WO1999052180A1 - Lentille spherique focalisante multicouches - Google Patents

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WO1999052180A1
WO1999052180A1 PCT/FR1999/000784 FR9900784W WO9952180A1 WO 1999052180 A1 WO1999052180 A1 WO 1999052180A1 FR 9900784 W FR9900784 W FR 9900784W WO 9952180 A1 WO9952180 A1 WO 9952180A1
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primary
lens
terminal
antenna
primary source
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PCT/FR1999/000784
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Gérard Caille
Laurent Martin
Béatrice Pinte
Original Assignee
Alcatel
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Priority to JP55014299A priority patent/JP2002503433A/ja
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    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q19/00—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic
    • H01Q19/06—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using refracting or diffracting devices, e.g. lens
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    • H01Q19/06—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using refracting or diffracting devices, e.g. lens
    • H01Q19/062—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using refracting or diffracting devices, e.g. lens for focusing
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    • H01Q15/02—Refracting or diffracting devices, e.g. lens, prism
    • H01Q15/04—Refracting or diffracting devices, e.g. lens, prism comprising wave-guiding channel or channels bounded by effective conductive surfaces substantially perpendicular to the electric vector of the wave, e.g. parallel-plate waveguide lens
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    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/12—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system using mechanical relative movement between primary active elements and secondary devices of antennas or antenna systems
    • H01Q3/14—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system using mechanical relative movement between primary active elements and secondary devices of antennas or antenna systems for varying the relative position of primary active element and a refracting or diffracting device
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    • H01Q5/00—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements
    • H01Q5/40—Imbricated or interleaved structures; Combined or electromagnetically coupled arrangements, e.g. comprising two or more non-connected fed radiating elements
    • H01Q5/45—Imbricated or interleaved structures; Combined or electromagnetically coupled arrangements, e.g. comprising two or more non-connected fed radiating elements using two or more feeds in association with a common reflecting, diffracting or refracting device

