[0001] L'invention concerne un positionneur pour antenne utilisée notamment dans le domaine
des communications par satellite. Le positionneur peut aussi être utilisé dans des
applications qui nécessitent une précision dans l'établissement de liaisons. Elle
concerne aussi un positionneur d'antenne parabolique pour la communication avec un
satellite, le positionneur étant positionné sur un porteur en mouvement.
[0002] Il existe différents types de positionneurs d'antenne pour l'établissement de liaisons
et de communication avec un satellite. Ces positionneurs sont, soit fixes par rapport
au sol, soit mobiles lorsqu'ils sont placés sur un porteur en mouvement.
[0003] Les positionneurs azimut/élévation habituellement utilisés comportent deux axes de
rotation, l'un permettant de faire varier l'azimut de l'antenne parabolique, c'est-à-dire
l'angle horizontal entre la direction de l'antenne et une direction de référence correspondant
généralement au nord géographique, et l'autre permettant de faire varier l'élévation
de l'antenne et la direction de référence. De tels positionneurs ont cependant comme
inconvénient de présenter un point singulier à la verticale, i.e., au zénith. La notion
de point singulier est connue de l'homme du métier et désigne un point où, la communication
entre le satellite et l'antenne est difficile, voire impossible, du fait des contraintes
dynamiques de positionnement de l'antenne dans la direction du point singulier.
[0004] Le brevet
EP 2448063 du demandeur offre un positionneur dépourvu de point singulier à la verticale et
équilibré sans ajout de contrepoids sur le positionneur, ou éventuellement avec de
très faibles contrepoids. Les problèmes d'équilibrage des positionneurs d'antenne
parabolique sont notamment résolus grâce au choix de la valeur d'entraxe.
[0005] Il existe aussi des positionneurs à trois axes sans point singulier. Ces derniers
présentent en général des structures lourdes et complexes.
[0006] De plus, la cinématique connue de l'art antérieur repose sur des technologies utilisant
des aciers inoxydables, des guidages courbes à recirculation de billes et un engrenage
de précision. L'utilisation de l'acier inoxydable est un inconvénient pour fournir
un positionneur avec un faible poids. Certaines solutions connues de l'art antérieur
combinent l'acier avec de l'aluminium. Ceci pose toutefois des problèmes de dilatation
thermique différentielle, et de couplage galvanique.
[0007] Ainsi, l'utilisation de l'acier avec l'aluminium peut induire sur le positionneur
deux axes, notamment les défauts cités ci-après.
[0008] Une ovalisation des guidages courbes en fonction de la température peut se produire.
Cette ovalisation provoque une augmentation de la résistance au roulement qui nuit
aux performances d'asservissement. L'ovalisation peut également impacter la fiabilité
sur le long terme. L'utilisation de l'acier avec l'aluminium génère aussi une variation
du jeu de l'engrenage en fonction de la température. Pour tenir des performances de
pointage global de l'ordre de 0,1°, notamment dans le cas d'asservissement en boucle
fermée connu de l'homme du métier, il est nécessaire d'avoir un jeu d'engrenage faible,
typiquement compris entre 0° et 0,02° sur une large plage de température, typiquement
-40°C à +80°C. La stabilité de l'asservissement dans des conditions dynamiques est
très dépendante du jeu de l'engrenage.
[0009] Il existe donc à l'heure actuelle un besoin de disposer d'un positionneur pour antenne
utilisée notamment dans le domaine des communications par satellite, présentant un
faible poids, des performances de pointage importantes, une absence de point singulier
à la verticale, une tenue mécanique, etc.
[0010] Dans la suite de la description, la notion d'axe horizontal est connue de l'homme
du métier et se réfère notamment à un axe parallèle au plan supposé horizontal sur
lequel est placé le socle du positionneur comme il sera décrit ci-après.
