier pour les liaisons troposphériques où les antennes paraboliques peuvent faire plusieurs mètres de diamètre, ce qui rend impossible leur installation sur un seul mat.
Un concept moins répandu est le concept de diversité angulaire, représenté à la figure 3c. A l’ordre 2, ce concept revient à recevoir deux signaux selon des angles (verticaux ou horizontaux) différents. La diversité angulaire nécessite une antenne particulière avec plusieurs sources. Chaque source est à l’origine d’un faisceau particulier. Chaque faisceau intersecte avec le faisceau de l’antenne de l’autre équipement dans une zone différente afin de former deux volumes communs distincts 321 et 322. Les deux signaux transmis subissent alors des évanouissements dé-corrélés et indépendants, et le signal combiné aura une meilleur disponibilité que chacun des signaux pris seul. L’intérêt de ce type de diversité est qu’elle ne requiert qu’une seule antenne de chaque côté de la transmission, ce qui permet un gain de place et de coût d’infrastructure. Cependant, la conception d’une telle antenne est difficile, puisqu’elle nécessite de pouvoir rapprocher suffisamment les bougies de manière à obtenir des signaux en réception décorrélés et de même puissance médiane. En effet, les antennes pour liens de communication FH troposphériques transmettent typiquement avec un angle de site inférieur à 1°, de manière à ce que le volume commun soit le plus proche possible du sol pour diminuer au maximum les pertes de propagation. L’antenne parabolique doit alors avoir un diagramme de rayonnement avec des lobes distincts en réception dans un angle très étroit (typiquement inférieur à quelques degrés), ce qui implique des sources très rapprochées. Cette proximité est susceptible de générer des interférences par effets de couplage des bougies émission/réception.
Enfin, à ordre de diversité équivalent, la diversité angulaire est généralement moins performante que la diversité d’espace. En effet, choisir des volumes communs très espacés permet de bénéficier d’un fort niveau de dé-corrélation entre les signaux, mais la distance vis-à-vis d’au moins un des volumes commun augmente alors, ce qui accentue les pertes en espace libre et dégrade le bilan de liaison sur ce chemin. En choisissant des volumes communs très proches, ce problème ne se pose pas, mais les volumes communs risquent de ne pas être totalement dé-corrélés. C’est pourquoi, à performances équivalentes, remplacer de la diversité d’espace par de la diversité angulaire requiert généralement l’augmentation de l’ordre de diversité.
Pour toutes ces raisons, la diversité angulaire n’est que rarement utilisée pour les transmissions par faisceaux Hertziens.
Les différents types de diversité peuvent être mixés. Par exemple, la figure 3d représente une mise en œuvre mélangeant diversité de fréquence et diversité d’espace pour une transmission depuis le site A vers le site B. Dans cet exemple, deux fréquences sont utilisées, ainsi que deux antennes d’un côté de la transmission, réalisant ainsi une diversité d’ordre 4. Ce type de système est le plus répandu dans l’état de la technique. Les quatre signaux subissent des évanouissements dé-corrélés et indépendants, et le signal combiné résultant de la somme des quatre signaux reçus aura une meilleure disponibilité que chaque signal pris indépendamment. L’inconvénient de ce système réside principalement en ce qu’il requiert deux antennes à la réception, ce qui n’est pas optimisé en termes d’infrastructure et d’encombrement.
Un objet de l’invention est de permettre d’accéder à des ordres supérieurs de diversité, pour les communications par faisceaux Hertziens, et plus particulièrement pour les liaisons FH troposphériques. La diversité fréquentielle présentant un faible rendement spectral et la diversité d’espace un coût en termes de complexité d’implémentation et d’espace occupé par le matériel, l’invention s’appuie sur la diversité angulaire.