Definitions

  • the invention relates to a multilayer focusing spherical lens capable of being mounted in a transmit / receive antenna of a terminal of a remote transmitter / receiver system.
  • the invention also relates to a transmit / receive antenna comprising such a lens, as well as a terminal for transmitting / receiving radio signals from and to at least two remote transmitter / receiver systems operating at different points in space. visible with respect to said terminal, this terminal comprising such an antenna.
  • the invention applies in particular, but without limitation, to high speed data transmission assemblies from and to a constellation of satellites, for public or private, civil or military use.
  • the invention relates to any application requiring a lens of simple structure making it possible to obtain a compact antenna.
  • a first solution consists in using a single-layer focusing spherical lens as shown in FIG. 1.
  • These lenses have the advantage of being easy to manufacture since they only contain 'a single layer and possibly, as shown, an adaptation layer.
  • these lenses have a fairly low gain, corresponding to an antenna efficiency of less than 50%.
  • the gain remains low taking into account the rays. convergent which represent a loss of energy and disturb the radiation pattern of the antenna in the form of raised secondary lobes.
  • a decrease in the refractive index lengthens the focal distance, therefore increases the overall volume of the antenna and an increase in this index increases the ohmic losses without improving the focusing of the lens.
  • a second solution consists in using a Luneberg type multilayer lens as shown in FIG. 2.
  • These lenses comprise a plurality of concentric spherical layers, the dielectric constant of which decreases continuously from the center towards the edge of the lens.
  • This type of lens has the advantage of having a total spherical symmetry well suited to the production of an antenna aiming over a very wide field of view.
  • document US 4 307 404 describes a planar and spherical multilayer antenna model, in which reference is made to a spherical artificial structure.
  • the problem which is posed in this document concerns frequency interference. Consequently, the deflection of the beam only applies for certain frequencies and the antenna described is therefore not very wide band: the beam scans mechanically in the same direction for all the compatible frequencies of the radiating source.
  • the invention therefore aims to overcome the drawbacks mentioned above.
  • It relates to a focusing spherical lens whose structure is simple and compact and whose manufacturing cost is reduced compared to the lenses of the prior art.
  • the invention further relates to such a lens whose performance in particular in terms of yield is better than that of the lenses of the prior art.
  • the invention provides a multilayer focusing spherical lens capable of being mounted in a transmitting / receiving antenna device of a terminal of a remote transmitter / receiver system, and having a concentric focal sphere , characterized in that it comprises two layers, respectively central and peripheral, having constants different dielectric values, each dielectric constant value being determined so that the lens focuses the microwave beams parallel to the focal sphere concentric with the lens.
  • the bilayer structure of the lens improves focusing and therefore ensures simplicity of structure while reducing the volume of the lens compared to that of the lenses of the prior art.
  • this supposes having optimized the two values of dielectric constants as well as the intermediate radius and the position of the source. A yield of 70 to 80% is thus obtained which is entirely satisfactory for the applications concerned.
  • the lens comprises an adaptation layer, intended to reduce the losses by reflection at the dielectric interface of the lens / air.
  • This adaptation layer has the effect of reducing the losses and couplings generated by the reflection phenomena on the surface of the spherical lens.
  • the values of the dielectric constants of the two layers are between 2 and 5.
  • the invention provides an antenna for transmitting / receiving radio signals from and to at least one remote transmitter / receiver system operating in the visible space with respect to said antenna, characterized in that it comprises a focusing spherical lens as mentioned previously.
  • the invention provides a terminal for transmitting / receiving radio signals from and to at least two remote transmitter / receiver systems operating at different points in the visible space with respect to said terminal, characterized in that it comprises means for determining the position at a given instant of said remote transceivers in view, a means for choosing a remote transceiver, an antenna according to claim 14, comprising at least two primary sources of transmission / reception, means for controlling the movements of the primary emission / reception sources on the focal sphere adapted to prevent the primary sources from colliding and means for switching between the primary sources.
  • each primary source mounted on a support, is made mobile by the action of at least a couple of motors so as to obtain a displacement of each source on at least the lower half of the sphere. focal.
  • each primary source is made mobile by the action of a couple of azimuth / elevation motors.
  • each primary source is made mobile by the action of a pair of motors known as X / Y, the first motor ensuring a rotation of each primary source around a substantially horizontal primary axis Ox and the second motor ensuring a rotation of each primary source around a secondary axis Oy made movable relative to the primary axis by the first motor while being constantly orthogonal to this primary axis.
  • a first primary source is made mobile by the action of a couple of azimuth / elevation motors and the second primary source is made mobile by the action of a couple of X / Y motors, the azimuth motor from the first primary source further driving the entire antenna.
  • each primary source is made mobile by the action of a couple of motors with axes of oblique rotation.
  • Figure 1 is a plan view of a prior art single-layer focusing spherical lens.
  • Figure 2 is a plan view of a multilayer focusing spherical lens known as the Luneberg lens of the prior art.
  • Figure 3 is a schematic representation of a terminal according to the invention, as well as the elements of the satellite transmission system in which it is integrated.
  • FIG. 4 is a plan representation of a bilayer focusing spherical lens according to the invention.
  • Figure 5 is a schematic representation of a first embodiment of a mechanical system for moving the primary sources of emission / reception on a portion of the focal sphere of the focusing lens, by pairs of azimuth / elevation motors.
  • FIG. 6 shows an assembly of the electronics for switching the signals of the primary transmission / reception sources of the mechanical system of FIG. 5.
  • FIG. 7 is a variant of the assembly of FIG. 6.
  • Figure 8 is a schematic representation of a second embodiment of a mechanical system for moving the primary sources of emission / reception on a portion of the focal sphere of the focusing lens, by pairs of azimuth / elevation motors.
  • FIG. 9 is a schematic representation of an embodiment of a mechanical system for moving the primary sources of emission / reception over a portion of the focal sphere of the focusing lens, by pairs of X / Y motors.
  • Figure 10 is a schematic perspective view (Figure 10a) and in section ( Figure 10b) of an embodiment of the primary sources of transmission / reception.
  • Figure 11 is a representation of the mechanism of Figure 8 on which are mounted primary sources of transmission / reception according to the embodiment of Figure 10.
  • Figure 12 is a schematic representation of an embodiment of a mechanical system of displacement of the primary sources of emission / reception on a portion of the focal sphere of the focusing lens, by pairs of azimuth / elevation and X / Y motors.
  • FIG. 13 is a schematic representation of an embodiment of a mechanical system for moving the primary sources of emission / reception over a portion of the focal sphere of the focusing lens, by pairs of motors with oblique axes, a only source being active.
  • FIG. 14 is a representation of the embodiment of Figure 13 in which the two sources are active.
  • FIG. 15a is a diagrammatic representation in section of an embodiment of the support of the lens.
  • Figure 15b is an enlarged view of part A of Figure 15a.
  • FIG. 3 shows an antenna 1 in view of two satellites 2, 3 parading in an orbit 4 around the Earth 5.
  • the orbits of the satellites are deterministic and known long in advance. However, there are drifts (limited to approximately ⁇ 0.1 ° seen from a terminal) linked to the residual atmospheric drag, to the pressure of solar radiation, which are corrected at regular intervals by the satellite engines.
  • These satellites are provided with receiving antennas as well as transmitting antennas 6, 7 transmitting high power signals in directional beams 8, 9.
  • An individual or a business using the data transmission system is provided with an antenna terminal comprising on the one hand an antenna 1, installed in a fixed manner for example on the roof like a conventional satellite TV antenna.
  • This antenna terminal, or transmission / reception terminal furthermore comprises control electronics 10 ensuring the monitoring of satellites, the transmission and reception of radioelectric signals, and the decoding of the encrypted information for which the user has an authorization (subscription).
  • the antenna terminal is also connected to a computer 11 of the PC microcomputer type, comprising a non-detailed memory device, a keyboard 12 and a screen 13.
  • the microcomputer memory device comprises a recording of the information characterizing the orbits satellites (ephemeris updated periodically by signals from stations), and software making it possible to calculate at a given instant, based on this orbit information and the geographic location of the antenna terminal (longitude, latitude) , the local geographic angles (azimuth, elevation) of the visible satellites, which are assigned to it by the station (or gateway) which manages the area concerned.
  • the antenna terminal can also be connected in another embodiment to a television set 14 for receiving programs on command, said television set being able to be provided with a camera 15 allowing videoconference applications, as well as a telephone 16 and d 'a fax not shown.
  • the two types of user interfaces can be present simultaneously; in this case, the various devices requiring data transfer via the antenna terminal are connected to a connector box 17 possibly integrated into the box 10 containing the control electronics of the antenna terminal.
  • the antenna 1 comprises a focusing spherical lens 21 having a focal sphere S.
  • this focusing lens has two layers, respectively central 21a and peripheral 21b, having different dielectric constants, each value of dielectric constant being determined so that the lens focuses the microwave beams parallel to the focal sphere S concentric with the lens.
  • each dielectric constant value can also integrate the fact that the paths of the microwave beams must be equal, that the power density between two consecutive rays sampling the diagram of the source is constant, namely that the 7
  • the source diagram is adapted to the spatial distribution of the energy received by it, and that the reflections at the interface of the two layers are weak. In the second case, this makes it possible to maximize the gain of the antenna by generating a tube of quasi-uniform energy at the output of the lens. It may be necessary to reduce the reflections at the dielectric / air interface of the lens if one wishes to improve the performance of the antenna.
  • An adaptation layer 22 with a thickness of a quarter wavelength can then advantageously be provided on the periphery of the lens. It is advantageously produced, for example, in the form of a dielectric coating with an index equal to the square root of the dielectric index of the peripheral layer.
  • Another variant consists in drilling a thickness of a quarter wavelength a plurality of blind holes, in density such that the average of the index of the remaining dielectric and of the index of the air in the holes is equivalent to an index equal to the square root of the index of the dielectric of the peripheral layer 21b.
  • This method which amounts to “simulating” a dielectric of determined permittivity, is conventional.
  • the blind holes can also be replaced by crossed grooves.
  • the central layers 21a and peripheral 21b of the spherical lens contain a material with low losses and of moderate density.
  • the central layer 21a is made of glass and the peripheral layer 21b is made of a dielectric material with adjustable constant, such as a foam loaded with calcium titanate or barium, and / or metallized glass microbeads.
  • the values of the dielectric constants of the two central layers 21a and peripheral 21b are between 2 and 5.
  • an optimum torque is of the order of 4.5 for the peripheral layer 21b and 3.7 for the central layer 21a.
  • the antenna 1 also comprises two primary sources 23, 24 for transmitting / receiving spherical wave beams and a mechanical assembly shown in FIGS. 5, 8, 10, 11, 12 and 13 for positioning these primary sources of transmission / reception.
  • the two primary sources 23, 24 for transmitting / receiving spherical waves are movably disposed on a portion of the focal sphere S of the focusing lens.
  • These are conventional horn antennas in the satellite TV reception for example, for which horns illuminated by parabolic reflectors are used.
  • the specific characteristics of the horns used here are linked on the one hand to the angle under which they see the focusing lens and on the other hand to the wavelength used.
  • data rates consideration should be given to various applications covering interactive games, telework, distance learning, interactive video, Internet-type data transmission, a maximum transmitted volume of the order of 1 to 5 Mbps, and a volume received maximum of an order of magnitude higher, that is to say from 10 to 50 Mbps.
  • the position of the horns is as close as possible to the spherical lens: their useful radiation cone being very wide, the diameter of their mouth will be small, from 20 to 25 mm in the example considered d '' a system operating in the Ku band, i.e. 11.7 to 14.3 GHz.
  • a simple mechanical assembly making it possible to fulfill the function of displacement of the two sources on a portion of the focal sphere, consists in making the two sources mobile by the action of a couple of azimuth / elevation motors for each source.
  • Figure 5 illustrates a mechanical assembly in which the displacement of the two horns is performed independently.
  • the source support mainly comprises a double concentric crown 32, 33 and swings 30, 31 supporting the horns 23, 24.
  • the latter is disposed in the center of the double ring, by means of mechanical support not shown here, but of a conventional nature.
  • the first horn 23 is moved by an “internal” support to the support of the other horn 24.
  • This first horn 23 is attached by its upper part to a support structure of the swing type 30, made of rigid plastic, whose two arms are formed in an arc in their lower part to avoid hindering the passage of the other swing 31 supporting the second horn 24.
  • the swing 30 is attached along an axis A to an inner ring 32.
  • the movement of the swing relative to the vertical is produced by a tilt motor 36, for example of the electric stepper motor type, arranged along the axis A inside the crown 32. This movement makes it possible to reach an inclination ⁇ . ,, of between -80 ° and + 80 °.
  • This inclination is a function of the elevation of the satellite: it is zero for a satellite located at the zenith of the place, and is ⁇ 80 ° for a satellite located 10 ° above the horizon of the place.
  • the inner ring 32 is rotated by another electric motor 34, also of the stepping type, whose action makes it possible to determine an azimuth ⁇ 1 between 0 ° and 360 °.
  • This motor is for example arranged outside the two crowns, and drives the inner crown in rotation by means of a toothed crown.
  • the combination of the actions of the two azimuth motors 34, inclination 36 makes it possible to place the first horn 23 at any point chosen on a cap of the focal sphere with an opening angle of ⁇ 80 °, the horn remaining permanently pointed. towards the center of the focusing lens.
