WO2021130072A1 - Antenne parabolique multilobes pour communications par faisceaux hertziens tropospheriques - Google Patents

Antenne parabolique multilobes pour communications par faisceaux hertziens tropospheriques Download PDF

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WO2021130072A1
WO2021130072A1 PCT/EP2020/086358 EP2020086358W WO2021130072A1 WO 2021130072 A1 WO2021130072 A1 WO 2021130072A1 EP 2020086358 W EP2020086358 W EP 2020086358W WO 2021130072 A1 WO2021130072 A1 WO 2021130072A1
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WO
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parabolic antenna
diversity
axis
parabolic
signals
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Application number
PCT/EP2020/086358
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Florian MORTIER
Vincent LEGOUPIL
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Thales
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    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
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    • H01Q19/10—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 reflecting surfaces
    • H01Q19/12—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 reflecting surfaces wherein the surfaces are concave
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    • H01Q3/18—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 relative position of primary active element and a reflecting device wherein the primary active element is movable and the reflecting device is fixed
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    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q15/00—Devices for reflection, refraction, diffraction or polarisation of waves radiated from an antenna, e.g. quasi-optical devices
    • H01Q15/14—Reflecting surfaces; Equivalent structures
    • H01Q15/16—Reflecting surfaces; Equivalent structures curved in two dimensions, e.g. paraboloidal

Definitions

  • the invention relates to the field of microwave transmission networks, and relates more particularly to a parabolic antenna for microwave transmissions.
  • Transmissions by Hertzian Beams designate unidirectional or bidirectional point-to-point communications operated between two fixed geographic sites using radio signals transmitted on carrier frequencies ranging from 1 GHz to nearly 80 GHz.
  • the antennas used are parabolic antennas, strongly directive.
  • a satellite dish is composed of a source, usually comprising a horn or candle through which the transmitted signal is transmitted and / or received, and a parabolic reflector, onto which the signal is reflected before being transmitted / received.
  • the parabolic reflector helps focus electromagnetic waves in one direction to make the antenna highly directional.
  • Hertzian links can be separated into two main families:
  • FIG. 1 schematically represents a microwave link in direct view.
  • the transmitting and receiving antennas 101 and 102 are in line of sight of each other.
  • the propagation losses are therefore mainly linked to the propagation in free space.
  • These connections conventionally make it possible to achieve flow rates of up to several hundred Mbits / sec, and this with parabolic antennas of reduced diameter, typically between 30 cm and 3 meters. Due to the radius of curvature of the earth, FH communications in direct view have on average elongations of the order of 50 km with a maximum of around 150 km.
  • FIG. 2 schematically represents a tropospheric FH bond.
  • the antennas 201 and 202 of a tropospheric FH link cannot be seen, either because of obstacles in the propagation environment, such as buildings or mountains, for example, or because of the radius of curvature of the earth and the distance between them.
  • Tropospheric FH links rely on the phenomenon of electromagnetic wave scattering in the troposphere to establish the link between antennas. This phenomenon occurs in an area 203, commonly referred to as the common volume, at the intersection of the beams of the two antennas.
  • Tropospheric FH links can achieve elongations of several hundred kilometers, well beyond the horizon line. However, the losses linked to the propagation in free space as well as the low efficiency of the diffusion of electromagnetic waves strongly penalize the link budget. For this reason, tropospheric FH links generally have lower data rates (a few tens of Mbits / sec), require high transmission powers and use large antennas, typically 3 to 9 meters in diameter.
  • One way to improve the link budget, and therefore to gain range or speed, is to provide diversity to transmissions by radio links.
  • the concept of diversity consists of using different propagation channels to convey the same information, in order to compensate to a certain extent for the interference phenomena which affect the signal on each propagation channel (fading due to multiple paths, diffusion, electromagnetic disturbances , jamming, etc ).
  • the propagation channel being selective in terms of frequencies, two signals passing through it at different frequencies do not undergo fading at the same times or with the same intensity. Signals obtained on reception are decorrelated and their recombination improves the quality of the link.
  • the principle is the same regardless of the order or type of diversity.
  • FIG. 3a represents the concept of frequency diversity.
  • this concept consists of using two frequencies, h and , for the transmission of signals. Provided that the frequencies are sufficiently spaced, the two transmitted signals undergo decorrelated and independent fading, and the combined signal will have better availability than each of the signals taken independently.
  • the frequency diversity then constitutes only a single common volume 301, and requires only a single antenna on each site. This type of diversity is easy to implement and efficient. However, the frequency resource is limited and the use of several frequencies generates constraints on the bandwidth of the equipment, in particular for transmission, this is why the order of frequency diversity used is generally limited to 2 or 3.
  • FIG. 3b represents the concept of space diversity.
  • this concept consists in using two antennas at each end of the link. The intersection of the beams of the transmit / receive antennas takes place in common volumes 311 and 312 which are substantially identical.
  • the diversity of antennas is done vertically for HF networks in direct view, and horizontally for tropospheric HF links. The principle is based on a variety of paths taken at reception. Provided that the antennas are sufficiently spaced, the signals undergo decorrelated and independent fading. The combined signal will then have better availability than each of the signals taken alone.
  • This type of diversity is very efficient, can easily be taken to a higher order by using a larger number of antennas, and has the advantage of relying on standard equipment.
  • the installation may require a large infrastructure to be implemented, and occupy a large floor area. This is particularly the case for tropospheric links where the parabolic antennas can be several meters in diameter, which makes it impossible to install them on a single mast.
  • Angular diversity requires a particular antenna with several sources. Each source is at the origin of a particular beam. Each beam intersects with the beam of the antenna of the other equipment in a different area to form two separate common volumes 321 and 322. The two transmitted signals then undergo decorrelated and independent fading, and the combined signal will have a better availability than each of the signals taken alone.
  • the advantage of this type of diversity is that it only requires a single antenna on each side of the transmission, which saves space and infrastructure costs.
  • the design of such an antenna is difficult, since it requires positioning the candles so that the beams are decorrelated, while being very close to each other.
  • antennas for tropospheric FH communication links typically transmit with an elevation angle of less than 1 °, so that the common volume is as close as possible to the ground to minimize propagation losses).
  • the satellite dish must then have a radiation pattern with distinct lobes at a very narrow angle (typically less than a few degrees), which involves sources that are very close together.
  • the common volumes must be close so that the signals received from each of the common volumes have comparable power levels. This proximity is a problem at transmission, since when the candles are brought together, the parabola integrates all the signals transmitted to form a single beam, widened, deformed and of lower power than that of the beam generated by an antenna. without angular diversity.
  • Figure 3d shows an implementation mixing frequency diversity and space diversity for transmission from site A to site B.
  • two frequencies are used, as well as two antennas on one side of. transmission, thus achieving order 4 diversity.
  • This type of system is the most widespread in the state of the art.
  • the four signals undergo decorrelated and independent fading, and the combined signal resulting from the sum of the four received signals will have better availability than each signal taken independently.
  • the drawback of this system lies mainly in that it requires two antennas on reception, which is not optimized in terms of infrastructure and size.