[0011] L'invention concerne un positionneur d'antenne comportant au moins les éléments suivants,
un socle destiné à recevoir un berceau de support monté de manière rotative par rapport
au socle selon un premier axe de rotation, ledit berceau de support comportant au
moins une couronne de guidage, caractérisé en ce que ladite couronne de guidage est
composée d'au moins les éléments suivants :
- une première couronne constituée d'un premier matériau,
- au moins une deuxième couronne constituée d'un deuxième matériau,
- une cale intercalée entre la première couronne et la deuxième couronne, la forme de
la cale étant adaptée à la forme de la première couronne et à la forme de la deuxième
couronne,
- ladite cale étant en un matériau adapté pour favoriser le glissement de la première
couronne par rapport à la deuxième couronne et éviter des phénomènes de détérioration
physico-chimique,
- la première couronne, la deuxième couronne et la cale comportant des orifices permettant
le passage de moyens de fixation et une liaison pivot.
[0012] Le matériau de la première couronne est, par exemple, de l'aluminium et celui de
la deuxième couronne de l'acier inoxydable.
[0013] La couronne de guidage comprend, par exemple, deux deuxièmes couronnes disposées
de part et d'autre de ladite première couronne, une deuxième couronne supportant un
ou plusieurs rails comprenant des pistes de recirculation de billes, la première couronne
comprend une première et une deuxième extrémité, et présente une partie dentelée comprenant
plusieurs trous destinés à recevoir des moyens de fixation et aussi un premier orifice
positionné au centre de la partie dentelée et un deuxième orifice positionné à l'une
des deux extrémités afin que le plan passant par le centre du premier orifice et l'axe
X soit parallèle à un axe Y orthogonal à l'axe de rotation X, la forme des orifices
est choisie pour fixer un pion par un ajustement serré, la cale comporte plusieurs
trous répartis de manière identique à ceux distribués sur la première couronne, la
dimension d'un trou est supérieure au diamètre des moyens de fixation, et plusieurs
orifices similaires aux orifices de la première couronne avec des dimensions supérieures
au diamètre des pions, la deuxième couronne comporte plusieurs orifices distribués
de manière identique à ceux de la première couronne, les dimensions des orifices sont
supérieures à la dimension des moyens de fixation, par exemple au diamètre des moyens
de fixation, la dimension de l'orifice est choisie pour assurer une liaison pivot
avec la première partie de la couronne, au moyen d'un pion.
[0014] Un orifice peut avoir une forme oblong choisie pour induire, sous dilatation différentielle
des matériaux, une rotation de la première couronne par rapport aux deuxièmes couronnes
suivant un axe de rotation passant par le centre des orifices. La forme des premiers
orifices d'une couronne est par exemple identique à la forme des deuxièmes orifices
de la couronne.
[0015] Les moyens de fixation sont, par exemple, des vis et un système de contre-écrou permettant
de fixer l'ensemble des éléments constituant la couronne avant son montage sur le
positionneur.
[0016] Les vis sont vissées dans la première couronne avec un couple de serrage spécifique
de façon à limiter la précharge de serrage pour favoriser le glissement entre la première
couronne et la deuxième couronne.
[0017] La partie dentelée est, par exemple, adaptée à conférer à la première couronne des
propriétés de masse et de raideur optimale.
[0018] Le matériau de la cale utilisée est du Kapton ®.
[0019] L'antenne installée au niveau du positionneur selon l'invention est une antenne parabolique.
[0020] D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront mieux
à la lecture de la description, d'exemples de réalisation donnés à titre illustratif,
annexée des figures qui représentent :
- Figure 1, une vue en élévation d'un positionneur,
- Figure 2, une vue en perspective du positionneur de la figure 1,
- Figure 3A et figure 3B, une vue éclatée du montage et de l'assemblage selon l'invention
des éléments constituant la couronne de guidage, et
- Figure 4, une vue détaillée de la fixation des éléments.