  • the control of the two motors 34, 36 makes it possible to monitor a moving satellite, the speed of movement of the satellite corresponding to a movement of the horn, for example from an elevation position -80 ° to an elevation + 80 ° in about ten minutes.
  • the two azimuth 34 and tilt 36 motors constitute a pair of azimuth / elevation motors.
  • the system shares the same frequency bands as geostationary satellites (which is the case in Ku band)
  • non-interference with them is ensured by switching traffic to another satellite, as soon as the one being tracked approaches less than 10 ° from the geostationary arc, at an angle seen from the terminal.
  • the support for the second horn is very similar to that described above for the first horn.
  • This horn 24 is attached by its lower part to a swing structure 31, of sufficient size so as not to risk hindering the passage of the interior swing. This swing is suspended from an outer ring 33.
  • the angle of azimuth ⁇ 2 of the antenna 24 is determined by the action of an azimuth motor 37, and the angle of inclination ⁇ 2 is obtained by the action of a tilt motor 35 at all points identical to the positioning motors of the other antenna.
  • a signal channel to be transmitted 42 comprising an amplifier 46 (“SSPA: Solid State Power Amplifier” technology: state amplifier solid power), and a received signal channel 43 comprising an amplifier 47 (technology “LNA: Low Noise Amplifier”: low noise amplifier) are connected to a circulator 41.
  • This circulator of known nature is a passive component causing circulation of the signal in a given direction between its three ports and allowing a decoupling transmission / reception. It is for example made of ferrite.
  • This circulator 41 is connected to a switch 40 for selective connection to one or the other of the horns.
  • the switch 40 is connected to the horns by flexible coaxial cables 44, 45. It is of known type based on a diode, and switches in less than a microsecond between the two horns.
  • the ancillary components not mentioned in this description, such as power supply, are of a conventional nature in this field.
  • the operating mode of the device comprises several phases. The first is the installation of the device. It includes the mechanical fixing of the antenna on the roof of a building, checking the horizontal axes and the north / south orientation of the antenna. Then, the antenna is connected to its power supply, to a pilot microcomputer 11, and to the user devices TV 14, camera 15, telephone 16.
  • the ephemeris of the constellation's satellites entered the memory of the computer intended to serve as host and pilot of the antenna.
  • This data can be provided in the form of a diskette.
  • the computer After entering the local time and the terrestrial position of the antenna terminal (latitude, longitude), the computer can calculate the current position of the constellation satellites as a function of the time elapsed since the instant corresponding to the memorized orbital parameters, and compare these positions to the theoretical visibility area from the antenna terminal.
  • An automatic system calibration procedure is achievable, with pointing of the 2 horns 23, 24 on the theoretical position of the satellites in view, followed for a few moments, and verification from the data acquired of the level of power received and emitted, of the spatial orientation of the antenna, and the quality of monitoring. A diagnosis of corrections to be made to the installation is carried out automatically based on this calibration data. 11
  • the control software calculates the position of the satellites at this time, and therefore determines which satellites are in view at this time from this position on the globe.
  • the station assigns one of the visible satellites to it depending on the availability of data throughput (and therefore bandwidth) of the various satellites at this time.
  • the computer 11 calculates the corresponding position to be taken by a horn on the focal sphere of the focusing lens, sends the orders of movement to the stepping motors for displacement of this horn, and selectively connects this horn, corresponding to the most view, to the send and receive electronics. Data transmission and reception are then possible.
  • the computer then continuously calculates the corrective movements to be made to the position of the horn used to track the satellite, and controls the position motors accordingly.
  • the positioning precision required for regular monitoring of the satellites is determined by the width of the main lobe of the antenna, and the acceptable attenuation rate of the signal before displacement of said antenna. In the present case, an opening of the lobe of 5 ° and an acceptable loss of signal of 0.2 dB lead to a pointing accuracy of 0.5 ° of the horn by the motors, which corresponds for a typical focal sphere of 20 cm of radius at a positioning accuracy of 2 mm.
  • a tracking of a satellite passing at approximately 1500 km then leads to a maximum speed of the horn of approximately one mm per second.
  • the horn ensuring the communication flow takes priority over the other horn, the software ensuring at all times that no collision occurs by moving the second horn off the road if necessary first.
  • the computer determines the second most visible satellite, after a short dialogue with the station to check the availability in speed of this satellite, it positions the second horn corresponding to this position. Then the selective connection of this horn is carried out and the tracking of this satellite is carried out.
  • the switching time between the two horn antennas results, for a volume of transmitted data of 1 12
  • the reconstruction of the lost data is carried out by using error correcting codes transmitted with the signal.
  • the ephemeris update is carried out periodically from the station directing the zone where the terminal is located, via the satellite network itself.
  • the motors used in this assembly are of power adapted to the displacement of a low mass, a few hundred grams at most, which allows the use of inexpensive 0 motors, very conventional in trade. This is an advantage compared to the satellite tracking solution using two antennas, for which the motors must be adapted to the precise mass positioning of a few kg, and are therefore more expensive.
  • the implementation as it has been described provides both a low cost device, the various components being of known type or undemanding manufacturing specifications, and a compact device.
  • each horn 23, 24 comprises a circulator
  • This provision is intended to reduce the impact of the signal losses occurring in flexible coaxial cables, and estimated at around 1 dB in each cable whose length including the relaxation loops is estimated between 70 and 90 cm.
  • This variant presents a higher cost by duplicating the amplifiers, but allows, with equal amplifier power, to improve the Isotropic Radiated Equivalent Power (EIRP) by approximately 1 dB, and the reception merit factor (G / T) d '' about 2 dB. With equal antenna performance, this allows a reduction in the dimensions of the spherical lens, and therefore of the entire antenna.
  • EIRP Isotropic Radiated Equivalent Power
  • each horn comprises several receivers, for example four receivers arranged in a square matrix, and provides output signals corresponding to a sum and to a difference of the signals received by the various receivers.
  • a horn is positioned according to the data calculated by the computer 11. Then the analysis of the evolution over time of the sum and difference signals makes it possible to determine in which direction the satellite is moves and follow it accordingly.
  • An automatic update of the stored ephemeris, according to the positions of the satellites actually observed, is possibly carried out regularly by the host computer.
  • the satellite tracking software and the ephemeris recording memory are integrated into a memory microprocessor, for example integrated into a housing. to be placed under a TV set, the size typical of traditional encrypted TV decoders, and which can be confused with a modulator / demodulator suitable for encrypted broadcasts.
  • a procedure for downloading ephemeris at regular intervals is provided automatically, without user intervention.
  • the two sources can be placed in the positions suitable for targeting two geostationary satellites: the same terminal- antenna 14
  • a device similar to that of the invention is no longer installed at the ground terminal, but at the level of a satellite, for example observation satellite having to send images to only a few ground stations whose position can be arbitrary.
  • the principle of tracking ground stations is similar for the satellite to that of satellites running for a ground terminal.
  • the size of the ground stations can be very significantly reduced (for example by a factor of 10 if there is a gain of 20 dB on the signal received by the antenna) compared to conventional reception antennas adapted to satellites emitting in wide beam, therefore with a low received power. This provision can also improve the confidentiality of the data transmitted.
  • the simplicity of the solution, its low cost (compared in particular to active antennas with very many elements) and its low electrical consumption make its implementation very favorable on satellite.
  • the sources of the antenna are printed blocks of the type known as "patches". These blocks can either be unique by source, as shown in Figures 10a and 10b, or grouped in small networks ( Figure 9) to compensate for possible aberrations of the focusing system.
  • This paver variant being more compact, is particularly suitable for the spherical lens because it makes it possible to significantly reduce the overall size of the antenna terminal. It is also possible to envisage a device with three sources, one of which is permanently aimed at a satellite of the geostationary arc.
  • Such an arrangement allows, with a single antenna, either multimedia applications with high flow of information to the traveling satellites (which require two mobile sources), or the reception of direct television images from a geostationary satellite (even if uses a different frequency band than the multimedia system), at the user's choice, and without repositioning of mobile sources.
  • a source glued to the lens receives television broadcasts, while the two mobile sources provide the monitoring and switching required for the multimedia mission at the same time.
  • the third source can also be mounted on a support movable relative to the lens and to the two other sources.
  • FIG. 8 represents a variant of the mechanical assembly with azimuth / elevation motors of FIG. 5.
  • Each source 23, 24 is mounted on a support arm 50, 51 comprising an arc of a circle 52, 53 concentric with the focal sphere
  • each primary source 23, 24 is guided on its arc 52, 53 in a slide, for its movement in EU elevation, EI2, which in the example chosen, is between 1 and 80 °, by elevation motors 58, 59.
  • EU elevation EI2 which in the example chosen, is between 1 and 80 °
  • each primary source 23, 24 is made mobile by the action of a so-called X / Y motor torque.
  • a semi-circular arc 60 is attached at two diametrically opposite points, for example East and West, of the focal sphere.
  • a source 23 is movable along this arc acting as a slide by the action of a secondary electric motor 61 attached to the source.
  • the second source 24 is mounted identically on another arc 62 while being guided by a secondary motor 63.
  • each semi-circular arc 60 and 62 is rotated around a primary axis Ox by a primary motor constituting the second motor of the XY motor couple, the circular arc 60 having a radius less than the circular arc 62.
  • the secondary motors 61 and 63 thus make it possible to make the sources mobile around a secondary axis Oy itself made movable relative to the primary axis by means of the primary motors, the secondary axis Oy always being orthogonal to the primary axis Ox.
  • One of the sources transmits and receives towards the satellites 16
  • the other transmits and receives towards the "south" satellites, this to avoid conflicts of position of the sources. Relative repositioning of the two arms or arcs is possible if one passes over the lens.
  • the assemblies of FIGS. 8 and 9 have an advantage of compactness compared to the assemblies of FIGS. 5 and 7. They are also more suitable for obtaining high angles of illumination of the lens by the sources, this being necessary in the case of using a spherical focusing lens.
  • each arch is a waveguide, therefore transporting the microwave signal, and a classic rotary joint is mounted at the hinge of the arches. This arrangement makes it possible to reduce the signal losses and therefore to distance the amplifiers from the primary sources.
  • optical fibers to transmit and / or receive signals. These fibers have the advantage of flexibility by following the movement of the source and amplifier assembly.
  • the support can itself be used as an optical conductor to transmit the movement information of the motor moving the primary source.
  • the device then comprises an electroluminescent diode for the emission of light (on a band of a few hundred MHz) and a photodiode for the reception of optical data.
  • a mirror is mounted at the point of attachment of the arches, for the transmission of light to the optical conductor tube.
  • the tube can also be used for the transmission of electric current for the supply of the primary source, the amplifier and the displacement motor, by having two conductive tracks spaced apart and by having contactors at the level of the source for the reception of this electric current.
  • a first primary source 23 is made mobile by the action of a couple of azimuth / elevation motors 70, 71 and the second primary source 24 is made movable by the action of a couple of X / Y motors 72, 73, the azimuth motor 70 of the first primary source further driving the entire antenna.
  • each primary source 23, 24 is 17
  • Each primary source support comprises an arm 84, 85 and a forearm 86, 87, the primary source 23, 24 being fixed on a free end 88, 89 of the forearm 86, 87.
  • the first motor 80, 82 drives the arm 84, 85 in rotation about a primary oblique axis O. ,, O 2 offset by a primary angle ⁇ 01 , ⁇ o2 , relative to the vertical, the second motor 81, 83 driving the front -arm 86, 87 in rotation relative to the arm 84, 85 about a secondary oblique axis O '.
  • the terminal in which the lens is mounted on a support distinct from that of the primary sources, further comprises an additional motor 90 intended to drive the support of the lens so that it extends substantially parallel to the beams.
  • the support of the lens 21 consists of a substantially cylindrical ring 91 on the one hand mechanically coupled to the lens and on the other hand fixed to a platform 92.
  • platform 92 is fixed and is used in particular to place the terminal on the house or the land on which it will be used.
  • the two arms 84, 85 of the primary sources are then fixed to this platform 92 either directly or via the additional motor 90 which, in this case, does not drive the lens.
  • This configuration offers primary sources an additional degree of freedom for tracking satellites.
  • the mechanical coupling means of the lens with the crown 91 comprises a flange 93 formed on the periphery of the lens.
  • the flange 93 can be molded with the lens, in particular in the central zone of the sphere.
  • the collar 93 cooperates with the crown 91 which for this purpose has a bent end 91a on which the collar 93 rests.
  • the crown 91 may be part of the radome R as described above, in particular with reference to FIG. 8.
  • the radome R has two upper parts Ra and lower Rb respectively.
  • the lower part Rb forms the crown 91. 18
  • the flange 93 of the lens 21 will then be supported on the lower part Rb.
  • the upper part Ra can be replaced by a thin thermoformed plastic envelope which is sufficiently rigid to play its protective role.
  • the invention is not limited to the examples described above, but can be applied to other embodiments such as for example active scanning antennas, and more generally to any embodiment using one or more means (s) equivalent (s) to the means described, to fulfill the same functions, with a view to obtaining the same results, such as for example each primary source, mounted on a support, is made mobile by the action of minus a couple of motors so as to obtain a displacement of each source on at least the lower half of the focal sphere.