  • An object of the invention is to provide access to higher orders of diversity, for communications by radio beams, and more particularly for tropospheric FH links. Since frequency diversity exhibits low spectral efficiency and space diversity a cost in terms of implementation complexity and space occupied by the equipment, the invention is based on angular diversity.
  • the Applicant has designed a parabolic antenna comprising a source with three candles positioned in the form of an equilateral triangle centered around the axis in which the source of the parabolic antenna radiates.
  • the equipment injects the same signal in phase on the three spark plugs.
  • the radiation pattern of this parabolic antenna presents a single, directional, homogeneous and centered lobe.
  • the equipment retrieves the signals separately from each of the spark plugs and then combines them. By their arrangement, each candle points to a separate common volume. Recombination therefore produces an equivalent signal benefiting from a theoretical diversity gain of order 3.
  • the emission power is distributed over the three spark plugs of the source.
  • the beam emitted by the FH antenna is then slightly wider than the unit beam of the spark plugs: it is therefore less directional and of lower gain than if a single spark plug had been used.
  • the use of a single emission candle in this system is not possible because the resulting beam would not be centered with respect to the direction of radiation of the antenna;
  • the antenna is designed with static candles positioned so as to meet a particular operational configuration (offset between the lobes, carrier frequency, size of the parabolic reflector, distance from the source to the reflector, propagation environment, polarization of the signals,. ..).
  • This solution does not make it possible to explore all the desired angles, nor to simply adapt the arrangement of the spark plugs in the event of modification of the operating conditions.
  • An object of the invention is therefore to provide an alternative solution aimed at improving the performance of the antenna, and at making it modular.
  • the present invention describes a transmission equipment for radio beam communications comprising a parabolic antenna with a parabolic reflector and a source radiating along a first axis.
  • the source of the antenna according to the invention includes:
  • the transmission equipment according to the invention is configured to transmit signals using only the central candle of the parabolic antenna, and to separately receive signals from each of the candles of the parabolic antenna and then to recombine them
  • the parabolic antenna comprises a support on which the peripheral candles are arranged.
  • the support is then movable in rotation about the first axis and / or the peripheral spark plugs are movable in translation on the support along a second axis substantially perpendicular to the first axis.
  • At least one of the candles (the central candle and / or at least one of the peripheral candles) is movable in translation along its longitudinal axis.
  • the source is movable in rotation about the first axis.
  • At least one of the spark plugs is movable in rotation about its longitudinal axis.
  • the invention also relates to a transmission system comprising at least one such transmission equipment.
  • the signals are transmitted over a plurality of carrier frequencies.
  • At least one transmission equipment is configured to combine the signals received on each of the carrier frequencies, which makes it possible to benefit from both an angular diversity gain and a frequency diversity gain.
  • At least one transmission equipment comprises a plurality of parabolic antennas. It is then configured to combine the signals received on each of the parabolic antennas, which makes it possible to benefit from both an angular diversity gain and a spatial diversity gain.
  • FIG. 1 schematically shows a link by microwave beams in direct view
  • FIG. 2 diagrammatically represents a tropospheric Hertzian beam link
  • FIG. 3a represents the concept of frequency diversity
  • FIG. 3c represents the concept of angular diversity
  • FIG. 5 represents four embodiments with three plugs of a source for a parabolic antenna according to the invention
  • FIG. 6 shows two embodiments with four plugs of a source for a parabolic antenna according to the invention
  • FIG. 7 shows schematically the different elements of radio transmission equipment according to the invention.
  • FIG. 8 shows a radiation diagram of a parabolic antenna in equipment according to one embodiment of the invention, in section in a horizontal plane;
  • FIG. 9 shows two embodiments of a source according to the invention in which the spacing between the spark plugs is adjustable
  • FIG. 10 shows three embodiments of a source according to the invention in which the focus of the central candle is adjustable
  • FIG. 11 shows an embodiment of a microwave communications system according to the invention, with a source having three vertically aligned candles.
  • An object of the invention is to provide a parabolic antenna architecture making it possible to achieve high orders of diversity by using angular diversity, in an efficient and modular manner.
  • Figure 4 shows four different types of mounting of a parabolic antenna, known from the state of the art.
  • Assembly A is an assembly with centered source
  • assembly B an assembly with offset source
  • assembly C a so-called Cassegrain assembly
  • assembly D a so-called Gregorian assembly.
  • the source 402 emits the signal in a cone towards the parabolic reflector 401 (assemblies A and B) or an intermediate reflector 403/404 (assemblies C and D) which reflects towards the parabolic reflector 401.
  • the reflections have the effect of orienting all the emitted electromagnetic waves and concentrating them in a given direction.
  • the total field emitted is the sum of these rectified waves, which allows parabolic antennas to present radiation patterns having a very narrow main lobe and very high gain.
  • the source can be positioned at the focus of the parabolic antenna (mounting A), offset vertically with respect to the focus (mounting B), or positioned relative to the intermediate reflector (mounting C and D).
  • the invention proposes to modify the source of the antenna by using at least three candles instead of one.
  • Figure 5 shows four embodiments with three plugs of a source for a satellite dish according to the invention.
  • the source includes a central spark plug 501, arranged in the center of the source, and two peripheral spark plugs 502 and 503. They therefore make it possible to benefit from an angular diversity of order 3.
  • Embodiment A the peripheral spark plugs are arranged on either side of the central spark plug.
  • the three candles are aligned horizontally.
  • Embodiment B the peripheral spark plugs are arranged on either side of the central spark plug.
  • the three candles are aligned vertically.
  • the peripheral candles are arranged respectively below and next to the central candle, so as to form a right triangle, the right angle of which is at the level of the central candle.
  • the peripheral candles are arranged respectively above and next to the central candle, so as to form a right-angled triangle, the right angle of which is at the level of the central candle.
  • the embodiments C and D make it possible to accommodate three candles in a smaller volume than the embodiments A and B, and therefore to generate closer common volumes.
  • the candles can be placed on a support 510.
  • the support is a T-shaped metal structure centered on the central candle.
  • the metal support can be movable in rotation around the central spark plug, which makes it possible to be able to simply and quickly switch the source from one configuration to another (for example from assembly A to assembly B or from assembly C to assembly D) .
  • the support can take any other form. In particular, it may take the form of a cross to implement embodiments with four peripheral candles, or in the form of a star to increase the number of peripheral candles.
  • one or more of the central spark plug 501 and the peripheral spark plugs 502 and 503 can be mounted so as to be able to rotate about their longitudinal axis, that is to say the axis along which their lobe extends. of main radiation, such as for example the axis 410 for the central spark plug. This mobility allows them to be rotated by 90 ° to adjust their polarization.
  • Figure 6 shows two embodiments with four plugs of a source for a satellite dish according to the invention.
  • the source includes a central spark plug 601, arranged in the center of the source, and three peripheral spark plugs 602, 603 and 604. They therefore make it possible to benefit from an angular diversity gain of order 4.
  • the peripheral candles are arranged respectively to the left, to the right and below the central candle.
  • peripheral candles are arranged respectively above, below and to the right of the central candle.
  • the device can be adapted so as to make it modular by: - mounting the spark plugs 602 to 604 on a mobile support rotating around the central spark plug,
  • the candles are oriented so as to illuminate the parabolic reflector 401, or the intermediate reflector 403/404 in the case of a Cassegrain or Gregorian assembly.