A cet effet, la Demanderesse a déposé la demande de brevet FR 1915402 dans laquelle elle décrit une antenne parabolique comprenant une source à trois bougies positionnées sous la forme d’un triangle équilatéral centré autour de l’axe dans lequel rayonne la source de l’antenne parabolique. A l’émission, l’équipement injecte sur les trois bougies le même signal en phase. Par intégration des trois faisceaux, le diagramme de rayonnement de cette antenne parabolique présente un lobe unique, directif, homogène et centré. A la réception, l’équipement récupère les signaux séparément sur chacune des bougies puis les combine. De par leur disposition, chaque bougie pointe vers un volume commun distinct. La recombinaison produit donc un signal équivalent bénéficiant d’un gain de diversité théorique d’ordre 3.
Cette solution permet de concevoir simplement une antenne parabolique permettant de bénéficier de diversité angulaire d’ordre 3. Elle présente cependant trois défauts :
- à l’émission, la puissance d’émission est répartie sur les trois bougies de la source. Le faisceau de l’antenne correspond à la somme des trois faisceaux des signaux émis par les bougies. Le faisceau résultant est donc moins directif et a moins de gain que si une seule bougie avait été utilisée. L’utilisation d’une seule bougie à l’émission dans ce système n’est pas possible car le faisceau résultant ne serait pas centré par rapport à la direction de rayonnement de l’antenne ;
- le design spécifique de cette antenne à un impact non négligeable sur les pertes, et donc la performance globale de la solution diversité angulaire en est affectée ;
- l’antenne est conçue avec des bougies statiques positionnées de manière à répondre à une configuration opérationnelle particulière (dépointage entre les lobes, fréquence porteuse, taille du réflecteur parabolique, distance de la source au réflecteur, environnement de propagation, polarisation des signaux, …). Cette solution ne permet pas d’explorer tous les angles souhaités, ni de s’adapter en cas de modification des conditions opérationnelles.
- à l’émission, la puissance d’émission est répartie sur les trois bougies de la source. Le faisceau de l’antenne correspond à la somme des trois faisceaux des signaux émis par les bougies. Le faisceau résultant est donc moins directif et a moins de gain que si une seule bougie avait été utilisée. L’utilisation d’une seule bougie à l’émission dans ce système n’est pas possible car le faisceau résultant ne serait pas centré par rapport à la direction de rayonnement de l’antenne ;
- le design spécifique de cette antenne à un impact non négligeable sur les pertes, et donc la performance globale de la solution diversité angulaire en est affectée ;
- l’antenne est conçue avec des bougies statiques positionnées de manière à répondre à une configuration opérationnelle particulière (dépointage entre les lobes, fréquence porteuse, taille du réflecteur parabolique, distance de la source au réflecteur, environnement de propagation, polarisation des signaux, …). Cette solution ne permet pas d’explorer tous les angles souhaités, ni de s’adapter en cas de modification des conditions opérationnelles.
Un but de l’invention est alors de proposer une solution alternative à la solution décrite dans la demande FR 1915402, visant à améliorer les performances de l’antenne, et à la rendre modulaire.
A cet effet, la présente invention décrit une antenne parabolique pour communications par faisceaux Hertziens comprenant un réflecteur parabolique et une source rayonnant selon un premier axe. La source de l’antenne selon l’invention comprend :
- une bougie centrale s’étendant selon le premier axe, et
- au moins deux bougies périphériques, positionnées en périphérie de la bougie centrale.
- une bougie centrale s’étendant selon le premier axe, et
- au moins deux bougies périphériques, positionnées en périphérie de la bougie centrale.
Selon un mode de réalisation de l’invention, l’antenne parabolique comprend un support sur lequel sont disposées les bougies périphériques. Le support est alors mobile en rotation autour du premier axe et/ou les bougies périphériques sont mobiles en translation sur le support selon un deuxième axe sensiblement perpendiculaire au premier axe.
Selon un mode de réalisation, la bougie centrale est mobile en translation selon le premier axe.
Selon un mode de réalisation, la source est mobile en rotation autour du premier axe.