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Abstract

L'invention concerne une lentille (21) sphérique focalisante multicouches apte à être montée dans un dispositif antenne d'émission/réception d'un terminal d'un système émetteur/récepteur distant, et ayant une sphère focale concentrique (S), caractérisée en ce qu'elle comporte deux couches, respectivement centrale (21a) et périphérique (21b), ayant des constantes diélectriques différentes, chaque valeur de constante diélectrique étant déterminée de telle sorte que la lentille (21) focalise les faisceaux hyperfréquence parallèles vers la sphère focale (S) concentrique à la lentille. Elle concerne également une antenne d'émission/réception comportant une telle lentille, ainsi qu'un terminal d'émission/réception de signaux radioélectriques de et vers au moins deux systèmes émetteur/récepteur distants évoluant en des points différents de l'espace visible par rapport audit terminal, ce terminal comportant une telle antenne. L'invention s'applique notamment à des ensembles de transmission de données à haut débit de et vers une constellation de satellites, à usage public ou privé, civil ou militaire.

Description

LENTILLE SPHERIQUE FOCALISANTE MULTICOUCHES
L'invention concerne une lentille sphérique focalisante multicouches apte à être montée dans une antenne d'émission/réception d'un terminal d'un système émetteur/récepteur distante. L'invention concerne également une antenne d'émission/réception comportant une telle lentille, ainsi qu'un terminal d'émission/réception de signaux radioélectriques de et vers au moins deux systèmes émetteur/récepteur distants évoluant en des points différents de l'espace visible par rapport audit terminal, ce terminal comportant une telle antenne. L'invention s'applique notamment, mais de manière non limitative, à des ensembles de transmission de données à haut débit de et vers une constellation de satellites, à usage public ou privé, civil ou militaire.
D'une manière plus générale, l'invention concerne toute application nécessitant une lentille de structure simple permettant d'obtenir une antenne compacte.
Dans le but de simplifier la structure de la lentille dans une antenne, une première solution consiste à utiliser une lentille sphérique focalisante monocouche telle que représentée en figure 1. Ces lentilles présentent l'avantage d'être facile à fabriquer puisqu'elles ne comportent qu'une seule couche et éventuellement, comme représenté, une couche d'adaptation.
Cependant, pour une dimension donnée, ces lentilles présentent un gain assez faible, correspondant à un rendement de l'antenne inférieur à 50 %. Dans l'exemple représenté à la figure 1 malgré une optimisation des différents paramètres de la lentille, tels que l'indice de réfraction, le diamètre et les pertes par réflexion limitées par la couche d'adaptation, le gain reste faible compte tenu des rayons convergents qui représentent une perte d'énergie et perturbent le diagramme de rayonnement de l'antenne sous la forme de lobes secondaires remontés. L'expérience montre qu'une baisse de l'indice de réfraction allonge la distance focale, donc augmente le volume global de l'antenne et une hausse de cet indice augmente les pertes ohmiques sans améliorer la focalisation de la lentille.
Pour remédier à cet inconvénient une solution consisterait à surdimensionner la lentille pour obtenir un gain satisfaisant, par exemple de l'ordre de 31 dB pour les applications concernées. Cependant un tel surdimensionnement n'est pas acceptable car il implique un encombrement et un poids supplémentaire non compatible avec un terminal d'émission/réception dont on cherche à réduire au maximum le poids et l'encombrement.
Une deuxième solution consiste à utiliser une lentille multicouches de type Luneberg telle que représentée à la figure 2. Ces lentilles comportent une pluralité de couches sphériques concentriques dont la constante diélectrique décroît continûment du centre vers le bord de la lentille. Ce type de lentille présente l'avantage d'avoir une symétrie sphérique totale bien adaptée à la réalisation d'une antenne visant sur un très large champ de vue.
Cependant, pour une dimension donnée, ces lentilles présentent également un gain assez faible correspondant à un rendement de l'antenne de 50 à 60%. La figure 2 montre une divergence des nombreux rayons malgré un échantillonnage assez fin de la loi théorique donnée par Luneberg. Pour obtenir un bon rendement il serait nécessaire d'augmenter considérablement le nombre de couches ce qui représente un coût de fabrication totalement prohibitif notamment pour des application à large diffusion.
Enfin le document US 4 307 404 décrit un modèle d'antenne multicouche planaire et sphérique, dans lequel il est fait référence à une structure artificielle sphérique.
Cependant le problème qui est posé dans ce document concerne les interférences de fréquence. En conséquence la déviation du faisceau ne s'applique que pour certaines fréquences et l'antenne décrite n'est donc pas très large bande : le faisceau balaie mécaniquement dans la même direction pour toutes les fréquences compatibles de la source rayonnante.
L'invention vise donc à palier les inconvénients précédemment mentionnés.
Elle a pour objet une lentille sphérique focalisante dont la structure est simple et compacte et dont le coût de fabrication est réduit par rapport aux lentilles de l'art antérieur.
L'invention a en outre pour objet une telle lentille dont les performances notamment en termes de rendement sont meilleures que celles des lentilles de l'art antérieur.
A cet effet, selon un premier aspect, l'invention propose une lentille sphérique focalisante multicouches apte à être montée dans un dispositif antenne d'émission/réception d'un terminal d'un système émetteur/récepteur distant, et ayant une sphère focale concentrique, caractérisée en qu'elle comporte deux couches, respectivement centrale et périphérique, ayant des constantes diélectriques différentes, chaque valeur de constante diélectrique étant déterminée de telle sorte que la lentille focalise les faisceaux hyperfréquence parallèles vers la sphère focale concentrique à la lentille.
Ainsi, la structure bicouche de la lentille améliore la focalisation et assure donc une simplicité de structure tout en réduisant le volume de la lentille par rapport à celui des lentilles de l'art antérieur. Bien entendu ceci suppose d'avoir optimisé les deux valeurs de constantes diélectrique ainsi que le rayon intermédiaire et la position de la source. On obtient ainsi un rendement de 70 à 80% tout à fait satisfaisant pour les applications concernées. Selon un mode de réalisation, la lentille comporte une couche d'adaptation, destinée à réduire les pertes par réflexion à l'interface diélectrique de la lentille/air.
Cette couche d'adaptation a pour effet de réduire les pertes et couplages générés par les phénomènes de réflexion à la surface de la lentille sphérique. Selon un autre mode de réalisation, les valeurs des constantes diélectriques des deux couches sont comprises entre 2 et 5.
Selon un deuxième aspect, l'invention propose une antenne d'émission/réception de signaux radioélectriques de et vers au moins un système émetteur/récepteur distant évoluant dans l'espace visible par rapport à ladite antenne, caractérisée en ce qu'elle comporte une lentille sphérique focalisante telle mentionnée précédemment.
Selon un troisième aspect, l'invention propose un terminal d'émission/réception de signaux radioélectriques de et vers au moins deux systèmes émetteur/récepteur distants évoluant en des points différents de l'espace visible par rapport audit terminal, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen de détermination de la position à un instant donné desdits émetteurs/récepteurs distants en vue, un moyen de choix d'un émetteur/récepteur distant, une antenne selon la revendication 14, comportant au moins deux sources primaires d'émission/réception, un moyen de pilotage des déplacements des sources primaires d'émission/réception sur la sphère focale adapté à éviter que les sources primaires ne viennent en collision et des moyens de commutation entre les sources primaires.
Selon un mode de réalisation du terminal, chaque source primaire, montée sur un support, est rendue mobile par l'action d'au moins un couple de moteurs de manière à obtenir un déplacement de chaque source sur au moins la moitié inférieure de la sphère focale. Selon une première variante, chaque source primaire est rendue mobile par l'action d'un couple de moteurs azimut/élévation.
Selon une deuxième variante, chaque source primaire est rendue mobile par l'action d'un couple de moteurs dit X/Y, le premier moteur assurant une rotation de chaque source primaire autour d'un axe primaire Ox sensiblement horizontal et le deuxième moteur assurant une rotation de chaque source primaire autour d'un axe secondaire Oy rendu mobile par rapport à l'axe primaire par le premier moteur en étant constamment orthogonal à cet axe primaire.
Selon une troisième variante, une première source primaire est rendue mobile par l'action d'un couple de moteurs azimut/élévation et la seconde source primaire est rendue mobile par l'action d'un couple de moteurs X/Y, le moteur azimut de la première source primaire entraînant en outre l'ensemble de l'antenne.
Selon une quatrième variante, chaque source primaire est rendue mobile par l'action d'un couple de moteurs à axes de rotation oblique.
D'autres caractéristiques de l'invention sont explicitées de manière non limitative dans la description qui suit de modes de réalisation, en référence aux figures annexées.
La figure 1 est une représentation en plan d'une lentille sphérique focalisante monocouche de l'art antérieur.
La figure 2 est une représentation en plan d'une lentille sphérique focalisante multicouche dite de Luneberg de l'art antérieur.
La figure 3 est une représentation schématique d'un terminal selon l'invention, ainsi que les éléments du système de transmission satellitaire au sein duquel il s'intègre.
La figure 4 est une représentation en plan d'une lentille sphérique focalisante bicouche selon l'invention.
La figure 5 est une représentation schématique d'un premier mode de réalisation d'un système mécanique de déplacement des sources primaires d'émission/réception sur une portion de la sphère focale de la lentille focalisante, par des couples de moteurs azimut/élévation.
La figure 6 montre un montage de l'électronique de basculement des signaux des sources primaires d'émission/réception du système mécanique de la figure 5. La figure 7 est une variante du montage de la figure 6. La figure 8 est une représentation schématique d'un deuxième mode de réalisation d'un système mécanique de déplacement des sources primaires d'émission/réception sur une portion de la sphère focale de la lentille focalisante, par des couples de moteurs azimut/élévation. La figure 9 est une représentation schématique d'un mode de réalisation d'un système mécanique de déplacement des sources primaires d'émission/réception sur une portion de la sphère focale de la lentille focalisante, par des couples de moteurs X/ Y.
La figure 10 est une représentation schématique en perspective (figure 10a) et en coupe (figure 10b) d'un mode de réalisation des sources primaires d'émission/réception.