  • the spacing between the beams is directly related to the distance between the candles, the size of the parabolic reflector, and the emission frequency. This spacing must be sufficient to allow good decorrelation of the common volumes formed, but sufficiently low so that the three beams have little difference between their average received power.
  • the invention does not use all the candles to emit.
  • the signals are emitted only from the central candle, which is positioned on axis 410.
  • the radiation pattern is that of a conventional parabolic antenna, that is to say a diagram. very directional radiation and maximum gain.
  • all the candles are used for the reception. By virtue of their positions, each candle then forms a distinct lobe of the radiation pattern pointing towards a given common volume.
  • FIG. 7 schematically represents the various elements of radio transmission equipment according to the invention.
  • the system includes a transmission / reception device 701, configured to:
  • the source 702 used corresponds to embodiment A of FIG. 5, but could be replaced by any other embodiment.
  • the signal shaped and amplified by the transmission / reception device 701 is transmitted by the central candle of the source 702.
  • the device 701 can then have only one radio channel d 'amplification.
  • the signals are received independently on each of the spark plugs of the source 702, and are recombined in the transmission / reception device 701 to take advantage of the propagation diversity.
  • Many recombination algorithms are known for this purpose. For example, signals can be directly summed (Equal Gain Combining algorithm), or weighted and summed consistently (Maximum Ratio Combining algorithm).
  • the device according to the invention makes it possible to use signals broadcast in different common volumes, and therefore to obtain the expected diversity gain.
  • the parabolic antenna depicted in Figure 7 is configured to transmit and receive simultaneously through the center candle, for example by orthogonally polarizing the signals using an orthomode transducer.
  • the parabolic antenna according to the invention can be used for reception only, in which case it is not necessary to connect the center plug to an orthomode transducer.
  • FIG. 8 represents a radiation diagram of a parabolic antenna in equipment such as that shown in FIG. 7, in section in a horizontal plane.
  • the three candles each have a lobe 801, 802 and 803, the lobes being offset according to the spacings of the candles.
  • the radiation pattern of the parabolic antenna corresponds to the radiation pattern 802 of the central candle since the latter is the only one to emit.
  • each candle radiates in a slightly different direction.
  • the radiation pattern of the parabolic antenna therefore has three main lobes corresponding to lobes 801, 802 and 803.
  • the spark plugs are spaced so that on reception, the lobe-axis decoupling of the closest spark plugs is approximately 16 dB. Adjusting the gap between the spark plugs increases or decreases the tilt angles and the levels at which the lobes intersect.
  • the peripheral spark plugs are mounted movable in translation on the support 510 along at least a second axis substantially perpendicular to the first axis, which makes it possible to adjust the spacing between the spark plugs, and therefore the tilt angles and the levels of decorrelation between the lobes, depending on the operational conditions.
  • Figure 9 shows two embodiments of a source according to the invention, comprising a central spark plug and three peripheral spark plugs.
  • the peripheral candles 602 and 604 are movable on the support 510 along the axis 901, perpendicular to the axis 410.
  • the peripheral spark plug 603 is movable on the support 510 along the axis 902, perpendicular to the axis 420.
  • the spacing between the peripheral spark plugs and the center spark plug varies, thereby varying the spacing between the lobes of the parabolic antenna.
  • the spacings between the spark plugs can be chosen to be substantially identical, or to be different, depending on the operational requirements.
  • one or more of the spark plugs is mounted to move in translation around its longitudinal axis (that is to say the axis in which it radiates, such as for example the axis 410 for the central candle), which allows you to adjust the focus of the candles concerned.
  • FIG. 10 represents three embodiments of a source according to the invention, comprising a central spark plug and three peripheral spark plugs.
  • the central candle is movable in translation along the axis 410, which makes it possible to be able to adjust the focusing of this candle.
  • Embodiments A and C correspond to embodiment B in which the central spark plug is offset by + 10mm and -10mm respectively.
  • the translational mobility of the candles can be applied in the same way to the peripheral candles.
  • the whole of the source is movable in rotation about the axis 410.
  • a rotation of 90 ° of the source around this axis causes a change in polarization of all the transmitted and received signals, thus allowing the antenna to adapt to the polarization of the signals used by the other equipment involved in the transmission.
  • the angular diversity provided by the parabolic antenna according to the invention can be combined with other types of diversity.
  • FIG 11 shows an embodiment of a microwave communications system according to the invention, with a source having three vertically aligned candles.
  • the parabolic antenna according to the invention is used on both sides 1101 and 1102 of the transmission, and transmits using two frequencies L and - In the direction site A to site B, the intersection of the main lobe of the transmitting parabolic antenna 1101 and the three lobes of the receiving parabolic antenna 1102 form three separate common volumes 1111, 1112 and 1113, which allows the transmission to benefit from a diversity gain of order 3 Combined with the frequency diversity of order 2, the communication by Hertzian beams represented then benefits from a diversity of order 6, which makes it a solution exhibiting better performance than the widely used solutions with space diversity and frequency (4th order diversity), without the problem of congestion linked to the diversity of space.
  • the satellite dish according to the invention could be implemented only on the receiver side.
  • the parabolic antenna according to the invention is a modular solution in which elements can be added and subtracted. It can be in the form of a structure making it possible to adjust the position of the various elements, whether it is the arrangement of the spark plugs, their spacing, their focusing. or the polarization of the transmitted signals. This modular structure makes it possible to adapt the assembly to operational conditions, and makes it compatible with various uses.
  • the spacing, focus and arrangement of the source spark plugs may be adjusted in order to optimize the direction of the lobes and the performance of the antenna.
  • a parabolic antenna for transmission by microwave beams in direct view above a body of water will preferably use a configuration such as that given in embodiment B of FIG. 5, in order to take advantage of the multiple paths provided by the reflections on the sea.
  • a parabolic antenna for transmission by tropospheric microwave beams will preferably use a configuration such as that given in embodiment A of FIG. 5, in order to widen the range. observation volume.
  • the parabolic antenna according to the invention makes it possible to switch from one configuration to another by a simple rotation of the support 510.
  • the N-candle parabolic antenna according to the invention therefore exhibits the optimum radiation pattern of a parabolic antenna on transmission because only one candle is used. On reception, the radiation pattern includes at least three very close and uncorrelated lobes.
  • the characteristics and performance of the antenna are adjustable according to operational needs, by modifying the spacing between the spark plugs.
  • the angular diversity obtained by virtue of the parabolic antenna according to the invention can also be associated with the diversity of space, by increasing the number of parabolic antennas involved in the communication.
  • the parabolic antenna according to the invention can be used in a Hertzian beam transmission system using frequency diversity and diversity. space, in order to provide an additional capacity for angular diversity, to achieve very high diversity orders.
  • a system comprising:
  • the parabolic antenna according to the invention makes it possible to achieve high levels of diversity, in particular when combined with frequency and / or space diversity.