L’invention porte également sur un équipement de transmission par Faisceaux Hertzien comprenant une antenne parabolique telle que décrite précédemment.
Selon un mode de réalisation, l’équipement de transmission par Faisceaux Hertziens est configuré pour émettre des signaux en utilisant uniquement la bougie centrale, et pour recevoir séparément des signaux de chacune des bougies de l’antenne parabolique puis pour les recombiner.
Enfin, l’invention porte sur un système de transmission comprenant au moins un tel équipement de transmission.
Dans un mode de réalisation du système de transmission, les signaux sont transmis sur une pluralité de fréquences porteuses. Au moins un équipement de transmission est configuré pour combiner les signaux reçus sur chacune des fréquences porteuses, ce qui permet de bénéficier à la fois d’un gain de diversité angulaire et d’un gain de diversité fréquentielle.
Dans un autre mode de réalisation, compatible du précédent, au moins un équipement de transmission comprend une pluralité d’antennes paraboliques. Il est alors configuré pour combiner les signaux reçus sur chacune des antennes paraboliques, ce qui permet de bénéficier à la fois d’un gain de diversité angulaire et d’un gain de diversité spatiale.
Dans un mode de réalisation du système de transmission, les signaux sont transmis sur une pluralité de fréquences porteuses. Au moins un équipement de transmission est configuré pour combiner les signaux reçus sur chacune des fréquences porteuses, ce qui permet de bénéficier à la fois d’un gain de diversité angulaire et d’un gain de diversité fréquentielle.
Dans un autre mode de réalisation, compatible du précédent, au moins un équipement de transmission comprend une pluralité d’antennes paraboliques. Il est alors configuré pour combiner les signaux reçus sur chacune des antennes paraboliques, ce qui permet de bénéficier à la fois d’un gain de diversité angulaire et d’un gain de diversité spatiale.
L’invention sera mieux comprise et d’autres caractéristiques, détails et avantages apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit, donnée à titre non limitatif, et grâce aux figures annexées qui suivent, données à titre d’exemple.
Des références identiques sont utilisées dans des figures différentes lorsque les éléments désignés sont identiques.
Un but de l’invention est de proposer une architecture d’antenne parabolique permettant d’atteindre des ordres de diversité élevés en utilisant la diversité angulaire, et ce de manière efficace et modulable.
La figure 4 représente quatre types différents de montage d’une antenne parabolique, connus de l’état de la technique. Le montage A est un montage avec source centrée, le montage B un montage avec source décalée, le montage C un montage dit Cassegrain et le montage D un montage dit Grégorien.
Dans tous les cas, on retrouve un réflecteur parabolique 401 et une source 402 rayonnant selon un premier axe 410. Le premier axe correspond au centre du lobe principal du diagramme de rayonnement de la source à l’émission. C’est aussi l’axe dans lequel s’étend la bougie dans le cas d’une source mono-bougie. En émission, la source 402 émet le signal dans un cône en direction du réflecteur parabolique 401 (montages A et B) ou d’un réflecteur intermédiaire 403/404 (montages C et D) qui réfléchit vers le réflecteur parabolique 401. Les réflexions ont pour effet d’orienter l’ensemble des ondes électromagnétiques émises et de les concentrer dans une direction donnée. Le champ total émis est la somme de ces ondes redressées, ce qui permet aux antennes paraboliques de présenter des diagrammes de rayonnement ayant un lobe principal très étroit et de très fort gain.
Selon le montage, la source peut être positionnée au foyer de l’antenne parabolique (montage A), décalée verticalement par rapport au foyer (montage B), ou positionnée par rapport au réflecteur intermédiaire (montages C et D).
L’invention propose de modifier la source de l’antenne en utilisant au moins trois bougies au lieu d’une.
La figure 5 présente quatre modes de réalisation à trois bougies d’une source pour une antenne parabolique selon l’invention. Dans chacun de ces montages, la source comprend une bougie centrale 501, disposée au centre de la source, et deux bougies périphériques 502 et 503. Ils permettent donc de bénéficier d’une diversité angulaire d’ordre 3.