[0021] Afin de mieux faire comprendre la structure du positionneur selon l'invention, la
description est donnée, à titre illustratif et nullement limitatif, pour un positionneur
Satcom à deux degrés de liberté avec une antenne parabolique.
[0022] La figure 1 représente un exemple de positionneur 1 équipé d'un ensemble mobile 2
à deux degrés de liberté comportant une antenne parabolique 3 et un amplificateur
radiofréquence 4 monté au dos de l'antenne parabolique 3.
[0023] Le positionneur 1 permet le pointage de l'antenne parabolique en direction d'un satellite
5. Le positionneur comporte un socle 10 comprenant un plateau 12 qui s'interface lui-même
avec deux supports 13 sur lesquels se fixent deux patins à recirculation de billes
14, par exemple.
[0024] Un berceau de support 20 comporte une couronne de guidage 21 qui coopère avec les
patins 14 de manière à obtenir sa rotation selon un premier axe de rotation X.
[0025] L'antenne parabolique 3 et l'amplificateur radiofréquence 4 constituent une masse
mobile en rotation par rapport au berceau 20. Pour cela, le berceau comporte un arbre
de rotation 22 d'axe Y qui reçoit l'antenne parabolique. Le berceau comprend aussi
des moyens d'actionnement et de mesure 23 connus de l'homme du métier. L'arbre de
rotation 22 et les moyens d'actionnement permettent l'entraînement en rotation de
l'antenne parabolique par rapport au berceau autour du deuxième axe horizontal Y.
L'axe Y s'étend orthogonalement à un premier axe de rotation horizontal X, en étant
porté par le berceau 20.
[0026] L'antenne parabolique s'étend au-dessus de l'axe Y.
[0027] Pour positionner la couronne de guidage 21 de manière angulaire, le dispositif comporte,
par exemple, un codeur absolu multi-tour placé sur l'axe de rotation du moteur électrique
selon un principe connu de l'homme du métier et qui ne sera pas détaillé pour des
raisons de simplification.
[0028] La couronne de guidage 21 selon l'invention est détaillée aux figures 3A et 3B. Le
choix des matériaux constituant la couronne de guidage et la manière d'assembler les
différents éléments va permettre de résoudre, notamment, les problèmes de poids des
positionneurs selon l'art antérieur.
[0029] Le positionneur 1 comporte également un moteur électrique 26 (figure 2) accouplé
à un pignon 27 pour permettre la rotation du pignon. Le moteur électrique et le pignon
sont fixés sur les supports 13 entre les deux patins 14. Une couronne dentée 29 coopère
avec le pignon 27 de sorte que, lorsque le moteur électrique permet de mettre en rotation
le pignon, celui-ci entraîne la rotation de la couronne dentée et donc la rotation
de la couronne de guidage autour du premier axe de rotation X. Le principe de mise
en rotation d'une telle couronne est bien connu de l'homme du métier et ne sera pas
détaillé.
[0030] La figure 3A décrit de manière détaillée un exemple de structure de la couronne de
guidage selon l'invention, la figure 3B un détail de liaison.
[0031] La couronne de guidage 21 est composée d'une première couronne 210 usinée en aluminium
par exemple, d'une cale 211 venant s'intercaler entre la première couronne et chacune
des deuxièmes couronnes 212 en acier inoxydable disposées de part et d'autre de la
première couronne 210. Une deuxième couronne 212 supporte les rails 213 en acier inoxydable
comprenant les pistes de recirculation de billes. Le dispositif de recirculation de
bille est porté par les patins 14.
[0032] La technologie de rail courbe avec patins à recirculation de billes est choisie pour
des raisons de rigidité et de précision de mouvement. Sans sortir du cadre de l'invention,
on pourrait utiliser une technologie avec des patins à galets ou toute autre technologie
connue de l'homme du métier, reposant sur l'utilisation de l'acier.