Landscapes

  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

L'invention concerne un équipement de transmission pour communications par faisceaux Hertziens comprenant une antenne parabolique avec un réflecteur parabolique (401) et une source rayonnant selon un premier axe (410). La source de l'antenne selon l'invention comprend : - une bougie centrale (501) s'étendant selon le premier axe, et - au moins deux bougies périphériques (502, 503), positionnées en périphérie de la bougie centrale. L'équipement de transmission est configuré pour émettre des signaux en utilisant uniquement la bougie centrale (501) de l'antenne parabolique, et pour recevoir séparément des signaux de chacune des bougies (501, 502, 503) de l'antenne parabolique puis pour les recombiner L'invention concerne également un système de transmission impliquant un tel équipement de transmission.

Description

DESCRIPTION
Antenne parabolique multilobes pour communications par faisceaux Hertziens troposphériques
Domaine technique :
[0001] L’invention se situe dans le domaine des réseaux de transmissions par Faisceaux Hertziens, et porte plus particulièrement sur une antenne parabolique pour des transmissions par faisceaux Hertziens.
Technique antérieure :
[0002] Les transmissions par Faisceaux Hertziens (FH) désignent des communications monodirectionnelles ou bidirectionnelles point-à-point opérées entre deux sites géographiques fixes utilisant des signaux radioélectriques transmis sur des fréquences porteuses pouvant aller de 1 GHz à près de 80 GHz. Les antennes utilisées sont des antennes paraboliques, fortement directives. Une antenne parabolique est composée d’une source, comprenant généralement un cornet ou bougie par lequel le signal transmis est émis et/ou reçu, et d’un réflecteur parabolique, sur lequel le signal est réfléchi avant d’être émis/reçu. Le réflecteur parabolique permet de concentrer les ondes électromagnétiques dans une direction afin de rendre l’antenne très directive.
[0003] Les liaisons par faisceaux Hertziens peuvent être séparées en deux grandes familles :
- les liaisons FH en vue directe, et
- les liaisons FH troposphériques.
[0004] La figure 1 représente schématiquement une liaison par faisceaux Hertziens en vue directe. Les antennes 101 et 102 d’émission et de réception sont en visibilité directe l’une de l’autre. Les pertes de propagation sont donc principalement liées à la propagation en espace libre. Ces liaisons permettent classiquement d’atteindre des débits allant jusqu’à plusieurs centaines de Mbits/sec, et ce avec des antennes paraboliques de diamètre réduit, typiquement entre 30 cm et 3 mètres. De par le rayon de courbure de la terre, les communications FH en vue directe ont en moyenne des élongations de l’ordre de 50 km avec un maximum d’environ 150km.
[0005] La figure 2 représente schématiquement une liaison FH troposphérique. Contrairement à une liaison FH en vue directe, les antennes 201 et 202 d’une liaison FH troposphérique ne se voient pas, soit à cause d’obstacles dans l’environnement de propagation, comme par exemple des immeubles ou des montagnes, soit à cause du rayon de courbure de la terre et de la distance qui les sépare. Les liaisons FH troposphériques s’appuient sur le phénomène de diffusion des ondes électromagnétiques dans la troposphère pour établir la liaison entre les antennes. Ce phénomène se réalise dans une zone 203, couramment désignée sous le nom de volume commun, à l’intersection des faisceaux des deux antennes.
[0006] Les liaisons FH troposphériques permettent d’atteindre des élongations de plusieurs centaines de kilomètres, soit bien au-delà de la ligne d’horizon. Cependant, les pertes liées à la propagation en espace libre ainsi que les faibles rendements de la diffusion des ondes électromagnétiques pénalisent fortement le bilan de liaison. Pour cette raison, les liaisons FH troposphériques présentent généralement des débits plus faibles (quelques dizaines de Mbits/sec), nécessitent des puissances d’émission élevées et utilisent des antennes de grandes dimensions, typiquement 3 à 9 mètres de diamètre.
[0007] Une manière d’améliorer le bilan de liaison, et donc de gagner en portée ou en débit, consiste à apporter de la diversité aux transmissions par faisceaux Hertziens. La notion de diversité consiste à utiliser différents canaux de propagation pour faire véhiculer la même information, afin de compenser dans une certaine mesure les phénomènes d’interférences qui affectent le signal sur chaque canal de propagation (évanouissements dus aux trajets multiples, diffusion, perturbations électromagnétiques, brouillage, etc...).
[0008] Par exemple, le canal de propagation étant sélectif en fréquences, deux signaux le traversant à des fréquences différentes ne subissent pas les évanouissements aux mêmes instants ni avec la même intensité. Les signaux obtenus en réception sont dé-corrélés et leur recombinaison permet d’améliorer la qualité de la liaison. Le principe est le même quel que soit l’ordre ou le type de diversité.
[0009] La notion d’ordre de diversité est relative au nombre de signaux dé-corrélés obtenus en réception. Plus les signaux sont dé-corrélés, meilleure est l’efficacité de la diversité. On parle de diversité d’ordre 2 lorsque deux signaux dé-corrélés sont obtenus en réception, d’ordre 4 pour quatre signaux dé-corrélés et d’ordre 6 pour six signaux dé-corrélés. Plus l’ordre de diversité est important, meilleure est la robustesse de la liaison vis-à-vis des phénomènes de propagation. Les phénomènes de propagation rencontrés en Faisceaux Hertziens en vue directe nécessitent généralement la mise en oeuvre de diversité d’ordre 1 ou 2. Pour les faisceaux Hertziens troposphériques, les phénomènes de propagation rencontrés requièrent généralement l’utilisation de diversité d’ordre 4.
[0010] Plusieurs types de diversités sont possibles, représentés schématiquement aux figures 3a à 3d.
[0011] La figure 3a représente le concept de diversité de fréquences. A l’ordre 2, ce concept consiste à utiliser deux fréquences, h et , pour la transmission des signaux. A condition que les fréquences soient suffisamment espacées, les deux signaux transmis subissent des évanouissements dé-corrélés et indépendants, et le signal combiné aura une meilleure disponibilité que chacun des signaux pris indépendamment. La diversité de fréquences ne constitue alors qu’un seul volume commun 301 , et ne requiert qu’une seule antenne sur chaque site. Ce type de diversité est simple à mettre en oeuvre et performant. Cependant, la ressource fréquentielle est limitée et l’utilisation de plusieurs fréquences engendre des contraintes sur la largeur de bande des équipements, en particulier à émission, c’est pourquoi l’ordre de diversité de fréquence employé est généralement limité à 2 ou 3.
[0012] La figure 3b représente le concept de diversité d’espace. A l’ordre 2, ce concept consiste à utiliser deux antennes à chaque extrémité de la liaison. L’intersection des faisceaux des antennes d’émission/réception se fait dans des volumes communs 311 et 312 sensiblement identiques. La diversité d’antennes se fait verticalement pour les réseaux FH en vue directe, et horizontalement pour les liaisons FH troposphériques. Le principe repose sur une diversité des chemins parcourus à la réception. A condition que les antennes soient suffisamment espacées, les signaux subissent des évanouissements dé-corrélés et indépendants. Le signal combiné aura alors une meilleure disponibilité que chacun des signaux pris seul. Ce type de diversité est très performant, peut facilement être porté à un ordre supérieur en utilisant un plus grand nombre d’antennes, et présente l’avantage de s’appuyer sur des équipements standards. Cependant, en fonction de la dimension des antennes, l’installation peut nécessiter une importante infrastructure pour être mise en oeuvre, et occuper une grande surface au sol. C’est le cas en particulier pour les liaisons troposphériques où les antennes paraboliques peuvent faire plusieurs mètres de diamètre, ce qui rend impossible leur installation sur un seul mat.