Dans le mode de réalisation A, les bougies périphériques sont disposées de part et d’autre de la bougie centrale. Les trois bougies sont alignées horizontalement.
Dans le mode de réalisation B, les bougies périphériques sont disposées de part et d’autre de la bougie centrale. Les trois bougies sont alignées verticalement.
Dans le mode de réalisation C, les bougies périphériques sont disposées respectivement en-dessous et à côté de la bougie centrale, de manière à former un triangle rectangle dont l’angle droit se trouve au niveau de la bougie centrale.
Dans le mode de réalisation D, les bougies périphériques sont disposées respectivement au-dessus et à côté de la bougie centrale, de manière à former un triangle rectangle dont l’angle droit se trouve au niveau de la bougie centrale.
Les modes de réalisation C et D permettent de loger trois bougies dans un volume plus réduit que les modes de réalisation A et B, et donc de générer des volumes communs plus proches.
Avantageusement, les bougies peuvent être placées sur un support 510. Dans l’exemple de la figure 5, le support est une structure métallique en forme de T centrée sur la bougie centrale. Le support métallique peut être mobile en rotation autour de la bougie centrale, ce qui permet de pouvoir faire commuter simplement et rapidement la source d’une configuration à une autre (par exemple du montage A au montage B ou du montage C au montage D). Le support peut prendre n’importe quelle autre forme. En particulier, il peut prendre la forme d’une croix pour mettre en œuvre des modes de réalisation avec quatre bougies périphériques, ou sous la forme d’une étoile pour augmenter le nombre de bougies périphériques.
La figure 6 représente deux modes de réalisation à quatre bougies d’une source pour une antenne parabolique selon l’invention. Dans chacun de ces montages, la source comprend une bougie centrale 601, disposée au centre de la source, et trois bougies périphériques 602, 603 et 604. Ils permettent donc de bénéficier d’un gain de diversité angulaire d’ordre 4.
Dans le mode de réalisation A, les bougies périphériques sont disposées respectivement à gauche, à droite et en-dessous de la bougie centrale.
Dans le mode de réalisation B, les bougies périphériques sont disposées respectivement au-dessus, en-dessous et à droite de la bougie centrale.
Dans l’ensemble des modes de réalisation décrits aux figures 5 et 6, les bougies sont orientées de manière à éclairer le réflecteur parabolique 401, ou le réflecteur intermédiaire 403/404 dans le cas d’un montage Cassegrain ou Grégorien.
L’écartement entre les faisceaux est directement lié à la distance entre les bougies, à la taille du réflecteur parabolique, et à la fréquence d’émission. Cet écartement doit être suffisant pour permettre une bonne dé-corrélation des volumes communs formés, mais suffisamment faible pour que les trois faisceaux aient une faible séparation angulaire.
Contrairement à l’art antérieur, où chaque source de l’antenne parabolique doit disposer d’une source de puissance indépendante, ou à la solution à trois bougies proposées par la Demanderesse dans son autre demande de brevet où la source dispose de trois bougies, l’invention n’utilise pas toutes les bougies pour émettre, mais transmet uniquement à partir de la bougie centrale, qui est positionnée sur l’axe 410. Ainsi, à l’émission, le diagramme de rayonnement est celui d’une antenne parabolique classique, c’est-à-dire un diagramme de rayonnement très directif. Au contraire, l’ensemble des bougies sont utilisées pour la réception. De par leurs positionnements, chaque bougie forme alors un lobe distinct du diagramme de rayonnement pointant vers un volume commun donné.
La figure 7 représente schématiquement les différents éléments d’un équipement de transmission par faisceaux Hertziens selon l’invention. Le système comprend un dispositif d’émission/réception 701, configuré pour :
- mettre en forme et amplifier le signal à émettre à travers le faisceau Hertzien, et
- traiter les signaux reçus du faisceau Hertzien.