La figure 11 est une représentation du mécanisme de la figure 8 sur lequel sont montées des sources primaires d'émission/réception conformes au mode de réalisation de la figure 10. La figure 12 est une représentation schématique d'un mode de réalisation d'un système mécanique de déplacement des sources primaires d'émission/réception sur une portion de la sphère focale de la lentille focalisante, par des couples de moteurs azimut/élévation et X/Y.
La figure 13 est une représentation schématique d'un mode de réalisation d'un système mécanique de déplacement des sources primaires d'émission/réception sur une portion de la sphère focale de la lentille focalisante, par des couples de moteurs à axes obliques, une seule source étant active.
La figure 14 est une représentation du mode de réalisation de la figure 13 dans lequel les deux sources sont actives. La figure 15a est une représentation schématique en coupe d'un mode de réalisation du support de la lentille.
La figure 15b est une vue agrandie de la partie A de la figure 15a.
La figure 3 montre une antenne 1 en vue de deux satellites 2, 3 défilant sur une orbite 4 autour de la Terre 5. Les orbites des satellites sont déterministes et connues longtemps à l'avance. Il apparaît cependant des dérives (limitées à environ ± 0.1 ° vu d'un terminal) liées à la traînée atmosphérique résiduelle, à la pression de radiation solaire, qui sont corrigées à intervalles réguliers par les moteurs du satellite. Ces satellites sont dotés d'antennes de réception ainsi que d'antennes d'émission 6, 7 émettant des signaux en forte puissance dans des faisceaux directifs 8, 9. Un particulier ou une entreprise utilisant le système de transmission de données est doté d'un terminal-antenne comportant d'une part une antenne 1 , installée de façon fixe par exemple sur le toit comme une antenne satellitaire TV classique. Ce terminal-antenne, ou terminal d'émission/réception comporte par ailleurs une électronique de contrôle 10 assurant le suivi des satellites, l'émission et la réception des signaux radioélectriques, et le décodage des informations cryptées pour lesquelles l'utilisateur dispose d'une habilitation (abonnement). Le terminal-antenne est également relié à un calculateur 11 de type micro-ordinateur PC, comportant un dispositif de mémoire non détaillé, un clavier 12 et un écran 13. Le dispositif de mémoire du micro-ordinateur comporte un enregistrement des informations caractérisant les orbites des satellites (éphémérides remises à jour périodiquement par des signaux en provenance des stations), et un logiciel permettant de calculer à un instant donné, en fonction de ces informations d'orbite et de la localisation géographique du terminal-antenne (longitude, latitude), les angles géographiques locaux (azimut, élévation) des satellites en visibilité, qui lui sont affectés par la station (ou gateway) qui gère la zone concernée.
Le terminal-antenne peut également être relié dans une autre réalisation à un téléviseur 14 pour la réception d'émissions sur commande, ledit téléviseur pouvant être doté d'une caméra 15 permettant des applications de visioconférence, ainsi que d'un téléphone 16 et d'un fax non représenté. Les deux types d'interfaces utilisateur (microordinateur ou poste de télévision) peuvent être présents simultanément ; dans ce cas, les différents appareils nécessitant le transfert de données via le terminal-antenne sont branchés sur un boîtier connecteur 17 éventuellement intégré au boîtier 10 contenant l'électronique de contrôle du terminal-antenne.
De façon plus détaillée l'antenne 1 comporte une lentille sphérique focalisante 21 présentant une sphère focale S.
Selon l'invention cette lentille focalisante comporte deux couches, respectivement centrale 21a et périphérique 21b, ayant des constantes diélectriques différentes, chaque valeur de constante diélectrique étant déterminée de telle sorte que la lentille focalise les faisceaux hyperfréquence parallèles vers la sphère focale S concentrique à la lentille.
La détermination de chaque valeur de constante diélectrique peut également intégrer le fait que les trajets des faisceaux hyperfréquence doivent être égaux, que la densité de puissance entre deux rayons consécutifs échantillonnant le diagramme de la source est constante , à savoir que le 7
diagramme de la source soit adapté à la répartition spatiale de l'énergie reçue par elle, et que les réflexions à l'interface des deux couches soient faibles. Dans le deuxième cas cela permet de maximiser le gain de l'antenne en générant un tube d'énergie quasi-uniforme en sortie de la lentille. II peut être nécessaire de réduire les réflexions à l'interface diélectrique/air de la lentille si l'on veut améliorer les performances de l'antenne. Une couche d'adaptation 22 d'une épaisseur d'un quart de longueur d'onde peut alors avantageusement être ménagée sur la périphérie de la lentille. Elle est avantageusement réalisée par exemple sous la forme d'un revêtement en diélectrique d'indice égal à la racine carrée de l'indice du diélectrique de la couche périphérique. Une autre variante consiste à percer sur une épaisseur d'un quart de longueur d'onde une pluralité de trous borgnes, en densité telle que la moyenne de l'indice du diélectrique restant et de l'indice de l'air dans les trous équivaille à un indice égal à la racine carrée de l'indice du diélectrique de la couche périphérique 21b. Cette méthode, qui revient à « simuler » un diélectrique de permittivité déterminée, est classique. Les trous borgnes peuvent également être remplacés par des rainures croisées.
Les couches centrales 21a et périphérique 21 b de la lentille sphérique contiennent un matériau à faibles pertes et de densité modérée. Par exemple, la couche centrale 21a est en verre et la couche périphérique 21b est en un matériau diélectrique à constante ajustable, tel qu'une mousse chargée de titanate de calcium ou de baryum, et/ou de microbilles de verre métallisées.
De manière à optimiser les caractéristiques de la lentille 21 et par voie de conséquence de l'antenne 1 , les valeurs des constantes diélectriques des deux couches centrale 21a et périphérique 21b sont comprises entre 2 et 5. Dans l'exemple représenté à la figure 4, un couple de valeur optimum est de l'ordre de 4,5 pour la couche périphérique 21b et 3,7 pour la couche centrale 21a.
L'antenne 1 comporte également deux sources primaires 23, 24 d'émission/réception de faisceaux d'ondes sphériques et un montage mécanique représenté sur les figures 5, 8, 10, 11 , 12 et 13 de positionnement de ces sources primaires d'émission/réception.
Les deux sources primaires 23, 24 d'émission/réception d'ondes sphériques sont disposées de façon mobile sur une portion de la sphère focale S de la lentille focalisante. Ce sont des antennes cornets de type classique dans la réception satellitaire TV par exemple, pour laquelle des cornets illuminés par des réflecteurs paraboliques sont utilisés.
Les caractéristiques spécifiques des cornets utilisés ici sont liées d'une part à l'angle sous lequel ils voient la lentille focalisante et d'autre part à la longueur d'onde utilisée. En ce qui concerne les débits de données, il faut envisager pour des applications variées couvrant jeu interactif, télétravail, téléenseignement, vidéo interactive, transmission de données type Internet, un volume émis maximum de l'ordre de 1 à 5 Mbps, et un volume reçu maximum d'un ordre de grandeur supérieur, c'est à dire de 10 à 50 Mbps. Par ailleurs, pour réaliser une antenne compacte la position des cornets est la plus proche possible de la lentille sphérique : leur cône de rayonnement utile étant très large, le diamètre de leur embouchure sera faible, de 20 à 25 mm dans l'exemple considéré d'un système fonctionnant en bande Ku, soit 11 ,7 à 14,3 Ghz.
Un montage mécanique simple permettant de remplir la fonction de déplacement des deux sources sur une portion de la sphère focale, consiste à rendre les deux sources mobiles par l'action d'un couple de moteurs azimut/élévation pour chaque source.
Deux mode de réalisation de ce type de montage sont représentés aux figures 5 et 8. La figure 5 illustre un montage mécanique dans lequel le déplacement des deux cornets est réalisé de façon indépendante. Le support des sources comporte principalement une double couronne concentrique 32, 33 et des balancelles 30, 31 supportant les cornets 23, 24. Pour assurer que la portion de sphère déterminée par les axes de liberté des cornets dans cette configuration correspond bien à la sphère focale de la lentille focalisante 21 , celle-ci est disposée au centre de la double couronne, par un moyen de support mécanique non représenté ici, mais de nature classique.
Dans cette configuration, le premier cornet 23 est mu par un support « intérieur » au support de l'autre cornet 24. Ce premier cornet 23 est attaché par sa partie haute à une structure de support de type balancelle 30, réalisée en plastique rigide, dont les deux bras sont formés en arc de cercle dans leur partie basse pour éviter de gêner le passage de l'autre balancelle 31 supportant le deuxième cornet 24. La balancelle 30 est attachée selon un axe A à une couronne intérieure 32. Le déplacement de la balancelle par rapport à la verticale est réalisé par un moteur d'inclinaison 36, par exemple de type moteur électrique pas à pas, disposé selon l'axe A à l'intérieur de la couronne 32. Ce déplacement permet d'atteindre une inclinaison β.,, comprise entre -80° et +80°. Cette inclinaison est fonction de l'élévation du satellite : elle est nulle pour un satellite situé au zénith du lieu, et est de ± 80° pour un satellite situé 10° au-dessus de l'horizon du lieu. La couronne intérieure 32 est mue en rotation par un autre moteur électrique 34, également de type pas à pas, dont l'action permet de déterminer un azimut α1 compris entre 0° et 360°. Ce moteur est par exemple disposé à l'extérieur des deux couronnes, et entraîne la couronne intérieure en rotation par l'intermédiaire d'une couronne dentée. On comprend donc que la combinaison des actions des deux moteurs azimut 34, inclinaison 36 permet de placer le premier cornet 23 en tout point choisi sur une calotte de la sphère focale d'angle d'ouverture ± 80°, le cornet restant en permanence pointé vers le centre de la lentille focalisante. Le contrôle des deux moteurs 34, 36 permet de réaliser le suivi d'un satellite défilant, la vitesse de défilement du satellite correspondant à un déplacement du cornet par exemple d'une position d'élévation -80° à une élévation +80° en dix minutes environ.
Ainsi les deux moteurs azimut 34 et inclinaison 36 constitue un couple de moteurs azimut/élévation. Dans le cas où le système partage les mêmes bandes de fréquence que des satellites géostationnaires (ce qui est le cas en bande Ku), la non-interférence avec eux est assurée en basculant le trafic sur un autre satellite, dès que celui qui est poursuivi s'approche de moins de 10° de l'arc géostationnaire, en angle vu depuis le terminal. Le support du second cornet est très similaire à celui décrit plus haut pour le premier cornet. Ce cornet 24 est attaché par sa partie inférieure à une structure balancelle 31 , de taille suffisante pour ne pas risquer de gêner le passage de la balancelle intérieure. Cette balancelle est suspendue à une couronne extérieure 33. L'angle d'azimut α2 de l'antenne 24 est déterminé par l'action d'un moteur d'azimut 37, et l'angle d'inclinaison β2 est obtenu par l'action d'un moteur d'inclinaison 35 en tous points identiques aux moteurs de positionnement de l'autre antenne.