[0033] La première couronne 210 présente une partie dentelée 2101 comprenant plusieurs trous
2102 destinés à recevoir des vis de fixation 214 et aussi un premier orifice 2103
positionné au centre de la partie dentelée, i.e., au milieu des deux extrémités 210a
et 210b de la première couronne et un deuxième orifice 2104 positionné à l'une des
deux extrémités 210a ou 210b, de sorte que le plan P1 passant par le centre de l'orifice
2104 et l'axe X est parallèle à l'axe Y (figure 1). La forme des orifices 2103 et
2104 est notamment choisie pour fixer, par un ajustement serré, un pion 215 ayant
notamment pour fonction de bloquer l'ensemble. La partie dentelée permet notamment
de conférer à la première couronne 210 des propriétés de masse et de raideur optimale.
[0034] La cale 211 est, par exemple, réalisée en film de polyimide commercialisé sous le
nom Kapton®, afin de favoriser le glissement lors de l'assemblage de la première couronne
210 et d'une deuxième couronne 212, et lorsque les pièces se déforment sous l'effet
de variation de température. La cale 211 permet aussi d'assurer une isolation galvanique
entre le matériau de la première couronne 210 en aluminium et le matériau, inox par
exemple, de la deuxième couronne 212 et garantir ainsi une tenue à la corrosion, par
exemple pour des applications dans des atmosphères salines. La forme de la cale 211
est adaptée à la forme de la première couronne 210 et de la deuxième couronne 212.
La cale 211 comporte des premiers trous 2112 répartis de manière identique à ceux
distribués sur la première couronne 210 et de diamètre supérieur au diamètre des vis
de fixation 214. Elle comporte aussi des premiers orifices 2113 et des deuxièmes orifices
2114 similaires aux premiers et aux deuxièmes orifices de la première couronne mais
de diamètre supérieur au diamètre des pions 215.
[0035] Les couronnes en inox 212 comportent des trous 2122 et des premiers orifices 2123
et deuxièmes orifices 2124 distribués de manière identique à ceux de la première couronne.
Les trous 2122 ont leur diamètre supérieur au diamètre des vis de fixation 214. Les
dimensions et la forme des orifices 2123 sont notamment choisis pour assurer une liaison
pivot avec la première couronne, au moyen du pion 215. La forme de l'orifice 2124,
de forme oblong par exemple, est notamment choisie pour induire, sous dilatation différentielle
des matériaux, une rotation de la couronne 210 par rapport aux couronnes 212 suivant
un axe de rotation passant par le centre des orifices 2103 et 2123 (FIG.3B). Sur la
plage de température -40°C à +80°C, cette rotation reste faible et ne compromet pas
les performances de pointage du positionneur.
[0036] Des vis 214 et un système de contre-écrou permettent de fixer l'ensemble des éléments
constituant la couronne avant son montage sur le positionneur. Un contre-écrou 216
permet de tenir les exigences de serrage de visserie par rapport à des environnements
extrêmes, tels que des phénomènes de vibration, des variations de température. La
précharge amenée par le contre-écrou est équilibrée par le filetage 218 de la première
couronne 210 et ne participe pas à la précharge entre la première couronne 210 et
la deuxième couronne 212.
[0037] Les vis 214 sont vissées dans la première couronne 210 avec un couple de serrage
spécifique de façon à limiter la précharge de serrage pour favoriser le glissement
entre la première couronne 210 et la deuxième couronne 212. Le mouvement de rotation
est obtenu par compromis entre glissement et rigidité de liaison. Ce compromis s'obtient
par un serrage adapté des vis de fixation 214 et par l'utilisation de cales Kapton
211 qui, intercalées entre la première couronne 210 et une deuxième couronne 212,
favorisent le glissement. Ce mouvement de rotation limite ainsi l'ovalisation des
deuxièmes couronnes 212. Tout autre matériau présentant des caractéristiques similaires
à celles du Kapton peut être utilisé, sans sortir du cadre de l'invention.