Dans cet exemple, la source 702 utilisée correspond au mode de réalisation A de la figure 5, mais pourrait être remplacée par n’importe quel autre mode de réalisation.
A l’émission, le signal mis en forme et amplifié par le dispositif d’émission/réception 701 est émis par la bougie centrale de la source 702. Le dispositif 701 ne peut alors disposer que d’une seule chaîne radio d’amplification.
A la réception, les signaux sont reçus indépendamment sur chacune des bougies de la source 702, et sont recombinés dans le dispositif d’émission/réception 701 pour tirer avantage de la diversité de propagation. De nombreux algorithmes de recombinaison sont connus. Par exemple, les signaux peuvent être directement sommés (algorithme d’Equal Gain Combining, ou combinaison de gain égal), ou pondérés et sommés de manière cohérente (algorithme deMaximum Ratio Combining, ou combinaison à rapport maximal).
En recevant le signal séparément sur chacune des bougies, puis en combinant ces signaux, le dispositif selon l’invention permet d’exploiter des signaux diffusés dans des volumes communs différents, et par conséquent d’obtenir le gain de diversité attendu.
L’antenne parabolique décrite à la figure 7 est configurée pour émettre et recevoir en même temps, par exemple en polarisant orthogonalement les signaux à l’aide de transducteurs orthomodes constituant des points d’accès à la bougie centrale pour l’émission et à l’ensemble des bougies pour la réception. L’antenne parabolique peut également être utilisée en réception seulement, auquel cas il n’est pas nécessaire de l’équiper d’un transducteur orthomode.
La figure 8 représente un diagramme de rayonnement d’une antenne parabolique dans un équipement tel que celui représentée à la figure 7, en coupe dans un plan horizontal. Les trois bougies présentent chacune un lobe 801, 802 et 803, les lobes étant décalés en fonction des écartements des bougies. A l’émission, le diagramme de rayonnement de l’antenne parabolique correspond au diagramme de rayonnement 802 de la bougie centrale puisque cette dernière est la seule à émettre. A la réception, de par leur écartement, chaque bougie rayonne dans une direction légèrement différente. Le diagramme de rayonnement de l’antenne parabolique présente donc trois lobes principaux correspondant aux lobes 801, 802 et 803.
Dans l’exemple de la figure 8, les bougies sont espacées de sorte qu’à la réception, le découplage dans l’axe des lobes des bougies les plus proches est d’environ 16 dB. Ajuster l’écartement entre les bougies permet d’augmenter ou de réduire les angles de dépointage et les niveaux auxquels les lobes se croisent.
Afin de pouvoir ajuster l’écartement entre les bougies en fonction des conditions opérationnelles, des angles de dépointage et des niveaux de dé-corrélation entre les lobes souhaitées, dans un mode de réalisation avantageux, les bougies périphériques sont montées mobiles en translation sur le support 510 selon au moins un deuxième axe sensiblement perpendiculaire au premier axe.
La figure 9 représente deux modes de réalisation d’une source selon l’invention, comprenant une bougie centrale et trois bougies périphériques. Les bougies périphériques 602 et 604 sont mobiles sur le support 510 selon l’axe 901. La bougie périphérique 603 est mobile sur le support 510 selon l’axe 902. Entre le mode de réalisation A et le mode de réalisation B, l’écartement entre les bougies périphériques et la bougie centrale varie, faisant ainsi varier l’écartement entre les lobes de l’antenne parabolique. Les écartements entre les bougies peuvent être choisis comme sensiblement identiques, ou être différents, en fonction des besoins opérationnels.
Afin de pouvoir ajuster la focalisation de l’antenne parabolique, dans un mode de réalisation avantageux, les bougies sont montées mobiles en translation sur l’axe dans lequel elles rayonnent (c’est-à-dire l’axe de rayonnement 410 pour la bougie centrale).