L'électronique d'asservissement et d'alimentation des moteurs pas à pas azimut et inclinaison des cornets n'est pas décrite ici mais est connue de l'homme de l'art. 10
En ce qui concerne le montage électronique permettant le basculement entre les deux cornets 23, 24, il est illustré sur la figure 6. Un canal de signal à émettre 42 comportant un amplificateur 46 (technologie «SSPA : Solid State Power Amplifier» : amplificateur état solide de puissance), et un canal de signal reçu 43 comportant un amplificateur 47 (technologie «LNA : Low Noise Amplifier» : amplificateur à faible bruit) sont reliés à un circulateur 41. Ce circulateur de nature connue est un composant passif provoquant la circulation du signal dans un sens donné entre ses trois ports et permettant un découplage émission / réception. Il est par exemple réalisé en ferrite. Ce circulateur 41 est relié à un commutateur 40 de connexion sélective à l'un ou l'autre des cornets. Le commutateur 40 est relié aux cornets par des câbles coaxiaux souples 44, 45. Il est de type connu à base de diode, et commute en moins d'une microseconde entre les deux cornets. Les composants annexes non mentionnés dans cette description, tels qu'alimentation électrique, sont de nature classique dans ce domaine.
Le mode de fonctionnement du dispositif comporte plusieurs phases. La première est l'installation du dispositif. Elle comporte la fixation mécanique de l'antenne sur le toit d'un édifice, en vérifiant les axes horizontaux et l'orientation nord / sud de l'antenne. Ensuite, l'antenne est connectée à son alimentation, à un micro-ordinateur pilote 11 , et aux appareils utilisateurs TV 14, caméra 15, téléphone 16.
Dans la même phase, les éphémérides des satellites de la constellation (paramètres orbitaux de position et vitesse à un instant initial donné) sont entrés en mémoire de l'ordinateur destiné à servir d'hôte et de pilote de l'antenne. Ces données peuvent être fournies sous la forme d'une disquette.
Après entrée de l'heure locale et de la position terrestre du terminal- antenne (latitude, longitude), l'ordinateur peut calculer la position actuelle des satellites de la constellation en fonction du temps écoulé depuis l'instant correspondant aux paramètres orbitaux mémorisés, et comparer ces positions à la zone de visibilité théorique depuis le terminal-antenne. Une procédure de calibration automatique du système est réalisable, avec pointage des 2 cornets 23, 24 sur la position théorique de satellites en vue, suivi pendant quelques instants, et vérification à partir des données acquises du niveau de puissance reçue et émise, de l'orientation spatiale de l'antenne, et de la qualité du suivi. Un diagnostic de corrections à apporter à l'installation est réalisé automatiquement en fonction de ces données de calibration. 11
Dans la phase d'utilisation courante, lorsque l'utilisateur met le système en marche (ordinateur en marche et alimentation de l'antenne), le logiciel de pilotage calcule la position des satellites à cette heure, et détermine donc quels satellites sont en vue à ce moment depuis cette position du globe. La station lui affecte un des satellites en visibilité en fonction des disponibilités en débit de données (donc en bande passante) des divers satellites à ce moment. L'ordinateur 11 calcule la position correspondante que doit prendre un cornet sur la sphère focale de la lentille focalisante, envoie les ordres de mouvement aux moteurs pas à pas de déplacement de ce cornet, et connecte sélectivement ce cornet, correspondant au satellite le plus en vue, à l'électronique d'émission et de réception. La transmission et la réception des données sont alors possibles.
De façon continue, l'ordinateur calcule alors les mouvements correctifs à apporter à la position du cornet utilisé pour suivre le satellite, et pilote les moteurs de position en conséquence. La précision de positionnement requise pour un suivi régulier des satellites est déterminée par la largeur du lobe principal de l'antenne, et le taux d'atténuation acceptable du signal avant déplacement de ladite antenne. Dans le cas présent, une ouverture du lobe de 5° et une perte de signal acceptable de 0,2 dB conduisent à une précision de pointage de 0,5° du cornet par les moteurs, ce qui correspond pour une sphère focale typique de 20 cm de rayon à une précision de positionnement de 2 mm. Un suivi de satellite défilant à environ 1500 Km conduit alors à une vitesse maximale du cornet d'un mm par seconde environ. Lors du suivi d'un satellite, le cornet assurant le flux de communications est prioritaire en déplacement sur l'autre cornet, le logiciel assurant à tout instant qu'aucune collision ne se produit en déplaçant au besoin le second cornet hors de la route du premier.
Suivant le critère d'élévation du satellite inférieure à 10° (satellite s'approchant de l'horizon), ou de baisse anormale du signal reçu (prise en compte d'arbres, de collines ou autres obstacles locaux, permanents ou non, ou passage dans la bande proche de l'arc géostationnaire, dans laquelle un brouillage par ou vers les satellites géostationnaires oblige à interrompre la liaison), l'ordinateur détermine le second satellite le plus en vue, après un court dialogue avec la station pour vérifier la disponibilité en débit de ce satellite, il positionne le second cornet de façon correspondante à cette position. Puis la connexion sélective de ce cornet est réalisée et la poursuite de ce satellite est effectuée. Le temps de commutation entre les deux antennes cornets, de 1 microseconde dans la réalisation présentée, entraîne, pour un volume de données transmises de 1 12
Mbps à 50 Mbps au maximum, une perte de données correspondant à environ 1 à 50 bits. La reconstitution des données perdues est réalisée par utilisation de codes correcteurs d'erreurs transmis avec le signal.
La remise à jour des éphémérides est réalisée périodiquement en 5 provenance de la station dirigeant la zone où se trouve le terminal, via le réseau satellitaire lui-même.
Comme on l'a vu dans la description, les moteurs utilisés dans ce montage sont de puissance adaptée au déplacement d'une masse faible, quelques centaines de grammes au plus, ce qui permet l'utilisation de moteurs 0 peu onéreux, très classiques dans le commerce. Ceci est un avantage par rapport à la solution de suivi de satellites utilisant deux antennes, pour laquelle les moteurs doivent être adaptés au positionnement précis de masse de quelques kg, et sont donc plus chers.
Les niveaux de précision requis sur le positionnement de l'antenne d'une 5 part et le temps entre deux mouvements d'autre part garantissent qu'un montage mécanique classique et une électronique simple peuvent atteindre ces niveaux. On voit donc que la solution choisie est économique à fabriquer.
La mise en œuvre telle qu'elle a été décrite fournit à la fois un dispositif de faible coût, les différents composants étant de type connu ou de spécifications de 0 fabrication peu exigeantes, et un dispositif compact.
Il est à noter que la motorisation et les supports sont protégés par un radôme cylindrique R ( figure 8) qui se termine vers le haut en demi sphère proche de la lentille ; la prise au vent, indifférente à la direction, présente alors un coefficient de traînée faible, ce qui représente un avantage par rapport aux 5 antennes classiques sans radôme, pour lesquelles se posent des problèmes de mouvements entretenus lors de vent en rafales.
Dans une autre variante, le montage électronique permettant le basculement entre les deux cornets 23, 24, est remplacé par un montage illustré sur la figure 7. Dans ce montage, chaque cornet 23, 24 comporte un circulateur
30 41', 41" auquel sont reliés directement des modules d'amplification sur les signaux d'émission 46', 46" et de réception 47', 47". Les amplificateurs de signaux d'émission des deux sources primaires sont reliés par deux câbles coaxiaux 45', 44' à un dispositif de connexion sélective 40' auquel parvient le signal à émettre par un canal 42. De même, les amplificateurs à faible bruit des
35 signaux reçus sont reliés par des câbles coaxiaux 45", 44" à un dispositif de connexion sélective 40" auquel est relié un canal 43 de signal reçu. 13
Cette disposition est destinée à réduire l'impact des pertes de signal se produisant dans les câbles coaxiaux souples, et estimées aux alentours de 1 dB dans chaque câble dont la longueur incluant les boucles de relaxation est estimée entre 70 et 90 cm. Cette variante présente un coût supérieur par la duplication des amplificateurs, mais permet à puissance d'amplificateur égale, d'améliorer la Puissance Isotrope Rayonnée Equivalente (PIRE) de 1 dB environ, et le facteur de mérite en réception (G/T) d'environ 2 dB. A performances de l'antenne égales, ceci permet une réduction des dimensions de la lentillesphérique, donc de toute l'antenne. Dans une variante relative à la méthode de suivi des satellites, une technique active remplace la technique passive décrite, dans laquelle comme on s'en souvient les données caractérisant la position des satellites sont simplement stockées à l'avance en mémoire de l'ordinateur, et pour laquelle on suppose que l'on positionne ainsi les sources primaires au bon endroit au bon moment, sans contrôle en temps réel. Dans la variante envisagée, chaque cornet comporte plusieurs récepteurs, par exemple quatre récepteurs disposés en matrice carrée, et fournit des signaux de sortie correspondant à une somme et à une différence des signaux reçus par les différents récepteurs. En début de poursuite d'un satellite donné, un cornet est positionné selon les données calculées par l'ordinateur 11. Puis l'analyse de l'évolution au cours du temps des signaux somme et différence permet de déterminer dans quelle direction le satellite se déplace et de le suivre en conséquence. Une remise à jour automatique des éphémérides mémorisés, en fonction des positions des satellites réellement observées, est éventuellement effectuée régulièrement par l'ordinateur hôte. Dans une autre variante non représentée, dans laquelle l'utilisateur ne dispose pas d'un micro-ordinateur, le logiciel de suivi des satellites et la mémoire d'enregistrement des éphémérides sont intégrés dans un microprocesseur à mémoire, par exemple intégré dans un boîtier à placer sous un poste de TV, de la taille typique des décodeurs de TV cryptée traditionnels, et qui peut être confondu avec un modulateur/démodulateur adapté à des émissions cryptées. Une procédure de téléchargement des éphémérides à intervalles réguliers est de toutes les façons prévue de façon automatique, sans intervention de l'utilisateur.
Il est à noter que dans toutes les variantes précédentes, si la bande de fonctionnement du système multimédia est la même que celles de la télévision directe par satellites, les deux sources peuvent être placées aux positions adaptées pour viser deux satellites géostationnaires : le même terminal-antenne 14