[0013] Un concept moins répandu est le concept de diversité angulaire, représenté à la figure 3c. A l’ordre 2, ce concept revient à recevoir deux signaux selon des angles (verticaux ou horizontaux) différents. La diversité angulaire nécessite une antenne particulière avec plusieurs sources. Chaque source est à l’origine d’un faisceau particulier. Chaque faisceau intersecte avec le faisceau de l’antenne de l’autre équipement dans une zone différente afin de former deux volumes communs distincts 321 et 322. Les deux signaux transmis subissent alors des évanouissements dé-corrélés et indépendants, et le signal combiné aura une meilleur disponibilité que chacun des signaux pris seul. L’intérêt de ce type de diversité est qu’elle ne requiert qu’une seule antenne de chaque côté de la transmission, ce qui permet un gain de place et de coût d’infrastructure. Cependant, la conception d’une telle antenne est difficile, puisqu’elle nécessite de positionner les bougies de manière à ce que les faisceaux soient décorrélés, tout en étant très proches les uns des autres. En effet, les antennes pour liens de communication FH troposphériques transmettent typiquement avec un angle de site inférieur à 1°, de manière à ce que le volume commun soit le plus proche possible du sol pour diminuer au maximum les pertes de propagation). L’antenne parabolique doit alors avoir un diagramme de rayonnement avec des lobes distincts dans un angle très étroit (typiquement inférieur à quelques degrés), ce qui implique des sources très rapprochées. En outre, les volumes communs doivent être proches pour que les signaux reçus de chacun des volumes communs aient des niveaux de puissance comparables. Cette proximité est un problème à l’émission, puisque lorsque les bougies sont rapprochées, la parabole intègre l’ensemble des signaux émis pour ne former qu’un unique faisceau, élargi, déformé et de puissance inférieure à celle du faisceau généré par une antenne sans diversité angulaire.
[0014] Enfin, à ordre de diversité équivalent, la diversité angulaire est généralement moins performante que la diversité d’espace. En effet, choisir des volumes communs très espacés permet de bénéficier d’un fort niveau de dé-corrélation entre les signaux, mais la distance vis-à-vis d’au moins un des volumes commun augmente alors, ce qui accentue les pertes en espace libre et dégrade le bilan de liaison sur ce chemin. En choisissant des volumes communs très proches, ce problème ne se pose pas, mais les volumes communs risquent de ne pas être totalement dé-corrélés. C’est pourquoi, à performances équivalentes, remplacer de la diversité d’espace par de la diversité angulaire requiert généralement l’augmentation de l’ordre de diversité.
[0015] Pour toutes ces raisons, la diversité angulaire n’est que rarement utilisée pour les transmissions par faisceaux Hertziens.
[0016] Les différents types de diversité peuvent être mixés. Par exemple, la figure 3d représente une mise en œuvre mélangeant diversité de fréquence et diversité d’espace pour une transmission depuis le site A vers le site B. Dans cet exemple, deux fréquences sont utilisées, ainsi que deux antennes d’un côté de la transmission, réalisant ainsi une diversité d’ordre 4. Ce type de système est le plus répandu dans l’état de la technique. Les quatre signaux subissent des évanouissements dé-corrélés et indépendants, et le signal combiné résultant de la somme des quatre signaux reçus aura une meilleure disponibilité que chaque signal pris indépendamment. L’inconvénient de ce système réside principalement en ce qu’il requiert deux antennes à la réception, ce qui n’est pas optimisé en termes d’infrastructure et d’encombrement. [0017] Un objet de l’invention est de permettre d’accéder à des ordres supérieurs de diversité, pour les communications par faisceaux Hertziens, et plus particulièrement pour les liaisons FH troposphériques. La diversité fréquentielle présentant un faible rendement spectral et la diversité d’espace un coût en termes de complexité d’implémentation et d’espace occupé par le matériel, l’invention s’appuie sur la diversité angulaire.
[0018] A cet effet, la Demanderesse a conçu une antenne parabolique comprenant une source à trois bougies positionnées sous la forme d’un triangle équilatéral centré autour de l’axe dans lequel rayonne la source de l’antenne parabolique. A émission, l’équipement injecte le même signal en phase sur les trois bougies. Par intégration des trois faisceaux, le diagramme de rayonnement de cette antenne parabolique présente un lobe unique, directif, homogène et centré. A la réception, l’équipement récupère les signaux séparément sur chacune des bougies puis les combine. De par leur disposition, chaque bougie pointe vers un volume commun distinct. La recombinaison produit donc un signal équivalent bénéficiant d’un gain de diversité théorique d’ordre 3.
[0019] Cette solution permet de concevoir simplement une antenne parabolique permettant de bénéficier de diversité angulaire d’ordre 3. Elle présente cependant deux défauts :
- à émission, la puissance d’émission est répartie sur les trois bougies de la source. Le faisceau émis par l’antenne FH est alors légèrement plus large que le faisceau unitaire des bougies : il est donc moins directif et de plus faible gain que si une seule bougie avait été utilisée. L’utilisation d’une seule bougie à l’émission dans ce système n’est pas possible car le faisceau résultant ne serait pas centré par rapport à la direction de rayonnement de l’antenne ;
- l’antenne est conçue avec des bougies statiques positionnées de manière à répondre à une configuration opérationnelle particulière (dépointage entre les lobes, fréquence porteuse, taille du réflecteur parabolique, distance de la source au réflecteur, environnement de propagation, polarisation des signaux, ...). Cette solution ne permet pas d’explorer tous les angles souhaités, ni d’adapter simplement la disposition des bougies en cas de modification des conditions opérationnelles. [0020] Un but de l’invention est alors de proposer une solution alternative visant à améliorer les performances de l’antenne, et à la rendre modulaire.
Résumé de l’invention :
[0021] A cet effet, la présente invention décrit un équipement de transmission pour communications par faisceaux Hertziens comprenant une antenne parabolique avec un réflecteur parabolique et une source rayonnant selon un premier axe. La source de l’antenne selon l’invention comprend :
- une bougie centrale, utilisée en émission et en réception, s’étendant selon le premier axe, et
- au moins deux bougies périphériques, utilisées uniquement en réception, positionnées en périphérie de la bougie centrale.
[0022] L’équipement de transmission selon l’invention est configuré pour émettre des signaux en utilisant uniquement la bougie centrale de l’antenne parabolique, et pour recevoir séparément des signaux de chacune des bougies de l’antenne parabolique puis pour les recombiner
[0023] Selon un mode de réalisation de l’invention, l’antenne parabolique comprend un support sur lequel sont disposées les bougies périphériques. Le support est alors mobile en rotation autour du premier axe et/ou les bougies périphériques sont mobiles en translation sur le support selon un deuxième axe sensiblement perpendiculaire au premier axe.
