[0001] L'invention concerne notamment un système antennaire intégré de télécommunications
spatiales pour les stations terrestres mobiles (Satcom).
[0002] Elle peut aussi être utilisée dans des domaines connexes, tels que les radars, les
faisceaux hertziens, chaque fois que le système antennaire se trouve en mouvement
par rapport à son porteur.
[0003] Dans les télécommunications spatiales en bande C, X, Ku, Ka, Q, etc, avec les satellites
géostationnaires existants, les stations terrestres mobiles sont supposées équipées
d'une antenne agile pointée automatiquement sur le satellite de trafic, quelle que
soit la position de celui-ci dans le ciel (toutes les élévations de 0 à 90 degrés,
tous les gisements de 0 à 360 degrés).
[0004] Dans la description les directions de verticale et d'horizontale sont référencées
sur les figures. Elles se rapportent par exemple à un sol supposé horizontal et plan
noté S, ou encore au lieu sur lequel est disposée l'antenne.
[0005] La figure 1 montre un exemple de système antennaire usuel selon l'art antérieur.
L'antenne est une antenne parabolique motorisée 1, représentée ici avec son réflecteur
principal 2 et sa source 3. L'ensemble est protégé par un radôme 4. La figure 1 montre
l'antenne dans 3 positions d'élévation, respectivement une position horizontale, une
position à 45 degrés et une position verticale. Le volume interne du radôme 4 est
majoritairement occupé par l'antenne 1 et son débattement. Toute proportion gardée,
il reste donc peu de place pour loger les équipements associés à l'antenne, tels que
la motorisation, l'amplificateur de puissance, l'amplificateur faible bruit, les transpositions
et tous les équipements habituellement associés au fonctionnement d'une antenne. Une
partie de ces équipements est parfois déportée dans d'autres compartiments de la station,
souvent de manière peu commode.
[0006] Une autre solution selon l'état de l'art antérieur consiste à utiliser une antenne
à balayage électronique 5, tel que représentée sur la figure 2. Ce type d'antenne
présente notamment comme propriétés d'être plane et de pouvoir dépointer électroniquement
son faisceau selon un axe « A ». La figure 2 montre une antenne réalisant un balayage
électronique en élévation 6 et un dépointage mécanique en gisement 7. Par rapport
à l'antenne de la figure 1, il n'y a plus de débattement d'antenne. En comparant la
figure 1 et la figure 2, on constate qu'une bonne partie du volume initialement occupé
par le débattement de l'antenne est libéré et donc disponible (volume référencé 8
sur la figure).
[0007] Cette solution rencontre néanmoins des difficultés relatives à l'antenne à balayage
électronique; à savoir, le coût, les performances, etc.
[0008] Le système antennaire selon l'invention réside sur une approche nouvelle utilisant
judicieusement une antenne plate dont le faisceau d'antenne est fixe mais dépointé
de l'axe mécanique de l'antenne, ce dernier étant également incliné par rapport à
un axe mécanique principal.
[0009] L'invention concerne un système antennaire intégré pour des télécommunications comportant
au moins une antenne sensiblement plate et circulaire équipée d'un axe de rotation
coïncidant avec son axe, l'antenne étant solidaire d'un support comprenant lui-même
un axe de rotation caractérisé en ce que l'axe de rotation de l'antenne est incliné
d'un angle θ par rapport à l'axe de rotation du support d'antenne et le faisceau d'antenne
fait un angle ϕ par rapport à l'axe de rotation de l'antenne.
[0010] Le diamètre de l'antenne est par exemple choisi en fonction de l'application de communication.
[0011] L'angle θ est par exemple égal à 45 degrés par rapport à un deuxième axe de rotation
(axe de rotation du support) sensiblement vertical, et l'angle ϕ est égal à 45 degrés.
L'ensemble présente ainsi la propriété par rotation de chacun des angles et selon
les valeurs prises de couvrir le demi-angle situé au-dessus de l'horizontale par le
faisceau d'antenne.
[0012] Le système antennaire selon l'invention présente l'avantage déterminant d'utiliser
une simple antenne plate passive à faisceau fixe dont la conception peut être optimisée
pour l'inclinaison du faisceau retenue. Les performances radioélectriques en terme
de gain d'antenne dans l'axe de faisceau, ainsi que de rayonnement hors axe en termes
de lobes secondaires sont alors optimales et maintenues constantes quelque soit le
pointage souhaité
[0013] Le système antennaire selon l'invention présente également l'avantage d'être compact
et intégré. La rotation selon les deux axes permet de couvrir un domaine de pointage
significatif. Le volume initialement nécessaire pour le débattement de la parabole
se libère pour laisser la place aux équipements associés à l'antenne.
[0014] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux à la lecture
de la description qui suit d'un exemple de réalisation donné à titre illustratif et
nullement limitatif annexée des figures qui représentent :
- La figure 1 un exemple de système antennaire selon l'état de l'art antérieur,
- La figure 2 une solution d'antenne compacte à balayage électronique selon l'art antérieur,
- La figure 3 un exemple d'antenne illustrant le principe mis en oeuvre par l'invention,
- La figure 4A une vue en coupe et la figure 4B une vue en perspective d'une variante
de réalisation du système antennaire de la figure 3 comprenant deux antennes.
[0015] La figure 3 schématise un système antennaire comprenant une antenne plate 10, circulaire,
de faisceau incliné par exemple à (ϕ = 45° par rapport à son axe mécanique 12, lui-même
incliné à 45 degrés par rapport à la verticale du lieu. L'antenne tourne sur son axe
mécanique propre 12, un moteur 15 permet cette rotation. L'antenne est associée à
un axe de rotation vertical en gisement 11 également motorisé 16. Les autres éléments
associés à l'antenne et connus de l'Homme du métier, ne sont pas représentés car ils
n'interviennent pas dans la compréhension de l'invention.