sert alors alternativement à l'application multimédia, et à la réception des programmes diffusés par ces deux satellites, ces derniers peuvent être changés à volonté, en déplaçant les sources.
Dans encore une autre variante, un dispositif similaire à celui de l'invention est installé non plus au niveau du terminal sol, mais au niveau d'un satellite, par exemple satellite d'observation devant envoyer des images à quelques stations sol seulement dont la position peut être quelconque. Le principe de suivi des stations sol est analogue pour le satellite à celui de satellites défilant pour un terminal au sol. Dans cette application, la taille des stations sol peut être très nettement réduite (par exemple d'un facteur 10 si on réalise un gain de 20 dB sur le signal reçu par l'antenne) par rapport aux antennes de réception classiques adaptées à des satellites émettant en faisceau large, donc avec une puissance reçue faible. Cette disposition peut également améliorer la confidentialité des données émises. Enfin, la simplicité de la solution, son faible coût (par rapport en particulier aux antennes actives à très nombreux éléments) et sa faible consommation électrique rendent sa mise en œuvre très favorable sur satellite.
Suivant un autre mode de réalisation tel que représenté à la figure 9, les sources de l'antenne sont des pavés imprimés du type dit "patches". Ces pavés peuvent de leur côté soit être uniques par source, tels que représentés aux figures 10a et 10b, soit groupés en de petits réseaux (figure 9) permettant de compenser d'éventuelles aberrations du système focalisant. Cette variante à pavés, étant plus compacte, est particulièrement adaptée à la lentille sphérique car elle permet de réduire significativement l'encombrement global du terminal- antenne. II est également possible d'envisager un dispositif à trois sources, dont l'une vise en permanence un satellite de l'arc géostationnaire. Une telle disposition permet, avec une seule antenne, soit les applications multimédia à haut débit d'information vers les satellites défilants (qui nécessitent deux sources mobiles), soit la réception d'images de télévision directe depuis un satellite géostationnaire (même s'il utilise une autre bande de fréquences que le système multimédia), au choix de l'utilisateur, et sans délai de repositionnement des sources mobiles.
Par exemple si le lentille reste fixe, une source collée à la lentille reçoit les émissions de télévision, alors que les deux sources mobiles assurent en même temps le suivi et les basculement nécessaires à la mission multimédia. 15
Si la lentille est tournante, notamment pour réduire les masquages par les supports (montage des figures 13 et 14), la troisième source peut également être montée sur un support mobile par rapport à la lentille et aux deux autres sources.
D'autres modes de réalisation du montage mécanique permettant de remplir la fonction de déplacement des deux sources sur une portion de la sphère focale, vont être décrits ci-dessous. Bien entendu, les différents modes de réalisation décrits précédemment du montage électronique de basculement des sources, de la méthode de suivi des satellites et des sources proprement dites peuvent s'appliquer à ce qui suit. La figure 8 représente une variante du montage mécanique à moteurs azimut/élévation de la figure 5. Chaque source 23, 24 est montée sur un bras support 50, 51 comportant un arc de cercle 52, 53 concentrique à la sphère focale
S positionné respectivement sur une moitié de la partie inférieure de la sphère focale et un arbre d'entraînement en rotation 54, 55 s'étendant parallèlement à la verticale et étant couplé à un moteur dit azimut 56, 57. Ainsi les sources primaires
23, 24 sont rendues mobiles suivant un azimut respectivement Az1 et Az2 distinct.
D'autre part, chaque source primaire 23, 24 est guidée sur son arc de cercle 52, 53 dans une glissière, pour son mouvement en élévation EU , EI2, qui dans l'exemple choisi, est compris entre 1 et 80°, par des moteurs d'élévation 58, 59. Ces mouvements en élévation EU et EI2 permettent de définir les axes de visés S1 et S2 des deux satellites visibles.
Dans une autre variante de montage mécanique de support des sources mobiles, représentée sur la figure 9, chaque source primaire 23, 24 est rendue mobile par l'action d'un couple de moteur dit X/Y. Un arc semi-circulaire 60 est attaché en deux points diamétralement opposés, par exemple Est et Ouest, de la sphère focale. Une source 23 est mobile le long de cet arc faisant office de glissière par l'action d'un moteur électrique secondaire 61 attaché à la source. La deuxième source 24 est montée de façon identique sur un autre arc 62 en étant guidée par un moteur secondaire 63. Bien que cela ne soit pas représenté, chaque arc semi circulaire 60 et 62 est entraîné en rotation autour d'un axe primaire Ox par un moteur primaire constituant le deuxième moteur du couple de moteurs X Y, l'arc de cercle 60 ayant un rayon inférieur à l'arc de cercle 62. Les moteurs secondaires 61 et 63 permettent ainsi de rendre les sources mobiles autour d'un axe secondaire Oy lui-même rendu mobile par rapport à l'axe primaire par l'intermédiaire des moteurs primaires, l'axe secondaire Oy étant toujours orthogonal à l'axe primaire Ox. L'une des sources émet et reçoit vers les satellites 16
"nord", l'autre émet et reçoit vers les satellites "sud", ceci pour éviter les conflits de position des sources. Les repositionnements relatifs des deux bras ou arcs sont possible si l'un passe au-dessus de la lentille. les montages des figures 8 et 9 présentent un avantage de compacité par rapport aux montages des figures 5 et 7. Ils sont en outre plus adaptés à l'obtention d'angles élevés d'éclairage de la lentille par les sources, ceci étant nécessaire dans le cas d'utilisation de lentille sphérique focalisante.
Dans une autre variante de connexion des amplificateurs montés avant les sources primaires, utilisant un montage mécanique des sources conforme à la figure 9 et tels que représentée à la figure 11 , chaque arceau est un guide d'ondes, transportant donc le signal hyperfréquence, et un joint tournant classique est monté à l'articulation des arceaux. Cette disposition permet de réduire les pertes de signal et donc d'éloigner les amplificateurs des sources primaires.
Une autre variante de remplacement des câbles reliés aux sources primaires consiste à utiliser des fibres optiques pour assurer l'émission et/ou la réception des signaux. Ces fibres présentent un avantage de souplesse en suivant le déplacement de l'ensemble source et amplificateur. Le support peut lui- même être utilisé comme conducteur optique pour transmettre les informations de mouvement du moteur déplaçant la source primaire. Le dispositif comporte alors une diode électro luminescente pour l'émission de lumière (sur une bande de quelques centaines de MHz) et une photodiode pour la réception de données optiques. Un miroir est monté au niveau du point d'attache des arceaux, pour la transmission de lumière vers le tube conducteur optique. Le tube peut également servir à la transmission de courant électrique pour l'alimentation de la source primaire, de l'amplificateur et du moteur de déplacement, en comportant deux pistes conductrices espacées et en disposant des contacteurs au niveau de la source pour la réception de ce courant électrique.
Dans une autre variante de montage mécanique de support des sources mobiles, représentée sur la figure 12 une première source primaire 23 est rendue mobile par l'action d'un couple de moteurs azimut/élévation 70, 71 et la seconde source primaire 24 est rendue mobile par l'action d'un couple de moteurs X/Y 72, 73, le moteur azimut 70 de la première source primaire entraînant en outre l'ensemble de l'antenne. Dans une autre variante de montage mécanique de support des sources mobiles, représentée sur les figures 13 et 14 chaque source primaire 23, 24 est 17
rendue mobile par l'action d'un couple de moteurs à axes de rotation oblique 80, 81 et 82, 83.
Chaque support de source primaire comporte un bras 84, 85 et un avant- bras 86, 87, la source primaire 23, 24 étant fixée sur une extrémité libre 88, 89 de l'avant-bras 86, 87. Le premier moteur 80, 82 entraîne le bras 84, 85 en rotation autour d'un axe oblique primaire O.,, O2 décalé d'un angle primaire α01, αo2, par rapport à la verticale, le deuxième moteur 81 , 83 entraînant l'avant-bras 86, 87 en rotation par rapport au bras 84, 85 autour d'un axe oblique secondaire O'.,, O'2 décalé par rapport à la verticale d'un angle secondaire α'01, α'o2 supérieur à l'angle primaire α01, αo2, les axes primaires et secondaires de chaque couple de moteurs s'étendant de part et d'autre de la verticale.
On peut prévoir également que le terminal, dans lequel la lentille est montée sur un support distinct de celui des sources primaires, comporte en outre un moteur supplémentaire 90 destiné à entraîner le support de la lentille de telle sorte qu'il s'étende sensiblement parallèlement aux faisceaux.
Suivant un autre mode de réalisation (figures 15a et 15b) le support de la lentille 21 est constitué d'une couronne 91 sensiblement cylindrique d'une part couplés mécaniquement à la lentille et d'autre part fixés à une plateforme 92. Dans ce mode de réalisation la plateforme 92 est fixe et sert notamment à poser le terminal sur l'habitation ou le terrain sur lesquels il va être utilisé.
Les deux bras 84, 85 des sources primaires (figures 13 et 14) sont alors fixés à cette plateforme 92 soit directement, soit par l'intermédiaire du moteur supplémentaire 90 qui, dans ce cas, n'entraine pas la lentille. Cette configuration offre aux sources primaires un degré de liberté supplémentaire pour le suivi des satellites.
Le moyen de couplage mécanique de la lentille avec la couronne 91 comporte une colerette 93 ménagée sur la périphérie de la lentille. Par exemple la colerette 93 peut être moulée avec la lentille, notamment dans la zone centrale de la sphère. La colerette 93 coopère avec la couronne 91 qui comporte à cet effet une extrémité coudée 91a sur laquelle vient appuyer la colerette 93.
La couronne 91 peut faire partie du radôme R tel que décrit pécédemment notamment en référence à la figure 8. A cet effet le radôme R comporte deux parties respectivement supérieure Ra et inférieures Rb. La partie inférieure Rb forme la couronne 91. 18
Suivant le mode de réalisation décrit précédemment, la colerette 93 de la lentille 21 sera alors en appui sur la partie inférieure Rb. Dans ce cas, la partie supérieure Ra peut être remplacée par une enveloppe plastique thermoformée fine mais suffisamment rigide pour jouer son rôle de protection. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples décrits précédemment, mais peut s'appliquer à d'autres réalisations telles que par exemple les antennes actives à balayage, et d'une manière plus générale à toute réalisation utilisant un ou plusieurs moyen(s) équivalent(s) aux moyens décrits, pour remplir les mêmes fonctions, en vu d'obtenir les mêmes résultats, tels que par exemple chaque source primaire, montée sur un support, est rendue mobile par l'action d'au moins un couple de moteurs de manière à obtenir un déplacement de chaque source sur au moins la moitié inférieure de la sphère focale.