[0024] Selon un mode de réalisation, au moins une des bougies (la bougie centrale et/ou au moins une des bougies périphériques) est mobile en translation selon son axe longitudinal.
[0025] Selon un mode de réalisation, la source est mobile en rotation autour du premier axe.
[0026] Selon un mode de réalisation, au moins une des bougies est mobile en rotation autour de son axe longitudinal. [0027] L’invention porte également sur un système de transmission comprenant au moins un tel équipement de transmission.
[0028] Dans un mode de réalisation du système de transmission, les signaux sont transmis sur une pluralité de fréquences porteuses. Au moins un équipement de transmission est configuré pour combiner les signaux reçus sur chacune des fréquences porteuses, ce qui permet de bénéficier à la fois d’un gain de diversité angulaire et d’un gain de diversité fréquentielle.
[0029] Dans un autre mode de réalisation, compatible du précédent, au moins un équipement de transmission comprend une pluralité d’antennes paraboliques. Il est alors configuré pour combiner les signaux reçus sur chacune des antennes paraboliques, ce qui permet de bénéficier à la fois d’un gain de diversité angulaire et d’un gain de diversité spatiale.
Brève description des figures :
[0030] L’invention sera mieux comprise et d’autres caractéristiques, détails et avantages apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit, donnée à titre non limitatif, et grâce aux figures annexées qui suivent, données à titre d’exemple, parmi lesquelles :
- la figure 1 représente schématiquement une liaison par faisceaux Hertziens en vue directe ;
- la figure 2 représente schématiquement une liaison par faisceaux Hertziens troposphérique ;
- la figure 3a représente le concept de diversité de fréquences ;
- la figure 3b représente le concept de diversité d’espace ;
- la figure 3c représente le concept de diversité angulaire ;
- la figure 3d représente une mise en oeuvre mélangeant diversité de fréquence et diversité d’espace ;
- la figure 4 représente quatre types différents de montage d’une antenne parabolique ; - la figure 5 représente quatre modes de réalisation à trois bougies d’une source pour une antenne parabolique selon l’invention ;
- la figure 6 représente deux modes de réalisation à quatre bougies d’une source pour une antenne parabolique selon l’invention ;
- la figure 7 représente schématiquement les différents éléments d’un équipement de transmission par faisceaux Hertziens selon l’invention ;
- la figure 8 représente un diagramme de rayonnement d’une antenne parabolique dans un équipement selon un mode de réalisation de l’invention, en coupe dans un plan horizontal ;
- la figure 9 représente deux modes de réalisation d’une source selon l’invention dans lesquels l’écartement entre les bougies est ajustable ;
- la figure 10 représente trois modes de réalisation d’une source selon l’invention dans lesquels la focalisation de la bougie centrale est ajustable ;
- la figure 11 représente un mode de réalisation d’un système de communications par faisceaux Hertzien selon l’invention, avec une source à trois bougies alignées verticalement.
[0031] Des références identiques sont utilisées dans des figures différentes lorsque les éléments désignés sont identiques.
Description détaillée :
[0032] Un but de l’invention est de proposer une architecture d’antenne parabolique permettant d’atteindre des ordres de diversité élevés par utilisation de la diversité angulaire, et ce de manière efficace et modulable.
[0033] La figure 4 représente quatre types différents de montage d’une antenne parabolique, connus de l’état de la technique. Le montage A est un montage avec source centrée, le montage B un montage avec source décalée, le montage C un montage dit Cassegrain et le montage D un montage dit Grégorien.
[0034] Dans tous les cas, on retrouve un réflecteur parabolique 401 et une source 402 rayonnant selon un premier axe 410. Le premier axe correspond au centre du lobe principal du diagramme de rayonnement de la source à l’émission. C’est aussi l’axe dans lequel s’étend la bougie dans le cas d’une source mono-bougie. En émission, la source 402 émet le signal dans un cône en direction du réflecteur parabolique 401 (montages A et B) ou d’un réflecteur intermédiaire 403/404 (montages C et D) qui réfléchit vers le réflecteur parabolique 401. Les réflexions ont pour effet d’orienter l’ensemble des ondes électromagnétiques émises et de les concentrer dans une direction donnée. Le champ total émis est la somme de ces ondes redressées, ce qui permet aux antennes paraboliques de présenter des diagrammes de rayonnement ayant un lobe principal très étroit et de très fort gain.
[0035] Selon le montage, la source peut être positionnée au foyer de l’antenne parabolique (montage A), décalée verticalement par rapport au foyer (montage B), ou positionnée par rapport au réflecteur intermédiaire (montages C et D).
[0036] L’invention propose de modifier la source de l’antenne en utilisant au moins trois bougies au lieu d’une.
[0037] La figure 5 présente quatre modes de réalisation à trois bougies d’une source pour une antenne parabolique selon l’invention. Dans chacun de ces montages, la source comprend une bougie centrale 501 , disposée au centre de la source, et deux bougies périphériques 502 et 503. Ils permettent donc de bénéficier d’une diversité angulaire d’ordre 3.
[0038] Dans le mode de réalisation A, les bougies périphériques sont disposées de part et d’autre de la bougie centrale. Les trois bougies sont alignées horizontalement.
[0039] Dans le mode de réalisation B, les bougies périphériques sont disposées de part et d’autre de la bougie centrale. Les trois bougies sont alignées verticalement.
[0040] Dans le mode de réalisation C, les bougies périphériques sont disposées respectivement en-dessous et à côté de la bougie centrale, de manière à former un triangle rectangle dont l’angle droit se trouve au niveau de la bougie centrale.
[0041] Dans le mode de réalisation D, les bougies périphériques sont disposées respectivement au-dessus et à côté de la bougie centrale, de manière à former un triangle rectangle dont l’angle droit se trouve au niveau de la bougie centrale. [0042] Les modes de réalisation C et D permettent de loger trois bougies dans un volume plus réduit que les modes de réalisation A et B, et donc de générer des volumes communs plus proches.
[0043] Avantageusement, les bougies peuvent être placées sur un support 510. Dans l’exemple de la figure 5, le support est une structure métallique en forme de T centrée sur la bougie centrale. Le support métallique peut être mobile en rotation autour de la bougie centrale, ce qui permet de pouvoir faire commuter simplement et rapidement la source d’une configuration à une autre (par exemple du montage A au montage B ou du montage C au montage D). Le support peut prendre n’importe quelle autre forme. En particulier, il peut prendre la forme d’une croix pour mettre en oeuvre des modes de réalisation avec quatre bougies périphériques, ou sous la forme d’une étoile pour augmenter le nombre de bougies périphériques.
[0044] Avantageusement, une ou plusieurs parmi la bougie centrale 501 et les bougies périphériques 502 et 503 peuvent être montées mobiles en rotation autour de leur axe longitudinal, c’est-à-dire l’axe le long duquel s’étend leur lobe de rayonnement principal, comme par exemple l’axe 410 pour la bougie centrale. Cette mobilité permet de les pivoter de 90° pour ajuster leur polarisation.
[0045] La figure 6 représente deux modes de réalisation à quatre bougies d’une source pour une antenne parabolique selon l’invention. Dans chacun de ces montages, la source comprend une bougie centrale 601, disposée au centre de la source, et trois bougies périphériques 602, 603 et 604. Ils permettent donc de bénéficier d’un gain de diversité angulaire d’ordre 4.