[0038] En variante, l'orifice 2123 pourrait être de forme identique à l'orifice 2124 de
sorte que le plan P2 passant par le centre de l'orifice 2123 et par l'axe X soit perpendiculaire
au plan P3 passant par le centre de l'orifice 2124 et par l'axe X.
[0039] En fonctionnement, le positionneur est animé d'un mouvement en rotation selon les
axes de rotation horizontaux X et Y, afin de pouvoir pointer l'antenne parabolique
en direction du satellite. La rotation selon le premier axe X est réalisée par l'intermédiaire
de la couronne de guidage qui coulisse entre les patins suite à l'entraînement du
pignon par le moteur électrique. La rotation selon le deuxième axe Y est réalisée
par rotation de l'arbre qui porte l'antenne parabolique et éventuellement l'amplificateur
radioélectrique.
[0040] L'invention n'est pas limitée à un positionneur tel que décrit précédemment.
[0041] Les technologies industrialisées de guidages courbes et d'engrenages de précision
qui permettent de se conformer aux exigences de précision de l'application et de tenue
à la corrosion reposent sur un art antérieur utilisant des matériaux ayant de très
bonnes propriétés de dureté tel que l'acier inoxydable. Le matériau de la couronne
212 est, par exemple un acier, avec des nuances d'aciers inoxydables. La couronne
210 sera de préférence en aluminium, afin de satisfaire des exigences de masse, de
tenue mécanique et de coûts de l'application.
[0042] L'invention résout les problèmes de dilatation différentielle pouvant intervenir
entre la première et les deuxièmes couronnes 210 et 212 et occasionnant un hyperstatisme
qui s'oppose à la réalisation de mouvement de rotation fin et précis, dès lors, le
choix du couple de matériaux peut s'élargir à tout type de matériau présentant des
propriétés de dilatation différentes et à tout type d'application nécessitant le même
type de rotation sensible aux hyperstatismes. L'utilisation de l'aluminium permet
d'aboutir à une première couronne 210 ouvragée de sorte à lui conférer des propriétés
de masse et de raideur optimales. En variante, on pourrait utiliser des matériaux
composites, en particuliers les composites carbones qui possèdent des propriétés de
masse, de raideur et de résistance très intéressantes mais dont la mise en oeuvre
demeure complexe au regard des fonctions et de la forme du berceau 20.
[0043] Sans sortir du cadre de l'invention, pour les deuxièmes couronnes 212, en variantes
de l'acier inoxydable, il est possible d'utiliser d'autres matériaux avec des propriétés
de dureté et de tenue à la corrosion équivalentes, par exemple du titane, ou bien
des matériaux dits « mous » mais qui pourrait avoir des duretés superficielles et
des tenues à la corrosion satisfaisantes de par l'application de traitements de surface
spécifiques.
[0044] Le positionneur selon l'invention permet notamment de résoudre des problèmes de poids
en offrant un positionneur de poids inférieur à celui des positionneurs selon l'art
antérieur. D'autre part, il résiste à des phénomènes de corrosion lorsque le positionneur
est placé dans des environnements climatiques sévères et caractéristiques des normes
à appliquer pour obtenir une qualification de l'équipement.
[0045] La conception de ce positionneur permet aussi de limiter les coûts par rapport à
une utilisation de matériaux légers mais coûteux. Elle permet de présenter des performances
de pointage importantes.
1. Positionneur d'antenne comportant au moins un socle (10) destiné à recevoir un berceau
de support (20) monté de manière rotative par rapport au socle (10) selon un premier
axe de rotation (X), ledit berceau de support comportant au moins une couronne de
guidage (21),
caractérisé en ce que ladite couronne de guidage (21) est composée d'au moins les éléments suivants :
• une première couronne (210) constituée d'un premier matériau,
• au moins une deuxième couronne (212) constituée d'un deuxième matériau,
• une cale (211) intercalée entre la première couronne et la deuxième couronne, la
forme de la cale (211) étant adaptée à la forme de la première couronne et à la forme
de la deuxième couronne,
• ladite cale (211) étant en un matériau adapté pour favoriser le glissement de la
première couronne (210) par rapport à la deuxième couronne (212) et éviter des phénomènes
de détérioration physico-chimique,
• la première couronne (210), la deuxième couronne (212) et la cale (211) comportant
des orifices permettant le passage de moyens de fixation (214) et une liaison pivot.