Claims

19REVENDICATIONS
1. Lentille (21) sphérique focalisante multicouches apte à être montée dans un dispositif antenne d'émission/réception (1) d'un terminal d'un système émetteur/récepteur distant, et ayant une sphère focale (S) concentrique, caractérisée en qu'elle comporte deux couches, respectivement centrale (21a) et périphérique (21b), ayant des constantes diélectriques différentes, chaque valeur de constante diélectrique étant déterminée de telle sorte que la lentille (21) focalise les faisceaux hyperfréquence parallèles vers la sphère focale (S) concentrique à la lentille.
2. Lentille sphérique focalisante selon la revendication 1 , caractérisée en ce que chaque valeur de constante diélectrique est optimisée de telle sorte que les trajets des rayons représentant la propagation de l'énergie hyperfréquence sont égaux.
3. Lentille sphérique focalisante selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que chaque valeur de constante diélectrique est déterminée de telle sorte que la densité de puissance entre deux rayons consécutifs est constante.
4. Lentille sphérique focalisante selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que chaque valeur de constante diélectrique est déterminée de telle sorte que les réflexions à l'interface des deux couches sont faibles.
5. Lentille sphérique focalisante selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'elle comporte une couche d'adaptation (22), destinée à réduire les pertes par réflexion à l'interface diélectrique de la lentille/air.
6. Lentille sphérique focalisante selon la revendication 5, caractérisée en ce que la couche d'adaptation (22) est de type quart d'onde.
7. Lentille sphérique focalisante selon la revendication 6, caractérisée en ce que la couche d'adaptation (22) se compose d'un diélectrique d'indice égal à la racine carrée de l'indice du diélectrique de la couche périphérique (21b).
8. Lentille sphérique focalisante selon la revendication 6, caractérisée en ce que la couche d'adaptation (22) présente une épaisseur égale au quart de la longueur d'onde utilisée, percée d'une pluralité de trous borgnes avec une densité 20
de perçage adaptée à créer un indice équivalent égal à la racine carrée de l'indice du diélectrique de la couche périphérique (21b).
9. Lentille sphérique focalisante selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce les couches (21a, 21 b) contiennent un matériau à faibles pertes.
10. Lentille sphérique focalisante selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce la couche centrale (21a) est en verre.
11. Lentille sphérique focalisante selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisée en ce au moins une des deux couches, et notamment, la couche périphérique (21 b) contient un matériau diélectrique à constante ajustable, tel qu'une mousse chargée de titanate de calcium ou de barium et/ou de microbilles de verre métallisées.
12. Lentille sphérique focalisante selon l'une quelconque des revendications 1 à 11 , caractérisée en ce que les valeurs des constantes diélectriques des deux couches (21a, 21b) sont comprises entre 2 et 5.
13. Antenne d'émission/réception (1) de signaux radioélectriques de et vers au moins un système émetteur/récepteur distant évoluant dans l'espace visible par rapport à ladite antenne, caractérisée en ce qu'elle comporte une lentille (21) sphérique focalisante selon l'une quelconque des revendications 1 à 12.
14. Antenne d'émission/réception (1) selon la revendication 13, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins une source primaire (23, 24) d'émission/réception de signaux sous forme de faisceaux d'ondes quasi- sphériques, mobile sur une portion de la sphère focale (S), un moyen d'asservissement (10) de la position de chaque source primaire d'émission/réception en relation avec la position connue d'un système émetteur/récepteur distant.
15. Terminal d'émission/réception de signaux radioélectriques de et vers au moins deux systèmes émetteur/récepteur distants évoluant en des points différents de l'espace visible par rapport audit terminal, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen de détermination de la position à un instant donné desdits émetteurs/récepteurs distants en vue, un moyen de choix d'un émetteur/récepteur distant, une antenne (1) selon la revendication 14, comportant au moins deux sources primaires (23, 24) d'émission/réception, un moyen de pilotage des 21
déplacements des sources primaires d'émission/réception sur la sphère focale (S) adapté à éviter que les sources primaires ne viennent en collision et des moyens de commutation entre les sources primaires.
16. Terminal selon la revendication 15, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens de récupération de données perdues pendant le temps de commutation.
17. Terminal selon la revendication 15 ou 16, caractérisé en ce que les sources primaires (23, 24) prennent la forme d'antennes cornets mobiles sur une portion de la surface focale.
18. Terminal selon l'une quelconque des revendications 15 à 17, caractérisé en ce que chaque source primaire (23, 24), montée sur un support, est rendue mobile par l'action d'au moins un couple de moteurs de manière à obtenir un déplacement de chaque source sur au moins la moitié inférieure de la sphère focale.
19. Terminal selon la revendication 18 dans lequel la lentille (21) est montée sur un support distinct de celui des sources primaires, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un moteur supplémentaire (90) destiné à entraîner le support de la lentille (21) de telle sorte qu'il s'étende sensiblement parallèlement aux faisceaux.
20. Terminal selon la revendication 18 ou 19, caractérisé en ce que chaque source primaire (23, 24) est rendue mobile par l'action d'un couple de moteurs azimut/élévation (34, 35, 56, 57 ; 36, 37, 58, 59).
21. Terminal selon la revendication 20, caractérisé en ce que chaque support de source primaire comporte un moyen formant balancelle (30, 31), sur lequel la source primaire (23, 24) est montée de manière fixe, chaque balancelle étant rendue mobile d'une part suivant un axe par un moteur dit azimut (34, 35) du couple de moteurs, et d'autre part par rapport à la verticale par l'autre moteur dit d'inclinaison (36, 37) du couple de moteur.
22. Terminal selon la revendication 20, caractérisé en ce que chaque support de source primaire comporte un bras (50, 51) formant un arc de cercle concentrique à la sphère focal, positionné respectivement sur une moitié de la partie inférieure de la sphère focale, chaque bras étant rendu mobile suivant un azimut par un moteur dit azimut (56, 57) du couple de moteurs, et chaque source 22
primaire étant rendue mobile le long de l'arc par l'autre moteur (58, 59) du couple de moteur.
23. Terminal selon la revendication 18 ou 19, caractérisé en ce que chaque source primaire est rendue mobile par l'action d'un couple de moteurs dit X/Y, le premier moteur assurant une rotation de chaque source primaire autour d'un axe primaire Ox sensiblement horizontal et le deuxième moteur (61 , 63) assurant une rotation de chaque source primaire autour d'un axe secondaire Oy rendu mobile par rapport à l'axe primaire par le premier moteur en étant constamment orthogonal à cet axe primaire.
24. Terminal selon la revendication 18 ou 19, caractérisé en ce que une première source primaire (23) est rendue mobile par l'action d'un couple de moteurs azimut/élévation (70, 71) et la seconde source primaire (24) est rendue mobile par l'action d'un couple de moteurs X/Y (72, 73), le moteur azimut (70) de la première source primaire (23) entraînant en outre l'ensemble de l'antenne (1).
25. Terminal selon la revendication 18 ou 19, caractérisé en ce que chaque source primaire (23, 24) est rendue mobile par l'action d'un couple de moteurs (80, 82 ; 81 , 83) à axes de rotation oblique (O„ O2 ; O',, O'2).
26. Terminal selon la revendication 25, caractérisé en ce que chaque support de source primaire (23, 24) comporte un bras (84, 85) et un avant-bras (86, 87), la source primaire étant fixée sur une extrémité libre (88, 89) de l'avant- bras, le premier moteur (80, 82) entraînant le bras en rotation autour d'un axe primaire (O1f O2) oblique décalé d'un angle primaire (α01, αo2) par rapport à la verticale, le deuxième moteur (81 , 83) entraînant l'avant-bras en rotation par rapport au bras autour d'un axe secondaire (0 , O'2) oblique décalé par rapport à la verticale d'un angle secondaire (α'01, α'o2) supérieur à l'angle primaire (α01, αo2), les axes primaires et secondaires de chaque couple de moteurs s'étendant de part et d'autre de la verticale.
27. Terminal selon l'une quelconque des revendications 15 à 26, caractérisé en ce qu'au moins une source primaire comporte un module d'amplification des signaux transmis et reçus.
28. Terminal selon l'une quelconque des revendications 15 à 27, caractérisé en ce que les émetteurs/récepteurs distants sont des satellites d'une constellation, et que le moyen de détermination de la position à un instant donné des satellites en vue comprend une base de données des paramètres orbitaux de 23
chaque satellite à un instant donné, un moyen de mémorisation des paramètres terrestres de position du terminal, un logiciel de calcul de la position actuelle de chaque satellites à partir des paramètres d'orbite initiaux et du temps écoulé depuis l'instant initial, un logiciel de comparaison de la position orbitale avec la zone angulaire visible depuis la position du terminal et un moyen de remise à jour régulière de la base de données de paramètres orbitaux des satellites.
29. Terminal selon l'une quelconque des revendications 15 à 28, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une source primaire montée en visée d'un système émetteur/récepteur distant fixe dans l'espace visible par rapport à l'antenne.
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KR19997011442A KR20010013439A (fr) 1998-04-06 1999-04-06 Lentille spherique focalisante multicouches
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1098455A2 (fr) * 1999-11-03 2001-05-09 CALY Corporation Routeur avec de la communation spatiale pour des paquets de données transmis sans fil
WO2007003653A1 (fr) * 2005-07-05 2007-01-11 Universite De Rennes 1 Lentille inhomogene a gradient d'indice de type oeil de poisson de maxwell, systeme d'antenne et applications correspondants
KR100740075B1 (ko) * 1999-10-13 2007-07-18 인텔 코오퍼레이션 무선 데이터 패킷용 공간 스위칭형 라우터

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6257526B1 (en) 1998-11-09 2001-07-10 Hughes Electronics Corporation Satellite system and method of deploying same
US7184761B1 (en) * 2000-03-27 2007-02-27 The Directv Group, Inc. Satellite communications system
FR2807215B1 (fr) * 2000-03-31 2002-06-21 Thomson Csf Dispositif de reception comportant une lentille electromagnetique spherique, notamment pour application multi-satellites
FR2825539A1 (fr) * 2001-06-01 2002-12-06 Thomson Licensing Sa Dispositif pour l'emission et la reception d'ondes electro-magnetiques
US6433936B1 (en) * 2001-08-15 2002-08-13 Emerson & Cuming Microwave Products Lens of gradient dielectric constant and methods of production
RU2410402C2 (ru) 2007-12-28 2011-01-27 Александр Метталинович Тишин Пористые материалы с внедренными наночастицами, способы их изготовления и применения
US9989961B2 (en) * 2014-12-03 2018-06-05 Winegard Company Antenna positioning system
US10714827B2 (en) * 2017-02-02 2020-07-14 The Boeing Company Spherical dielectric lens side-lobe suppression implemented through reducing spherical aberration
WO2023073947A1 (fr) * 2021-10-29 2023-05-04 日本電気株式会社 Dispositif de réception, dispositif de communication et système de communication

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3914769A (en) * 1974-01-14 1975-10-21 William J Andrews Method for fabricating Luneberg lens
US4307404A (en) * 1978-03-20 1981-12-22 Harris Corporation Dichroic scanner for conscan antenna feed systems
US5145973A (en) * 1991-09-30 1992-09-08 Union Carbide Chemicals & Plastics Technology Corporation Oxa-Bicyclic polyfunctional compounds and preparation thereof
WO1993010572A1 (fr) * 1991-11-19 1993-05-27 Thomson Consumer Electronics S.A. Materiau delectrique pour antennes
EP0632522A1 (fr) * 1993-06-30 1995-01-04 Murata Manufacturing Co., Ltd. Lentille diélectrique pour une antenne et procédé de fabrication associé

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4333082A (en) * 1980-03-31 1982-06-01 Sperry Corporation Inhomogeneous dielectric dome antenna
US5748151A (en) * 1980-12-17 1998-05-05 Lockheed Martin Corporation Low radar cross section (RCS) high gain lens antenna
US5677796A (en) * 1995-08-25 1997-10-14 Ems Technologies, Inc. Luneberg lens and method of constructing same
US5781163A (en) * 1995-08-28 1998-07-14 Datron/Transco, Inc. Low profile hemispherical lens antenna array on a ground plane
JP3257383B2 (ja) * 1996-01-18 2002-02-18 株式会社村田製作所 誘電体レンズ装置
US6081239A (en) * 1998-10-23 2000-06-27 Gradient Technologies, Llc Planar antenna including a superstrate lens having an effective dielectric constant

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3914769A (en) * 1974-01-14 1975-10-21 William J Andrews Method for fabricating Luneberg lens
US4307404A (en) * 1978-03-20 1981-12-22 Harris Corporation Dichroic scanner for conscan antenna feed systems
US5145973A (en) * 1991-09-30 1992-09-08 Union Carbide Chemicals & Plastics Technology Corporation Oxa-Bicyclic polyfunctional compounds and preparation thereof
WO1993010572A1 (fr) * 1991-11-19 1993-05-27 Thomson Consumer Electronics S.A. Materiau delectrique pour antennes
EP0632522A1 (fr) * 1993-06-30 1995-01-04 Murata Manufacturing Co., Ltd. Lentille diélectrique pour une antenne et procédé de fabrication associé

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100740075B1 (ko) * 1999-10-13 2007-07-18 인텔 코오퍼레이션 무선 데이터 패킷용 공간 스위칭형 라우터
EP1098455A2 (fr) * 1999-11-03 2001-05-09 CALY Corporation Routeur avec de la communation spatiale pour des paquets de données transmis sans fil
EP1098455A3 (fr) * 1999-11-03 2003-08-06 Radiant Networks Plc Routeur avec de la communation spatiale pour des paquets de données transmis sans fil
WO2007003653A1 (fr) * 2005-07-05 2007-01-11 Universite De Rennes 1 Lentille inhomogene a gradient d'indice de type oeil de poisson de maxwell, systeme d'antenne et applications correspondants
FR2888407A1 (fr) * 2005-07-05 2007-01-12 Univ Rennes I Etablissement Pu Lentille inhomogene a gradient d'indice de type oeil de poisson de maxwell, systeme d'antenne et applications correspondants.

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