[0046] Dans le mode de réalisation A, les bougies périphériques sont disposées respectivement à gauche, à droite et en-dessous de la bougie centrale.
[0047] Dans le mode de réalisation B, les bougies périphériques sont disposées respectivement au-dessus, en-dessous et à droite de la bougie centrale.
[0048] Tout comme pour l’antenne de la figure 5, le dispositif peut être adapté de manière à le rendre modulaire en : - montant les bougies 602 à 604 sur un support mobile en rotation autour de la bougie centrale,
- montant les bougies 601 à 604 mobiles en rotation.
[0049] Dans l’ensemble des modes de réalisation décrits aux figures 5 et 6, les bougies sont orientées de manière à éclairer le réflecteur parabolique 401 , ou le réflecteur intermédiaire 403/404 dans le cas d’un montage Cassegrain ou Grégorien.
[0050] L’écartement entre les faisceaux est directement lié à la distance entre les bougies, à la taille du réflecteur parabolique, et à la fréquence d’émission. Cet écartement doit être suffisant pour permettre une bonne dé-corrélation des volumes communs formés, mais suffisamment faible pour que les trois faisceaux aient peu de différence entre leur puissance moyenne reçue.
[0051] Contrairement à l’art antérieur, où chaque source de l’antenne parabolique doit disposer d’une source de puissance indépendante, ou à une solution à trois bougies formant un triangle équilatéral centré, l’invention n’utilise pas toutes les bougies pour émettre. Les signaux sont émis uniquement à partir de la bougie centrale, qui est positionnée sur l’axe 410. Ainsi, à l’émission, le diagramme de rayonnement est celui d’une antenne parabolique classique, c’est-à-dire un diagramme de rayonnement très directif et de gain maximum. A l’inverse, l’ensemble des bougies sont utilisées pour la réception. De par leurs positionnements, chaque bougie forme alors un lobe distinct du diagramme de rayonnement pointant vers un volume commun donné.
[0052] La figure 7 représente schématiquement les différents éléments d’un équipement de transmission par faisceaux Hertziens selon l’invention. Le système comprend un dispositif d’émission/réception 701 , configuré pour :
- mettre en forme et amplifier le signal à émettre à travers le faisceau Hertzien, et traiter les signaux reçus du faisceau Hertzien. [0053] Dans cet exemple, la source 702 utilisée correspond au mode de réalisation A de la figure 5, mais pourrait être remplacée par n’importe quel autre mode de réalisation.
[0054] A l’émission, le signal mis en forme et amplifié par le dispositif d’émission/réception 701 est émis par la bougie centrale de la source 702. Le dispositif 701 peut alors ne disposer que d’une seule chaîne radio d’amplification.
[0055] A la réception, les signaux sont reçus indépendamment sur chacune des bougies de la source 702, et sont recombinés dans le dispositif d’émission/réception 701 pour tirer avantage de la diversité de propagation. De nombreux algorithmes de recombinaison sont connus à cet effet. Par exemple, les signaux peuvent être directement sommés (algorithme d ’Equal Gain Combining, ou combinaison de gain égal), ou pondérés et sommés de manière cohérente (algorithme de Maximum Ratio Combining, ou combinaison à rapport maximal).
[0056] En recevant le signal séparément sur chacune des bougies, puis en combinant ces signaux, le dispositif selon l’invention permet d’exploiter des signaux diffusés dans des volumes communs différents, et par conséquent d’obtenir le gain de diversité attendu.
[0057] L’antenne parabolique décrite à la figure 7 est configurée pour émettre et recevoir en même temps par la bougie centrale, par exemple en polarisant orthogonalement les signaux à l’aide d’un transducteur orthomode. Selon le mode de réalisation, l’antenne parabolique selon l’invention peut être utilisée en réception seulement, auquel cas il n’est pas nécessaire de relier la bougie centrale à un transducteur orthomode.
[0058] La figure 8 représente un diagramme de rayonnement d’une antenne parabolique dans un équipement tel que celui représentée à la figure 7, en coupe dans un plan horizontal. Les trois bougies présentent chacune un lobe 801 , 802 et 803, les lobes étant décalés en fonction des écartements des bougies. A émission, le diagramme de rayonnement de l’antenne parabolique correspond au diagramme de rayonnement 802 de la bougie centrale puisque cette dernière est la seule à émettre. A la réception, de par leur écartement, chaque bougie rayonne dans une direction légèrement différente. Le diagramme de rayonnement de l’antenne parabolique présente donc trois lobes principaux correspondant aux lobes 801 , 802 et 803.
[0059] Dans l’exemple de la figure 8, les bougies sont espacées de sorte qu’à la réception, le découplage dans l’axe des lobes des bougies les plus proches soit d’environ 16 dB. Ajuster l’écartement entre les bougies permet d’augmenter ou de réduire les angles de dépointage et les niveaux auxquels les lobes se croisent.
[0060] Dans un mode de réalisation avantageux, les bougies périphériques sont montées mobiles en translation sur le support 510 selon au moins un deuxième axe sensiblement perpendiculaire au premier axe, ce qui permet d’ajuster l’écartement entre les bougies, et par conséquent les angles de dépointage et les niveaux de dé-corrélation entre les lobes, en fonction des conditions opérationnelles.
[0061] La figure 9 représente deux modes de réalisation d’une source selon l’invention, comprenant une bougie centrale et trois bougies périphériques. Les bougies périphériques 602 et 604 sont mobiles sur le support 510 selon l’axe 901 , perpendiculaire à l’axe 410. La bougie périphérique 603 est mobile sur le support 510 selon l’axe 902, perpendiculaire à l’axe 420. Entre le mode de réalisation A et le mode de réalisation B, l’écartement entre les bougies périphériques et la bougie centrale varie, faisant ainsi varier l’écartement entre les lobes de l’antenne parabolique. Les écartements entre les bougies peuvent être choisis comme sensiblement identiques, ou être différents, en fonction des besoins opérationnels.
[0062] Dans un mode de réalisation avantageux, une ou plusieurs des bougies est montée mobile en translation autour de son axe longitudinal (c’est-à-dire l’axe dans lequel elle rayonne, comme par exemple l’axe 410 pour la bougie centrale), ce qui permet d’ajuster la focalisation des bougies concernées.
[0063] La figure 10 représente trois modes de réalisation d’une source selon l’invention, comprenant une bougie centrale et trois bougies périphériques. La bougie centrale est mobile en translation le long de l’axe 410, ce qui permet de pouvoir ajuster la focalisation de cette bougie. Les modes de réalisation A et C correspondent au mode de réalisation B dans lequel la bougie centrale est décalée respectivement de +10mm et -10mm. La mobilité en translation des bougies peut s’appliquer de la même manière aux bougies périphériques.
[0064] Enfin, afin de pouvoir ajuster la polarisation des signaux émis/reçus par l’antenne parabolique, dans un mode de réalisation avantageux, l’ensemble de la source est mobile en rotation autour de l’axe 410. Une rotation de 90° de la source autour de cet axe entraîne un changement de polarisation de l’ensemble des signaux émis et reçus, permettant ainsi à l’antenne de s’adapter à la polarisation des signaux utilisés par l’autre équipement impliqué dans la transmission.