2. Positionneur selon la revendication 1 caractérisé en ce que la première couronne (210) est en aluminium et la deuxième couronne (212) en acier
inoxydable.
3. Positionneur selon l'une des revendications 1 ou 2
caractérisé en ce que:
• la couronne de guidage (210) comprend deux deuxièmes couronnes (212) disposées de
part et d'autre de ladite première couronne (210), la deuxième couronne (212) supportant
un ou plusieurs rails (213) comprenant des pistes de recirculation de billes,
• la première couronne (210) comprend une première et une deuxième extrémité (210a,
210b) et présente une partie dentelée (2101) comprenant plusieurs trous (2102) destinés
à recevoir des moyens de fixation (214) et aussi un premier orifice (2103) positionné
au centre de la partie dentelée et un deuxième orifice (2104) positionné à l'une des
deux extrémités (210a, 210b) afin que le plan passant par le centre du deuxième orifice
(2104) et l'axe X est parallèle à un axe Y orthogonal au premier axe X de rotation,
• la forme du premier orifice (2103) et du deuxième orifice (2104) est choisie pour
fixer par un ajustement serré un pion (215),
• la cale (211) comporte plusieurs trous (2112) répartis de manière identique à ceux
distribués sur la première couronne (210), la dimension d'un trou (2112) est supérieure
à la dimension des moyens de fixation (214), et plusieurs premiers et deuxièmes orifices
(2113, 2114) similaires aux premiers et deuxième orifices de la première couronne
(210) avec des dimensions supérieures au diamètre des pions (215),
• la deuxième couronne (212) comporte un trou (2122) et plusieurs premiers et deuxièmes
orifices (2123, 2124) distribués de manière identique au trou et orifices de la première
couronne, les dimensions du trou (2122) sont supérieures à la dimension des moyens
de fixation (214), la dimension des premiers orifices (2123) est choisie pour assurer
une liaison pivot avec la première partie de la couronne, au moyen du pion (215).
4. Positionneur selon la revendication 3 caractérisé en ce que la forme d'un deuxième orifice (2124) est une forme oblong choisie pour induire,
sous dilatation différentielle des matériaux, une rotation de la première couronne
(210) par rapport aux deuxièmes couronnes (212) suivant un axe de rotation passant
par le centre des premiers orifices (2103, 2123) de la première couronne et de la
deuxième couronne.
5. Positionneur selon la revendication 3 caractérisé en ce que la forme d'un premier orifice (2123) est identique à la forme d'un deuxième orifice
(2124).
6. Positionneur selon l'une des revendications 3 à 5 caractérisé en ce que les moyens de fixation (214) sont des vis et un système de contre-écrou (216) permet
de fixer l'ensemble des éléments constituant la couronne avant son montage sur le
positionneur.
7. Positionneur selon la revendication 6 caractérisé en ce que les vis (214) sont vissées dans la première couronne (210) avec un couple de serrage
spécifique de façon à limiter la précharge de serrage pour favoriser le glissement
entre la première couronne (210) et la deuxième couronne (212).
8. Positionneur selon l'une des revendications 2 à 5 caractérisé en ce que la partie dentelée (2101) de la première couronne est adaptée à conférer à la première
couronne (210) des propriétés de masse et de raideur optimale.
9. Positionneur selon l'une revendications précédentes caractérisé en ce que la cale est en Kapton.
10. Positionneur selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que l'antenne est une antenne parabolique.