[0016] Selon cet agencement, une rotation de l'antenne sur son axe mécanique 12 fait courir
le faisceau d'antenne 13 sur un cône de 90 degrés de sommet, le faisceau passant par
toutes les valeurs d'élévation de l'horizontale à la verticale (faisceau d'antenne
position basse F
apb et faisceau d'antenne position haute F
aph). La rotation de l'antenne sur l'axe de gisement permet d'orienter le faisceau dans
toutes les directions de gisement utiles pour viser un satellite.
[0017] De manière plus générale, soit θ l'inclinaison de l'axe mécanique de l'antenne par
rapport à la verticale du lieu et ϕ l'inclinaison du faisceau d'antenne par rapport
à l'axe mécanique d'antenne, la rotation de l'antenne sur son axe mécanique permet
d'atteindre toutes les valeurs d'élévations comprises entre (θ + ϕ) et (θ - ϕ) par
rapport à la verticale, soit un secteur angulaire égal à 2 fois la plus petite valeur
de θ ou ϕ, soit 2 fois min(θ, ϕ). Pour θ = ϕ = 45 degrés, le faisceau prend donc toutes
les valeurs d'élévation comprises entre 0 et 90 degrés comme l'indique la figure 3.
[0018] Afin de mieux faire comprendre le principe mis en oeuvre dans l'invention, l'exemple
qui suit concerne un système antennaire intégré monté sur le fuselage d'un avion de
ligne. Dans cette application, le système antennaire doit présenter une faible épaisseur
pour limiter la traînée aérodynamique.
[0019] Les figures 4A et 4B schématisent une vue en coupe et une vue en perspective d'une
antenne installée sur un fuselage d'un avion de ligne, dont les dimensions sont données
à titre d'exemple non limitatif.
[0020] Le système antennaire de la figure 4 comprend 2 antennes plates 20, 21 circulaires
de 50 cm de diamètre, les antennes sont disposées par rapport à un support 22 supposé
horizontal (en pratique, le haut du fuselage de l'avion). La valeur du diamètre respectivement
D
1 et D
2 des antennes est choisie par exemple en fonction de l'application de radio-transmission.
Chacune des antennes 20, 21 (plan de l'antenne qui est incliné) est inclinée par exemple
d'un angle α
1= α
2 = 20 degrés par rapport au support 22. Chaque antenne tourne sur son axe mécanique,
respectivement 23, 24. La première antenne 20 présente un faisceau incliné d'un angle
ϕ
1 = 60° et la deuxième antenne a un faisceau incliné d'un angle ϕ
2 = 20°. L'ensemble tourne en gisement autour d'un axe principal 25 vertical par rapport
au support sur lequel est positionné l'antenne. Tous les axes mécaniques sont motorisés
au moyen de moteurs non représentés car ne participant pas directement au principe
de l'invention. Le système antennaire est protégé par exemple par un radôme 26 ayant
une base circulaire de 1 mètre de diamètre et une épaisseur de 20 cm.
[0021] Selon cet agencement, la première antenne 20 couvre les élévations de 10 à 50 degrés
(40 à 80 degrés par rapport à la verticale 25), la deuxième antenne 21 couvre les
élévations de 50 à 90 degrés (0 à 40 degrés par rapport à la verticale 25 définie
précédemment). L'ensemble permet notamment d'atteindre toutes les élévations comprises
entre 10 et 90 degrés (0 et 80 degrés par rapport à la verticale 25) et tous les gisements
de 0 à 360 degrés, soit la totalité du secteur utile pour un avion de ligne. L'espace
disponible sous les antennes plates est disponible par exemple pour loger les différents
équipements connexes à l'antenne et obtenir un système intégré de faible dimension.
1. Système antennaire intégré pour des télécommunications comportant: au moins une antenne
(10) sensiblement plate et circulaire équipée d'un axe de rotation (12) coïncidant
avec son axe, l'antenne (10) étant solidaire d'un support comprenant lui-même un axe
de rotation (11) caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux antennes plates (20, 21) sensiblement circulaires de diamètre
(D1, D2), chacune des antennes (20, 21) est inclinée par exemple d'un angle α par rapport
au support d'antenne, et en ce que l'antenne (20) présente un faisceau incliné d'un angle ϕ1 et l'antenne (21) a un faisceau incliné d'un angle ϕ2 par rapport à l'axe de rotation de l'antenne et en ce qu'il comporte un dispositif adapté à faire tourner les antennes et leur support.
2. Système antennaire selon la revendication 1 caractérisé en ce que le α1= α2 = 20 degrés, ϕ1 = 60° et ϕ2 = 20°.
3. Système antennaire selon la revendication 1 caractérisé en ce que le diamètre de l'antenne est choisi en fonction de l'application de communication.
4. Système antennaire selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce qu'il comprend un radôme englobant les éléments antennaires.
5. Système antennaire selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisé en ce qu'il est disposé sur un fuselage d'avion.
6. Procédé d'émission d'un ou de plusieurs faisceaux d'antennes dans un système de télécommunications,
caractérisé en ce que l'on fait tourner un ensemble comprenant au moins deux antennes plates (20, 21) sensiblement
circulaires de diamètre (D1, D2), chacune des antennes (20, 21) est inclinée par exemple d'un angle α par rapport
au support d'antenne, l'antenne (20) présentant un faisceau incliné d'un angle ϕ1 et l'antenne (21) a un faisceau incliné d'un angle ϕ2 par rapport à l'axe de rotation de l'antenne, la rotation s'effectuant en gisement
autour d'un axe principal (25) vertical par rapport au support sur lequel est positionné
l'ensemble.