La figure 10 représente trois modes de réalisation d’une source selon l’invention, comprenant une bougie centrale et trois bougies périphériques. La bougie centrale est mobile en translation le long de l’axe 410, ce qui permet de pouvoir ajuster la focalisation de cette bougie. Dans le mode de réalisation A, la bougie centrale est déplacée vers l’avant de 10mm par rapport aux bougies périphériques. Dans le mode de réalisation B, elle est positionnée au même niveau. Dans le mode de réalisation C, elle est positionnée en retrait de 10mm par rapport aux bougies périphériques.
Enfin, afin de pouvoir ajuster la polarisation des signaux émis/reçus par l’antenne parabolique, dans un mode de réalisation avantageux, l’ensemble de la source est mobile en rotation autour de l’axe 410. Une rotation de 90° de la source autour de cet axe entraîne un changement de polarisation des signaux émis et reçus, permettant ainsi à l’antenne de s’adapter à la polarisation des signaux utilisés par l’autre équipement impliqué dans la transmission.
La diversité angulaire apportée par l’antenne parabolique selon l’invention peut être combinée avec les autres types de diversité.
La figure 11 représente un mode de réalisation d’un système de communications par faisceaux Hertzien selon l’invention, avec une source à trois bougies alignées verticalement. Dans ce mode de réalisation, l’antenne parabolique selon l’invention est utilisée des deux côtés 1101 et 1102 de la transmission, et émet en utilisant deux fréquence f1et f2. Dans le sens site A vers site B, l’intersection du lobe principal de l’antenne parabolique d’émission 1101 et des trois lobes de l’antenne parabolique de réception 1102 forment trois volumes communs distincts 1111, 1112 et 1113, ce qui permet à la transmission de bénéficier d’un gain de diversité d’ordre 3. Combiné à la diversité de fréquence d’ordre 2, la communication par faisceaux Hertziens représentée bénéficie alors d’une diversité d’ordre 6, ce qui en fait une solution présentant de meilleures performances que les solutions largement répandues à diversité d’espace et de fréquence (diversité d’ordre 4), sans que ne se pose le problème d’encombrement lié à la diversité d’espace.
Pour une transmission à sens unique, l’antenne parabolique selon l’invention pourrait n’être implémentée que du côté du récepteur.
L’antenne parabolique selon l’invention est une solution modulaire dans laquelle des éléments peuvent être ajoutés et retranchés. Elle peut se présenter sous la forme d’une structure permettant d’ajuster la position des différents éléments, que ce soit la disposition des bougies, leur écartement, leur focalisation ou la polarisation des signaux transmis. Cette structure modulaire permet de pouvoir adapter le montage aux conditions opérationnelles, et la rend compatible d’utilisations variées.
Par exemple, en cas de changement de fréquence de fonctionnement, l’écartement, la focalisation et la disposition des bougies de la source pourront être ajustées afin d’optimiser la direction des lobes et les performances de l’antenne.
Dans un autre exemple, une antenne parabolique pour une transmission par faisceaux Hertziens en vue directe au-dessus d’une étendue d’eau utilisera préférablement une configuration telle que celle donnée au mode de réalisation B de la figure 5, afin de bénéficier des trajets multiples apportés par les réflexions sur la mer. A l’inverse, une antenne parabolique pour une transmission par faisceaux Hertziens troposphérique utilisera préférablement une configuration telle que celle donnée au mode de réalisation A de la figure 5, afin d’élargir le volume d’observation. L’antenne parabolique selon l’invention permet de passer d’une configuration à l’autre par une simple rotation du support 510.
Les ajustements des positions des bougies ou du support de l’antenne parabolique selon l’invention peuvent être faits manuellement ou à partir de moyens mécaniques contrôlables par des moyens informatiques, pour bénéficier d’un maximum de précision.