[0065] La diversité angulaire apportée par l’antenne parabolique selon l’invention peut être combinée avec les autres types de diversité.
[0066] La figure 11 représente un mode de réalisation d’un système de communications par faisceaux Hertzien selon l’invention, avec une source à trois bougies alignées verticalement. Dans ce mode de réalisation, l’antenne parabolique selon l’invention est utilisée des deux côtés 1101 et 1102 de la transmission, et émet en utilisant deux fréquence L et - Dans le sens site A vers site B, l’intersection du lobe principal de l’antenne parabolique d’émission 1101 et des trois lobes de l’antenne parabolique de réception 1102 forment trois volumes communs distincts 1111 , 1112 et 1113, ce qui permet à la transmission de bénéficier d’un gain de diversité d’ordre 3. Combiné à la diversité de fréquence d’ordre 2, la communication par faisceaux Hertziens représentée bénéficie alors d’une diversité d’ordre 6, ce qui en fait une solution présentant de meilleures performances que les solutions largement répandues à diversité d’espace et de fréquence (diversité d’ordre 4), sans que ne se pose le problème d’encombrement lié à la diversité d’espace.
[0067] Pour une transmission à sens unique, l’antenne parabolique selon l’invention pourrait n’être implémentée que du côté du récepteur.
[0068] L’antenne parabolique selon l’invention est une solution modulaire dans laquelle des éléments peuvent être ajoutés et retranchés. Elle peut se présenter sous la forme d’une structure permettant d’ajuster la position des différents éléments, que ce soit la disposition des bougies, leur écartement, leur focalisation ou la polarisation des signaux transmis. Cette structure modulaire permet de pouvoir adapter le montage aux conditions opérationnelles, et la rend compatible d’utilisations variées.
[0069] Par exemple, en cas de changement de fréquence de fonctionnement, l’écartement, la focalisation et la disposition des bougies de la source pourront être ajustées afin d’optimiser la direction des lobes et les performances de l’antenne.
[0070] Dans un autre exemple, une antenne parabolique pour une transmission par faisceaux Hertziens en vue directe au-dessus d’une étendue d’eau utilisera préférablement une configuration telle que celle donnée au mode de réalisation B de la figure 5, afin de bénéficier des trajets multiples apportés par les réflexions sur la mer. A l’inverse, une antenne parabolique pour une transmission par faisceaux Hertziens troposphérique utilisera préférablement une configuration telle que celle donnée au mode de réalisation A de la figure 5, afin d’élargir le volume d’observation. L’antenne parabolique selon l’invention permet de passer d’une configuration à l’autre par une simple rotation du support 510.
[0071] Les ajustements des positions des bougies ou du support de l’antenne parabolique selon l’invention peuvent être faits manuellement ou à partir de moyens mécaniques contrôlables par des moyens informatiques, pour bénéficier d’un maximum de précision.
[0072] L’antenne parabolique à N bougies selon l’invention, avec N > 3, présente donc à l’émission le diagramme de rayonnement optimal d’une antenne parabolique car une seule bougie est utilisée. A la réception, le diagramme de rayonnement comprend au moins trois lobes dé-corrélés et très rapprochés. Les caractéristiques et performances de l’antenne sont ajustables en fonction des besoins opérationnels, en modifiant l’écartement entre les bougies.
[0073] La diversité angulaire obtenue grâce à l’antenne parabolique selon l’invention peut également être associée à de la diversité d’espace, en augmentant le nombre d’antennes paraboliques impliquées dans la communication. Enfin, l’antenne parabolique selon l’invention peut être utilisée dans un système de transmissions par faisceau Hertzien utilisant diversité de fréquence et diversité d’espace, afin d’apporter une capacité supplémentaire de diversité angulaire, pour atteindre des ordres diversité très élevés. Par exemple, un système comprenant :
- une antenne parabolique standard ou à trois bougies selon l’invention pour émettre,
- deux antennes à trois bougies selon l’invention pour recevoir (diversité angulaire d’ordre 3 et diversité d’espace d’ordre 2) et utilisant deux fréquences (diversité fréquentielle d’ordre 2), bénéficiera d’un ordre de diversité égal à 12, ce qui permet d’augmenter considérablement la portée et/ou les débits de la transmission troposphérique.
[0074] Ainsi, l’antenne parabolique selon l’invention permet d’atteindre des niveaux de diversité importants, en particulier lorsque combinée à de la diversité de fréquence et/ou d’espace.

Claims

REVENDICATIONS
1. Equipement de transmission pour communications par faisceaux Hertziens comprenant une antenne parabolique avec un réflecteur parabolique (401) et une source rayonnant selon un premier axe (410), la source comprenant :
- une bougie centrale (501) s’étendant selon le premier axe, et
- au moins deux bougies périphériques (502, 503), positionnées en périphérie de la bougie centrale, caractérisé en ce qu’il est configuré pour émettre des signaux en utilisant uniquement la bougie centrale (501) de l’antenne parabolique, et en ce qu’il est configuré pour recevoir séparément des signaux de chacune des bougies (501, 502, 503) de l’antenne parabolique puis pour les recombiner.
2. Equipement de transmission selon la revendication 1 , dans lequel l’antenne parabolique comprend un support (510) sur lequel sont disposées les bougies périphériques, le support étant mobile en rotation autour du premier axe.
3. Equipement de transmission selon l’une des revendications précédentes, dans lequel l’antenne parabolique comprend un support (510) sur lequel sont disposées les bougies périphériques, les bougies périphériques étant mobiles en translation sur le support selon un deuxième axe (901 , 902) sensiblement perpendiculaire au premier axe.
4. Equipement de transmission selon l’une des revendications précédentes, dans lequel au moins une des bougies (501) de l’antenne parabolique est mobile en translation selon son axe longitudinal (410).
5. Equipement de transmission selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la source de l’antenne parabolique est mobile en rotation autour du premier axe (410).
6. Equipement de transmission selon l’une des revendications précédentes, dans lequel au moins une des bougies (501 , 502, 503) de l’antenne parabolique est mobile en rotation autour de son axe longitudinal.
7. Equipement de transmission selon l’une des revendications précédentes, configuré pour communiquer avec un autre équipement de transmission et pour exploiter la diversité spatiale des signaux reçus.
8. Système de transmission comprenant au moins un équipement de transmission selon l’une des revendications 1 à 7.
9. Système de transmission selon la revendication 8, dans lequel les signaux sont transmis sur une pluralité de fréquences porteuses, et dans lequel au moins un équipement de transmission (1102) est configuré pour combiner les signaux reçus sur chacune des fréquences porteuses.
10. Système de transmission selon l’une des revendications 8 et 9, dans lequel au moins un équipement de transmission comprend une pluralité d’antennes paraboliques, et est configuré pour combiner les signaux reçus sur chacune des antennes paraboliques.
PCT/EP2020/086358 2019-12-26 2020-12-16 Antenne parabolique multilobes pour communications par faisceaux hertziens tropospheriques WO2021130072A1 (fr)

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