L’antenne parabolique à trois bougies selon l’invention présente donc à l’émission le diagramme de rayonnement optimal d’une antenne parabolique car une seule bougie est utilisée. A la réception, le diagramme de rayonnement comprend au moins trois lobes dé-corrélés et très rapprochés. Les caractéristiques et performances de l’antenne sont ajustables en fonction des besoins opérationnels, en modifiant l’écartement entre les bougies.
La diversité angulaire obtenue grâce à l’antenne parabolique selon l’invention peut également être associée à de la diversité d’espace, en augmentant le nombre d’antennes paraboliques impliquées dans la communication. Enfin, l’antenne parabolique selon l’invention peut être utilisée dans un système de transmissions par faisceau Hertzien utilisant diversité de fréquence et diversité d’espace, afin d’apporter une capacité supplémentaire de diversité angulaire, pour atteindre des ordres diversité très élevés. Par exemple, un système comprenant :
- une antenne parabolique à trois bougies selon l’invention pour émettre,
- deux antennes à trois bougies selon l’invention pour recevoir (diversité angulaire d’ordre 3 et diversité d’espace d’ordre 2)
Ainsi, l’antenne parabolique selon l’invention permet d’atteindre des niveaux de diversité importants, en particulier lorsque combinée à de la diversité de fréquence et/ou d’espace.
Claims (10)
- Antenne parabolique pour communications par faisceaux Hertziens comprenant un réflecteur parabolique (401) et une source rayonnant selon un premier axe (410), caractérisée en ce que la source comprend :
- une bougie centrale (501) s’étendant selon le premier axe, et
- au moins deux bougies périphériques (502, 503), positionnées en périphérie de la bougie centrale. - Antenne parabolique selon la revendication 1, comprenant un support (510) sur lequel sont disposées les bougies périphériques, le support étant mobile en rotation autour du premier axe.
- Antenne parabolique selon l’une des revendications précédentes, comprenant un support (510) sur lequel sont disposées les bougies périphériques, les bougies périphériques étant mobiles en translation sur le support selon un deuxième axe (901, 902) sensiblement perpendiculaire au premier axe.
- Antenne parabolique selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle la bougie centrale est mobile en translation selon le premier axe (410).
- Antenne parabolique selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle la source est mobile en rotation autour du premier axe (410).
- Equipement de transmission par faisceaux Hertzien comprenant une antenne parabolique selon l’une des revendications 1 à 5.
- Equipement de transmission selon la revendication 5, configuré pour émettre des signaux en utilisant uniquement la bougie centrale (501), et pour recevoir séparément des signaux de chacune des bougies (501, 502, 503) de l’antenne parabolique puis pour les recombiner.
- Système de transmission comprenant au moins un équipement de transmission selon l’une des revendications 6 à 7.
- Système de transmission selon la revendication 8, dans lequel les signaux sont transmis sur une pluralité de fréquences porteuses, et dans lequel au moins un équipement de transmission (1102) est configuré pour combiner les signaux reçus sur chacune des fréquences porteuses.
- Système de transmission selon l’une des revendications 8 et 9, dans lequel au moins un équipement de transmission comprend une pluralité d’antennes paraboliques, et est configuré pour combiner les signaux reçus sur chacune des antennes paraboliques.
Priority Applications (2)
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| FR1915413A FR3110292A1 (fr) | 2019-12-26 | 2019-12-26 | Antenne parabolique multilobes pour communications par faisceaux Hertziens troposphériques |
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Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR1915413 | 2019-12-26 | ||
| FR1915413A FR3110292A1 (fr) | 2019-12-26 | 2019-12-26 | Antenne parabolique multilobes pour communications par faisceaux Hertziens troposphériques |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR3110292A1 true FR3110292A1 (fr) | 2021-11-19 |
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Family Applications (1)
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2019
- 2019-12-26 FR FR1915413A patent/FR3110292A1/fr active Pending
-
2020
- 2020-12-16 WO PCT/EP2020/086358 patent/WO2021130072A1/fr active Application Filing
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2021130072A1 (fr) | 2021-07-01 |
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